优化施氮对小麦产量及氮肥利用的影响综述

近年来,随着小麦产量的逐步增加,化肥使用量也逐步加大。但是过量施肥不仅导致农业生产成本上升,还对土壤环境和小麦品质与产量造成不可估量的负面影响。因此,为提高农业生产效益,保护农田耕地,有必要改进化肥施肥方式和施肥技术,加快新型化肥研发和生产,从而提升肥料利用率,实现化肥减量增效。本文以小麦生产中用量最多的氮肥为着眼点,综述当前小麦生产中不同优化施氮措施对产量及氮肥利用的影响和未来实施过程中存在的问题及展望,旨在为推进小麦减氮增效提供思路和参考。

优化施氮对玉米产量的影响

为研究优化施氮对玉米产量的影响,以不施氮肥为对照,设置仅施氮肥、氮肥+氮肥增效剂、氮肥+生物肥、氮肥+氮肥增效剂+生物肥4个处理,进行田间试验。试验结果表明,氮肥+氮肥增效剂+生物肥处理的行粒数、百粒质量和产量均最高,产量比对照增加27.06%,收益增加37.37%。其次是氮肥+氮肥增效剂模式,产量比对照增加22.83%,收益增加35.72%。综合可知,氮肥+氮肥增效剂+生物肥和氮肥+氮肥增效剂都是较好的施肥模式,可根据实际选择使用。

优化施氮下稻-麦轮作体系氮肥氨挥发损失研究

采用密闭室连续通气法研究了优化施氮下湖北稻-麦轮作体系农田氨挥发损失。结果表明,肥料氮素氨挥发损失量随施肥量增加而增加。施肥处理小麦季氨挥发损失量为N 11.37~17.05 kg/hm2,肥料氮氨挥发损失率为4.75%5~.43%,氨挥发峰值大约发生在施肥后的第35~d,肥料氨挥发过程持续71~0 d 水稻季氨挥发损失量为N32.506~2.82 kg/hm2,肥料氮氨挥发损失率为8.24%1~9.38%,氨挥发峰值大约发生在施肥后的第23~d,氨挥发过程持续57~d。水稻季和小麦季氨挥发之间差异显著,整个稻-麦轮作体系氨挥发主要发生在水稻季,约占整个轮作体系的74.08%7~8.65%。同习惯施氮相比,基于作物阶段氮素吸收增加追肥比例和施肥次数的优化施氮能有效减少肥料氮的氨挥发损失。

优化施氮下稻-麦轮作体系土壤N_2O排放研究

采用了静态箱法研究优化施氮下湖北稻-麦轮作体系农田N2O排放特征。结果表明,农田N2O排放量随施氮量增加而增加。N2O排放通量峰值大约发生在施氮后的第37~d。小麦季土壤N2O排放量范围为N2O 2.43~4.84kg/hm2,肥料氮通过N2O排放的损失率为0.54%0~.74%。水稻季土壤N2O排放量为N2O 0.892~.45 kg/hm2,肥料氮通过N2O排放的损失率为0.39%0~.47%。小麦季和水稻季施氮后01~5 d N2O排放量占当季总排放量的百分比分别为62.79%6~6.72%和87.97%9~3.14%。与习惯施氮相比,基于作物阶段氮素吸收增加追肥比例和施氮次数的优化施氮能有效减少土壤N2O排放。

黄土高原南部旱地冬小麦生长期N_2O排放特征与基于优化施氮的减排方法研究

为了解陕西黄土高原南部旱地冬小麦季N2O排放规律,探索旱地N2O减排方法,采用密闭式静态箱法,以不同施氮处理[CK:对照,不施氮;CON:当地农民习惯施氮,施氮量220 kg·hm-2;OPT:优化施氮加秸秆还田,施氮量150 kg·hm-2;OPT+DCD:优化施氮加秸秆还田,同时施用施氮量5%的硝化抑制剂DCD;OPT(SR):优化施氮(所用肥料为包膜型缓控释肥)加秸秆还田]为基础,研究黄土高原南部旱地冬小麦农田N2O季节排放特征和减排措施。结果表明:黄土高原南部旱地冬小麦季N2O排放具有首月持续、大量排放,末月雨后瞬间排放,中期低排放的特点。各处理中,OPT+DCD和OPT(SR)在播种—返青期能显著减少N2O排放水平,而返青—成熟期,各优化处理差异不显著。从整个小麦季N2O排放总量来看,各优化处理能够减少N2O排放量,提高作物产量,降低单位产量N2O排放量。具体表现为:1与CON处理的N2O排放量相比,OPT、OPT+DCD和OPT(SR)处理分别减排29.2%(P<0.01)、38.7%(P<0.01)和39.3%(P<0.01),但3个优化处理间差异不显著;2与CON处理的产量相比,OPT、OPT+DCD和OPT(SR)处理分别增产3.8%(P>0.05)、15.2%(P<0.05)和9.5%(P<0.05);3与CON处理的单位产量N2O排放量相比,OPT处理单位产量N2O排放量减少31.7%(P<0.05);而相对于OPT处理,OPT+DCD处理和OPT(SR)处理分别减少了单位产量排放量的22.1%(P<0.05)和18.9%(P<0.05)。本研究表明,减少施氮量至150 kg·hm-2,并施用秸秆是减少N2O排放的重要手段,而施用缓控释肥或一定量的DCD可提升作物产量。

优化施氮对宁夏引黄灌区稻田CO_2、CH_4和N_2O通量的影响

针对宁夏引黄灌区稻田施氮严重过量现象,在宁夏引黄灌区的青铜峡稻田,采用静态箱-气相色谱法,通过田间试验研究常规施氮(N300)、优化施氮(N240)和不施氮(N0)对水稻不同生育期CO_2、CH_4和N_2O通量以及稻田增温潜势(GWP)的影响。结果表明:CO_2排放主要在水稻灌浆和成熟期,CH_4排放主要发生在水稻孕穗期,而N_2O排放关键期在水稻的分蘖和拔节期。与N0处理相比,施氮能显著增加稻田CO_2、CH_4和N_2O排放通量以及稻田GWP;常规施氮处理中CO_2、CH_4和N_2O的累积排放量分别为18 446.87、146.57 kg C·hm^(-2)和2.93 kg N·hm^(-2);为期一年的优化施氮没有显著增加水稻生育期内稻田CO_2排放,但使灌区稻田CH_4和N_2O排放分别显著降低了24.42%和36.28%。总的来看,为期一年的优化施氮使宁夏引黄灌区稻田GWP显著降低了26.70%。未来应结合土壤有机碳氮形态和含量变化以及土壤微生物技术,分析长期优化施氮对土壤温室气体通量的影响机制。

优化施氮对设施番茄土壤硝态氮残留及土壤氮平衡的影响

【目的】设施蔬菜生产中普遍存在氮肥施用过量、有机无机肥配合不合理以及灌水频繁等问题,我们通过田间试验研究了优化施氮模式对番茄产量、土壤硝态氮残留和氮平衡的影响,为蔬菜生产优质高效和减量优化施肥提供科学依据。【方法】试验在山东惠民蔬菜大棚内进行,灌水量为农户平均灌水量(482.5 mm)的80%(390 mm),供试蔬菜为番茄,覆膜栽培。试验在基施猪粪N 65 kg/hm^(2)条件下,设传统施氮量(N 1000 kg/hm^(2),TF)和3个减氮量50%处理:鸡粪处理(OF)、普通尿素处理(CF)、包膜尿素处理(CRF)。于移栽前和收获后采集0—180 cm土壤样品。每次施肥前,取0—90 cm深(每30 cm为一层)土壤样品,测定硝态氮和铵态氮含量。番茄收获后,取植株和果实样品,测定生物量和养分含量。【结果】施氮处理之间番茄产量和地上部吸氮量没有显著差异。传统施氮量处理(TF),尽管施用2倍于优化处理的施氮量,但番茄产量没有明显提高。OF、CF和CRF 3个减氮处理0—60 cm土壤硝态氮残留量分别为N 190.1、227.2、310.5 kg/hm^(2),分别比TF处理降低56.61%、43.35%和22.59%;表观氮素损失量分别为N 416.6、443.7和352.3 kg/hm^(2),分别比TF处理降低45.72%、42.20%和54.10%;土壤氮素平衡盈余率也分别比TF处理降低34.26%、33.40%和61.78%(P<0.05)。在同等施氮量下,包膜尿素能够使氮素更多地保持在土壤上层,CRF处理0—30 cm土层硝态氮累积量比CF处理平均高43.0%。生育期内,在移栽后20~60和110~120天有两个明显表层硝态氮积聚过程,在移栽后80~100天,30—60 cm土层有一硝态氮消耗过程。【结论】供试条件下,施氮量减少一半能有效降低设施番茄土壤硝态氮残留及淋失风险,不会造成产量的下降。施用包膜尿素比单施有机肥或普通尿素更有利于降低氮素的淋洗损失和实现产量与环境效益双赢。

浅埋滴灌条件下优化施氮对西辽河平原春玉米田碳、氮足迹的影响

为探究西辽河平原浅埋滴灌条件下优化施氮对春玉米农田生态系统碳氮足迹的影响,于2019—2020年在内蒙古通辽市科尔沁区农业高新科技示范园区连续2年进行定位试验,以传统漫灌常规常量追氮为对照(CK),设置浅埋滴灌下常量追氮(T1)和优化追氮(T2:70%常量追氮)2个处理,研究不同灌溉方式和氮肥管理对春玉米产量、农田经济效益和农田碳氮足迹的影响。结果表明,相比于传统漫灌,浅埋滴灌下T1和T2处理在增加玉米产量的同时提高农田经济效益(P<0.05)。土壤呼吸CO2碳排放是农田碳足迹主要来源,占比43%~44%,化肥是农业生产资料碳排放主要来源,占生产资料碳排放总量36%~43%;氮肥施用是输入氮足迹的主要组成部分,占比93%~95%。农田生态系统净碳值浅埋滴灌下T1和T2处理无显著差异,分别较传统漫灌CK处理增加15.43%,9.29%;碳效率浅埋滴灌下优化追氮T2处理最高,较CK处理提高10.63%。氮素平衡浅埋滴灌下优化追氮T2处理最接近零点,显著低于T1和CK处理(P<0.05);氮投入有效利用水平T2处理最高,显著高于CK处理(P<0.05)。综合来看,浅埋滴灌下优化追氮T2处理降低西辽河平原农田生态系统碳、氮排放,提高碳效率和氮投入有效利用水平,保证玉米产量和经济效益,是西辽河平原春玉米兼顾高产、高效和生态的水氮管理模式。

优化施氮对夏玉米产量及水氮利用的影响

通过两年田间试验,以玉米品种郑单958(ZD958)和登海605(DH605)为材料,研究农户传统施氮、专家施氮和优化施氮3个施氮处理对夏玉米产量和水氮利用的影响。结果表明,优化施氮处理优于农户传统施氮处理和专家施氮处理,可以明显提高夏玉米的干物质积累、产量、氮肥偏生产力和水分利用率等指标。其具体的施肥措施为:基施氮磷钾复合肥(26-11-11)300kg/hm^2,大喇叭口期追施尿素75kg/hm^2,吐丝期追施尿素120kg/hm^2,总施纯氮量为168.0kg/hm^2。可见,初期少施基肥、之后于合适的生育期追加氮肥的科学施肥方式,不仅可以提高作物产量还可提高水肥的利用效率,对于减少肥料污染也具有重要意义。

优化施氮对旺长期和成熟期烤烟地上部氮素挥发的影响

通过盆栽试验,采用地上部氮挥发研究装置研究施氮量和基追比[对照处理:不施氮;传统施氮处理:施氮量为0.30 g(N).kg 1(土),基追肥比为7︰3;优化施氮处理:施氮量为0.15 g(N).kg 1(土),基追肥比为3︰7]对烤烟"粤烟97"在旺长期和成熟期地上部氮素挥发的影响。结果表明,与不施氮处理和传统施氮处理相比,优化施氮处理显著提高了成熟期烤烟地上部NO的挥发速率;但是3种施氮处理下成熟期烤烟对NO2表现为净吸收,且平均吸收速率差异不显著。3种施氮处理中,传统施氮处理无论是旺长期还是成熟期烤烟地上部平均N2O挥发损失量最高,其次是优化施氮处理,对照处理最小;传统施氮处理和优化施氮处理成熟期烤烟地上部平均N2O挥发损失量分别是旺长期的3.06倍和6.12倍。旺长期3种施氮处理之间烤烟地上部NH3挥发没有显著差异;但成熟期时,与传统施氮处理相比,优化施氮处理显著提高了烤烟地上部NH3挥发速率。减少施氮量和优化基追比例可减少旺长期和成熟期烤烟地上部N2O挥发,但增加成熟期NH3挥发。上述结果表明,优化施氮(氮肥后移)尽管促进烤烟中后期氮素吸收,但也促进了烤烟内源N2O形成、排放。因此,优化施氮(氮肥后移)对抑制烤烟氮素挥发的调控作用不明显。

玉米优化施氮高产高效生理机制

缺氮降低玉米产量;过量施氮并不能进一步提高玉米产量,反而降低氮素利用效率,并造成严重的环境问题。合理施氮能够保证玉米不同生育期充足的氮素吸收,有利于最大产量的获得。分析近年来国内外学者对不同供氮水平影响玉米形态和生理过程的研究,从根系发育、叶片形态和光合作用以及穗发育的角度探讨缺氮减产、过量供氮不能增产的原因,以期为合理的玉米氮肥管理以及氮高效玉米品种的选育提供理论依据。

秋播甘蓝春丰2号优化施氮量试验

针对当前蔬菜生产中肥料施用量过大的问题,进行田间秋播春丰2号甘蓝优化施氮量试验。结果表明,在各氮肥处理中,优化氮肥(尿素570 kg·hm^(-2))处理下的甘蓝产量显著高于无氮区,且与常规施氮区持平;随着施氮量的增高田间病害发生程度加重,以常规施氮区发病最为严重。综合考虑甘蓝产量、品质、经济效益和环境等因素,尿素570 kg·hm^(-2)是甘蓝最佳氮肥施用量。

施氮量对双季稻氮素吸收和产量的影响及其优化

以双季稻鄱优364和K优117为材料,设置6个施氮水平,研究不同施氮量对双季稻产量、经济效益及氮素吸收利用的影响。结果表明:在一定的施氮量范围内,水稻产量先随氮肥施用量的增加而增加,而后有所下降,早稻鄱优364最高产量时的施氮量为184 kg·hm-2,晚稻K优117最高产量时的氮肥施用量为228 kg·hm-2。根据当年水稻价格、投肥成本,拟合出水稻纯增收入与施氮量的一元二次曲线,即早稻为y=-0.219 7x2+75.787x+2 954.7;晚稻为y=-0.167x2+71.07x+5 202.8。由此得出双季早稻经济效益最高时的施氮量为173 kg·hm-2,双季晚稻经济效益最高时的施氮量为213 kg·hm-2。增施氮肥可提高稻谷的吸氮量,但双季稻的氮肥农学利用率均随施氮量的增加而降低,早、晚稻氮肥回收效率随施氮量的增加均呈抛物线状。根据双季稻高产、高效并适当提高氮肥利用率的原则,确定了双季水稻最佳施氮量范围。

基于高通量测序分析优化施氮对养蟹稻田土壤细菌多样性的影响

为研究优化施氮对养蟹稻田土壤细菌群落结构和多样性的影响,利用高通量测序技术对不施氮肥(ck0)、常规施氮(ck1)、优化施氮(T1)和优化施氮+PASP-Ca(T2) 4组处理的水稻土壤细菌群落结构及多样性进行了研究分析。结果表明:与常规施氮(ck1)相比,优化施氮+PASP-Ca(T2)可显著提高土壤有效磷和有效钾含量,而优化施氮(T1)可显著提高土壤有效磷含量并有效调节土壤p H。4个处理的12份土壤样品共获得约7. 4万条有效序列,基于≥97%的相似度水平下,通过聚类分析对可操作分类单元(Operational taxonomic unit,OTU)进行归类,ck0、ck1、T1、T2平均分别有4 180. 3,4 417. 7,4 314. 0,4 025. 7个OTU类型,Shannon指数为6. 81~6. 92;4个处理的土壤样品中,在门分类水平上细菌种群组成较为一致,主要包括变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、酸杆菌门(Acidobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)等,主要覆盖了80%以上物种。4个处理土壤样品中,细菌属共有889个,均有分布的种属有721个,其中共有优势菌属分别为厌氧绳菌科(Anaerolineaceae)的一种不可培养属、硫杆菌属(Thiobacillus)、亚硝化单胞菌科(Nitrosomonadaceae)的一种不可培养属、芽单胞菌科(Gemmatimonadaceae)的一种不可培养属等,约占总类群的16%,ck0、ck1、T1与T2的特有属分别有3,1,0,4个。土壤样品中存在20%细菌16S r DNA序列未能归类。T1和ck1相比以及T2与T1相比,主要的优势属相对丰度均发生改变。说明水稻土壤样品中细菌类群具有高度丰富的多样性,通过优化施氮和施用PASP-Ca增效肥料,可提高土壤有效磷和有效钾含量并能改变土壤主要细菌属的相对丰度。

优化施氮对河套灌区氧化亚氮排放和氨挥发的影响

以河套灌区盐化潮土为研究对象,采用静态暗箱-气相色谱法和通气法研究了4个施肥处理(不施肥(CK)、传统施肥(CON)、优化处理1(OPT1,减氮53.3%)、优化处理2(OPT2,减氮53.3%+硝化抑制剂))对河套灌区玉米农田氧化亚氮(N_2O-N)排放、氨挥发(NH_3-N)损失和玉米产量的影响.结果表明:氮肥减量显著降低了土壤N_2O-N排放和NH_3-N挥发;相比于CON处理,OPT1处理的N_2O-N排放量和NH_3-N挥发量分别降低了45.2%和68.8%(p<0.05),但N_2O-N损失氮素比率增加了9.7%(p<0.05).施用硝化抑制剂可显著降低土壤N_2O-N排放,与OPT1处理相比,OPT2处理可降低34.6%(p<0.05)的N_2O-N排放和41.5%(p<0.05)的N_2O-N损失氮素比率,但NH_3-N挥发增加了47.5%(p<0.05).OPT1处理显著降低了玉米产量,降幅达22.1%(p<0.05),而OPT2处理相对于OPT1处理增产32.9%(p<0.05),与传统施肥处理无差异.因此,综合N_2O-N排放、NH_3-N挥发及玉米产量可知,OPT2是较为合理的施肥措施,值得在河套灌区推广.

优化氮肥管理条件下西南地区高产优质大白菜品种筛选

我国西南地区蔬菜系统氮肥用量大、产量水平不高,优化氮肥管理和筛选适宜的蔬菜品种对西南地区蔬菜提质增产具有重要的意义。但是目前基于优化氮管理策略对该地区不同蔬菜类型的影响尚不清楚,因此,以西南地区典型的6个大白菜品种为研究对象,设置不施氮和优化施氮两个氮水平,明确优化氮管理对不同大白菜产量、氮肥利用率、品质的影响,并比较不同品种间的差异,以期筛选出适宜西南地区种植的高产优质大白菜品种,为西南地区乃至全国大白菜种植提供参考。结果表明,与不施氮肥处理相比,优化施氮条件下,大白菜总产量提高了130%~289%,显著提高了植株养分吸收,同时维生素C含量提高了5.0%~38.3%,类黄酮含量降低了4.5%~275.0%,显著提高了大白菜营养质量指数。优化氮肥管理条件下,不同大白菜品种对氮肥的响应程度不同,山东四号和丰抗70大白菜品种对氮肥响应程度最大,属于氮素高效型品种,其产量、氮肥利用率、氮素累积量、磷素累积量和维生素C含量均分别显著高于其他品种4.0%~42.0%、44%~225%、10.6%~61.4%、12.9%~52.6%和1.2%~8.3%,且对中微量营养元素也有较好地吸收,其中丰抗70品种的钙、镁、锌累积量最高,山东四号品种的铁、锰累积量最高。总体来看,山东四号和丰抗70品种在产量、养分吸收、氮肥利用率和品质方面均明显优于其他品种。因此,这两种大白菜品种适宜在西南地区推广种植。

浅埋滴灌条件下优化施氮对春玉米田温室气体排放的影响

以传统漫灌常规常量追氮为对照(CK),采用静态暗箱-气相色谱法测定浅埋滴灌下常量追氮(T1)和优化追氮(T2:70%常量追氮)春玉米田生育期内CO2、N2O和CH4排放特征,探究西辽河平原浅埋滴灌条件下优化施氮对春玉米田土壤温室气体排放的影响。结果表明,T1和T2处理玉米产量无显著差异,均显著高于CK(P<0.05)。相同施氮量下,浅埋滴灌相比传统漫灌N2O排放量增加11.78%,CH4吸收量降低34.78%;T2较T1处理CO2和N2O排放量分别减少13.15%和20.27%。相同施氮量下,与CK相比,T1处理降低了温室气体排放强度(GHGI)(P<0.05),浅埋滴灌T2处理GHGI较T1处理降低10.46%;CK和T1处理综合增温潜势(GWP)均显著高于T2(P<0.05);T1和T2处理净生态系统经济预算(NEEB)均显著高于CK(P<0.05)。综合来看,浅埋滴灌下T2处理,既降低了GHGI和GWP,又保证了较高玉米产量和NEEB,是西辽河平原玉米兼顾高产、高效和生态的水氮管理模式。

优化氮肥施用量对崂山区茶园土壤养分的影响

2018年和2020年在山东青岛崂山区设置2处茶园进行田间试验,研究优化施氮肥对茶园土壤养分的影响。结果表明,茶园施用不同量的氮肥能显著提高土壤碱解氮含量。0~20 cm土层,2018年70%优化施氮量处理(N1)、优化施氮量处理(N2)、130%优化施氮量处理(N3)比不施氮肥处理(CK)土壤碱解氮分别提高了13.65%、19.65%、23.50%;2020年N1、N2、N3比CK土壤碱解氮分别提高了11.01%、20.78%、28.11%。随着施氮量的增加,土壤速效磷呈降低趋势,土壤有机质、速效钾含量呈增加趋势,土壤碱解氮含量显著增加。

不同施氮处理对猕猴桃营养生长及产量品质的影响

为优化猕猴桃施肥方案,确立适宜汉中土壤实际的氮肥用量,减少化肥大面积施用造成的农业环境污染。以“翠香”猕猴桃为试材,设置常规施肥(CK)、重施有机肥无氮(OM)、70%优化氮(N1)、80%优化氮(N2)、120%优化氮(N3)5个处理。相关分析表明,猕猴桃产量与新梢长度、单果质量极显著正相关,与可滴定酸含量极显著负相关。可溶性固形物含量与果实可溶性糖、维生素C含量及硬度呈极显著正相关。优化施氮增加了新梢长度、叶片长度、果实硬度,降低了可滴定酸含量,与CK相比,N1、N2、N3处理下新梢长度、叶片长度、果实硬度增幅分别为12.71%~24.18%、0.44%~5.3%、4.79%~7.5%,可滴定酸降低了9.09%~17.68%。优化施氮量显著提高了猕猴桃产量,增幅在24.49%~35.67%。其中N2增加幅度最大,较CK增产35.67%。优化氮肥提高了猕猴桃产量,减少了肥料浪费,同时也保持了猕猴桃优质稳产,其中80%优化氮效果最好,适宜在汉中地区猕猴桃园广泛推广。

水稻高产、高效、高氨基酸含量及营养价的施氮量优化

施氮量与稻米的氨基酸含量和产量呈显著和极显著正相关,与氨基酸的整齐性指数无相关性。应用两两比较分层递进矩阵法对5种施氮量的产量、经济效益、氨基酸含量和营养价进行综合评价,亩施12.5kg氮素方案最优。讨论了为提高稻米蛋氨酸含量和氨基酸营养价拟采用硫肥和氮肥合理配施措施。