控释掺混肥对小麦–玉米轮作体系产量、氮肥利用效率及氨挥发的影响

【目的】针对华北平原冬小麦-夏玉米轮作体系氮肥施用量大、氮肥利用率低、氮素损失严重等问题,探讨不同配比的控释掺混肥减氮和一次性施肥对周年作物产量、氨挥发损失和施肥经济效益的影响,确立麦玉轮作体系轻简高效和环境友好的施肥技术。【方法】于2022—2023年,在山东省德州市现代农业科技园区开展田间试验。冬小麦和夏玉米均设不施氮对照(CK)、农户习惯施氮(FFP)、优化施氮(OPT)、CRBF1(包膜尿素与普通尿素在冬小麦和夏玉米上的掺混比例分别为5∶5和3∶7)和CRBF2(包膜尿素与普通尿素在冬小麦和夏玉米上的掺混比例分别为7∶3和5∶5),共5个处理。基施和追施肥后,监测了氨挥发量、强度和损失率。分析了作物干物质积累和产量、氮素吸收量和氮肥利用效率,并计算了施肥经济效益。【结果】与FFP处理相比,CRBF1和CRBF2处理的夏玉米、冬小麦和周年产量差异不显著;CRBF1和CRBF2处理夏玉米氮肥偏生产力提高了8.87~9.86 kg/kg,CRBF2处理玉米氮肥回收率提高了48.4%(P<0.05);CRBF1和CRBF2处理冬小麦季氮肥回收率、氮肥农学利用率和氮肥偏生产力分别提高了30.3%~37.2%、5.22~5.77 kg/kg和6.52~7.06 kg/kg(P<0.05)。与FFP和OPT处理相比,CRBF1和CRBF2处理的肥料+施肥人工投入减少381~960元/hm^(2),周年净收入增加1208~2654元/hm^(2)。CRBF1和CRBF2处理的周年氨挥发损失量、损失强度和损失率较FFP处理分别降低了69.7%~71.9%、72.0%~74.5%和90.0%~94.1%(P<0.05)。【结论】包膜尿素与普通尿素在冬小麦、夏玉米季按照5∶5、3∶7,或者按照7∶3、5∶5的比例掺混一次性基施,均可在减少氮肥用量和施肥劳力投入的条件下,确保周年作物产量稳定,提高生产效益,并显著降低氨挥发损失,是华北平原冬小麦-夏玉米轮作系统高产高效、轻简施肥的有效氮肥施用技术。

玉米基肥期农田土壤氨挥发量与近地表氨浓度相关性研究

农田氨排放量与近地表氨浓度密切相关,但两者能否相互转换还缺乏系统研究。基于此,以近地表氨浓度经典方法(被动法)为主要使用方法,以传统海绵法为对照方法,在豫南砂姜黑土开展5种典型施肥处理玉米季基肥期氨排放量与近地表氨浓度的相关性研究。结果发现,不同施肥处理的氨挥发峰值均出现在施肥后的2-4 d,第5天开始显著降低,第8天之后基本与对照无明显差异;不同处理的氨累计排放量差别较大,排序为TR>OPT>SOPT>HK>CK,累计排放量分别为7.68、5.48、3.37、2.78和0.22 kg·hm^(-2);同时发现,不同施肥处理近地表氨浓度也有相同趋势,峰值同样出现在施肥后的2-4 d,第5天开始显著降低,平均氨质量浓度排序为TR>OPT>SOPT>HK>CK,均值分别为17.5、11.6、10.7、8.21和1.70μg·m^(-3)。线性相关性分析表明,施肥后前8 d不同施肥处理的氨挥发量与近地表氨浓度的线性相关性较强,而8 d之后两者的相关性较弱,说明近地表氨浓度和农田氨挥发量的相关性与农田氨挥发量的高低有关。除此之外,不同方法中被动法对低施氮量和缓释肥的估算优于排放因子法,而排放因子法对高施肥条件下氨挥发量的估算优于被动法。整体而言,被动方法估算氨挥发量的相对误差介于-15.9%-17.5%之间,排放因子法相对误差介于-54.3%-81.8%之间,被动方法明显具备更高的估算精度。以上结果说明,被动方法可以潜在替代传统氨监测方法估算大区域农田氨挥发量,但估算精度主要集中在高氨排放期。

蝇蛆预处理及辅料添加对鸡粪堆肥氨挥发和温室气体排放的影响

为明确蝇蛆预处理及辅料添加对鸡粪堆肥过程中NH3挥发及温室气体排放的影响,本研究分别将风化褐煤、厨余垃圾、蘑菇渣与鸡粪混合,在进行蝇蛆预处理后堆肥,研究试验过程中NH3挥发和温室气体的排放规律。试验设置8个处理,分别为对照组(无蝇蛆预处理):纯鸡粪(CK1)、30%风化褐煤+70%鸡粪(CK2)、30%厨余垃圾+70%鸡粪(CK3)、30%蘑菇渣+70%鸡粪(CK4);试验组(蝇蛆预处理):纯鸡粪(T1)、30%风化褐煤+70%鸡粪(T2)、30%厨余垃圾+70%鸡粪(T3)、30%蘑菇渣+70%鸡粪(T4)。结果表明:蝇蛆预处理能够延长堆肥高温期,≥50℃天数均达到10 d以上,相比CK1增加5~9 d;在整个试验期间试验组NH3挥发集中在堆肥第2天,试验组NH3累积排放量显著低于对照组,降幅达到42.7%~61.1%,菇渣添加处理的NH3累积排放量在对照组中最低;风化褐煤的添加能够显著降低N2O排放,T2相比于T1降低84.2%,CK2相比于CK1降低51.7%。蝇蛆预处理能够显著降低CO_(2)排放当量,相比CK1降低32.1%~73.2%,其中,T4的CO_(2)排放当量最低。研究表明,蝇蛆预处理能够提高堆肥温度、延长堆肥高温期、显著降低NH3排放和CO_(2)排放当量,若从堆肥温度及CO_(2)排放当量方面考虑蝇蛆预处理和菇渣组合为最优处理。

强降水对不同肥期麦田氨挥发损失的影响

在极端降水事件频发的背景下,为明确强降水对麦田不同肥期氨挥发损失的影响,本研究利用田间模拟降水试验,研究了强降水对麦田氨挥发损失和耕层土壤铵态氮含量及硝化潜势的影响,并结合微域试验分析了氨挥发损失与土壤含水量的关系。田间试验设置施氮处理(CF)与不施氮(CK)对照,以CF处理施肥时间为基准,分别在基肥、越冬肥和穗肥施肥后第7天模拟强降水(90 mm),监测农田氮素径流和渗漏损失,并进行连续10 d的氨挥发排放监测。结果表明,施肥显著提高中上层(0~10 cm)土壤的铵态氮含量,增加了降水驱动的生育前期(基肥期,越冬肥期)氮径流和渗漏损失,而穗肥期损失量相当。施肥和降水对基肥期氨挥发排放强度(AVI)无显著影响,但对追肥期(越冬肥期,穗肥期)的AVI影响显著。降水-施肥处理(CF-R)的追肥期AVI(越冬肥期35.02 mg·m^(-2)·d^(-1);穗肥期12.84 mg·m^(-2)·d^(-1))显著高于其他处理(越冬肥期15.46~17.29 mg·m^(-2)·d^(-1);穗肥期7.95~11.23 mg·m^(-2)·d^(-1))。此外,越冬肥期氨挥发损失对平均AVI的差异贡献高于穗肥期和基肥期。相关分析表明,表层(0~5 cm)土壤铵态氮含量与氨挥发损失强度呈显著线性关系(P<0.05)。但值得注意的是,非降水条件下CF和CK处理的追肥期AVI均无显著差异,且培养系统的NH_(3)挥发损失量随土壤持水量的增加而降低。而土壤硝化潜势分析表明,施肥对不同土层土壤的硝化潜势均无显著影响,但降水显著降低了中上层土壤的硝化潜势。研究表明,降水对施肥处理的氨挥发驱动效应是施肥后表层土壤氮素含量升高和降水后硝化潜势降低的叠加作用结果。除驱动麦田氮素径流和渗漏损失,强降水对追肥期氨挥发损失的激发效应应予重视,特别是在越冬肥期。

洱海流域长期不同施肥对菜田温室气体和氨挥发的影响

为揭示洱海流域长期施肥下露地菜田温室气体(N_(2)O、CH_(4)、CO_(2))和土壤氨(NH3)挥发对不同施肥方式的响应趋势及影响因素,依托始于2007年连续进行15 a的长期定位试验,研究5个施肥处理[不施任何肥料(CK)、有机肥(OM)、化肥和有机肥(NPK+OM)、增施氮肥(NPK+OM+N)、增施磷肥(NPK+OM+P)]的温室气体及氨挥发的特征。结果表明:长期定位15 a后,OM处理能显著增加菜田土壤全氮、有机质、有效磷含量。在等氮条件下,与OM处理相比,NPK+OM处理能显著增加菜田土壤NO3--N含量;NPK+OM+N处理会使土壤pH显著降低,导致土壤酸化。NPK+OM+N处理pH比NPK+OM处理显著降低9.27%;OM处理会导致土壤CO_(2)和CH_(4)排放量显著升高,在整个莴苣生育期内CO_(2)和CH_(4)的累积排放量分别为(22489.29±1562.91)kg·hm^(-2)和(1.95±1.31)kg·hm^(-2);增施氮肥会导致N_(2)O排放量显著升高,莴苣生育期内NPK+OM+N处理N_(2)O累积排放量为(38.33±10.74)kg·hm^(-2);氨挥发主要发生在追肥后,各处理氨挥发量表现为NPK+OM+P>NPK+OM+N>NPK+OM,且处理间存在显著差异。相较于NPK+OM处理,NPK+OM+P、NPK+OM+N处理使氨挥发显著增加245.7%、124.3%,说明增施氮肥和增施磷肥会显著增加土壤氨挥发;OM和NPK+OM+N处理会显著增加全球增温潜势和温室气体排放强度。OM处理产量达(3183.81±293.88)kg·hm^(-2),该处理虽然能显著增加蔬菜产量,但造成的全球增温潜势和温室气体排放强度也是最大的。全氮、有机碳、pH是影响温室气体和氨挥发排放的关键影响因素。有机肥和化肥配施是本研究推荐的施肥方案,该方案既可以保证经济效益,还可以兼顾生态环境效益。

腐植酸基质缓释尿素对氮素淋失和氨挥发的阻控

[目的]基质缓释型氮肥(控失尿素)降低氮素释放的功能主要通过控失剂降低肥料中尿素的释放和在土壤中的转化而实现。腐植酸含有大量功能基团,施入土壤后可减少氮素的转化。本研究尝试了用腐植酸替代部分控失剂来改善基质缓释型氮肥对氮素的固持功能。[方法]共采集了6种氮肥进行试验,包括普通尿素(urea,U)、控失剂添加比例分别为4%、6%、8%的3个基质缓释氮肥(LU1、LU2、LU3,LU-Loss-control urea),以3.5%腐植酸等量替代LU2处理中的控失剂制备的腐植酸基质缓释氮肥(humic acid/loss-control urea,HLU),以及添加了抗结剂(主要成分为纳米碳粉)的腐植酸基质缓释氮肥(humic acid/loss-control urea with antisetting agent added,HLUA)。室内淋溶试验以不添加氮肥为对照,将6个肥料样品埋入土壤后,连续15天收集淋洗液,分析全氮、硝态氮和铵态氮含量,并采用氨气检测管法测定氨挥发速率。采用傅里叶变换红外光谱(fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)、核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)和X射线光电子能谱分析(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)、热重分析(thermogravimetric analysis,TG)、比表面积吸附(Brunauer-Emmett-Teller,BET),分析了控失剂、尿素、基质缓释尿素和腐植酸基质缓释尿素的化学结构、孔隙结构以及热性质。[结果]随着控失剂(control release agent,CLA)含量的增加,基质缓释尿素对氮素的固持作用增强,淋失和氨挥发量降低。与尿素(U)相比,LU1、LU2、LU3、HLU、HLUA的全氮累积淋溶量分别降低了24.5%、32.2%、34.9%、31.5%和32.2%,累积氨挥发量分别降低了13.1%、24.3%、27.1%、28.0%和29.5%。HLU、HLUA处理的氮素淋失和氨挥发量与LU2处理没有显著差异。化学结构表征分析表明,控失剂的主要成分凹凸棒土和腐植酸都与尿素形成了强度相当的分子间氢键,纳米碳粉与尿素间无氢键形成。在腐植酸基质缓释尿素中加入少量防结剂纳米碳粉,对其分子内氢键强度、热稳定性以及氮素淋失和氨挥发特征均没有显著影响。[结论]在尿素中加入腐植酸、控失剂和防结剂制备的腐植酸基质缓释尿素,不仅加工和储存中不易粘连,具有较低的氮素淋失和氨挥发损失风险,还可作为一种兼具改良障碍土壤的多功能缓释肥料使用。

应用^(15)N自然丰度值揭示不同氮源对设施土壤氨挥发的贡献

【目的】我国设施蔬菜生产中普遍存在着氮肥施用过量、氨气(NH_(3))挥发损失严重等问题。通过^(15)N自然丰度法,研究不同肥料类型对土壤NH_(3)挥发的影响,并定量分析其贡献率,为实现降低氮素损失的氮肥科学管理提供依据。【方法】开展为期40天的番茄盆栽培养试验,供试土壤为棕壤,未施过肥也未种植过作物,供试作物为番茄。试验设置4个处理,即不施氮肥(CK)和等量施氮(N3 g/pot)条件下单施鸡粪有机肥(M)、单施尿素(U)、有机肥半量替代尿素(MU)处理。利用被动采样器测定了土壤NH_(3)挥发速率和累积排放量,并借助^(15)N自然丰度方法估算肥料和土壤氮对NH_(3)挥发的贡献。【结果】基肥施用后3~6天内,NH_(3)挥发速率迅速增加并达到高峰,之后逐渐降低,直至第33天恢复到施肥前水平。与MU和U处理相比,M处理的净NH_(3)挥发累积量分别显著降低了60.8%和63.1%(P<0.05),MU较U处理的NH_(3)减排效果不显著(4.62%),相应的NH_(3)挥发系数分别为1.37%(U)、1.29%(MU)及0.51%(M)。施肥处理中,δ^(15)N-NH_(3)值随NH_(3)挥发的进行而迅速降低,然后逐渐增加至施肥前水平,M处理的δ^(15)N-NH_(3)均值高于MU和U处理。^(15)N同位素混合方程计算显示,在番茄生产中肥料对NH_(3)挥发的贡献比例为:M处理中鸡粪贡献30.5%,U处理中尿素贡献53.1%,MU处理中鸡粪和尿素分别贡献28.6%和56.6%。【结论】等量施氮条件下,单施鸡粪产生的NH_(3)挥发量远低于尿素,鸡粪和尿素等量氮配施对NH_(3)挥发的减排效果不显著。根据同位素分馏效应计算结果,单施鸡粪、尿素对土壤NH_(3)挥发源的贡献比例分别为30.5%、53.1%,鸡粪和尿素配施时二者对土壤NH_(3)挥发源的贡献比例分别为28.6%、56.6%,贡献比例与单施差异不大。因此,控制化肥氮施用量是减少NH_(3)挥发的关键。

不同氮肥类型对稻-油轮作氨挥发和氮肥利用率的影响

水稻-油菜(稻-油)轮作是我国代表性轮作方式之一,然而不合理的氮肥施用导致稻-油轮作系统氮肥利用率下降和氮素流失。为此,本研究采用随机区组设计,以不施氮肥(CK)为对照,设尿素(UF)、缓释肥+尿素(SF)、尿素+硝化抑制剂+脲酶抑制剂(DF)和生物炭+尿素(BF)4个处理,拟探明不同氮肥类型对稻-油轮作系统氨挥发和氮肥利用率的影响。结果表明,不同氮肥类型显著影响NH_3挥发、氮肥利用率与作物产量。1)各处理水稻季氨挥发均高于油菜季。与CK相比,UF、SF、DF和BF处理周年累积NH_3挥发量分别显著提高1.6倍、1.0倍、1.1倍和0.8倍。与UF相比,SF、DF和BF周年累积NH_3挥发量分别显著降低20.5%、19.7%和30.9%。2)与UF相比,SF、DF和BF油菜季氮肥吸收利用率分别提高27.9%、10.3%和19.3%,水稻季氮肥吸收利用率分别提高49.3%、32.8%和41.5%。3)与UF相比,SF、DF和BF油菜产量分别提高6.7%、2.8%和4.3%,水稻产量分别提高36.7%、14.0%和23.4%。与UF相比,SF油菜季经济效益提高24.3%,SF、DF和BF水稻季经济效益分别提高70.7%、21.1%和1.1%,其中SF经济效益最高。本研究结果表明,缓释肥+尿素能显著减少稻-油轮作NH_3挥发损失,并更有效地提高氮肥利用率、作物产量和经济效益,是一项经济生态的施肥模式。

气候变暖对西藏青稞农田氨挥发和产量的影响

【目的】研究气候变暖对西藏青稞农田氨挥发特性和青稞产量的影响,为探索减少青稞生产中的氨挥发、提高氮肥利用率提供依据。【方法】在西藏青稞主产区之一的拉萨河谷农区,采用开顶式气室(open-top chamber,OTC)增温系统模拟气候变暖进行大田试验。试验共设置不增温(对照,T0)、增温2℃(T2)和增温4℃(T4)3个处理。将290.25 kg/hm^(2)尿素(纯N 133.5 kg/hm^(2))分别于播种前(4月12日)基施60%、拔节期(6月6日)和抽穗期(6月20日)各追施20%。测定不同处理青稞农田的土壤氨挥发通量以及青稞生长指标、产量及其构成要素,计算基肥和追肥的氨挥发积累量和氨挥发损失率,分析增温与土壤氨挥发特性以及青稞株高、产量及其构成要素的相关性。【结果】氮肥基施后,T0、T2和T43个处理的青稞农田土壤氨挥发通量至播种后第14天达到峰值,且土壤氨挥发通量峰值由大到小表现为T4>T0>T2;T2和T4处理基肥氨挥发周期均为26 d,较T0处理延长了3 d。于抽穗期追施氮肥后,T0、T2和T43个处理的土壤氨挥发通量立即达到峰值,且表现为T2>T0>T4;增温2℃和增温4℃处理的追肥氨挥发周期分别较T0处理缩短了6和8 d。在青稞整个生育期,与T0处理相比,T4处理(增温4℃)土壤氨挥发积累量和氨挥发损失率分别显著增加33.83%和33.91%,T2处理上述2个指标均无显著变化。基肥氨挥发是西藏青稞农田土壤氨挥发的主要来源。随着青稞的生长发育,T0、T2和T4处理的青稞干物质量和株高均呈增加趋势,植株含水率均呈减少趋势,分蘖数均呈先增加后降低趋势。T2和T4处理的有效穗数均与T0处理差异不显著。与T0处理相比,T4处理的青稞穗粒数、千粒质量、产量均显著减小,T2处理上述3个指标均无显著变化。相关性分析结果表明,增温与青稞干物质量、株高呈显著或极显著正相关,与千粒质量、穗粒数、产量均呈负相关。【结论】与不增温处理相比,增温2℃整个生育期青稞农田土壤氨挥发通量以及青稞产量均无显著变化;增温4℃整个生育期青稞农田土壤氨挥发通量显著增加,青稞产量显著减少。今后应从减少基肥氨挥发,调控青稞植株含水率、株高等途径提高氮肥利用率,从而保证青稞稳产、高产。

紫云英稻秆联合还田与氮肥减量对水稻产量及氨挥发的影响

为研究紫云英-水稻轮作体系中紫云英稻秆联合还田与氮肥减量配施对水稻产量和氨挥发的影响,连续两个轮作季(2019—2021年)在陕西汉中开展田间试验,试验设置4个处理:冬闲稻秆不还田+常规施氮处理,即对照处理(CK);冬作紫云英稻秆还田+常规施氮处理(GRN_(100));冬作紫云英稻秆还田+氮肥减量20%处理(GRN_(80));冬作紫云英稻秆还田+氮肥减量30%处理(GRN_(70))。采用通气式氨挥发收集装置监测水稻生育期间氨挥发特征。结果表明:与CK相比,紫云英稻秆联合还田各处理可提高“黄华占”籽粒产量,产量由高到低的顺序为GRN_(80)、GRN_(70)、GRN_(100),其中GRN_(80)和GRN_(70)处理相较于CK处理的年均增幅分别为7.66%和6.37%。冠层氨挥发主要发生在水稻施肥30 d以后,其中水稻抽穗期至成熟期挥发速率较大。土壤氨挥发主要发生在水稻施肥后16 d内,在施肥后第2天达到峰值,2020年和2021年分别为0.53 kg·hm^(-2)·d^(-1)和0.58 kg·hm^(-2)·d^(-1)。与CK相比,GRN_(80)处理显著降低水稻全生育期冠层氨挥发累积量和单位产量氨挥发强度,二者分别下降58.73%和57.14%。紫云英稻秆联合还田较CK处理可显著降低水稻全生育期土壤氨挥发累积量和单位产量氨挥发强度,其值由高到低依次顺序为GRN_(100)、GRN_(70)、GRN_(80)。就水稻全生育期氨挥发累积量和单位产量氨挥发强度而言,紫云英稻秆联合还田较CK处理可显著降低2.88%~8.32%和5.26%~13.88%,其中GRN_(80)处理降幅最大。相关分析表明,田面水铵态氮浓度与各处理土壤氨挥发速率呈显著正相关,与GRN_(80)和GRN_(70)处理冠层氨挥发速率呈显著负相关。研究表明,紫云英和稻秆联合还田与氮肥减量20%或30%配施,可显著提高水稻产量,减少稻田氨挥发损失,是适宜汉中地区兼顾水稻高产和环境友好的栽培措施。

基于WHCNS模型的黄河流域麦田氮淋失与氨挥发模拟

【目的】探究WHCNS模型对黄河流域麦田土壤氮淋失与氨挥发模拟的适用性以及不同水氮处理对土壤氮淋失和氨挥发的影响。【方法】利用田间实测数据对WHCNS模型进行率定与验证,基于校验后的模型对冬小麦返青—成熟期土壤氮淋失、氨挥发进行模拟,采用CRITIC-TOPSIS法进行水氮优选。【结果】0~100 cm土层土壤含水率、硝态氮量和0~60 cm土层土壤氨态氮量的模拟值与实测值之间的一致性指数(d)和决定系数(R2)分别介于0.84~0.97和0.67~0.99。单次施氮后7 d内的土壤硝态氮累积淋失量随着灌水次数的增加呈先增加后降低的变化趋势。不同处理施氮后7 d内的氨挥发量占氨挥发总量的93.0%~98.2%。【结论】黄河流域冬小麦最优的水氮处理为施氮量220 kg/hm^(2),灌水下限70%θf;最优水氮处理下的冬小麦产量为8185.30 kg/hm^(2),土壤硝态氮淋失量为12 kg/hm^(2),氨挥发量为1.97 kg/hm^(2)。

不同肥料对淅川库区耕地土壤氨挥发影响研究

农业肥料挥发的氨是南水北调中线水源地丹江口水库大气和水体氮的重要来源,威胁着库区水质安全。目的为探究不同肥料对库区耕地土壤氨挥发的影响,方法以淅川库区典型耕地土壤为研究对象,采用密闭式静态箱法,于2020年夏季和秋季开展不同肥料作用下土壤氨挥发的原位田间监测,分析不同肥料对土壤氨挥发速率和累积挥发量的影响,并探讨其季节性差异。结果结果表明:(1)肥料施用显著增加了土壤氨挥发速率。尿素处理的土壤氨挥发速率最大,在施肥后第4—6 d达到峰值,且波动时间最长;复合肥料处理的土壤氨挥发速率次之,峰值出现在施肥后第6—9 d;有机肥处理的土壤氨挥发速率最低,接近于土壤本底水平。(2)不同肥料作用下,土壤氨累积挥发量存在显著差异。尿素处理的累积挥发量最大,为不施肥处理的10倍,复合肥和有机肥处理的分别为不施肥处理的3倍和1倍,表明施用有机肥对氨挥发影响最小。(3)氨挥发速率存在明显的季节性差异,夏季挥发速率普遍高于秋季的。相同施肥量条件下,秋季施肥的土壤氨挥发恢复到本底水平所需时间是夏季的2倍,但净累积挥发量无明显差异(0.04~2.41 kg·hm^(−2))。尽管季节性因素影响挥发速率,但总挥发量趋于一致。秋季施肥后,日均氨挥发速率和总挥发量均较夏季的低,但对土壤和大气影响更持久。结论调整肥料施用结构,增加有机肥的使用,并减少尿素的使用,可以有效减少因肥料施用而产生的土壤氨挥发。

新型高效绿色氮肥管理对水稻产量形成与氮素利用及氨挥发损失的影响

通过大田试验采用随机区组设计,设置7种施氮处理,即不施氮肥(CK)、农民常规施肥(FFP)、脲酶抑制剂型氮肥并减氮21.40%(与FFP比,余同)(OPT)、一次性机械侧深施树脂包膜尿素并减氮35.70%(CRUM1)、一次性机械侧深施肥包肥并减氮35.70%(CRUM2)、一次性穴施树脂包膜尿素并减氮51.80%(CRUR1)、一次性穴施肥包肥并减氮51.80%(CRUR2),测定不同施氮处理下水稻株高、分蘖、干物质量、产量、氮素利用效率以及氨挥发损失等,以探究新型氮肥管理方式对水稻产量、氮素利用效率和氮挥发损失的影响。结果表明,CRUM1和CRUM2处理株高和分蘖数与FFP处理相当;与传统撒施(CK、FFP和OPT,下同)相比,CRUM1和CRUM2干物质积累量提高11.90%~12.30%;根据水稻氮素营养指数(NNI),机械侧深施氮能满足水稻生长对氮素的需求。水稻侧深施和穴施在减氮35.70%~51.80%的情况下也可高产稳产(9.76 t/hm2和9.60 t/hm^(2))。与传统撒施相比,机械侧深施和穴施的田面水NH_(4)^(+)-N较低,氨挥发损失降低39.15%~93.15%,氮素利用效率提高77.45%~95.70%。可见,优化氮肥管理可以实现水稻在减氮情况下稳产,同时提高氮素利用效率和减少氨挥发,其中机械侧深施和穴施配合新型氮肥可减少氮肥投入35.70%~51.80%。

有机肥减量配施外源碳基肥对设施菜地氨挥发及黄瓜产量的影响

针对我国农业源氨排放过高的问题,本研究通过探究有机肥减量配施外源碳基肥(生物炭及腐植酸)对设施菜地土壤氨挥发及黄瓜产量的影响,并结合高通量qPCR基因芯片技术,研究影响氨挥发的微生物学机制,明晰设施菜地有效的氨减排措施。以天津市武清区设施菜地为研究对象,本研究共设置5个处理:不施氮CK、推荐施肥量N1(37500 kg·hm^(-2)有机肥)、推荐施肥量配施腐植酸N1F(37500kg·hm^(-2)有机肥+2250kg·hm^(-2)腐植酸)、推荐施肥量配施生物炭N1B(37500kg·hm^(-2)有机肥+40t·hm^(-2)生物炭)、农民常规用量N_(2)(60000 kg·hm^(-2)有机肥)。结果表明:不同处理氨挥发动态基本一致,N_(2)处理氨挥发速率处于较高水平。随着施肥量的增加,土壤氨挥发累积量逐渐增加,氨挥发累积量从高到低依次为N_(2)、N1、N1B、N1F、CK,N1F处理和N1B处理较N_(2)处理显著降低了24.5%和21.0%的氨挥发累积量(P<0.05)。N_(2)处理土壤在末果期铵态氮含量显著高于其他处理;N1、N1F、N1B处理在盛果期和末果期土壤硝态氮含量显著高于N_(2)处理。施肥以及配施生物炭和腐植酸均能显著增加AOA-amoA基因丰度,与CK相比,N1、N_(2)的AOA-amoA基因丰度显著提高(P<0.05);与N_(2)、N1相比,N1F和N1B处理AOA-amoA基因丰度显著提高(P<0.05)。推荐施肥量增加了土壤AOB-amoA的基因丰度,配施腐植酸和生物炭无显著影响。Mantel test+结果表明,NH4-N含量、AOA-amoA、AOB-amoA能够显著影响设施菜地土壤氨挥发。减量施肥配施生物炭和腐植酸能够在一定程度上降低设施菜地土壤的氨挥发量,且腐植酸配施效果更好,并能够有效固持土壤的无机氮。N1、N1F、N1B各处理保证了作物产量并较N_(2)处理显著提高了氮素利用率。综合考虑农学和环境效益,有机肥减量配施腐植酸N1F为适宜的施肥方式。

GPMCP原位在线监测稻田土壤氨挥发研究

为实现原位在线精准监测氨挥发并探究农田氨挥发实时排放特征,本研究将自主研发的基于薄膜梯度扩散的电化学氨气实时传感器(GPMCP)应用于施用基肥和分蘖肥后的水稻田进行氨挥发实时跟踪监测。结果首先证实了农田温室气体(CO_(2),CH_(4)和N_(2)O)均对GPMCP监测结果无影响,表明了GPMCP有较强的抗干扰能力。对基肥和分蘖肥期的氨挥发跟踪监测发现,日间平均氨挥发量约是夜间的3倍,每天的11:00—15:00是氨挥发高峰时段(损失率高达40%)。两肥期均在施肥第2天氨排放量达峰,氨累积排放量为(24.4±6.6)kg·hm^(-2),累积氨损失率为7.7%±2.1%。GPMCP与密闭式抽气法测定的氨挥发结果具有良好正相关性,但由于密闭式抽气法受采样时段限制,其实测值低于GPMCP。与当前常用氨监测法相比,GPMCP更能有效捕捉氨挥发动态变化过程、精准反映氨挥发规律,有望成为农田氨挥发精准监测新技术,极具推广应用潜力。

改进密闭室抽气法以准确定量旱地土壤氨挥发

密闭室抽气法被认为是定量土壤NH_(3)挥发较为可靠的方法,具有灵敏度高且成本低的优点。然而,大部分研究忽略了密闭室抽气法大气进气口NH_(3)浓度,可能会高估土壤NH_(3)挥发量,目前尚缺乏相关定量研究。本研究以华北冬小麦-夏玉米轮作为对象,对比分析了2019——2021年间冬小麦基肥(2次)、追肥(1次)、夏玉米四叶肥(2次)、夏玉米十叶肥(2次)共7次施肥后,改进密闭室抽气法前后测定农田土壤NH_(3)挥发的结果。改进前为包含大气背景NH_(3)的测定方法,为常规测定方法;改进后为扣除大气背景NH_(3)的测定方法,通过在田间加装3套采集距地面2.5 m高度大气的装置实现。结果表明:改进后的NH_(3)挥发通量(以N计)比改进前低0~0.23 kg·hm^(-2)·d^(-1)(0%~100%),平均值为0.06 kg·hm^(-2)·d^(-1)(33%),且37%的样本存在显著性差异(P<0.05,n=931)。改进后的NH_(3)挥发累积量比改进前低0.53~2.66 kg·hm^(2)(3%~53%),平均值为1.15 kg·hm^(-2)(29%),且47%的样本存在显著性差异(P<0.05,n=49)。改进前后NH_(3)挥发量(包括通量和累积量)存在显著差异的样本占比随着NH_(3)挥发量降低而升高。回归分析表明,改进前的NH_(3)挥发累积排放量可以用算式校正得到真实的NH_(3)累积排放量,校正式为y=0.94x-0.78(R2=0.99,P<0.01,n=49),其中y和x分别为校正后和校正前的NH_(3)挥发累积量,该算式可应用于华北土壤-作物体系NH_(3)挥发累积量的校正。综上,利用抽气法定量农田土壤NH_(3)挥发需要扣除大气背景NH_(3)以得到准确的测定结果,对于未扣除大气背景的旱地NH_(3)挥发累积量,可采用校正算式进行校正。

生物炭对潮土氨挥发及小麦氮素吸收的影响

为探明生物炭对河南潮土区土壤氨挥发和小麦氮素吸收的影响,本研究设置不施肥(CK)、氮磷钾化肥(NPK)、生物炭(BC)、化肥配施生物炭(BC+NPK)4个处理,测定小麦季土壤氨挥发速率、籽粒产量和氮素吸收量。结果表明,在小麦基肥期,CK和BC处理氨挥发速率相对稳定,平均速率在0.06 kg·hm^(-2)·d^(-1)左右,且无显著差异。而NPK和BC+NPK处理氨挥发速率在基肥施入后2~3 d达到峰值,分别为0.86和1.25 kg·hm^(-2)·d^(-1),BC+NPK处理较NPK处理显著提高45.35%。在小麦追肥期,NPK和BC+NPK处理土壤氨挥发速率最大值分别为0.96和1.07 kg·hm^(-2)·d^(-1),且均在追肥后第7天达到最大值。与NPK处理相比,BC+NPK处理导致土壤氨挥发累积量增加9.45%,在基肥期和追肥期分别增加了5.47%和13.44%。整个小麦生育期,BC+NPK处理的土壤铵态氮含量平均值为21.61 mg·kg^(-1),较NPK处理显著增加17.29%,氨挥发速率与土壤铵态氮含量呈极显著正相关关系。与不施肥条件相比,施用生物炭使小麦籽粒产量及地上部吸氮量分别提升0.23 t·hm^(-2)和6.12%,差异不显著;化肥配施生物炭使小麦地上部吸氮量提升6.44%,但差异不显著。综上,在河南潮土区,施用生物炭通过提升土壤铵态氮含量进而增加了土壤氨挥发速率及累积量,但对小麦产量及氮素吸收的提升效果不显著。本研究为生物炭在黄淮海平原潮土区的合理利用提供了科学依据。

水稻秸秆和脲酶抑制剂联合使用对油菜地氨挥发、产量和氮素利用的影响

【目的】探讨紫色丘陵区水稻秸秆还田和脲酶抑制剂N-丁基硫磷酰三胺[NBPT, N-(n-butyl)thiophosphrictriamide]联合使用对油菜地氨挥发通量、油菜产量和氮肥利用的影响。【方法】采用随机完全区组设计,设定8个处理,分别为不施肥处理、尿素、尿素+2000 kg/hm^(2)水稻秸秆、尿素+5000 kg/hm^(2)水稻秸秆、尿素+8000 kg/hm^(2)水稻秸秆、尿素+2000 kg/hm^(2)水稻秸秆+1%NBPT、尿素+5000 kg/hm^(2)水稻秸秆+1%NBPT和尿素+8000 kg/hm^(2)水稻秸秆+1%NBPT,尿素分两次施用,基肥期施60%,薹肥期施40%。通过通气法测定油菜地氨挥发量,并且分小区测定油菜产量。【结果】水稻秸秆用量从0增加到8000 kg/hm^(2)时,油菜地单季氨挥发损失总量由4.67 kg/hm^(2)增加到8.60 kg/hm^(2),而且随着秸秆用量的增加,氨挥发的损失也增加。添加1%NBPT后,油菜地氨挥发损失率显著下降,而且基肥期相比于薹肥期下降更明显。与传统施肥对比,秸秆用量为8000 kg/hm^(2)时才能显著提高油菜籽粒产量,但是水稻秸秆还田联合添加1%NBPT之后,水稻秸秆还田量为2000~8000 kg/hm^(2)均可显著提高油菜籽粒产量,而且秸秆用量越多产量越高。【结论】综合考虑产量和单季氨挥发损失总量,NBPT用量为1%时,水稻秸秆还田量8000 kg/hm^(2)左右时,油菜产量和环境效益最佳。

不同深施方式对太湖地区稻田氨挥发和氮肥利用率的影响

本研究以太湖地区稻田为研究对象开展连续两年的田间试验,通过设置不施氮肥(CK)、常规施氮(CN)、减氮表施(RN)、减氮侧深施(RNS)和减氮穴施(RNP)5种施氮处理,探究不同深施方式对稻田氨挥发与氮肥利用率的影响。结果表明,与表施处理(CN和RN)相比,RNS和RNP通过降低田面水NH4+-N浓度和pH分别减少30.95%~41.54%和66.71%~72.23%的氨挥发排放(P<0.05)。相较于RN处理,RNP促进水稻根系生长并增加根区土壤有效氮含量,进而增加水稻产量(6.23%),提高氮肥利用率(50.15%),降低土壤氮盈余(63.92%)(P<0.05)。与CN处理相比,RNS显著降低土壤氮盈余(29.20%)(P<0.05),但水稻吸氮量和氮肥利用率均未显著增加。相较于RNS,RNP进一步降低氨挥发损失(50.84%)和土壤氮盈余(51.07%),提高氮肥利用率(40.40%)(P<0.05)。综上所述,RNP的农学和环境效益最高,但因穴施机械及肥料造粒技术等因素的限制,尚难应用于实际生产;而侧深施肥在我国水稻大规模集约化生产中效益较高且切实可行。

生物炭和氮肥互作对盐渍化土壤氨挥发的影响

【目的】探明生物炭和氮肥互作对盐渍化土壤氨挥发的影响。【方法】基于室内土壤培养试验,研究了仅施用生物炭、仅施用氮肥、同时施用生物炭和氮肥对不同盐渍化程度土壤的氨挥发速率与矿质态氮量的影响。【结果】添加生物炭可提升非盐渍化和中度渍化土壤pH值,但对重度盐渍化土壤pH值的影响不显著。施氮条件下,添加生物炭对非盐渍化土壤和中度盐渍化土壤的氨挥发速率产生了明显的抑制作用,氨挥发总量分别相比仅施氮处理降低了18.06%和50.88%,氨挥发速率分别降低了14.57%和43.68%。【结论】添加生物炭可显著降低非盐渍化土壤与中度盐渍化土壤的氨挥发损失。