有机、无机肥配施对关中冬小麦氮素利用和土壤碳氮动态的影响

作     者：彭凯 

作者单位：西北农林科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：莫非

授予年度：2023年

学科分类：09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0901[农学-作物学] 

主      题：有机无机肥配施 NUE 温室气体 有机碳储量 15N 

摘      要：为追求持续高产,满足日益增长的口粮需求,农业生产中过度施用氮肥现象日益严重,作物高产与农田生态环境间的矛盾已不容忽视。有机无机肥配施被认为是实现农业可持续发展的有效施肥方式,然而,对有机无机肥配施的最佳比例不同研究往往有不同的衡量标准,这些标准通常只考虑了产量、土壤养分、温室气体等单一因素,综合考量多种衡量因素进而筛选出最佳比例还有待进一步研究。因此,本研究在等氮条件下设置5个施肥处理和一个不施肥对照,施肥处理中有机肥氮替代无机肥氮比例分别为0、15%、30%、60%、100%(不施肥、100U、15S+85U、30S+70U、60S+40U、100S),探究不同配施比例下冬小麦产量和氮素吸收利用、土壤固碳效应、土壤氮素时空变化规律、农田温室气体排放特征。通过以上研究内容,本研究旨兼顾产量和环境效益,从而筛选出关中地区最佳有机无机肥配施比例,为当地农业可持续发展提供一定依据。本研究主要结果以下:(1)小麦成熟期地上部各处理氮素积累量存在明显差异,不施肥处理氮素积累量最低;随着有机肥配施比例增加,茎、叶、穗氮素积累量表现出先增加后降低趋势,30S+70U处理穗氮素积累量最高,与单施无机肥相比,两年平均增加42.11%。穗中N积累量高于茎叶,并且穗N积累量随有机肥配施比例增加而降低。低量有机肥配施比例(15-30%)下作物产量相比不施肥明显增加,第一年15S+85U处理产量较高,相比不施肥增加1736.22 kg/hm,增幅30.31%;第二年30S+70U处理产量较高,相比不施肥增加1455.61 kg/hm,增幅24.54%;全量有机肥配施下作物产量与不施肥无明显差异。(2)有机无机肥配施能显著增加土壤颗粒有机碳(Particle Organic Carban POC)含量,POC含量随有机肥用量增加而增加,而不同处理矿物结合有机碳(Mineral binding Organic Carbon MOC)差异不明显;POC含量的增加进而导致土壤有机碳(Soil Organic Carban SOC)的增加,各处理中以100S下有机碳储量最高,第二个小麦季100S处理有机碳储量相比不施肥增加15.39 Mg/hm,增幅56.23%;各处理对有机碳储量的促进作用表现为:高量有机肥配施低量有机肥配施。有机无机肥配施能有效增加0-20cm土壤全氮含量;低量有机肥配施无机肥为整个小麦生育期提供了较高水平的NH-N和NO-N含量,60S+40U处理能有效降低深层土壤NH-N淋溶损失;30S+70U处理土壤中尿素N百分比和残留量较高,表明有机无机肥配施有利于无机肥氮保留在土壤中。(3)三种温室气体中以CO累计排放量最高,保持在1234.70-2121.01 kg·hm·yr;有机无机肥配施增加了NO和CO累计排放量,第二个小麦季60S+40U处理NO和CO累计排放量相比100U分别增加0.90、89.21 kg·hm·yr;总体上三种温室气体累计排放处理间量差异不明显。综上所述,等氮条件下低量有机无机肥配施能有效促进小麦成熟期氮素向籽粒转运,进而显著提高小麦氮素利用率,最终增加作物产量;同时,有机无机肥配能进一步减少速效氮向深层土淋溶,并且有机无机肥配施与单施无机肥温室气体累计排放量整体上无明显差异,因此,在施氮量不变的前提下,关中地区15-30%有机肥替代无机肥能够减少无机氮肥施用量,兼顾产量与生态效益。