土壤硝态氮时空变异与土壤氮素表观盈亏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～ 1 0 0 cm土体内 ,夏玉米一生中土壤硝态氮均表现为在中间土层含量低 ,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 2 74 .1 kg N/hm2。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。     

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     

华北二月兰-春玉米轮作体系中土壤硝态氮的时空变化特征

二月兰-春玉米轮作生产体系是近年来为解决华北地区出现的大面积冬闲田而提出的冬绿肥-春玉米生产新模式.本文依托定位试验,研究了该体系从二月兰翻压到玉米收获期间的土壤硝态氮时空变化特征.结果表明：土壤硝态氮含量呈玉米生育前期高后期低的时间变化特征和硝态氮含量峰值随着生育期的推移逐渐下移的空间变化特征,且土壤硝态氮含量随施肥量的增加而显著增加.翻压二月兰对土壤硝态氮含量的时空变化有一定影响,冬春季种植二月兰可降低0～180 cm土壤硝态氮累积量;二月兰翻压后,春玉米苗期与喇叭口期土壤硝态氮规律基本一致,主要集中在0～20 cm土层,0～100 cm土壤剖面为有二月兰处理高于无二月兰处理,100～180 cm土壤剖面则为有二月兰处理低于无二月兰处理;抽雄期以后,土壤硝态氮含量普遍较低,100～180 cm土层土壤硝态氮含量为有二月兰处理略高于无二月兰处理.总体上,翻压二月兰可以增加0～180 cm土层土壤硝态氮保蓄量.     

玉/豆和玉/薯模式下氮肥运筹对玉米氮素利用和土壤硝态氮残留的影响

过量施用氮肥造成的环境问题日益严重,氮肥合理使用已成为人们研究的热点.本文研究了西南玉米两种主要套作模式下氮肥运筹对玉米氮素利用和土壤硝态氮残留的影响.结果表明：连续分带轮作种植玉/豆模式后,玉米收获期植株中的氮素积累较玉/薯模式平均提高了6.1%,氮收获指数增加了5.4%,最终使氮肥利用效率提高4.3%,氮素同化量提高了15.1%,氮肥偏生产力提高了22.6%;玉米收获后硝态氮淋溶损失减少,60～120 cm土层中硝态氮残留玉/豆模式较玉/薯模式降低了10.3%,而0～60 cm土层中平均提高了12.9%,有利于培肥地力,两年产量平均较玉/薯模式高1249 kg·hm^-2,增产22%;增加施氮量提高了植株氮素积累,降低了氮肥利用率,显著提高了表层土壤中硝态氮的累积,60～100 cm土层中硝态氮的累积量在0～270 kg·hm^-2处理间差异不显著,继续增加施氮量会显著增加土壤硝态氮的淋溶;氮肥后移显著提高了土壤0～60 cm土层硝态氮的积累.两种模式下施氮量和底追比对玉米氮素吸收和硝态氮残留的影响结果不一致,玉/豆模式以施氮180～270 kg·hm^-2、按底肥∶拔节肥∶穗肥=3∶2∶5的施肥方式有利于提高玉米植株后期氮素积累、氮收获指数和氮肥利用效率,减少了氮肥损失,两年最高产量平均可达7757 kg·hm^-2;而玉/薯模式在180 kg·hm^-2、按底肥∶穗肥=5∶5的施肥方式下,氮素积累利用及产量均优于其他处理,两年平均产量为6572 kg·hm^-2,可实现两种模式下玉米高产、高效、安全的氮肥管理体系.
     

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。     

水氮耦合对冬小麦氮肥吸收及土壤硝态氮残留淋溶的影响

在高肥力条件下,大田试验采用裂区设计,主区为不同灌水频次(0～3次),裂区为不同施氮量(0～240 kg/hm2),结合15N微区示踪技术,研究了水氮耦合对冬小麦氮肥的吸收利用及生育后期土壤硝态氮累积迁移的影响.结果表明,在一定氮肥水平下,不灌水处理的氮肥利用率高于各灌水处理,各灌水处理的氮肥利用率随灌水次数增加呈上升趋势;增加灌水次数,氮肥耕层残留量和残留率显著降低,氮肥损失量和损失率则明显增加.在一定的灌溉水平上,随施氮量(0～240 kg/hm2)增加,植株总吸氮量、氮肥吸收量、氮肥耕层残留量、氮肥损失量以及损失率均呈上升趋势,而氮肥利用率和耕层残留率呈下降趋势.氮肥水平一定时,在灌0至灌2水范围内,籽粒产量随灌水次数增加呈上升趋势,灌3水处理中施氮处理(N168、N240)的籽粒产量较灌2水处理显著降低;灌水生产效率随灌水次数增加显著下降.在一定灌溉水平上,施氮量由168 kg/hm2增至240 kg/hm2,氮素收获指数和氮肥生产效率显著降低,各灌水处理的生物产量、籽粒产量和籽粒蛋白质含量均无显著变化,不灌水处理的生物产量、籽粒产量显著降低.灌水促进了施氮处理(N168,N240)中土壤硝态氮向下迁移,从开花到收获0～100 cm土层中部分硝态氮迁移到了100～200 cm土层.灌水次数是导致收获期0～100 cm土层残留NO-3-N累积量变化的主导因素;水氮互作效应是决定收获期100～200 cm土层残留NO-3-N累积量变化的主导因素,且灌水效应大于施氮效应.     

施氮水平对高产麦田土壤硝态氮时空变化及氨挥发的影响

研究了不同施氮水平对高产麦田土壤硝态氮时空变化和氨挥发的影响.结果表明,高产麦田土壤硝态氮在播种至冬前阶段不断向深层移动,并在140cm以下土层积累.施纯氮96～168 kg·hm^-2处理,增加了60 cm以上土层土壤硝态氮含量,降低了土壤氮素表观损失量占施氮量的比例,提高了小麦籽粒蛋白质含量和籽粒产量,且土壤氨挥发损失较低,基施氮氨挥发损失占基施氮量的4.23%～5.51%;施氮量超过240 kg N·hm^-2,促进了土壤硝态氮向深层的移动和积累,基施氮氨挥发损失、土壤氮素表观损失量及其占施氮量的比例均显著升高,对小麦籽粒蛋白质含量无显著影响,但籽粒产量降低.高产麦田适宜的氮素用量为132～204 kg N·hm^-2.     

施氮量对夏季玉米产量及土壤水氮动态的影响

在黄土高原南部旱地有大量氮素残留背景的田块上,研究了不同氮肥用量对夏玉米生长及对土壤水分、硝态氮、铵态氮累积及其剖面分布的影响。结果表明：适量施氮可以提高作物产量;过量施氮没有表现出增产效果,其氮肥利用率只有3．9％,残留率则高达87．2％。施氮240kghm^-2时,0～200cm土层土壤水分达到593mm,且可以下渗到200cm土层;不施氮和施氮120kghm^-2以小区土壤的蓄水量分别为561和553mm,可下渗到180cm。对矿质态氮而言,施氮量可以显著影响土壤中硝态氮的累积和分布,但对铵态氮的影响较小;施氮0,120,240kghm^-2时．收获期土壤硝态氮累积量分别为78,148,290kghm^-2,硝态氮的下移前沿分别到达60,60,140cm。可见,适量施氮会促进作物对土壤水氮的利用。提高作物生物量和产量;过量施氮导致硝态氮在土壤中大量累积,提高硝态氮随水分淋溶危险;但硝态氮向下层土壤的移动显著滞后于水分。     

菠菜叶片中硝态氮还原与叶柄中硝态氮累积的关系

测定了不同生长期在不同施氮水平下3个菠菜品种各器官的硝态氮含量、叶片的硝酸还原酶活性、叶片细胞硝态氮的贮存库和代谢库大小.结果表明:叶柄中硝态氮含量远高于其它器官,其含量与叶片内源/外源硝酸还原酶活性的比值呈负相关;叶片细胞中硝态氮代谢库的大小与叶柄中硝态氮含量之间没有确定的关系.     

矮壮素配合氮肥全基施对华北夏玉米氮素利用的调控效应

为了解矮壮素(CCC)配合氮肥基施对夏玉米氮代谢及氮素利用率的调控效应,本研究以‘京农科728’(简称JNK728)和‘中单909’(简称ZD909)为材料,于2018和2019年在中国农业科学院新乡试验基地开展大田试验。试验设置常规氮肥处理(CN)和常规氮肥配合CCC处理(CN-CCC),包含0、62.5、125、187.0 kg·hm^-2 4个施氮水平。结果表明: 与常规氮肥处理相比,矮壮素配合氮肥全基施处理在施氮量为62.5和125 kg·hm^-2时,JNK728和ZD909产量在2018和2019年试验中平均分别增加了7.7%和5.0%。CCC处理提高了玉米生育期内功能叶硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酸合成酶和可溶性蛋白含量,促进了玉米氮素代谢。CCC配合低中施氮量(62.5和125 kg·hm^-2)条件下,JNK728和ZD909植株的含氮量平均分别增加17.6%和30.3%,籽粒含氮量分别增加10.3%和17.4%,氮肥偏生产力、氮肥农学效率、氮肥表观利用率和氮肥利用率分别较常规氮肥处理平均提高10.0%、15.7%、23.3%、24.8%和5.7%、15.0%、49.9%、71.7%。CCC配合适量氮肥全基施可以增强玉米氮素代谢,提高玉米氮素利用率和产量。在本研究中,CCC配合125 kg·hm^-2施氮量处理的夏玉米增产效果最佳。     

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.     

控释肥对夏玉米产量及田间氨挥发和氮素利用率的影响

在大田条件下研究了树脂包膜控释肥（CRF）和硫包膜控释肥（SCF）对夏玉米产量、田间氨挥发及氮肥利用率的影响.结果表明：控释肥能显著提高玉米产量.在相同施肥量（N、P、K量相同）情况下,全量控释肥CRF(1428 kg·hm^-2)和SCF（1668 kg·hm^-2）分别比全量普通复合肥CCF（1260 kg·hm^-2）增产13.15%和14.15%;控释肥施肥量减少25%（CRF 1071 kg·hm^-2;SCF 1251 kg·hm^-2）时,分别比CCF增产9.69%和10.04%;控释肥施肥量减少50%时（CRF 714 kg·hm^-2;SCF 834 kg·hm^-2）,其产量与CCF无显著差异.对夏玉米田间土壤原位氨挥发进行研究表明,控释肥处理氨挥发速率上升缓慢,最大挥发高峰出现时间比普通肥处理晚7 d,土壤氨挥发量在0.78～4.43 kg N·hm^-2,比普通肥处理(9.11 kg N·hm^-2)减少51.34%～91.34%.控释肥的氮肥利用率和农学效率也均显著高于普通肥处理.     

施氮量对不同肥力水平下夏玉米碳氮代谢及氮素利用率的影响

以郑单958为材料,在高产田和中产田两种地力水平下,利用15N标记法研究了施氮量对夏玉米氮素分配率、利用率和碳氮代谢的影响.结果表明:高产田适量施氮可以提高玉米产量,过量施氮没有表现出进一步增产效果,其氮肥利用率较低(29 04%).中产田随施氮量的增加产量提高,但氮素利用率却降低.各个器官15N积累量依次为籽粒>叶片>茎>根>叶鞘>穗轴.在高产田,当施氮量超过300kg·hm-2时,玉米籽粒和叶片中积累15N有所下降,而茎和根中积累15N的量随施N量的增加而增加;在中产田,随着施N量的增加,籽粒和穗轴积累15N量均相应增加.高产田叶片的硝酸还原酶活性、谷氨酰胺合成酶活性和蔗糖磷酸合成酶活性以及籽粒中蔗糖合成酶活性和酸性转化酶活性均是施氮300kg·hm-2时最大,施氮450 kg·hm-2则抑制了其活性的增强,而中产田的各个酶活性则随着施氮量的增加而增加.     

施氮量对小麦/玉米带田土壤水分及硝态氮的影响

通过田间试验研究了河西绿洲灌区典型的小麦/玉米间作群体不同施氮量(0、210、420和630 kg/hm2)对小麦、玉米带田土壤水分和硝态氮(NO3(-)-N)的动态的影响.结果表明:小麦/玉米总籽粒产量随着施氮量的增加而增加,但当施氮量超过420kg/hm2时,总籽粒产量不再随施氮量增加而增加,最高总籽粒产量可达13661-14668 kg/hm2.水分利用效率在施氮420 kg/hm2时最高可达21.25 kg·hm-2·mm-1.小麦收获后,0-120 cm土层内土壤含水量随施氮量增加而减少,NO3(-)-N的累积量随施氮量增加而增加,并且表层土壤(0-60 cm) NO3(-)-N含量明显高于深层土壤(60-200 cm).在小麦/玉米整个生育期,土壤硝态氮的变化呈双峰曲线.施氮0和210 kg/hm2的土壤硝态氮第一峰值和第二峰值均分别出现在小麦三叶期和玉米大喇叭口期;施氮420和630 kg/hm2的土壤硝态氮第一峰值出现在小麦挑旗期,第二峰值分别出现在玉米大喇叭口期和玉米灌浆期.因此,在该地区小麦/玉米间作栽培模式下,施氮水平控制在420 kg/hm2时,使混合产量达到最高,同时可减轻土壤硝态氮的累积和运移,从而达到高效、安全的目的.     

控释尿素施用方式及用量对夏玉米氮肥效率和产量的影响

在大田条件下以不施氮为对照,研究了施氮量为75和150 kg N·hm^-2条件下,普通尿素底施、控释尿素底施和侧施对夏玉米光合性能、氮肥效率和产量的影响.结果表明：与普通尿素相比,相同施氮水平下,包膜控释尿素处理玉米果穗叶光合速率、叶绿素含量、硝酸还原酶活性、籽粒灌浆速率均显著提高,玉米籽粒产量比普通尿素平均提高9.5%;与控释尿素侧施相比,底施使玉米籽粒产量提高6.2%.包膜控释尿素处理的氮肥农学利用率（AE）和偏生产力（PFP）比普通尿素平均分别提高74.5%和11.0%;与包膜控释尿素侧施相比,底施使AE和PFP分别提高26.8%和5.7%.控释尿素施用量较高时,玉米光合性能得到改善,产量、AE和PFP显著提高;与控释尿素侧施相比,底施对玉米产量、AE和PFP的增加效果更显著.     

不同施肥模式下夏玉米田间土壤氨挥发规律

利用通气法田间原位试验,研究了不同施肥模式对夏玉米田间土壤氨挥发的影响.结果表明:单施化肥与秸秆还田配施化肥处理的田间氨挥发速率日变化与白天田间土壤表层温度(简称地温)变化表现基本一致,呈现由低到高的"单峰"趋势.夏玉米田间氨挥发损失的高峰期主要发生在白天11:00～13:00.但持续时间较短,单施化肥与秸秆还田配施化肥处理均在氮肥施入当天田间氨挥发速率达最高值,此后迅速降低,氨挥发损失主要集中于前7d,累计氨挥发量占总量的88.57%～96.72%.与单施化肥相比,秸秆还田配施化肥可显著减少氨挥发损失4.06～8.25 kg · hm-2,氨挥发损失率降低0.37%～1.17%.夏玉米大喇叭口期后对氮素需求较多,较高的田间土壤持水量均可以削弱氨挥发损失.确定适宜的秸秆与氮肥配比量,适量增加大喇叭口期的氮肥追施量配合及时浇水,是提高氮肥利用效率的有效途径之一.