不同氮水平下作物养分吸收与利用

玉米与马铃薯间作是重要的间作种植模式,具有较突出的资源利用和产量优势,但养分吸收和利用对作物产量优势的贡献及这种贡献对施氮量的响应机制尚不清楚.本研究采用玉米单作、马铃薯单作和玉米与马铃薯间作3种种植模式,分别设置N₀(0 kg·hm^-2)、N₁(125 kg·hm^-2)、N₂(250 kg·hm^-2)和N₃(375 kg·hm^-2)4个氮水平,通过2年田间小区试验,研究不同氮水平下间作产量优势的营养基础.结果表明: 随着施氮量的增加,氮、磷、钾的单作加权平均吸收量逐渐增加,间作则先增加后减少.间作在N₁水平时具最高的养分吸收优势,分别较单作加权平均值增加氮吸收14.9%、磷吸收38.6%、钾吸收27.8%;间作在N₀和N₃时具有更高的养分利用效率,较单作可提高氮利用效率3.5%～14.3%、磷利用效率3.5%～18.5%、钾利用效率10.6%～31.6%.N₀和N₁时玉米与马铃薯间作具有显著产量优势,其营养基础在N₀时主要是提高了作物养分利用效率,而N₁时则是促进养分吸收的结果.充分发挥间作促进养分吸收对玉米与马铃薯间作产量优势的贡献,需要合理控制氮肥的投入.     

亚热带米槠天然林土壤氨氧化微生物对模拟氮沉降的响应

我国亚热带地区是全球氮沉降的热点区域。氮沉降会影响氨氧化微生物的丰度和群落结构,进而改变土壤微生物驱动的养分循环。目前对新近发现的完全氨氧化菌认识不足,极大地制约了对森林土壤氨氧化微生物响应氮沉降的整体认识。本研究以福建省三明市辛口镇格氏栲自然保护区长期模拟氮沉降处理土壤为研究对象,利用实时定量PCR方法,研究氨氧化微生物(包括氨氧化细菌AOB、氨氧化古菌AOA和完全氨氧化菌comammox Nitrospira),尤其是完全氨氧化菌的amoA基因丰度。模拟氮沉降处理包括:不添加N(CK)、低氮(添加40 kg N·hm^-2·a^-1,LN)和高氮(添加80 kg N·hm^-2·a^-1,HN)。结果表明: 8年的氮添加降低了土壤pH值和有机碳含量,提高了土壤硝态氮含量。供试土壤的AOB丰度低于检测限,无法获得目的片段。高氮处理显著提高了AOA丰度,但对完全氨氧化菌clade A和clade B丰度无显著影响。两种氮添加处理均降低了完全氨氧化菌/AOA值,表明氮添加降低了完全氨氧化菌在亚热带森林土壤氨氧化微生物类群中的相对竞争力。针对完全氨氧化菌clade A和clade B的扩增都存在非特异性产物,表明针对森林土壤的高特异性和覆盖度设计引物的必要性。Clade A和clade B丰度与总氮和铵态氮含量呈显著正相关,clade B丰度还与有机碳含量呈显著正相关。总之,模拟氮沉降提高了AOA在亚热带米槠天然林土壤硝化过程中的相对重要性,这些发现可为该地区应对全球变化和氮沉降的风险评估提供理论依据。     

长江流域稻麦轮作条件下冬小麦适宜施氮量

为推动长江流域稻茬冬小麦氮肥的合理施用,研究了施氮量(0、120、210、300 kg·hm^-2,分别表示为N₀、N₁、N₂、N₃)对土壤硝态氮含量、土壤-植株系统氮素平衡和产量的影响。结果表明: 土壤剖面的硝态氮含量随施氮量的增加而增加,至拔节期,不同施氮处理的硝态氮均显著运移至60 cm土层。拔节后追施氮肥显著提高了N₁、N₂处理0～40 cm土层和N₃处理0～60 cm土层的硝态氮含量;而成熟期的硝态氮主要积累于0～40 cm土层。氮素平衡分析表明,氮素吸收、残留、损失因小麦不同生育阶段而异,越冬至拔节期是氮素表观损失的主要时期;小麦全生育期植株的氮素积累量、无机氮残留量和土壤氮素表观损失量均随施氮量的增加而显著增加。通过环境经济学的Coase原理和边际收益综合分析,稻茬小麦兼顾生产、生态和经济效益的适宜氮肥用量为250 kg·hm^-2,基肥与拔节肥的比例为5∶5,相应获得的籽粒产量为6840 kg·hm^-2。     

减量施氮对渭北旱地春玉米产量、氮素利用及土壤硝态氮含量的影响

为确定渭北旱地春玉米减肥增效的科学生产模式,于2016—2019年在陕西合阳县实施旱地春玉米田间定位施肥试验。以郑单958和陕单8806为试验品种,设置5个施氮量处理,分别为360(N₃₆₀,当地农户常规施氮量)、270(N₂₇₀)、150～180(N_150-180)、75～90(N_75-90)和0 kg·hm^-2 (N₀),分析减量施氮处理下春玉米产量、氮素吸收利用及硝态氮残留状况。结果表明: 1)与N₃₆₀处理相比,两个品种在N_150-180处理下籽粒产量增加0.9%～7.1%,吸氮量降低4.1%～4.6%,平均氮肥回收利用率、偏生产力和农学效率分别提高79.3%～83.6%、105.9%～157.7%和101.9%～114.1%;2)在高施氮量(大于180 kg·hm^-2)处理下,硝态氮残留量显著增加;降雨不足显著降低玉米需氮量,导致氮素残留量增加。经过4年定位试验0～200 cm土层硝态氮含量高达504.7～620.8 kg·hm^-2,在80～140 cm土层出现累积峰,存在硝态氮淋失风险。根据年际间玉米籽粒产量表现、肥料利用效率和硝态氮残留状况综合评价,渭北旱地春玉米田适宜氮肥用量为150～180 kg N·hm^-2。     

限水减氮对关中平原冬小麦氮素利用和氮素表观平衡的影响

研究限水减氮对冬小麦产量、氮素利用率和氮素表观平衡的影响,探讨限水减氮管理模式在关中平原冬小麦生产中的可行性,可为实现关中平原灌区冬小麦生产的稳产高效和环境友好发展提供科学依据。本研究于2017—2018和2018—2019年连续2年在陕西杨凌地区进行小麦田间裂区试验,灌水量为主处理,设置两个灌溉水平,1200 m³·hm^-2(常规灌溉,在越冬期和拔节期灌溉, W₂)和600 m³·hm^-2(限水灌溉,仅在越冬期灌溉, W₁);施氮量为副处理,设置4个施氮水平,300 kg·hm^-2(关中地区常规施氮量,N₃₀₀)、225 kg·hm^-2(减量施氮25%,N₂₂₅)、150 kg·hm^-2(减量施氮50%,N₁₅₀)和0 kg·hm^-2(不施氮,N₀),分析冬小麦产量、氮素利用效率、收获后土壤硝态氮积累量和氮素表观平衡。结果表明: 限水减氮能显著增加冬小麦植株和籽粒氮素含量,提升产量和氮素携出量,提高氮素利用效率、氮素收获指数、氮肥表观利用率和氮肥农学效率,减少硝态氮的淋失,降低氮素盈余量,维持氮素平衡。2017—2019年在W₁N₁₅₀处理基础上增加了灌溉量和施氮量,冬小麦产量和氮素携出量不会显著增加。2017—2018年和2018—2019年,与W₂N₃₀₀相比,W₁N₁₅₀同时期植株氮素含量分别提高0.1%～25.5%和14.0%～31.6%,籽粒氮素含量分别提高0.1%和4.6%。氮素利用效率、氮素收获指数、氮肥表观利用率和氮肥农学效率平均提高95.3%、4.2%、81.7%和33.0%,氮素盈余量分别减少97.2%和95.1%,有效减少了土壤硝态氮的淋失。综合各项指标,越冬期灌溉600 m³·hm^-2配合施氮量150 kg·hm^-2的限水减氮组合能够保证关中平原冬小麦高产、高效和环境友好发展。     

小麦与蚕豆间作系统氮肥调控对小麦白粉病发生及氮素累积分配的影响

通过田间小区试验,设N₀(0 kg·hm^-2)、N₁(112.5 kg·hm^-2)、N₂( 225 kg·hm^-2)、N₃( 337.5 kg·hm^-2) 4个施氮水平,研究不同施氮水平下小麦与蚕豆间作对小麦白粉病发生、植株氮含量和氮素累积分配的影响,探讨间作系统氮肥调控下小麦植株氮素含量、氮素累积分配与白粉病发生的关系.结果表明: 无论单作还是间作,施氮(N₁、N₂和N₃)均增加了小麦籽粒产量,以N₂水平下产量最高,单、间作分别为4146和4679 kg·hm^-2;施氮加重了小麦白粉病的发生与危害,N₁、N₂和N₃水平下病害进展曲线下的面积(AUDPC)分别平均增加39.6%～55.6%(基于发病率DI)和92.5%～217.0%(基于病情指数DSI),病情指数受氮素调控的影响较发病率大;施氮显著提高小麦植株氮含量(8.4%～51.6%)和氮素累积量(19.7%～133.7%),对氮素分配比例无显著影响.与单作相比,间作小麦产量平均增加12.0%;AUDPC(DI)和AUDPC(DSI)分别平均降低11.5%和30.7%,间作对病情指数的控制效果优于发病率.间作显著降低发病盛期小麦氮含量、阶段累积量和叶片中氮素分配比例(降幅6.6%～12.5%、1.4%～6.9%和9.0%～15.5%).在本研究条件下,兼顾控病效果和产量效应,小麦施氮量不应超过225 kg·hm^-2.     

小麦与蚕豆间作系统施氮对蚕豆赤斑病发生和冠层微气候的影响

通过田间小区试验,设N₀(0 kg·hm^-2)、N₁(45 kg·hm^-2)、N₂(90 kg·hm^-2)、N₃(135 kg·hm^-2)4个施氮水平,研究不同施氮水平下小麦与蚕豆间作对蚕豆赤斑病发生和冠层微气候的影响,探讨间作系统氮肥调控下冠层微气候变化及其与蚕豆赤斑病发生的关系.结果表明: 施氮提高了蚕豆单、间作种植模式下蚕豆赤斑病发病盛期的病情指数,增幅27.2%～58.0%,增加了病情进展曲线下面积(AUDPC),增幅15.0%～101.8%,N₃水平下赤斑病病情指数和AUDPC最高.施氮使蚕豆冠层温度降低0.2～1.1 ℃,冠层透光率降低1.7%～29.7%,冠层相对湿度增加0.5%～28.7%.与单作相比,间作蚕豆赤斑病病情指数显著降低36.3%～48.1%,AUDPC显著降低44.0%～53.6%,冠层温度和透光率分别提高2.1%～8.7%和12.0%～53.8%,相对湿度降低11.6%～31.6%.相关分析表明,冠层温度和透光率与赤斑病病情指数呈显著负相关,而湿度与病情指数呈显著正相关.表明高氮恶化了冠层微气候环境,加重了蚕豆赤斑病的发生和危害,而间作对蚕豆冠层微气候的改善是控制蚕豆赤斑病发展的重要原因.     

加气灌溉对不同施氮水平的设施甜瓜土壤CO2和N2O排放的影响

为探讨不同加气灌溉施氮模式下设施甜瓜土壤CO₂和N₂O排放的动态变化规律及其与土壤温度、湿度的关系,本研究采用密闭静态箱-气相色谱法对加气灌溉不同施氮水平下土壤CO₂和N₂O排放进行监测,并分析了加气灌溉对不同施氮量下土壤CO₂和N₂O排放的影响.试验采用加气灌溉(AI)和不加气灌溉(CK)两种灌溉方式,施氮量设不施氮(N₁)、传统施氮量的2/3(150 kg·hm^-2,N₂)和传统施氮量(225 kg·hm^-2,N₃)3个施氮水平.结果表明:加气灌溉土壤CO₂和N₂O排放量高于不加气灌溉处理,但是差异不显著;相同灌溉模式下,CO₂和N₂O排放量随施氮量的增加而显著增加,施氮量是土壤CO₂和N₂O排放的主要影响因素.加气灌溉条件下,不同施氮处理N₂O排放通量与土壤温度和湿度呈显著正相关,CO₂排放通量与土壤温度呈显著正相关.加气减氮处理在氮肥减少1/3的情况下,甜瓜产量提高了6.9%,温室气体排放引起的增温潜势值从9544.82 kg·hm^-2下降到9340.72 kg·hm^-2.综上,通过加气灌溉减少氮肥施用量来抑制农业生产系统中温室气体排放是可行的.     

加气灌溉对不同施氮水平的设施甜瓜土壤CO2和N2O排放的影响

为探讨不同加气灌溉施氮模式下设施甜瓜土壤CO₂和N₂O排放的动态变化规律及其与土壤温度、湿度的关系,本研究采用密闭静态箱-气相色谱法对加气灌溉不同施氮水平下土壤CO₂和N₂O排放进行监测,并分析了加气灌溉对不同施氮量下土壤CO₂和N₂O排放的影响.试验采用加气灌溉(AI)和不加气灌溉(CK)两种灌溉方式,施氮量设不施氮(N₁)、传统施氮量的2/3(150 kg·hm^-2,N₂)和传统施氮量(225 kg·hm^-2,N₃)3个施氮水平.结果表明:加气灌溉土壤CO₂和N₂O排放量高于不加气灌溉处理,但是差异不显著;相同灌溉模式下,CO₂和N₂O排放量随施氮量的增加而显著增加,施氮量是土壤CO₂和N₂O排放的主要影响因素.加气灌溉条件下,不同施氮处理N₂O排放通量与土壤温度和湿度呈显著正相关,CO₂排放通量与土壤温度呈显著正相关.加气减氮处理在氮肥减少1/3的情况下,甜瓜产量提高了6.9%,温室气体排放引起的增温潜势值从9544.82 kg·hm^-2下降到9340.72 kg·hm^-2.综上,通过加气灌溉减少氮肥施用量来抑制农业生产系统中温室气体排放是可行的.     

有机、无机氮肥施用对苜蓿产量、土壤硝态氮和温室气体排放的影响

2012年5月—2014年6月,采用田间小区试验方法,研究了不同氮肥管理对N₂O与CH₄的排放、土壤硝态氮含量以及苜蓿干草产量的影响.试验共设5个处理:对照(CK)、单施尿素处理(100 kg N·hm^-2, CF)、尿素(100 kg N·hm^-2)与腐熟牛粪(60 kg N·hm^-2)混施处理(DM₁)、尿素(100 kg N·hm^-2)与沼液(60 kg N·hm^-2)混施处理(DT)及减量尿素(40 kg N·hm^-2)与牛粪(60 kg N·hm^-2)混施处理(DM₂).结果表明: 与CK相比,CF、DM₁、DT和DM₂处理苜蓿干草产量分别增加44.2%、38.9%、56.3%和30.6%,N₂O排放分别比对照增加52.2%、89.1%、133.7%和59.4%,但各施肥处理对甲烷吸收表现出不同程度的抑制作用.苜蓿生产中,尿素和牛粪处理N₂O-N排放与肥料氮素投入量比值(排放系数)为0.25%～0.28%,而沼液处理N₂O-N排放系数为0.64%,显著高于前者.苜蓿生产中,施用化肥或有机无机混施均能显著增加苜蓿干物质产量,土壤硝态氮深层淋洗风险较小,但增加了CO_2-equivalent净排放量.     

玉米间作和施氮对土壤微生物代谢功能多样性的影响

微生物功能多样性是土壤健康的重要指标,在多种生物地球化学过程中发挥关键作用.本研究基于多年田间小区定位试验,设置间作和单作2种种植模式和4个施氮水平(N0,0 kg·hm-2;N125,125 kg·hm-2;N250,250 kg·hm-2;N375,375 kg·hm-2),采用 Biolog-Eco微平板法,分析...     

小兴安岭酸性泥炭土硝化作用的类型及其驱动因子

以小兴安岭酸性森林泥炭土为研究对象,通过加入10 mL·L^-1乙炔及不同浓度的外源硫酸铵(0、1.2、6.0 mmol N·kg^-1)进行硝化培养试验,探究酸性泥炭土中硝化作用类型及主要驱动因子.结果表明:无论有无外加氮源,酸性泥炭土均存在较强的矿化作用(0.9～1.4 mg N·kg^-1·d^-1),经过2周的培养均发生了硝化作用(0.4～0.6 mg N·kg^-1·d^-1),且不同浓度硫酸铵处理之间无显著差异;而乙炔处理虽有较强的矿化作用(0.8 mg N·kg^-1·d^-1),但未发生明显的硝化作用(0 mg N·kg^-1·d^-1),说明该酸性泥炭土以自养硝化为主,外源无机氮源浓度对硝化作用无显著影响,硝化底物NH₃的主要来源不是外源硫酸铵,更可能来源于土壤中有机氮的矿化.培养0～14 d,无论有无外加氮源,酸性泥炭土氨氧化细菌(AOB)和古菌(AOA)丰度均显著增加,但不同浓度硫酸铵处理间无显著差异,表明外源无机氮浓度对氨氧化微生物的生长无显著促进作用.与不加乙炔的对照相比,乙炔处理AOB和AOA丰度随时间均无显著变化,推测AOA与AOB在该酸性泥炭土的硝化过程中都可能起一定的作用.     

氮肥减施与配施有机肥对冬小麦土壤线虫群落结构的影响

土壤线虫是指示土壤健康的典型生物之一,为了揭示氮肥减施对土壤健康的影响,以冬小麦土壤为对象,研究了氮肥减施和配施有机肥对拔节期冬小麦土壤线虫群落结构的影响。共设置了6个施肥处理:CF(315 kg N·hm^-2,常规施肥量)、N₂₄₀(240 kg N·hm^-2)、N₂₁₀(210 kg N·hm^-2)、N₁₈₀(180 kg N·hm^-2)、F₁₅₀(180 kg N·hm^-2+150 kg·hm^-2黄腐酸)、F₂₂₅(180 kg N·hm^-2+225 kg·hm^-2黄腐酸)。结果表明: 1)氮肥减施会降低土壤线虫数量,降幅为15.3%～68.5%;2)各处理均以原杆属为优势属(19.6%～50.4%)。氮肥减施提高了食真菌类、植食类和捕食/杂食类线虫的丰度,食细菌类线虫的丰度先降低后升高。配施有机肥后,食细菌类和食真菌类线虫的丰度降低,植食类和捕食/杂食类线虫丰度升高;3)N₂₄₀和F₂₂₅处理分别使线虫多样性指数H提高了48.1%和58.5%。N₂₄₀处理线虫成熟度指数MI最高(1.95)。N₁₈₀处理线虫结构指数SI最低(43.33),配施有机肥的F₂₂₅线虫结构指数SI达到62.72,但线虫富集指数EI最低(80.82)。说明减施氮肥并配施有机肥可以提高土壤线虫的多样性,使食物网向复杂稳定方向发展,对农田土壤生态系统有积极意义。     

长期施肥对土壤氨氧化微生物的影响

长期施肥可改变土壤碳氮等养分供应,进而影响微生物数量与群落组成。本研究基于棕壤长期定位实验站,分析不同施肥方式下(不施肥,CK;低量无机氮肥,N₂;高量无机氮肥,N₄;有机无机氮肥配施,M₂N₂)土壤氨氧化古菌(AOA)和细菌(AOB)的变化,为土壤氮素转化的微生物学机制和培肥土壤提供依据。结果表明:不同施肥方式下,土壤AOA与AOB的数量比值为2.28～61.95。与CK相比,施肥后土壤AOA数量降低了1.6%～13.6%。N₄处理AOB数量随土壤深度增加呈先降低后升高的趋势,其他处理则相反。土壤AOB群落Shannon多样性指数、均匀度指数和Simpson指数均高于AOA。M₂N₂处理0～20 cm土层土壤AOB多样性增加,但AOA多样性降低。土壤AOB主要因土壤深度发生聚类,AOB和AOA均未因施肥方式发生聚类。综上,长期施肥改变了土壤AOA和AOB的构成状况,AOA对环境变化较为敏感,AOB较为丰富和稳定。     

减量施氮对大棚黄瓜产量和品质的影响

利用在东部沿海丘陵区玻璃大棚中的长期定位试验,设置农民习惯施氮(N₁, 800 kg·hm^-2)、氮减量25%(N₂, 600 kg·hm^-2)、氮减量50%(N₃, 400 kg ·hm^-2)、不施肥(CK)4种不同化肥施氮水平和施有机肥(ON, 400 kg N·hm^-2)处理,研究了不同施氮量对黄瓜产量及品质的影响.结果表明: 与农民习惯施氮相比,施氮量减少50%能保证黄瓜的果实产量,并大幅提高经济效益.不同处理黄瓜果实硝酸盐含量范围在94.2～136.1 mg·kg^-1,均未超过我国蔬菜卫生安全标准,不同施肥处理比CK增加了18.1%～44.5%,其中N₃处理下增加幅度最小.施用化肥降低了黄瓜果实中Vc、可溶性糖和可溶性蛋白含量,在施氮量600 kg·hm^-2处理中最低.不同施氮处理在短期内改变土壤pH等理化性质,然而在过量施肥条件下黄瓜产量、经济效益与土壤性质无显著相关性.因此,在东部沿海丘陵区的大棚生产条件下,氮肥施用量减少50%可以保证黄瓜产量和果实品质.