有机肥氮素有效性和替代化肥氮比例研究

摘要

有机肥与化肥的合理配施和高效利用对实现作物优质高产、提高土壤肥力和保护生态环境具有重要意义，其关键在于了解有机肥氮素释放、转化特征及其氮素有效性，确定有机肥与化肥的合理配比。本研究采用室内培养、盆栽试验和田间试验相结合的方法，研究有机肥氮素矿化特征及其有机氮形态转化、有机肥氮素有效性和替代化肥氮的替代当量，并借助于15N同位素示踪技术，在东北平原黑土-春玉米种植体系下研究有机肥氮替代化肥氮最佳替代比例及其可行性。研究结果如下：　　 1.采用好气培养试验研究鸡粪、猪粪和牛粪各3种来源9种有机肥的氮素矿化和不同形态有机氮素转化特征。结果表明，培养期间土壤硝态氮含量上升而铵态氮含量在14 d内迅速下降。土壤矿质氮累积量随培养时间呈近似“S”型曲线变化，在56-84d累积量最多，累积速率最高，此阶段土壤矿质氮累积量占总累积量的38.8％-98.5％，之后增加缓慢，112 d后趋于稳定。在培养28 d后出现净矿化，不同有机肥氮素的净矿化量差异显著(P<0.05)，鸡粪、猪粪、牛粪的净矿化量平均占施入有机氮总量的21.0％、19.1％和13.1％。培养期间土壤酸解总氮包括氨基酸态氮、氨态氮、氨基糖态氮、酸解未知氮含量都不同程度降低，而非酸解氮则没有显著变化。土壤有机氮净矿化量与培养开始和培养结束的土壤酸解总氮、氨基酸态氮、氨态氮含量分别呈显著(P<0.05或P<0.01)的正相关和负相关关系，说明酸解总氮尤其是酸解总氮中的氨基酸态氮是可矿化氮的主要有机氮形态。培养161d后9种有机肥有1.7％-26.9％的有机氮矿化。　　 2.盆栽试验条件下，利用在黑土上种植玉米探讨猪粪氮素有效性和替代化肥氮的替代当量。结果表明，猪粪氮素有效性用当季回收率表示为22.5％-38.3％，平均30.6％，当猪粪用量为120 mgN kg-1土时，其氮素的相对有效性(Rel Eff)为27.2％，利用化肥氮与吸氮量的关系计算的相对替代当量(RFE)平均为32.9％，即在植物氮吸收上，1 kg有机肥氮素相当于0.329 kg化肥氮。　　 3.利用15N同位素田间微区试验，2009-2010年在东北黑土春玉米种植体系下研究氮磷钾养分一致下不同比例的有机肥氮替代化肥氮的效应和15N后效。结果表明，与100％化肥氮处理相比，15％-45％的有机肥氮替代化肥氮不影响春玉米籽粒产量、粗蛋白产量、必需氨基酸含量和非必需氨基酸含量。用30％的有机肥氮替代化肥氮可促进氮素累积，两季通过有机肥和化肥施用氮的回收率平均为60.3％，高于其他处理10-15个百分点，15N的回收率两年共59.6％，高于其他处理2.6-5.5个百分点。15N尿素的第二季后效很小，回收率只有1.78％-2.36％。随有机肥氮替代化肥15N比例的增加，15N在各土层中的残留率降低，第一季结束后15N在0-20 cm、20-40 cm、40-60cm土层中的残留率分别为39.3％-47.6％、2.9％-7.9％、0.8％-2.4％，第二季各土层15N残留率不超过2.5％。　　 4.利用田间小区试验，在东北黑土春玉米种植体系下研究不同施肥模式的效应，以验证等氮磷钾条件下用30％有机肥氮替代化肥氮的可行性。综合分析不同施氮处理对春玉米不同生育期SPAD值、干物质和氮素累积以及产量、品质的影响，表明用30％的有机肥氮替代化肥氮优于或相当于农民习惯施氮和100％化肥氮模式，而且比农民习惯施肥减少化肥氮、磷、钾的用量，提高了氮素利用效率。利用30％的有机肥有效氮替代化肥氮不仅增加氮素用量近一倍，还未增加产量和品质，并降低了氮素利用效率。因此，利用30％有机肥氮替代化肥氮是东北黑土春玉米施肥的最佳模式。

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