土壤硝态氮时空变异与土教育界氮素表观盈亏Ⅱ.夏玉米

在不同氮肥用量下研究了夏玉米生育期间土壤硝态氮的时空变化特征,同时对不同生育阶段土壤氮素的盈余与亏缺进行了表观估算,结果表明：0-100cm土体内,夏玉米生中土壤硝态氮均表现为在中国土层含量低,上层和下层含量高,一般以表层最高,但受降雨的影响在高氮肥处理会出现下层高于表层的现象,施氮肥提高了土壤硝态氮含量,而且提高程度与用量成正相关,降雨时土壤硝态氮可随水下移,在干旱条件下也可随水上移,土壤硝态氮的运移不仅受土壤水分状况的影响,还取决于硝态氮含量,含量越高,向下移动的越深,淋失的可能性越大;在本试验条件下,土壤氮素盈余主要出现在夏玉米播种9叶展和9叶展-吐丝两个生育阶段,吐丝-收获则出现土壤氮素的亏缺,随着氮肥用量的增加,玉米一生中土壤氮素的表观盈余量明显增大,最高平均可达274.12kgN/hm^2。研究结果表明,土壤氮损失是盈余氮素的一个主要去向,而硝态氮淋洗是夏玉米生育期间土壤氮素损失的一个重要途径。     

土壤硝态氮时空变异与土壤氮素表观盈亏研究Ⅰ.冬小麦

不同氮肥用量下对冬小麦生育期间土壤硝态氮时空变化特征及土壤氮素表观盈亏量的研究结果表明,氮肥用量不同,硝态氮分布特征有差异,并且随着冬小麦的生长,其变化也不同。在冬小麦快速生长阶段,作物吸收可在一定深度的土层出现硝态氮亏缺区。由于灌溉的影响,土壤表层硝态氮向深层淋洗严重,即使在低氮肥水平,土壤深层仍可观察到硝态氮含量升高现象,存在淋出2m土体的可能性。并且氮肥用量越高,土壤硝态氮含量越高,硝酸盐向深层淋洗也越严重,淋出2m土体的可能性和也相应增大;在冬小麦生长前期（播种－拔节）,即使在不施氮肥处理也有土壤氮素的表观盈余,随着施肥量的增加,在拔节－扬花也出现了土壤氮素表观盈余,而扬花后各个氮肥处理均出现土壤氮素的表观亏缺,氮肥用量越高,小麦一生中土壤表观氮盈余量越大,1m土体内平均最大盈余量达199.8kgN/hm^2。研究表明,土壤氮损失是盈余氮素的一个主要去向,而硝态氮淋洗是冬小麦生育期间土壤氮素损失的一个重要的途径。     

直播旱作水稻的吸氮特征与土壤氮素表观盈亏

水稻旱作是水稻节水栽培中最有效的方式。通过田间试验研究旱作直播条件下水稻对氮素的吸收利用特征以及土壤矿质氮的动态变化 ,并对土壤氮素的表观盈亏量进行了估算。结果表明 ,直播旱作水稻较水作水稻更注重中后期对氮素养分的吸收 ,尤其是对土壤氮素的吸收 ;幼穗分化后水稻的土壤吸氮量占阶段吸氮总量的 6 9.5 % ,比水作水稻多 17.8%。对 0～ 4 0 cm土层土壤矿质氮含量时空变化的研究表明 ,直播旱作水稻生育前期土壤表层矿质态氮大量累积 ,在灌水和降雨的影响下 ,向下层的迁移增加 ,基肥施用后裸地处理 2 0～ 4 0 cm土层的矿质氮高达 10 4 kg N/hm2 。对水稻各生育期土壤氮素盈亏的计算结果表明 ,自分蘖盛期后旱作各处理都表现出土壤氮素不同程度上的表观亏缺 ,然而就全生育期土壤氮素盈余量而言 ,旱作处理平均高达 12 7kg N/hm2 ,生育前期氮肥的大量投入是氮素盈余的主要原因。本试验结果表明 ,直播旱作水稻生育前期对施用的肥料氮吸收很少 ,提高直播旱作水稻氮肥利用效率的关键在于减少生育前期肥料氮的投入     

氮肥运筹对稻茬冬小麦土壤无机氮时空分布及氮肥利用的影响

以宁麦9号和豫麦34号为材料,研究了氮肥基追比对土壤无机氮时空变化、氮素表观盈亏和氮肥利用率的影响。结果表明,施用基肥提高了越冬期0-60 cm土层NO3--N和NH4+-N含量,拔节期追肥对孕穗期各土层无机氮含量无显著影响,追施孕穗肥显著提高了开花期0-60 cm土层硝态氮含量和0-20 cm土层铵态氮含量。不施氮处理各生育阶段均表现为氮素亏缺,施氮处理氮素盈亏呈明显的阶段性,播种至孕穗阶段出现氮素盈余,孕穗至成熟阶段出现氮素亏缺;全生育期氮素表观盈余量两品种平均以5∶5处理最低,7∶3处理最高。两品种氮肥农学效率、氮肥表观回收率和产量均随基肥比例的增加呈先增后降的趋势,均以5∶5处理最高。因此,在小麦生产中应适当减少基施氮肥用量,在小麦拔节孕穗期适当增加追肥比例有利于提高产量和氮肥利用效率,并降低土壤氮素损失。     

施氮量和底施追施比例对土壤硝态氮和铵态氮含量时空变化的影响

研究了高产栽培条件下,不同施氮量和底施追施比例对土壤硝态氮和铵态氮含量时空变化的影响,同时计算了不同生育阶段土壤氮素的表观盈亏量.结果表明,与氮肥分期施用处理比较,氮肥全部用于拔节期追施处理降低了拔节期之前的土壤硝态氮含量,减少了拔节期之前土壤氮素的表观盈余量,降低了氮素向深层的淋洗;而挑旗期土壤硝态氮含量与氮肥分期施用处理无显著差异,但提高了土壤铵态氮含量;增加了成熟期0～60 cm土壤各土层土壤硝态氮含量和0～20 cm土壤铵态氮含量.氮肥全部用于拔节期追施的两处理间比较,在240 kg·hm^-2的基础上降低施氮量至168 kg·hm^-2,降低了挑旗期土壤硝态氮和铵态氮的含量,减少了挑旗期到成熟期土壤氮素的亏缺量,也使成熟期土壤硝态氮的含量降低.不同处理间籽粒产量和蛋白质产量无显著差异,施氮量为168 kg·hm^-2且全部用于拔节期追施的处理籽粒蛋白质含量最高.     

华北地区夏玉米土壤硝态氮的时空动态与残留

为了进一步明确华北地区冬小麦-夏玉米种植体系周年氮肥利用效率及其影响因素与机制,在试验区夏玉米生育期年均降雨量400mm左右,轻壤质底粘潮土中等土壤肥力条件下,通过设计不同施氮量(0、90、180、270kgN/hm2)处理,重点研究了夏玉米大田土壤硝态氮动态与残留积累情况。试验结果表明,夏玉米根系生物量最大值出现在吐丝期,最大根系分布深度约为1.2m。根干重密度(g/m3)随土壤深度增加而明显降低。根群主要分布在表土层,0～80cm土体根重比例达95%以上,1m以下根重比例不足1%。土壤硝态氮测定表明,从播种前到收获期,各施氮量处理(0、90、180、270kgN/hm2)2m土体土壤硝态氮平均含量均表现出“N”型曲线变化趋势。在玉米收获期,施氮处理(90～270kgN/hm2)2m土体均有明显的硝态氮残留积累,并且残留积累量随着施氮量增加而增大,施氮处理下层土壤(120～200cm)硝态氮残留积累量比不施氮处理高出50.4～95.4kgNO3-N/hm2。这说明,在玉米生育期降水影响下氮肥发生了淋溶,有部分氮肥已经向下移出玉米根区以外,积累在下层土壤中。这些残留积累在下层土壤中的硝态氮对于玉米来说很难被吸收利用,不仅降低了氮肥的利用率,也成为污染地下水的潜在隐患。分析表明,各施氮处理籽粒产量和植株吸氮量都显著大于不施氮处理,但施氮处理之间比较,籽粒产量和植株吸氮量并无显著差异。90kgN/hm2、180kgN/hm2和270kgN/hm2施氮处理下,氮肥表观利用率分别为11.52%、13.37%、9.93%。根据本研究结果,从小麦-玉米种植体系考虑,玉米根区以下残留积累氮素的回收利用是提高周年氮肥利用率的一个重要方面,值得进一步研究。     

施氮时期对玉米土壤硝态氮含量变化及氮盈亏的影响

在“郑单 95 8”(9株 / m2 )组成的土 -植系统 ,研究了不施氮、基施氮 10叶展追氮、基施氮 吐丝期追氮和基施氮 乳熟期追氮共 4个处理下 0～ 2 0 0 cm的土壤 NO- 3- N含量在夏玉米生长期间的变化和土壤氮素的表观盈亏量 ,结果表明 :2 0 cm以上的土壤 NO- 3- N含量以大口期为界、2 0 cm以下的土壤 NO- 3- N含量以吐丝期为界前降后升。在 0～ 2 0 cm土层 ,与不施氮相比 ,施氮能增加土壤 NO- 3- N含量 ,而且吐丝期和乳熟至成熟阶段的 NO- 3- N含量在 10叶展期和吐丝期各自追氮后均显著增加。在 2 0～4 0 cm土层 ,乳熟期的 NO- 3- N含量施氮后明显比不施氮高。在 80 cm以下土层 ,施氮后的土壤 NO- 3- N含量明显比不施氮高 ;追氮期相比 ,后一追氮处理在乳熟期和成熟期的 NO- 3- N含量均比前一追氮处理明显增加 ,其中成熟期基施氮 乳熟期追氮处理在 16 0～ 2 0 0 cm土层的 NO- 3- N含量比基施氮 吐丝期追氮处理 (为 2 5 .3m g N/ kg(干土 ) )高 16 %。土壤氮素的表观盈余发生在吐丝期之前且 80 %以上盈余量出现在大口期前 ,表观亏损出现在吐丝期以后且其亏损量在乳熟期前后各占一半。经玉米季后 ,本试验中不施氮处理出现表观盈余 (为 5 6 .3kg N/ hm2 ) ;施氮后表观盈余量增加 ,主要是施氮减少了吐丝以后     

华北平原冬小麦/夏玉米轮作体系土壤硝态氮的适宜含量

采用冬小麦季不同施氮处理(夏玉米季不施氮)研究了华北平原冬小麦/夏玉米轮作体系夏玉米季土壤硝态氮的适宜含量.结果表明:在播前土壤无机氮含量较高的条件下,冬小麦季施用150kgN.hm-2即可满足冬小麦/夏玉米两季作物的氮素需求;各氮肥处理在冬小麦季的氮肥施用当季的利用率仅为11%～23%,在夏玉米季氮肥残效利用率则高达30%～52%.当夏玉米播前0～90cm土层硝态氮含量达到82kg.hm-2时,无需施氮即可保证夏玉米十叶期的生长,达到151kg.hm-2时,无需施氮即可保证整个生育期的生长.夏玉米十叶期和收获后0～90cm土层硝态氮含量低于46和65kg.hm-2时,则影响作物正常生长.综合考虑产量和环境效应,冬小麦/夏玉米轮作体系中0～90cm土层硝态氮含量应控制在65～151kg.hm-2之间.     

不同施肥条件下玉米田土壤养分淋溶规律的原位研究

利用排水采集器法结合田间原位试验,研究了夏玉米不同施肥处理对棕壤土养分淋失的影响.结果表明:在夏玉米生长期内,影响玉米田土壤水分淋溶的主要因素是大量降雨和灌溉,夏玉米生长前期的土壤淋溶水量较大,但随夏玉米生育进程的推进而递减,各处理差异也逐渐减小;与施氮肥处理相比,秸秆还田配施氮肥处理可加剧土壤水淋溶.在夏玉米生长期内,施肥处理的土壤淋溶水硝态氮浓度均呈"双峰"曲线变化趋势,而铵态氮浓度则呈先升后降的变化趋势.玉米田土壤氮素淋失以硝态氮形式为主,其累计淋失量为12.90～46.53 kg·hm-2,铵态氮的累计淋仅为1.66～5.11 kg·hm-2,两种形态氮的淋失量都随施氮量的增加而升高.秸秆还田配施氮肥处理的氮素淋失率比单施氮肥处理高6.53%～13.07%,低氮处理的氮素淋失率比高氮处理高3.66%～10.10%;玉米田土壤速效磷的累计淋失量较小,仅为0.148～0.235 kg·hm-2,而速效钾的累计淋失量较大,为7.08～13.00 kg·hm-2.在夏玉米生长后期,秸秆还田配施氮肥处理使土壤速效磷淋失量升高,并可加剧土壤速效钾的淋失,而单施氮肥处理作用不明显.     

不同土壤肥力条件下施氮量对小麦氮肥利用和土壤硝态氮含量的影响

在土壤肥力不同的两块高产田上,利用15N示踪技术,研究了高产条件下施氮量对冬小麦氮肥吸收利用、籽粒产量和品质的影响,及小麦生育期间土壤硝态氮含量的变化.结果表明：1.成熟期小麦植株积累的氮素73.32%～87.27%来自土壤,4.51%～9.40%来自基施氮肥,8.22%～17.28%来自追施氮肥;随施氮量增加,植株吸收的土壤氮量减少,吸收的肥料氮量和氮肥在土壤中的残留量显著增加,小麦对肥料氮的吸收率显著降低;小麦对基施氮肥的吸收量、吸收率和基施氮肥在土壤中的残留量、残留率均显著小于追施氮肥,基施氮肥的损失量和损失率显著大于追施氮肥;较高土壤肥力条件下,植株吸收更多的土壤氮素,吸收的肥料氮量较少,土壤中残留的肥料氮量和肥料氮的损失量较高,不同地块肥料氮吸收、残留和损失的差异主要表现在基施氮肥上.2.当施氮量为105 kg/hm2时,收获后0～100cm土体内未发现硝态氮大量累积,随施氮量增加,0～100cm土体内硝态氮含量显著增加;施氮量大于195 kg/hm^2时,小麦生育期间硝态氮呈明显的下移趋势,土壤肥力较高地块,硝态氮下移较早,下移层次深.3.随施氮量增加,小麦氮素吸收效率和氮素利用效率降低,适量施氮有利于提高成熟期小麦植株氮素积累量、籽粒产量和蛋白质含量;施氮量过高籽粒产量和蛋白质含量不再显著增加,甚至降低;较高土壤肥力条件下,获得最高籽粒产量和蛋白质含量所需施氮量较低.     

水稻土模拟土柱中肥料氮素的迁移转化特征

为了明确肥料氮素在模拟土柱中的迁移转化特征,通过布置室内模拟土柱试验,研究了3倍常规施肥水平下（360 mg·kg^-1）水稻土中矿质氮的变化.结果表明： 不同处理、不同土层间NH₄⁺-N和NO₃^--N含量差异显著.不施肥对照在整个培养期间养分含量变化不大,不同土层间亦没有显著性差异.施用尿素和硫铵后,土壤NH₄⁺-N和NO₃^--N含量显著提高,尤其是0～50 mm土层内,分别达到186.0～2882.1 mg·kg^-1和268.7～351.5 mg·kg^-1,分别相当于对照的4.8～242倍和5.7～316倍,50 mm以下各土层与对照处理相似,表明肥料氮素的迁移转化主要发生在0～50 mm土层内,并且在培养的前14 d变化最大.整个培养期间不同土层内,硫铵处理不同矿质态氮含量是尿素处理的0.7～2.0倍,硝化率是尿素处理的0.9～1.4倍,表明硫铵在水稻土中的转化效率略高于尿素.     

菜园土壤无机氮解吸特性对硝态氮流失潜能的影响

根据土壤氮素解吸模型,通过盆栽试验研究解吸特征参数对土壤渗漏水硝态氮浓度的影响.结果表明：土壤氮素可解吸量Q、土壤溶液氮初始浓度Cli和C₁/比值与土壤渗漏水硝态氮浓度呈非线性关系,在较低氮解吸特征值时则呈线性关系,由此提出“双速率转折点”概念评价土壤硝态氮流失潜能.当耕层土壤氮素解吸特征值超过“双速率转折点”X₀时,硝态氮浓度的增加速率将以非线性形式迅速提高,反之将稳定在较低水平.     

长期施肥条件下黄土旱塬土壤N03^--N的淋溶分布规律

在黄土旱塬区,长期施肥对土壤剖面NO3^-1—N含量和分布有显著影响．施用化学氮肥,土壤剖面中出现NO3^-1—N的淋溶与深层累积,而施用磷肥和有机肥有减弱NO3^-1—N向更深层淋溶的作用．单施氮肥处理(N),NO3^-1—N的累积峰深度最大,为120～200cm;N、P有机肥配施处理(NPM),NO3^-1—N的累积峰值最高,但峰深度降低至60～120cm;N、P配施(NP)累积深度为80～140cm．不施氮肥,分布在土壤剖面中NO3^-1—N含量显著降低．氮肥用量愈大,NO3^-1—N的累积量愈大．N、P配施可以有效降低NO3^-1—N累积．在同一氮肥用量下,NO3^-1—N累积量随磷肥用量的增加而减少．     

元素硫和双氰胺对蔬菜地土壤硝态氮淋失的影响

采用温室盆栽淋洗试验,以NH₄HCO₃为氮肥源,研究了元素硫(S₀)和双氰胺（DCD）对种葱和不种作物土壤NO₃^--N淋失量和NO₃^--N、NH₄⁺-N浓度的影响.结果表明,在12周试验期间,与对照相比,S₀+DCD和S₀处理NO₃^--N淋失量分别低83%～86%和83%;NH₄⁺-N淋失量分别高16.8～21.0 mg·盆^-1和20.4～25.0 mg·盆^-1;而同期无机氮（NO₃^--N、NH₄⁺-N）淋失量则低60%.试验结束后,,S₀+DCD和S₀处理土壤无机氮含量分别比对照高79.9%～85.4%和74.9%～82.6%,以NH₄⁺-N为主.S₀+DCD处理无机氮淋失量比S₀和DCD处理分别低4.6%～14.4%和15.4%～30.1%;试验结束后土壤无机氮分别高6.1%和16.8～36.0%.在Na₂S₂O₃+DCD、Na₂S₂O₃和DCD处理中也发现类似结果.可见S₀施入土壤具有与DCD同样的氨稳定和硝化抑制作用.S₀与DCD配合施用可使DCD的硝化抑制性增强,其作用机理是S₀氧化中间体S₂O₃^2-、S₄O₆^2-,具有抑制硝化和DCD降解作用,延缓DCD硝化抑制效果.S0与DCD配合施用可用于延缓太湖流域蔬菜地土壤NH₄⁺-N向NO₃^--N转化,减少氮向水体迁移风险.     

华南赤红壤无机复合肥氮磷淋失特征

采用室内土柱淋溶模拟试验,研究了不同施肥水平下无机复合肥中氮和磷在华南赤红壤中的淋失特征.结果表明: 铵态氮、硝态氮和总氮淋失量均随施肥量增加而提高;肥料中氮的淋失率在36.8%～49.2%之间,总氮淋失量（y）与施肥量（x）之间的回归方程为y=0.3667x+66.483（R²=0.992）;铵态氮和总氮的淋失主要集中在前5次淋洗,硝态氮的淋失持续时间更长.施肥量对可溶性磷淋失量无显著影响,但颗粒磷和总磷淋失量均随施肥量增加呈上升趋势;肥料磷淋失率在0.002%～0.010%之间,总磷淋失量（y）与施肥量（x）之间的回归方程为y=7e^-5x+0.0538（R²=0.931）;磷的淋失动态与氮显著不同,为缓慢的持续累积过程.硝态氮与铵态氮淋失量比值和可溶性磷与颗粒磷淋失量比值均随施肥量增加呈下降趋势.     

林下植被去除与氮添加对樟子松人工林土壤化学和生物学性质的影响

通过析因试验设计,研究了科尔沁沙地樟子松人工林生态系统内土壤无机氮(NO3--N+NH4+-N)含量,潜在净氮矿化(PNM)、硝化速率(PNN),微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)及MBC/MBN,土壤脲酶、酸性磷酸单酯酶活性和土壤有效磷(Olsen-P)含量对林下植被管理(对照和去除)和氮添加(对照和添加8g·m-2)的短期响应.结果表明:林下植被去除显著降低了土壤NH4+-N含量、PNM、MBC和MBC/MBN比值,提高了土壤Olsen-P含量,而对土壤NO3--N含量、PNN和土壤酶活性的影响不显著.氮添加提高了土壤NO3--N含量、PNM和PNN,但对其他指标的影响不明显,可能与试验处理时间较短有关.土壤NH4+-N含量对林下植被去除与氮添加的交互作用的响应显著;而NO3--N含量虽对林下植被去除与氮添加处理的交互作用响应不显著,但在氮添加同时进行林下植被去除的样地中的土壤NO3--N含量比只进行氮添加处理的样地提高了27％,有可能导致土壤中NO3-的淋失.林下植被是影响樟子松人工林土壤化学和微生物学性质的重要因素,因此在森林管理和恢复过程中,不能忽视林下植被的作用.     

入侵种加拿大一枝黄花对土壤特性的影响

生物入侵已给人类社会带来了巨大的环境和经济损失,但关于植物入侵对生态系统的影响后果还知之甚少。土壤是生态系统的重要组成部分,植物入侵对土壤特性的影响已引起了生态学家的普遍关注。我们将原产北美的入侵杂草加拿大一枝黄花(Solidagocanadensis)和同属土著植物一枝黄花(S.decurrens)种植在具有相同利用历史的土壤中,通过检测生长后期不同植物下土壤特性的差异来研究加拿大一枝黄花的入侵后果。测定的土壤特性包括pH值、总碳、总氮、土壤有机质、硝态氮、铵态氮、净铵化速率、净硝化速率和净矿化速率等。野外选取了加拿大一枝黄花的典型入侵地上海江湾绿地进行土壤特性调查作为辅证。移栽实验和野外调查得到了基本一致的结果:加拿大一枝黄花调节了土壤pH值,增加了总碳、氮库和有机质库,降低了铵氮库和硝氮库。加拿大一枝黄花还促进了微生物的矿化速率和铵化速率,这表明该物种提高了土壤无机氮和铵氮的供给。控制无机氮浓度和无机氮形式的独立实验表明,高氮供给和富铵氮条件有利于加拿大一枝黄花的生长。本研究不仅为外来植物入侵后果的评估提供实验证据,而且为植物成功入侵的机制探索提供思路。     

不同管理方式下橡胶林土壤氮动态特征

对西双版纳割胶、未割胶条件下橡胶林种植带土壤及其保护带土壤氮素动态变化特征进行了研究,并比较了不同保护带种植方式(距瓣豆绿肥覆盖与野生杂草覆盖)对土壤氮素动态的影响。结果表明,橡胶林种植带土壤全氮、碱解氮和硝态氮含量低于保护带。橡胶林土壤全氮、碱解氮、铵态氮、硝态氮均呈现明显的动态变化,种植距瓣豆绿肥覆盖与野生杂草生长覆盖的橡胶林土壤氮变化趋势一致。土壤全氮随时间逐渐下降,碱解氮含量先升后降,铵态氮和硝态氮含量变化幅度较大。橡胶林土壤全氮和碱解氮含量呈现表层(0～20cm)>中层(20～40cm)>底层(40～60cm)的趋势,且未割胶处理全氮和碱解氮含量>割胶处理,而保护带为距瓣豆绿肥覆盖的割胶橡胶林>杂草生长覆盖的橡胶林。距瓣豆绿肥覆盖的保护带土壤硝态氮含量高于杂草生长覆盖。碱解氮与铵态氮含量呈显著的负相关、与硝态氮呈显著正相关。割胶橡胶林土壤氮养分含量最低。橡胶林土壤种植豆科距瓣豆绿肥能够改善土壤氮素肥力。