减量施氮下玉米-大豆套作系统的氮素高效利用机理研究

摘要

氮肥在农业生产中占据着重要的地位。施用氮肥对增加粮食产量和保障粮食安全具有重要的意义，但氮肥的过量投入也带来了严重的生态环境问题。因此，减量施氮技术的发展成为了各国农业专家和学者的研究热点。近年来，在我国西南地区，玉米-大豆带状套作发展迅速，其种植技术体系日趋成熟，对当地农业增产和农民增收作出重要贡献，但该模式中的施肥技术仍沿用传统的玉米-甘薯模式，或以玉米、大豆单季作物独立施用，施氮总量大，技术复杂，氮肥利用效率低，损失严重，限制了该模式进一步推广应用。因此，本研究通过多年大田试验，结合池栽15N同位素示踪技术，研究了玉米单作(MM)、大豆单作(SS)、玉米-大豆套作(IMS)及不施N(NN)、减量施N（RN:180 kg N.hm-2）、常量施N（CN:240 kg N.hm-2）下玉米、大豆的作物产量、N素吸收利用、N肥残留及损失、土壤N素转化的变化规律，旨在探明玉米-大豆套作系统中作物对N素的吸收特性，揭示减量施N下玉米-大豆套作系统的N高效利用机理。研究结果如下:
　　1.与MM(SS)相比，IMS下玉米的茎叶生物量无显著变化，籽粒产量降低3.49％;大豆的茎叶生物量显著降低，籽粒产量显著增加9.71％; MM(SS)下，施N相对于不施N提高了玉米、大豆的茎叶生物量和玉米的籽粒产量，施N处理间玉米的籽粒产量以CN最高，大豆的则以RN最高;IMS下，施N相对于不施N提高了玉米、大豆的茎叶生物量和籽粒产量，施N处理间均在RN下获得最高。
　　2.与MM(SS)相比，IMS下玉米茎叶吸N量增加，籽粒吸N量降低，大豆茎叶吸N量降低，籽粒吸N量增加。RN下，IMS的N肥吸收利用率比MM的高99.87％，土壤N贡献率低18.12％，N肥农学利用率比MM和SS的分别高21.77％、138.67％。施N与不施N相比，显著提高了单、套作下玉米、大豆植株的吸N量。RN与CN相比，IMS下，玉米、大豆植株总吸N量分别提高12.17％、12.24％; IMS的N肥吸收利用率提高100.95％，N肥农学利用率提高95.09％，土壤N贡献率降低10.94％。
　　3.随土壤层次的增加，玉米、大豆的土壤NO3--N累积量和15N残留量逐渐降低，残留氮素主要集中在0-40cm土层中。与MM(SS)相比，IMS下，玉米的土壤NO3--N累积量、15N残留量增加，大豆的土壤NO3--N累积量降低，15N残留量增加。MM、SS及IMS下，RN-NH415NO3处理的玉米、大豆的15N残留量显著高于RN-15NH4NO3的。IMS的氨挥发累积量与MM的差异不显著，但其损失率显著降低。IMS的N2O排放量及其损失率均低于MM和SS的。RN与CN相比显著降低了IMS的氨挥发累积量及其损失率、N2O排放量及其损失率。
　　4.与MM(SS)相比，IMS下，玉米土壤NO3--N、NH4+-N及全N含量增加，大豆土壤NO3--N及全N含量降低，土壤NH4+-N含量增加。与MM(SS)相比，IMS下，玉米、大豆土壤的硝化作用强度和氨化作用强度增加，大豆土壤固N作用强度降低。IMS下，RN与CN相比，大豆的土壤硝化作用强度提高12.69％，玉米、大豆的土壤氨化作用强度降低23.69％、7.93％，玉米、大豆的土壤固N作用强度提高26.31％、32.53％。
　　5.与MM(SS)相比，IMS增加了玉米茎叶总N含量，茎叶、籽粒的15N％丰度及15N吸收量和大豆茎总N含量、荚、籽粒的15N％丰度及15N吸收量。与RN-NH415NO3相比，RN-15N H4NO3处理下玉米、大豆的植株15N％丰度及15N吸收量显著增加，其中，IMS下，玉米、大豆的15N吸收总量分别增加15.79％、23.40％。与SS相比，IMS下大豆的生物固N量显著提高。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 研究背景及意义

1．2 文献综述

1．2．1 间套作对作物产量及氮素吸收的影响

1．2．2 减量施氮理论的研究现状

1．2．3 施氮或种植方式对作物土壤氮素残留及损失的影响

1．2．4 施氮或种植方式对作物土壤氮素转化的影响

1．2．5 氮形态对作物生长的影响

1．3 本研究主要内容

1．4 本研究技术路线图

2 材料与方法

2．1 试验一：大田试验

2．1．1 试验时间、地点及材料

2．1．2 试验设计

2．1．3 测定内容与方法

2．2 试验二：池栽试验及盆栽试验

2．2．1 试验时间、地点及材料

2．2．2 试验方法

2．2．3 测定内容及方法

2．3 数据处理

3 结果与分析

3．1 生物量、吸N量

3．1．1 生物量

3．1．2 吸N量

3．2 N肥利用率与土壤N贡献率

3．2．1 N肥吸收利用率与N肥农学利用率

3．2．2 土壤N贡献率

3．3 土壤氮素含量

3．3．1 土壤无机N含量

3．3．2 土壤全N含量

3．4 土壤氮素转化强度

3．4．1 硝化作用

3．4．2 氨化作用

3．4．3 固氮作用

3．5 土壤氨挥发及N2O损失

3．5．1 土壤氨挥发损失

3．5．2 土壤N2O损失

3．6 土壤NO3--N累积与15N残留

3．6．1 土壤NO3--N累积量

3．6．2 土壤15N残留及其分布

3．7 作物N形态吸收

3．7．1 玉米

3．7．2 大豆

4 讨论

4．1 减量施N下玉米-大豆套作体系的增产节肥效应

4．2 减量施N下玉米-大豆套作体系N高效利用机理探讨

4．2．1 减量施N对玉米-大豆套作系统N肥残留及损失的影响

4．2．2 减量施N对玉米-大豆套作系统土壤N转化的影响

4．2．3 减量施N对玉米-大豆套作系统作物N吸收形态差异的影响

5 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文及专利