水、氮管理下华北平原土壤硝态氮的作物利用研究

摘要

在粮食生产中农民大量施用氮肥，氮肥利用率低，造成了土壤中硝态氮的大量残留累积，对地下水的环境构成了极大的威胁。针对以上问题，本文以我国北方最常见的粮食作物冬小麦和夏玉米为研究对象，采用15N同位素标记以及不同水氮管理的土柱试验与田间试验相结合的方法，研究了冬小麦不同生育期对不同深度15N的吸收，确定冬小麦主要生育期根系对土壤深层累积硝态氮的再利用能力，同时通过水肥调控促使根系深扎，利用根系去吸收淋溶至深层土壤中的硝态氮，提高水肥利用效率，减轻养分淋失对环境的潜在危害，为土壤硝态氮的作物利用提供一定的科学依据及技术支持，为农业持续发展作出一定的贡献。主要研究结果如下:
　　 (1)冬小麦根系主要集中在0-40cm土层，且随着土层的加深而呈指数下降，总长度、总干重在孕穗期达到最大，拔节期、孕穗期N400处理大于N200，成熟期春灌2水处理总根长最大。夏玉米根系主要集中在0-20cm土层，且根长密度及根干重密度均随土壤深度增加而降低，施氮量和灌水量对其分布影响不大。
　　 (2)年施氮量为400kg/hm2时比200kg/hm2能显著增加冬小麦的籽粒产量，灌水量对其无显著影响，但春灌3次＞春灌2次＞不灌水，其中N400TD处理产量最高，为6161.77kg/hm2，显著高于N200T(0)处理。施氮量和灌水量均对夏玉米的籽粒产量无显著影响，其中N200TM处理产量最高，为9700.04kg/hm2。冬小麦-夏玉米总产量间无显著差异，但冬小麦季灌2水、夏玉米季灌1水的灌水处理利于总产量的提高。施氮量和灌水量对冬小麦和夏玉米的吸氮量均无显著影响，也不会影响氮素在二者体内的分配，灌水可以显著提高冬小麦对氮素的利用，但对夏玉米无显著影响，在高产农田上增加施氮量会使冬小麦、夏玉米对氮素的利用效率降低。
　　 (3)增加灌水量，可以显著增加冬小麦季土壤含水量，尤其是140cm以上土层，而夏玉米季灌2水处理才能显著增加60cm以上土层含水量，而对于120cm以下土层则主要受施氮量的影响，N200处理大于N400处理。施氮量的增加会显著提高作物收获后土壤中硝态氮的残留累积量，且灌水量的增加会促进硝态氮向下的淋失，夏玉米季硝态氮的累积峰深度大于冬小麦季。
　　 (4)冬小麦的生物量、吸氮量、15N吸收量及利用率均随着生育时期的延长而逐渐增加，在同一生育时期，其随着标记深度的增加而降低。各标记处理的硝态氮及15N累积峰均在其标记深度附近，硝态氮上下运移的范围为70cm。
　　 (5)60cm及120cm灌水施肥冬小麦的生物量、吸氮量及对氮肥的利用能力显著大于180cm灌水施肥，浅层灌溉有利于冬小麦对深层硝态氮的吸收利用，在有水存在时，可以提高冬小麦对氮肥的吸收利用率。深层灌水施肥对冬小麦吸收表层标记硝态氮没有显著影响，平均占总吸氮量的3.53％，大于下层标记硝态氮。
　　 (6)在冬小麦整个生长时期，充足的土壤墒情是保证冬小麦生长的必要条件，地面蒸散、降水及作物吸收对土壤含水量的影响随着土层深度的增加而减弱，对应深度灌水可以明显增加该深度下层45cm内土壤水分含量。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 研究背景

1．1．1 我国土壤硝态氮的残留累积状况

1．1．2 土壤硝态氮引起的环境问题

1．2 土壤残留硝态氮的生物有效性及其减少途径的研究进展

1．2．1 土壤残留硝态氮的影响因素研究

1．2．2 土壤残留硝态氮的生物有效性研究

1．2．3 土壤残留硝态氮的减少途径研究

1．3 研究目的与意义

1．4 研究内容

1．5 技术路线

2 材料与方法

2．1 试验地概况

2．2 供试材料

2．2．1 供试土壤

2．2．2 供试作物

2．2．3 供试肥料

2．2．4 供试土柱

2．3 试验设计

2．3．1 水肥调控对冬小麦-夏玉米轮作下土壤硝态氮残留的影响研究试验

2．3．2 冬小麦不同生育时期对土壤深层标记硝态氮的再利用研究试验

2．3．3 不同灌水施肥深度对冬小麦吸收土壤深层残留硝态氮的影响研究试验

2．4 样品的采集

2．5 测定项目与方法

2．6 计算公式及数据的统计

3 结果与分析

3．1 水肥调控对冬小麦-夏玉米轮作下土壤硝态氮残留的影响

3．1．1 对冬小麦根系生长分布的影响

3．1．2 对成熟后夏玉米根系分布的影响

3．1．3 对冬小麦-夏玉米产量的影响

3．1．4 对冬小麦、夏玉米氮紊吸收利用的影响

3．1．5 对冬小麦、夏玉米收获后土壤含水量的影响

3．1．6 对冬小麦、夏玉米收获后土壤硝态氮的影响

3．2 冬小麦不同生育时期对土壤深层标记硝态氮的再利用

3．2．1 不同生育时期的生物量及吸氮量

3．2．2 冬小麦不同生育时期对土壤标记硝态氮的吸收及利用率

3．2．3 冬小麦收获后土壤硝态氮的剖面分布及垂直运移

3．3 不同灌水施肥深度对冬小麦吸收土壤深层残留硝态氮的影响

3．3．1 成熟后冬小麦的生物量及吸氮量

3．3．2 成熟后冬小麦对表层标记硝态氮的吸收及利用率

3．3．3 冬小麦生长期间土壤剖面水分的动态变化

4 讨论与结论

4．1 讨论

4．1．1 水肥管理对根系生长分布及产量的影响

4．1．2 水肥管理对作物吸氮能力的影响

4．1．3 水肥管理对土壤剖面水、氮分布的影响

4．2 结论

参考文献

在读期间发表的学术论文

作者简介

致谢