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有机肥对当季无机氮肥利用率及后效的影响

有机肥对当季无机氮肥利用率及后效的影响

作者：韩鹏远山西大学

学位级别：硕士

随着人们对蔬菜需求量逐渐增大,近几年全国的蔬菜种植面积也迅速增加。菜农为了获得较高的经济效益,不惜大量投入化肥和有机肥来提高蔬菜产量。业已发现太原市蔬菜主产区菜田土壤硝态氮的严重淋洗现象,160-200cm土层中的硝态氮含量高达3... 详细信息

随着人们对蔬菜需求量逐渐增大,近几年全国的蔬菜种植面积也迅速增加。菜农为了获得较高的经济效益,不惜大量投入化肥和有机肥来提高蔬菜产量。业已发现太原市蔬菜主产区菜田土壤硝态氮的严重淋洗现象,160-200cm土层中的硝态氮含量高达30-40mg/kg,但降低无机氮肥施用量并不能提高氮肥利用率,这可能是有机肥使用量偏高的缘故。为此,本研究采用微区15N示踪法进行了第一季蔬菜增施有机肥对当季无机氮肥利用率影响的研究,随后研究了第一季残留有机肥对第二季蔬菜生长的影响,以便为蔬菜养分资源管理提供依据。结果表明：（1）与只施无机肥相比,增施有机肥促进了第一季番茄的生长发育,提高了植株的干物质量、氮素累积量和番茄品质,增产15.7%左右;增施有机肥对第二季青椒植株生长促进效果更为明显,与无机肥处理比较增产31.5%左右;（2）无论是对第一季番茄还是第二季青椒,与只施无机肥比较增施有机肥显著降低了植株体内氮来自化学肥料氮的百分率（NDF）,说明增施有机肥降低了蔬菜对无机氮肥的吸收利用;（3）与只施无机肥相比,增施有机肥显著降低了无机氮肥的利用率,显著提高了无机氮肥的损失率,对无机氮肥在土壤剖面的回收率影响不明显。（4）第一季番茄收获后,与只施无机肥比较增施有机肥提高了土壤剖面0-60cm土层的硝态氮含量,但对60cm以下土层中的硝态氮含量没有影响;第二季青椒收获后,增施有机肥明显提高了100-200cm土层中的硝态氮含量。

关键词：有机肥无机肥 15SN-尿素氮肥利用率氮去向硝态氮

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不同轮作体系作物—土壤—肥料氮素特征研究

不同轮作体系作物—土壤—肥料氮素特征研究

作者：徐明杰河北农业大学

学位级别：硕士

本研究选择以曲周为代表的华北平原为研究对象，在五个不同轮作（冬小麦/夏玉米一年两熟传统管理种植体系(Con.W/M);冬小麦/夏玉米一年两熟优化管理种植体系(Opt.W/M);冬小麦/夏玉米-春玉米两年三熟优化管理种植体系(W/M-M);冬小麦/夏大... 详细信息

本研究选择以曲周为代表的华北平原为研究对象，在五个不同轮作（冬小麦/夏玉米一年两熟传统管理种植体系(Con.W/M);冬小麦/夏玉米一年两熟优化管理种植体系(Opt.W/M);冬小麦/夏玉米-春玉米两年三熟优化管理种植体系(W/M-M);冬小麦/夏大豆-春玉米两年三熟优化管理种植体系(W/B-M);春玉米一年一熟优化管理种植体系(M)）长期定位试验中，设置15N微区，利用15N示踪技术，分析优化水肥管理、增加土壤碳归还、固氮作物种植等措施对作物氮吸收、土壤残留及损失的影响及内在关系，探讨不同轮作体系中化肥氮的“作物吸收-土壤残留-损失”的变化，解析作物花前花后氮素利用、转移规律，分析肥料氮、土壤氮与作物氮之间的关系，追踪分析氮肥在当季及后茬作物中的去向，寻找既能满足华北平原粮食需求又能减少地下水消耗的可持续种植体系，为该地区高产体系氮肥优化管理提供合理依据及技术支撑。主要结果如下：（1）作物地上部各器官土壤氮的积累及向籽粒的转移量均显著高于肥料氮，土壤氮是作物的主要氮源，本试验中冬小麦、夏玉米、夏大豆及春玉米土壤氮的累积量分别占74%、70%、90%和80%。本研究中小麦籽粒氮素大部分来自于花前积累;与小麦不同，夏玉米和春玉米各器官向籽粒中的氮素转移量占籽粒氮素的34.63%-57.74%，玉米籽粒中氮素只有50%左右来自于花前积累，基施高氮对作物产量形成作用不大;与干物质累积量相一致，夏大豆花前各器官累积氮素较少，花后各器官向籽粒的贡献率仅有16.80%。（2）Con.W/M处理硝态氮含量随土壤深度先增加后减小，传统处理高施氮肥，40-140cm硝态氮含量显著高于其他优化处理，出现了向下淋洗现象，其中40-60cm处出现累积峰，峰值为71.96mg/kg。Opt. W/M表层含量较高为55.17mg/kg，随土壤深度的增加硝态氮含量逐渐减小，大量氮肥累积在土壤表层。夏玉米和夏大豆收获后，两处理自上而下硝态氮含量变化幅度不大，各土层处理间差异不明显;W/M-M处理表层0-20cm硝态氮含量最高为33.88mg/kg，100-120cm处出现小的累积峰，峰值为13.66mg/kg;W/B-M处理呈现40cm以下先增加后降低的趋势，140-160cm处出现累积峰，峰值为13.72mg/kg，部分硝态氮随水向下运移。M处理在6.40-10.59mg/kg之间波动，由于春玉米的多次分期优化追肥使得肥料被作物高效利用，随水向下运移很少。Con.W/M原子百分超在40-100cm出现了明显的累积，高量施氮导致高残留;而且40-140cm显著高于其他优化处理，肥料氮发生了明显淋洗。其他轮作体系均表现为原子百分超随土壤深度增加而逐渐减小，与剖面硝态氮不同的是W/M-M轮作体系自上至下15N丰度均较小，肥料氮低量残留。（3）一个轮作结束后氮肥三条去向均表现为：土壤残留>作物吸收>损失。随施氮量的增加，土壤残留量及损失量均增加，但作物吸收量增加到一定值就不再增加。Con.W/M处理作物吸收、土壤残留和损失的比例约为2:6:2，Opt.W/M、W/M-M和W/B-M三轮作比例约为3:5:2，M轮作为3:6:1。适当的减少施氮量及增加追肥次数可实现作物高产下的肥料高效利用。（4）W/M-M轮作与其他轮作相比，作物收获后土壤氮库处于低水平盈余状态，盈余量21.22kgN/hm2;W/M-M轮作中当土壤氮库达到平衡时，春玉米、冬小麦及夏玉米施肥量应控制在100kgN/hm2、150kgN/hm2及170kgN/hm2左右;W/M-M轮作在高产的前提下，也能及时补给土壤氮库，具有成为可持续高产体系的可能性。（5）在本试验条件下，各轮作体系两年内总产量表现为：W/M-M> Opt.W/M>Con.W/M> W/B-M> M，分别为32249kg/hm2、31700kg/hm2、26399kg/hm2、21643kg/hm2和21094kg/hm2;综合考虑水氮投入及产出，冬小麦/夏玉米-春玉米是华北平原较为理想的轮作体系。从单季作物水氮投入及产量来看，玉米季的水氮投入低于小麦季，但产量高于小麦，玉米具有更高的生产潜力。

关键词： 15N 轮作体系氮去向花前花后氮平衡

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京郊小麦—玉米轮作体系氮素利用与损失研究

京郊小麦—玉米轮作体系氮素利用与损失研究

作者：山楠河北农业大学

学位级别：硕士

本研究针对京郊地区冬小麦-夏玉米轮作系统中氮素损失严重的问题,于2012年至2013年在北京市农林科学院温室和北京市房山区农业科学院农业面源污染试验站分别布置盆栽试验和原位土柱定位试验,采用15N示踪技术研究氮素去向及损失途径,研... 详细信息

本研究针对京郊地区冬小麦-夏玉米轮作系统中氮素损失严重的问题,于2012年至2013年在北京市农林科学院温室和北京市房山区农业科学院农业面源污染试验站分别布置盆栽试验和原位土柱定位试验,采用15N示踪技术研究氮素去向及损失途径,研究冬小麦-夏玉米轮作系统中氨挥发损失、N20排放损失和氮素淋溶损失。主要结果如下： 1.通过15N示踪对氮肥在土壤／作物体系中去向的结果表明,氮肥用量在22～266mg/kg范围内,玉米生物量在5600～10030mg/kg之间,氮肥的作物回收率、土壤残留率和损失率分别在11.83%-67.6%、21.01%-39.32%、11.39%～48.85%之间,其中施肥量为N88mg/kg,其作物回收率67.6%,土壤残留率21.0%,损失率11.4%。与N22、44、66mg/kg施肥水平处理相比,植株对15N肥料回收率分别提高了55.8、19.4、28.1个百分点,15N肥料在土壤中残留率分别减少了18.3、11.7、12.7个百分点。15N肥料的损失率分别降低了37.4、7.7、15.4个百分点;与N111、133、177、222、266mg/kg施肥水平处理相比,培养玉米生长期间施肥量为N88mg/kg时,植株对15N肥料回收率分别提高了9.2、12.7、19.5、26.6、28.0个百分点,15N肥料在土壤中的残留率分别减少了7.5、4.2、14.9、17.8、5.1个百分点,15N肥料在培养玉米生长期间的损失率分别降低了9.2、12.7、19.5、26.6、28.0个百分点。氮素供应不足和过量严重影响着作物产量和氮肥的利用率,因此,施肥量为N88mg/kg,较为科学合理的施肥量。2.氨挥发是氮素主要损失途径之一。该试验条件下,冬小麦-夏玉米轮作体系中农田土壤氨挥发损失主要发生在氮肥施用后的13天内。不同施氮水平处理间的氨挥发量随着施氮量的增加而升高。冬小麦季,不同施氮处理氨挥发量变化幅度为3.01～21.20kg/hm2,其中冬前基肥时期土壤氨挥发量高于返青追肥时期;夏玉米季,氨挥发量变化幅度为4.75～37.12kg/hm2,其中氮肥追施后的氨挥发量高于氮肥基施后。N3处理,即氮肥施用量为N150kg/hm2时,冬小麦季和夏玉米季氨挥发总量分别为9.46和15.21kg/hm。通过二次曲线的模拟得出,在京郊地区冬小麦-夏玉米轮作体系当农田土壤氮肥施用量为N150kg/hm2时,挥发损失率最小,作物产量最高。当氮肥施用量超过N150kg/hm2时,氮肥通过氨挥发带来的损失不容忽视。3.在京郊地区冬小麦-夏玉米轮作体系中农田土壤N20排放通量表现出明显的季节性和日变化规律。冬小麦季N20排放量为0.32～2.34kg/hm2;夏玉米季1.09-15.65kg/hm2。整个轮作周期,小麦季各处理N20排放损失率为0.37%-0.51%;玉米季2.52%-3.64%。由于夏玉米季平均气温高于冬小麦季,因此夏玉米季氮肥施入农田土壤后,土壤N20排放通量高于小麦季。4.京郊地区冬小麦-夏玉米轮作体系中增加施用氮肥量,明显增加了农田土壤硝态氮含量,硝态氮易发生氮素淋洗。通过对淋溶液的测定,冬小麦季,在各个处理水平下,N淋洗量为1.74～4.10kg/hm2;在玉米季,N淋洗量为0.66～9.76kg/hm2。 5.在冬小麦-夏玉米轮作体系中,作物的产量随着氮肥施用量的增加而增加。本研究中氮肥用量在0-400kg/hm2,小麦产量在5045.78～6346.20kg/hm2范围内,玉米产量在7311.6～10389.60kg/hm2范围内。其中氮肥施用量为N150kg/hm2时,冬小麦和夏玉米的产量最高,分别为6346.20kg/hm2和10389.60kg/hm2。可见,整个冬小麦和夏玉米生长季,施用氮肥可以显著提高小麦和玉米的产量,当超过作物对氮素的阈值时(150kg/hm2),作物产量随着施氮量的升高而降低。综上所述,京郊地区基于冬小麦-夏玉米轮作体系阶段,合理优化氮肥施用量有利于作物氮素吸收,提高氮肥利用率,降低肥料氮素在施入农田后各个机制的损失,同时能够保证当地粮食作物的产量,是较理想的提高氮肥利用率减少环境负担的农业措施。京郊地区冬小麦-夏玉米轮作体系农田土壤最理想的氮肥施用量为N150kg/hm2。

关键词： 15N 冬小麦夏玉米氮去向氨挥发 N2O排放

相同气候背景下南北方稻田土壤上水稻氮响应及氮效率差异

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相同气候背景下南北方稻田土壤上水稻氮响应及氮效率差异

作者：黄秋红东北农业大学

学位级别：硕士

目前,南北方稻田上水稻对氮素的响应和吸收利用存在明显的空间差异,以往研究多数基于不同的空间尺度,未能扣除气候和品种等因素的影响,难以区分土壤这一因素的作用。针对这一问题,2018和2019年,在黑龙江省哈尔滨市设置N示踪的水稻盆栽... 详细信息

目前,南北方稻田上水稻对氮素的响应和吸收利用存在明显的空间差异,以往研究多数基于不同的空间尺度,未能扣除气候和品种等因素的影响,难以区分土壤这一因素的作用。针对这一问题,2018和2019年,在黑龙江省哈尔滨市设置N示踪的水稻盆栽试验。以黑龙江省黑土型水稻土,江苏省乌栅土型水稻土,湖南省红壤型水稻土为试验材料,每个土壤上设置3个施氮水平:N0,不施氮肥;N1,0.87g·N·pot(相当于150 kg·N·hm);N2,1.74g·N·pot(相当于300kg·N·hm)。测定水稻分蘖、叶片SPAD值、土壤氮素矿化、植株干重、含氮量、产量和氮效率等指标,研究土壤和氮量对水稻生长和氮效率的影响,揭示不同区域氮效率差异与土壤间的关系,为深入认识区域氮效率差异提供理论依据。主要试验结果如下:(1)不同土壤的起始无机氮量和氮素矿化特征有显著差异。起始无机氮总量从大到小依次为:红壤型水稻土,黑土型水稻土和乌栅土型水稻土,红壤型水稻土显著比黑土型水稻土高17.95%,比乌栅土型水稻土高10.99%。淹水培养28天的过程中,红壤型水稻土的累积矿化氮量显著高于另外两种土壤98.53%-381.69%。红壤型水稻土和乌栅土型水稻土前期矿化速率快,后期矿化速率慢,黑土型水稻土供氮过程最为平缓。(2)施氮能显著增加水稻叶片SPAD值,也能显著促进籽粒和秸秆对氮素的吸收。红壤型水稻土的氮素积累量比另外两种土壤高,且在不施氮时其水稻叶片SPAD最高。乌栅土型水稻土和黑土型水稻土植株含氮量和氮积累量差异不显著,红壤型水稻土的植株含氮量比这两种土壤高31.03%,氮积累量高43.78%。(3)土壤类型对水稻分蘖数和成穗率有极显著影响,氮量在拔节期和收获期显著影响水稻分蘖。与无氮处理相比,施氮使黑土型水稻土水稻分蘖数提高56.64%-77.61%,使乌栅土型水稻土水稻分蘖数提高21.90%-38.40%,2018年对红壤型水稻土的水稻分蘖数没有显著影响,2019年使其分蘖数提高6.32%。不施氮时,红壤型水稻土水稻分蘖数比黑土型水稻土高45.20%,比乌栅土型水稻土高40.65%。土壤类型和氮量对成穗率的影响存在年际差异,2018年氮量对分蘖成穗率有显著影响,N2处理显著高于N0处理26.17%,而2019年氮量对分蘖成穗率无显著影响,土壤类型在2018年对分蘖成穗率有显著影响,而2019年无影响。(4)土壤类型与氮量对水稻吸收肥料氮的比例有极显著影响,第一季黑土型水稻土上的水稻比乌栅土型水稻土吸收肥料氮高10.51%,比红壤型水稻土高22.20%;下一季土壤之间差异减小。施氮能显著促进各土壤上水稻对肥料氮的吸收,N2处理比N1处理高46.21%。第二年水稻吸收肥料氮的比例显著低于第一年26.35%。不同土壤的肥料N的去向有所差异,第一季N在黑土型水稻土中的主要被水稻吸收(31.4%-41.31%),在乌栅土型水稻土中的去向主要为残留和损失(32.19%-41.17%),在红壤型水稻土中主要去向是残留(32.46%-41.14%)。在2019年,第二季N被水稻吸收的比例较少(3.05%-5.72%),主要残留于土壤中或经其他途径损失。(5)土壤类型对水稻产量有显著影响,无氮处理下,红壤型水稻土的水稻产量显著高于乌栅土型水稻土90.90%,显著高于黑土型水稻土53.64%;红壤型水稻土各处理AE(氮肥农学效率),RE(氮肥回收利用率)和PE(氮肥生理利用率)显著低于另外两种土壤;黑土型水稻土的水稻AE比乌栅土型水稻土高25.68%,而乌栅土型水稻土的水稻PFP(氮肥偏生产力)比黑土型水稻土高4.72%。施氮使黑土型水稻土和乌栅土型水稻土产量分别提高93.41%和43.88%,而施氮对红壤型水稻土产量无显著影响。

关键词：土壤类型氮响应氮去向氮效率分蘖氮矿化

矮砧密植苹果园不同水肥管理氮素去向及净温室效应研究

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矮砧密植苹果园不同水肥管理氮素去向及净温室效应研究

作者：王琛河北农业大学

学位级别：硕士

农业生产活动中排放的N2O、NH3、CO2及CH4等均是温室气体的重要来源,其对温室气体贡献达20%以上;同时,氮素损失所产生的危害也为人类的生存与发展带来了严重威胁。因此,为明确不同水肥调控措施对果园氮素各去向及净温室效应的影响,本研... 详细信息

农业生产活动中排放的N2O、NH3、CO2及CH4等均是温室气体的重要来源,其对温室气体贡献达20%以上;同时,氮素损失所产生的危害也为人类的生存与发展带来了严重威胁。因此,为明确不同水肥调控措施对果园氮素各去向及净温室效应的影响,本研究在河北省保定市唐县丹凤山苹果园种植基地进行为期3年的田间定位试验,共设置5个处理:传统水肥（CT）、单质肥+沼液（A1）、优化水肥（A2）、节肥控水+腐植酸+微生物菌剂（B）、节肥减水+腐植酸+微生物菌剂（C）,利用15N示踪技术研究不同调控手段下苹果-土壤体系氮素去向,通过土钻法确定氮素淋溶损失,同时监测苹果关键生育期N2O、NH3、CO2及CH4排放通量确定其氮素气态损失及温室气体排放,并结合LCA法计算不同水肥调控措施的净温室效应,综合养分吸收及损失途径,确定环境友好和效益兼顾的水肥调控模式。本研究获得以下主要研究结果:（1）添加腐植酸及微生物菌剂的水肥管理模式可以显著苹果产量和苹果的品质。较传统水肥处理,2019、2020年节肥控水+腐植酸+微生物菌剂处理产量分别增加了10.66%、16.86%,纯收益提高了 2.13×104元/hm2、4.06×104元/hm2,同时有效的降低了果实硬度,提高了可溶性固形物含量,改善了果实口感。（2）节肥控水+腐植酸+微生物菌剂能够促进果树对氮素的吸收,提高氮肥利用效率。其各器官肥料15N吸收量表现为主根＞多年生枝＞细根＞中心干＞果实＞叶片＞一年生枝,传统水肥则是主根＞多年生枝＞细根＞中心干＞果实＞叶片＞一年生枝;节肥控水+腐植酸+微生物菌剂的15N吸收量及利用率分别为3.2 g、23.18%,传统水肥则为2.39g、17.33%。（3）节肥控水+腐植酸+微生物菌剂能够提高0～60cm 土层的15N残留。其40～60 cm 土层15N残留量最大为0.157 g,传统水肥处理则是在80～100 cm最高为0.20 g;添加腐植酸及微生物菌剂处理两年间60～100 cm 土层累积量增量为22.60～29.25 kg/hm2,传统水肥处理淋溶为其1.12～1.75倍。（4）2019年度各水肥调控N2O排放量在0.219～0.409 kg/hm2间,NH3挥发在0.651～0.733 kg/hm2间;2020年度N2O排放量在0.150～0.248 kg/hm2间,NH3挥发在0.653～0.801 kg/hm2间,添加腐植酸及微生物菌剂后能够降低7.77%～22.2%土壤N2O排放,降低3.40%～7.61%的NH3挥发损失。N2O排放通量与表层土壤无机氮含量显相关,相关系数分别为0.242*、0.374**;NH3挥发则与表层土壤铵态氮含量显著相关,相关系数为r=0.412**。（5）氮素输入的主要途径主要为外源肥料投入,占比达68.01%～73.14%;土壤残留与作物吸收为主要氮去向;淋溶则是主要损失途径,淋溶损失量为4.13～11.95 kg/hm2,占氮素总投入的7.48%～19.61%。较传统水肥处理,节肥控水+腐植酸+微生物菌剂有效的减少了 32.29%的土壤氮素盈余,提高了氮肥利用率。（6）土壤CO2排放速率主要受季节效应影响显著,夏季排放速率最高194.47 mg/（m2·h）（单质肥+沼液）,冬季最低为4.36mg/（m2·h）（单质肥+沼液）。优化水肥、节肥控水+腐植酸+微生物菌剂、节肥减水+腐植酸+微生物菌剂三组处理CO2累积排放量在1208～1864 kg/hm2之间,较传统水肥处理其排放减少了 0.5%～3.79%;各水肥调控CH4吸收量在0.957～1.529 kg/hm2之间,在添加腐植酸及微生物菌剂后CH4排放降低1.89%～5.93%。土壤CO2排放与土壤表层水分及温度成显著正相关,土壤CH4排放则与温度显著相关。（7）在矮砧密植苹果园中因肥料使用产生的CO2当量及土壤本身排放的CO2当量是影响净温室效应的主要因素,采用各优化水肥措施均能有效降低其净温室效应。各水肥调控降幅在8.3 7%～28.80%之间,其中节肥减水+腐植酸+微生物菌剂总GWP较传统水肥处理降低了 13.26%～29.80%,降幅减排效果最好,能最大限度减少农业活动对温室效应的影响。综上所述,节肥控水+腐植酸+微生物菌剂的水肥管理模式能够提高5.85%的氮素,减少11.17%以上的氮素气态损失,有效降低净温室效应8%以上,增产10%以上,同时改善果实品质,是矮砧密植苹果园最佳水肥调控措施。

关键词：矮砧密植苹果氮去向 15N 净温室效应