沼液农用对土壤和小麦-玉米系统氮平衡的影响

摘要

随着规模化养殖业的迅速发展，养殖场废弃物的大量排放成为我国环境安全的一大隐患，同时我国农业还面临肥料过度施用导致的土壤肥力下降以及地下水硝酸盐污染等环境问题。通过沼气工程对养殖场产生的粪污进行厌氧发酵，解决了养殖场废弃物排放问题，也产生了富含植株所需的N、P等营养元素的沼液沼渣。近些年，这种将养殖业与种植业通过沼气工程结合的经济生产模式，符合农业可持续发展的要求，备受国内外农场的推崇。本论文通过在2013~2014年冬小麦-夏玉米与土壤的系统中，进行不同氮投入量（0,192,315,and477kg·ha-1）的沼液农用试验和农民习惯施肥（420kg·ha-1）试验，监测农田中氮的来源和去向，其中去向包括植株氮的吸收量，土壤无机氮残留量，土壤氮淋溶量。通过植株和土壤氮素监测试验揭示沼液农用过程中氮平衡规律，从而寻求沼液农用最佳的氮投入量。
　　主要结论如下：
　　1）用沼液代替肥料施用于华北地区冬小麦-夏玉米农田，沼液农用年氮投入量在315~477kg·ha-1时，可以保证植株产量和植株吸氮量与农民习惯施肥相当。
　　2）沼液农用处理与农民习惯施肥处理0~200cm土壤的无机氮分布规律显著不同，农民习惯施肥处理NO3--N在0~200cm土壤剖面的分布呈“W”型分布，沼液农用呈处理“C”型分布。农民习惯施肥处理NO3--N浓度土壤表层较高，随着土壤深度的增加先减少后增加再减少，累积高峰出现在100~140cm土层。沼液农用处理表层土壤NO3--N最高，20~200cm土壤NO3--N含量较低，在200cm处略有增加。农民习惯施肥处理0~200cm土壤剖面NO3--N的残留量（239.49~319.10kg·ha-1）显著大于沼液农用（15.19~133.58kg·ha-1）。农民习惯施肥在土壤剖面NO3--N的高残留量增加了土壤氮淋溶的风险，沼液农用处理残留量较低，降低了氮淋溶的风险。
　　3）农民习惯施肥和CK零氮投入施肥处理土壤水分淋失量显著大于沼液农用处理，由于土壤结构被破坏，土壤保水性降低，土壤水分淋失量增加，从而氮淋溶风险增加。
　　4）在观测氮淋溶的试验中发现在沼液农用和施肥灌溉后会出现氮淋溶高峰，在5~7天后恢复到原始水平。土壤溶液中NO3--N浓度随沼液农用处理和农民习惯施肥处理氮投入量的增加而增加。高氮投入量的沼液农用处理会增加氮淋溶的风险。中192kg·ha-1氮投入量的沼液农用处理氮淋溶量与CK处理相当，不会加剧氮淋溶风险。
　　5）0~200cm土壤中NH4+-N浓度较低，在0~10mg·kg-1，累积量在100kg·ha-1以下。200cm处土壤淋溶液中NH4+-N浓度较低<1mg·L-1。所以氮投入量在477kg·ha-1以下或者在沼液浓度低时的沼液农用处理可以不用考虑NH4+-N淋溶的问题。
　　6）在2013~2014年整个小麦-玉米轮作期内，沼液农用处理超过50％氮总投入量被植株吸收，仅有约为10%的分别残留于土壤和淋溶到下层土壤。
　　结果表明合理的沼液农用（在小麦越冬期，拔节期和玉米种植后农田施用沼液，年氮投入量控制在315kg·ha-1）既保证作物产量同时降低了农田NO3--N的淋溶量，取得了经济和环境的双赢。

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英文缩略表

第一章 引 言

1.1 项目研究背景

1.2 国内外研究进展

1.3 研究目的

1.4 研究内容

1.5 技术路线

第二章 试验材料和方法

2.1 试验区概况

2.2 试验设计

2.3 观测内容和测定方法

2.4 数据计算和数据分析

第三章 植株对氮的吸收

3.1 植株产量

3.2 植株吸氮量

3.3 本章小结

第四章 土壤无机氮的残留

4.1 土壤硝态氮的分布和累积

4.2 土壤铵态氮的分布和累积

4.3 本章小结

第五章 氮损失

5.1 土壤水分淋失

5.2 土壤NO3--N淋溶

5.3 土壤NH4+-N淋溶

5.4 本章小结

第六章 氮平衡

6.1 植株-土壤氮平衡规律

第七章 结论与展望

7.1 主要结论

7.2 存在问题和展望

参考文献

致谢

作者简历