华北平原冬小麦-夏玉米轮作体系中肥料氮去向及氮素气态损失研究

摘要

随着集约化农业的快速发展，华北地区化肥投入量持续增加且显著高于全国平均水平，在大多数地区氮肥用量远高于作物对氮素的需求水平，由此导致了氮肥利用率低、土壤硝态氮大量残留、氮素损失增加等问题，而且对环境产生极大压力。当前我国北方旱作体系中肥料氮去向和损失途径尚缺乏系统性田间原位定量化研究，本研究通过设置田间<'15>N微区试验，利用密闭室间歇通气法、密闭式静态箱法和土壤剖面采样技术，田间原位研究定量冬小麦．夏玉米轮作体系中氮肥施入土壤后的去向及氮素损失途径，为氮肥合理施用及降低化肥氮的气态损失，提高氮肥利用率提供了理论依据。主要研究结果如下： (1)随着施氮量的增加，作物产量不断增加，达到一定值后，施氮不会促进产量的增长，产量与施氮量之间存在先线性后平台的关系。化肥氮在冬小麦季去向低施氮量时表现为作物吸收量>土壤残留量>肥料损失量；高施氮量时则为土壤残留量>作物吸收量>肥料损失量，即随着施氮量的增加，作物吸收的肥料氮增加，吸收的土壤氮逐渐减少，残留肥料氮显著增加，土壤氮素总平衡由亏缺转为盈余，土壤根区硝态氮也由消耗播前转为在播前的基础上累加，氮肥利用率降低。施氮量与氮肥损失量之间呈现直线关系，而施氮量与根际土壤硝态氮残留量之间表现为先平台后线性的关系，存在N<,min>的累积量缓冲区域。 (2)在冬小麦-夏玉米轮作体系中，氨挥发主要发生在施肥或灌水后的l～2周内，氨挥发速率于第l～4d达到最高值，且随着施氮量的增加，由于氨挥发造成的肥料氮损失量也在逐渐增加，53.50％～62.7％的氨挥发损失发生在夏玉米季。温度和土壤含水量是影响氨挥发速率的重要因子。 (3)冬小麦-夏玉米轮作体系农田N<,2>O排放具有明显的季节规律。冬小麦季分别在基肥与拔节肥后的一周内出现N<,2>O的排放高峰，苗期是冬小麦季N<,2>O排放的主要时期，其次是拔节期，越冬到拔节期之间N<,2>O排放最少；在夏玉米生长期间的2次N<,2>O排放高峰出现在三叶期和十叶期追肥后，三叶期追肥N<,2>O的排放通量比十叶期高，两次追肥后2周内排放总量分别占整个生长季排放总量的55.1％和19.4％。N<,2>O排放通量峰值夏玉米季明显高于冬小麦季，玉米季是N<,2>O排放的主要季节，夏玉米三叶期追肥造成的氮损失比例最大。 (4)科农9204小麦品种(氮高效品种)在籽粒产量、生物量、氮肥利用率等方面均高于河农822小麦品种(河北主要栽种品种)。在氮素积累量和氮效率方面，低施氮时(75kg N/hm<,2>)表现为高于河农822，呈现出低氮条件下对氮肥的高效利用，从农学角度提高了氮肥利用率。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1研究目的和意义

1.2国内外研究进展

1.2.1施用氮肥对环境质量的影响

1.2.2肥料氮去向研究

1.2.3农田氨挥发损失的研究

1.2.4农田N2O排放研究

1.3研究目标

1.4研究内容

1.5技术路线

第二章材料与方法

2.1试验地概况

2.2试验方案

2.2.1试验设计与肥料施用

2.2.2种植方式及田间管理

2.2.3微区试验

2.3样品采集及测定方法

2.3.1土壤及植物样品采集与测定

2.3.2氨挥发的测定

2.3.3氧化亚氮排放通量的测定

2.4计算公式及统计分析

2.4.1计算公式

2.4.2统计分析

第三章冬小麦-夏玉米轮作体系化肥氮去向

3.1施氮对作物产量及吸氮量的影响

3.2氮肥利用率

3.3化肥氮在冬小麦季的去向

3.4土壤的氮素平衡

3.4.1作物吸收土壤氮和肥料氮的比例

3.4.2土壤氮素的总平衡

3.5土壤中残留肥料氮的分布

3.5.1土壤各层15N残留量

3.5.2作物收获后硝态氮在土壤剖面中分布

3.6氮肥的农学效应和环境效应

3.7土壤对氮肥环境承受力分析

3.8小结

第四章冬小麦-夏玉米轮作体系氮肥的氨挥发损失

4.1冬小麦生长季田间土壤的氨挥发

4.1.1基肥和播种后氨挥发动态变化和累积情况

4.1.2拔节期追肥后氨挥发动态变化和累积情况

4.2夏玉米生长季节田间土壤的氨挥发

4.2.1三叶期追肥后氨挥发动态变化和累积情况

4.2.2十叶期追肥后氨挥发动态变化和累积情况

4.3影响氨挥发速率的因子

4.3.1不同作物对土壤氨挥发的影响

4.3.2不同施肥方法和施肥时期对土壤氨挥发的影响

4.3.3 0～10 cm土层水分含量和Nmin对土壤氨挥发的影响

4.3.4气相状况对氨挥发的影响

4.4 小结

4.5讨论

第五章冬小麦-夏玉米轮作体系农田土壤N2O排放

5.1冬小麦季氧化亚氮排放的季节变化

5.2夏玉米季土壤氧化亚氮排放的季节变化

5.3冬小麦-夏玉米轮作体系土壤N2O的排放特征

5.3.1冬小麦-夏玉米轮作体系N2O累积排放量

5.3.2华北平原N2O排放格局

5.4土壤N2O排放的影响因素

5.4.1不同作物和氮肥施用量对N2O排放的影响

5.4.2温度对N2O排放的影响

5.5小结

第六章不同氮效率小麦品种氮素吸收利用效率分析

6.1不同小麦品种的产量及构成因素

6.1.1不同小麦品种的产量比较

6.1.2产量构成因素分析

6.2不同小麦品种植株氮素积累量和收获指数

6.3不同小麦品种氮效率特性

6.4 小结

第七章综合讨论与结论

7.1氮肥损失对环境的影响综合讨论

7.1.1氮肥的气态损失

7.1.2冬小麦-夏玉米轮作体系氮素的淋溶损失

7.1.3冬小麦季氮肥损失对环境的影响

7.2主要结论

7.3研究展望

参考文献

在读期间发表的学术论文

作者简介

致谢