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水氮管理下夏玉米农田氮素迁移转化研究

水氮管理下夏玉米农田氮素迁移转化研究

作者：冯严明济南大学

学位级别：硕士

华北平原作为我国重要的粮食主产区之一,普遍面临着高产出对应高投入的困境,在小麦和玉米大田种植过程中过量施肥导致作物对氮素的利用率低于国外同类作物。长期过量施氮不仅改变了土壤的营养结构,而且增加了淋溶风险,因此粮食生产过程... 详细信息

华北平原作为我国重要的粮食主产区之一,普遍面临着高产出对应高投入的困境,在小麦和玉米大田种植过程中过量施肥导致作物对氮素的利用率低于国外同类作物。长期过量施氮不仅改变了土壤的营养结构,而且增加了淋溶风险,因此粮食生产过程中研究氮素的迁移转化、高效利用具有重要意义。本试验在山东省灌溉试验中心站进行,试验于2019-2020年期间进行,设置了灌溉量和施氮量两因素:2019年试验灌水量两个水平67.5 mm(I1)和121.5 mm(I2),施氮量三个水平145 kg/hm、195 kg/hm和245 kg/hm,共有6组处理(QI1N1、QI1N2、QI1N3、QI2N1、QIN2、QI2N3,注:Q代表2019年处理);2020年灌水量与2019年一致,施氮量在2019年试验基础上优化试验范围,设置两个水平150 kg/hm和200kg/hm,共有4组处理(HI1N1、HI1N2、HI2N1、HI2N2,注:H代表2020年处理);除此之外两年均设置空白处理灌水量0mm、施氮量0 kg/hm,两年所有处理均设置3组重复。通过分析水肥管理对氮素进入农田后在土壤、植株、大气和淋失之间迁移转化的影响作用,优化比选出一套有效提高氮素利用,降低氮素损失的夏玉米水氮管理方案,本文得出的主要研究结果有:(1)两年夏玉米农田土壤氮素分布规律基本一致,两种灌溉水平下,土壤中NO-N、NH-N含量均随施氮量的增加而增加;I2灌溉水平下各处理土壤NH-N含量变化较I1灌溉水平下明显,在拔节期灌水作用下,土壤NH-N向下迁移,累积作用增强,减少了土壤NH-N存留表层土壤,处理HI2N2相比处理HI1N2氨挥发损失降低20.17%。夏玉米生育期内淋滤液中NH-N浓度变化趋势与淋滤液中NO-N浓度变化趋势基本一致;土壤无机氮素损失主要以NO-N为主,淋滤液中NH-N浓度变化较淋滤液中NO-N浓度变化有迟滞现象。(2)利用间歇式密闭容器抽气法,相同灌水量条件下,夏玉米种植苗期优化施氮量可显著减少土壤氨挥发损失,处理HI1N1相比处理HI1N2氨挥发损失降低36.04%;提高灌水量可以在较大程度上加速氨挥发进程、缩短氨挥发作用时间,减少氨挥发损失。通过Pearson相关性分析可得,增施氮素更为显著影响土壤氨挥发通量与表层土壤p H之间的相关性,氨挥发通量动态变化特征与表层土壤NH-N浓度变化趋势基本一致。(3)夏玉米穗长、穗行数、穗粒数、百粒重四项产量构成因素前后两年之间增产效果基本保持一致,处理HI2N2通过提高穗粒数、百粒重使得产量达到极大值;氮肥偏生产力、氮肥农学利用效率、氮素利用率和氮素收获指数之间均随施氮量增加而降低,随灌溉量增加而增加;处理HI2N1时,氮肥偏生产力、氮肥农学利用效率、氮素利用率分别为60.24kg/kg、37.18 kg/kg、44.76%,在各处理中最高。(4)对夏玉米植株各器官N标记氮素来源进行分析,随着氮素施用量增加,各器官中氮素吸收量逐渐增加,拔节期灌水可协同提高夏玉米各器官对氮素吸收利用率,夏玉米生育后期灌水可促进籽粒的氮素转运率;在拔节期灌水作用下不仅夏玉米氮素吸收利用可以显著提高,而且可以降低氮素损失,处理HI2N1与处理HI1N1下相比,夏玉米氮素吸收量提高了15.62%,土壤残留氮素量减少11.85%,氮素损失量减少8.77%;处理HI2N2与处理HI1N2下相比,夏玉米氮素吸收量提高了18.93%,土壤残留氮素量降低4.94%,氮素损失量减少26.58%。(5)综合分析氮素淋溶损失、氮肥利用率、夏玉米产量等指标,在HI2N2的试验方案下,土壤氮素累积作用较低,淋溶损失最低,氨挥发损失较少,氮肥利用率较高,植株中氮素转运科学高效,对于推广大田种植具有一定的指导意义。

关键词：夏玉米水氮管理氨挥发损失氮素迁移转化 15N同位素示踪

秸秆隔层还田及水氮管理对设施土壤团聚体及固碳特征的影响

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江苏农业学报 2021年第3期37卷 632-638页

作者：朱建彬郭相平谢毅陈盛曹克文王易天河海大学农业科学与工程学院江苏南京210098

利用田间试验,探究了秸秆隔层还田及水氮管理对隔层以上土壤团聚体及有机碳含量的影响。结果表明:①埋设秸秆隔层、90%田间最大持率灌水上限及225 kg/hm2氮素用量均显著提高土壤大团聚体含量及稳定性。②秸秆隔层还田配合高水高氮处理... 详细信息

利用田间试验,探究了秸秆隔层还田及水氮管理对隔层以上土壤团聚体及有机碳含量的影响。结果表明:①埋设秸秆隔层、90%田间最大持率灌水上限及225 kg/hm2氮素用量均显著提高土壤大团聚体含量及稳定性。②秸秆隔层还田配合高水高氮处理土壤有机碳含量最高,秸秆隔层还田且水、氮用量较低处理的土壤有机碳含量与水、氮用量较高但未秸秆隔层还田处理间无显著差别。③随着土壤团聚体粒径增大其有机碳含量增加,2.000~0.251 mm团聚体对土壤有机碳贡献率最高。埋设秸秆隔层、90%θf灌水上限及225 kg/hm2氮素用量更有利于土壤大团聚体的形成,提高团聚体稳定性,增加土壤有机碳含量。

关键词：秸秆隔层水氮管理土壤团聚体有机碳有机碳贡献率

不同水氮管理下麦茬杂交稻氮磷钾吸收和转运及其与产量的关系

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湖南农业大学学报（自然科学版） 2019年第4期45卷 337-343页

作者：余华清丁峰殷尧翥杨志远孙永健马均四川农业大学水稻研究所四川温江611130 作物生理生态及栽培四川省重点实验室四川温江611130

以杂交稻F优498为材料,设置不同灌溉方式(淹灌、干湿交替灌溉)和氮肥运筹(总氮150kg/hm2,基肥、蘖肥、穗肥的质量比分别为4:4:2(T1)、3:3:4(T2)、2:2:6(T3),以不施氮为对照),研究水肥耦合对麦茬杂交籼稻茎叶氮、磷、钾吸收和转运影响及... 详细信息

以杂交稻F优498为材料,设置不同灌溉方式(淹灌、干湿交替灌溉)和氮肥运筹(总氮150kg/hm2,基肥、蘖肥、穗肥的质量比分别为4:4:2(T1)、3:3:4(T2)、2:2:6(T3),以不施氮为对照),研究水肥耦合对麦茬杂交籼稻茎叶氮、磷、钾吸收和转运影响及其与产量形成的关系.结果表明:与淹灌相比,干湿交替灌溉有利于抽穗期和成熟期茎叶氮、钾及成熟期穗部和植株钾积累,并随氮肥后移量的增加,抽穗期茎叶、成熟期穗部和植株磷、钾积累呈先增后降趋势;淹灌能明显促进磷积累,且随着氮肥后移量的增加,茎叶的氮、磷、钾积累提高;干湿交替灌溉能够明显提高茎叶的氮、钾转运量及转运贡献率,增加穗粒数、结实率和千粒质量,促进增产;适宜氮肥后移增产显著,T2较T1、T3增产9.09%、6.48%(淹灌)和11.24%、11.05%(干湿交替灌溉).干湿交替灌溉,总施氮量为150kg/hm2,基肥、蘖肥、穗肥的质量比为3:3:4时,麦茬杂交籼稻的增产效果最好.

关键词：杂交籼稻水氮管理氮磷钾吸收转运产量

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不同水氮管理措施下复播大豆农田碳平衡

生态学杂志 2019年第12期38卷 3673-3679页

作者：李玲李亚杰张永杰符小文杜孝敬徐文修新疆农业大学农学院

为探究北疆伊犁河谷地区不同水氮管理措施对复播大豆农田生态系统碳平衡的影响,提出有利于北疆复播大豆高产固碳减排的水氮措施,于2013年在伊宁县进行复播大豆水、氮二因素裂区试验,设置3000(W1)、3600(W2)、4200(W3)、4800(W4)m^3·hm^... 详细信息

为探究北疆伊犁河谷地区不同水氮管理措施对复播大豆农田生态系统碳平衡的影响,提出有利于北疆复播大豆高产固碳减排的水氮措施,于2013年在伊宁县进行复播大豆水、氮二因素裂区试验,设置3000(W1)、3600(W2)、4200(W3)、4800(W4)m^3·hm^-24个灌水水平,0(N0)、150(N1)、300(N2)kg·hm-23个施氮水平,研究了不同水氮组合对大豆固碳量及产量、农田生产资料碳排放量、土壤呼吸碳排放量和农田生态系统净碳吸收的影响。结果表明:在W2、W3、W4灌水水平下,大豆总固碳量均随施氮量的增加呈先上升后下降的变化趋势,大豆总固碳量以W3N1处理最高,为13902.53 kg CO2·hm^-2,分别比低水低肥(W1N0)、高水高肥(W4N2)处理高出16.4%和6.5%;灌溉用电的碳排放量是农业投入碳排放量的主要来源,占生产资料总排碳量的58.0%~77.1%,其次为化肥,占生产资料总排碳量的6.0%~21.6%,且农田生产资料投入越多,生产资料总排碳量也越高;各处理复播大豆农田生态系统净碳吸收量均为正值,表现为固碳,且以W3灌水量下的平均净碳吸收值最高。综合考虑认为,灌水量为4200 m^3·hm^-2、施氮量为150 kg·hm^-2的水氮管理组合有利于大豆获得高产和高固碳量,提高农田净碳吸收量。

关键词：水氮管理复播大豆农田生态系统碳平衡

不同水氮管理对苋菜和菠菜的产量及硝酸盐含量的影响

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植物营养与肥料学报 2004年第3期10卷 302-305页

作者：于红梅龚元石李子忠张小兰中国农业大学土壤和水科学系北京100094 中国农业大学园艺学院北京100094

通过田间试验研究不同水氮管理对苋菜和菠菜的产量、水分利用效率及硝酸盐含量的影响。结果表明,在同一水分处理条件下,不同的土壤供氮水平对苋菜和菠菜的产量均无显著差异,而各水分处理间也无显著差异,但水分利用效率却以W1处理(农民... 详细信息

通过田间试验研究不同水氮管理对苋菜和菠菜的产量、水分利用效率及硝酸盐含量的影响。结果表明,在同一水分处理条件下,不同的土壤供氮水平对苋菜和菠菜的产量均无显著差异,而各水分处理间也无显著差异,但水分利用效率却以W1处理(农民习惯灌水方式)为最低;苋菜和菠菜中硝酸盐含量主要受土壤的供氮量的影响,其次是土壤含水量,因此,降低土壤供氮量的同时适当降低土壤含水量,是提高水分利用效率和蔬菜品质的有效方法之一。

关键词：水氮管理苋菜菠菜硝酸盐

不同水氮管理对日光温室番茄产量及土壤无机氮的影响

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水土保持学报 2008年第6期22卷 136-140页

作者：高兵李俊良陈清刘庆花何华青岛农业大学资源与环境学院山东青岛266109 中国农业大学资环与环境学院农业部植物营养与养分循环重点实验室植物-土壤相互作用教育部重点实验室北京100094

以传统水氮管理为对照,分别采用氮素实时监控技术对保护地番茄主要生育期进行氮素追施优化管理,同时结合小管出流的灌溉方式及夏季休闲季添加小麦秸秆-氰氨化钙的优化水氮管理处理并根据课题组同一地区多年的番茄氮素优化管理经验得出... 详细信息

以传统水氮管理为对照,分别采用氮素实时监控技术对保护地番茄主要生育期进行氮素追施优化管理,同时结合小管出流的灌溉方式及夏季休闲季添加小麦秸秆-氰氨化钙的优化水氮管理处理并根据课题组同一地区多年的番茄氮素优化管理经验得出的推荐水氮管理处理,即将氮素追施量定为N 300 kg/hm2,在番茄第一、三、五穗果实膨大期各追施N100 kg/hm2,比较研究了不同水氮管理措施对保护地番茄产量及土壤无机氮的影响。结果表明:与传统水氮管理相比,在保证番茄产量的前提下,优化水氮管理和推荐水氮管理两季番茄分别减少了63.5%和50%的氮肥追施量,优化水氮管理处理两季番茄分别减少了44%和39%的灌溉用水。此外,优化水氮管理处理还显著提高了番茄全年的总产量,增产约10%。传统的氮素投入使番茄生育期内的土壤无机氮含量保持较高水平,试验结束时,传统水氮管理处理在0-180 cm各土层无机氮残留量均在N 200 kg/hm2以上,其0-180 cm土层无机氮残留总量已超过N 1 500 kg/hm2;而优化水氮管理和推荐水氮管理处理在改进水氮管理措施后,0-180 cm各土层无机氮残留量显著降低,仅为传统水氮管理的1/2,大幅度降低了土壤氮素的淋洗风险,减轻了由于不合理的水氮管理而对环境造成的影响。

关键词：水氮管理小管出流土壤无机氮目光温室番茄

基于RZWQM模型的夏玉米水氮管理优化及淋溶过程模拟

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节水灌溉 2022年第3期 50-55,60页

作者：李昱岐王凤徐征和徐晶济南大学水利与环境学院济南252000

为优化我国华北平原地区夏玉米种植的水氮管理方案,利用通过位山引黄灌区下游临清市2019-2020年夏玉米田间试验得到的数据,在RZWQM模型中对水分、养分以及生长模块进行参数率定和验证。结果表明:经过模拟参数优化后,土壤含水率、NO_(3)^... 详细信息

为优化我国华北平原地区夏玉米种植的水氮管理方案,利用通过位山引黄灌区下游临清市2019-2020年夏玉米田间试验得到的数据,在RZWQM模型中对水分、养分以及生长模块进行参数率定和验证。结果表明:经过模拟参数优化后,土壤含水率、NO_(3)^(-)-N含量与作物产量的均方根误差(RMSE)和平均相对误差值(MRE)均在可接受范围内。利用校准后的RZWQM模型,模拟24种不同水氮条件下的作物产量、水氮利用效率和NO_(3)^(-)-N淋溶过程,综合考虑作物产量、水氮利用以及环境效应,推荐水氮管理方案为灌水量166 mm、施氮量180 kg/hm^(2),研究为位山引黄灌区下游的农田水肥管理优化提供了理论依据。

关键词：夏玉米 RZWQM模型作物产量水氮利用 NO_(3)^(-)-N淋溶水氮管理水肥管理

秸秆还田与水氮管理对水稻氮素利用及土壤理化性质的影响

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湖南农业大学学报（自然科学版） 2022年第1期48卷 65-74页

作者：孙园园张桥孙永健殷尧翥刘芳艳马鹏马均四川农业大学水稻研究所四川温江611130 作物生理生态及栽培四川省重点实验室四川温江611130 中国气象局成都高原气象研究所四川成都610072

在川西平原稻油轮作典型的砂质壤土区,设置不同秸秆还田方式(堆腐还田和直接还田)、灌溉方式(淹灌和有氧灌溉)和施氮水平(0、75、150、225 kg/hm^(2))的3因素裂区试验,分析秸秆还田与水氮管理对水稻氮素利用特征与土壤理化性质的影响。... 详细信息

在川西平原稻油轮作典型的砂质壤土区,设置不同秸秆还田方式(堆腐还田和直接还田)、灌溉方式(淹灌和有氧灌溉)和施氮水平(0、75、150、225 kg/hm^(2))的3因素裂区试验,分析秸秆还田与水氮管理对水稻氮素利用特征与土壤理化性质的影响。结果表明:秸秆还田与水氮管理对主要生育时期水稻氮素积累、结实期(抽穗和成熟期)氮素转运与利用、稻谷产量及成熟期稻田耕层(0~20 cm)土壤脲酶活性、铵态氮和硝态氮质量分数均存在显著或极显著的互作效应;秸秆堆腐还田对水稻氮素利用和产量及土壤理化性质的调控作用显著高于秸秆直接还田的,同一水氮管理下,成熟期植株和籽粒氮积累量分别提高了9.7%~32.9%和7.5%~45.3%,增产7.3%~18.5%,各生育期的平均土壤脲酶活性提高4.8%~9.7%;同一秸秆还田和施氮量处理下,相比于淹灌处理,有氧灌溉能不同程度的提高产量和氮肥表观利用率,并能提高多数处理的氮肥农学利用率、土壤铵态氮和硝态氮质量分数及脲酶活性;同一秸秆还田和灌溉方式,随着氮肥用量的增加,水稻氮肥表观利用率、农学利用率、产量、各器官(除2017年成熟期的穗外)和植株的氮素积累量及抽穗至成熟期茎鞘的氮素转运量、转运率、贡献率、土壤脲酶活性和硝态氮质量分数均先增加,施氮量为150 kg/hm^(2)时最高,继续增加施氮量,这些指标反而降低。本研究条件下,油菜秸秆堆腐还田和有氧灌溉与配施150 kg/hm^(2)氮肥的综合管理模式可有效增强结实期土壤耕层脲酶活性,提高植株氮素积累量、结实期茎鞘的氮素转运量和转运率,从而促进水稻产量及氮肥利用率的同步提高。

关键词：水稻稻油轮作秸秆还田水氮管理氮素利用土壤理化性质

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不同水氮管理模式对杂交籼稻F优498产量及水氮利用效率的影响

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杂交水稻 2017年第2期32卷 72-81页

作者：张绍文何巧林李应洪吕腾飞蒋明金孙圆圆孙永建马均四川农业大学水稻研究所/农业部西南作物生理生态与耕作重点实验室四川温江611130 中国气象局成都高原气象研究所四川成都610072

以F优498为材料,设置淹灌和控制性间歇灌溉方式以及5种施氮水平共10个处理,研究其对水稻产量及水、氮利用效率的影响。结果表明,合理的水氮管理模式能够提高水稻产量及水、氮利用效率。控制性间歇灌溉模式较淹灌模式产量平均提高3.22%,... 详细信息

以F优498为材料,设置淹灌和控制性间歇灌溉方式以及5种施氮水平共10个处理,研究其对水稻产量及水、氮利用效率的影响。结果表明,合理的水氮管理模式能够提高水稻产量及水、氮利用效率。控制性间歇灌溉模式较淹灌模式产量平均提高3.22%,其增产原因是每穗总粒数、结实率、千粒重均有一定程度的提高;淹灌模式能够获得较多的有效穗数,从而保证产量不显著降低。与淹灌模式相比,控制性间歇灌溉模式能增加水稻生育后期的氮素积累,促进茎鞘氮素转运,提高氮素利用效率,提高水分生产效率和灌溉水生产力。综合产量与水、氮利用效率,淹灌模式下施氮量180 kg/hm^2表现较好,控制性间歇灌溉模式下施氮量135 kg/hm^2节水节肥效果较明显。

关键词：杂交籼稻水氮管理产量氮素利用效率水分利用效率