黑土稻田减施氮肥配施生物炭对氮肥有效率的影响

为揭示寒地黑土稻田节水灌溉减施氮肥配施生物炭对基肥、蘖肥、穗肥、氮肥总有效率和损失率的影响,以及土壤氮素盈亏状况。设置4个施氮量水平(110、99、88、77 kg/hm^(2))和4个生物炭施用水平(0、2.5、12.5、25 t/hm^(2)),采用15N示踪技术,以不施生物炭加110 kg/hm^(2)氮肥处理作为对照,研究节水灌溉减施氮肥配施生物炭下基肥、蘖肥、穗肥、氮肥总有效率和损失率。试验结果表明:适量施加生物炭可以提高0~20 cm土层中基肥-15N、蘖肥-15N、穗肥-15N、肥料-15N的总残留量和残留率。合理的减施氮肥配施生物炭提高了基肥、蘖肥、穗肥和氮肥总有效率以及稻作产量,降低了基肥、蘖肥、穗肥和氮肥总损失率,而过量地减施氮肥或施加生物炭降低了基肥、蘖肥、穗肥、氮肥总有效率以及稻作产量,同时增加了相应的损失率。综合考虑,减施氮肥20%配施12.5 t/hm^(2)生物炭的处理最优。

氮肥有效率的概念及意义——兼论对传统氮肥利用率的理解误区

自氮肥发明和施用以来,人们一直想通过氮肥利用率来度量氮肥施用效果。传统氮肥利用率是指当季作物吸收肥料氮占施用肥料氮的百分率,而没有反映氮肥对土壤氮消耗的补偿效应。由于概念和算法本身缺陷,加之对结果解析和理解不够,在文献和日常交流中产生了许多误区。为此,国内外研究者尝试了许多改进算法,虽涉及到氮肥在后茬作物上的残效,但并未触及到残留肥料氮对土壤氮消耗补偿效应这一核心问题。本文根据土壤-作物体系氮素主要流动通量,及肥料氮-土壤氮-作物吸氮＂三氮＂之间关系,提出了氮肥有效率的概念和算法,其核心是将残留肥料氮作为补偿土壤氮消耗的有效部分。文章分析了国内15N示踪试验资料,认为我国现有农田管理水平的氮肥有效率在50%-60%,损失率在40%-50%之间,损失率很高。采取改进氮肥和农艺管理措施,我国未来将氮肥有效率提高至70%-90%,是完全有可能的。氮肥有效率拓展了氮肥效应理念,在解析氮肥对作物增产、维持土壤氮肥力的真实效果,对环境的实质影响方面具有重要意义。

基于长期氮肥示踪试验评估氮肥利用率算法的合理性

氮肥利用率是衡量氮肥被作物利用的一个指标,常规采用的计算方法为差减法和15N示踪法,主要是通过作物吸收的氮量来计算氮肥利用率。由于这两种方法没有考虑氮肥在土壤中的残留和后效,显著低估了施用氮肥的实际效应。为此,国内外研究者一直在探索更实际的氮肥利用率计算法。不同的改进方法以不同的表现形式包含了氮肥的遗留效应,弥补了差减法和15N示踪法在短期试验中对实际氮肥利用率的严重低估,基本接近于实际氮肥利用率,但远高于常规差减法或15N示踪法估算值。在本文中定义的实际氮肥利用率(ANUE)为:在土壤残留示踪氮被完全消耗的条件下,作物地上部吸收肥料氮占施氮量的百分比。法国28年旱地作物的氮肥叠加利用率为61.3%~65.3%,中国太湖地区17年的水旱轮作体系示踪氮肥试验中氮肥叠加利用率为38.6%~43.0%。本研究采用Origin 2021的图形数字化工具,获取这两个长期定位试验数据,包括每季作物吸收15N、土壤残留15N数据,分别以耗竭耕层(0—20 cm)、1 m、2 m土体中的氮素残留量来计算氮肥利用率。以此为参照标准,评估土壤氮素平衡法和氮肥有效率法计算结果的合理性。基于2 m土体残留肥料氮的土壤氮素平衡法和氮肥有效率法,会高估旱地作物的氮肥利用率;而以耕层土壤残留肥料氮作为估计参数时,则与旱地实际氮肥利用率基本一致(61%~74%);而氮肥有效率(41%~52%)可以很好地估算我国太湖地区水旱轮作体系的实际氮肥利用率。因此,跨地块或作物系统的氮肥利用率比较,应选择适当的计算方法,以避免由不同方法导致的不可比性而产生误解。氮肥有效率法(将作物吸收和土壤残留氮均视为有效部分)可以通过短期试验获得接近实际的氮肥利用率,具有广泛的应用价值。

覆膜栽培显著提高水稻氮肥利用效率——不同氮肥利用率计算方法的多维度比较

四川盆地丘陵区受季节性干旱和低温的影响,水稻产量低而不稳,氮肥利用率低。采用水稻覆膜综合管理(IRM)能显著提高水稻产量,进一步探讨IRM对氮肥利用率的影响,可为该区域制定高产、资源高效利用的可持续水稻管理技术提供科学依据。基于对传统氮肥利用率(NUE_(tra))计算方法的质疑和讨论,国内外已有许多改进的氮肥利用率计算方法。结合^(15)N同位素示踪方法,选择有广泛影响的氮肥有效率(NFAR)和肥料养分真实利用率[RNUE,包括^(15)N示踪法肥料养分真实利用率(RNUE_(^(15))N)和长期定位试验肥料养分真实利用率(RNUE_(long-term))]计算方法,多维度地对四川盆地丘陵区采用IRM的水稻氮肥利用效率进行了探讨,为更科学地认识氮肥利用率、筛选出更能指示氮肥利用状况的指标提供依据。结果表明,采用IRM后,NUE_(tra)、^(15)N利用率(^(15)Nuse)、NFAR、RNUE_(^(15))N和RNUE_(long-term)均显著提高,^(15)N损失率(^(15)Nloss)在相同施氮量下减少7.9~11.8百分点。相对于NUE_(tra),NFAR、RNUE_(^(15))N和RNUE_(long-term)综合考虑了土壤氮、肥料氮和作物吸收氮,更准确地反应了氮肥的实际利用效果。IRM显著提高水稻产量的同时,也显著提高了氮肥利用率,降低了氮肥对环境的潜在污染。通过不同氮肥利用率计算方法的综合比较,本研究认为在采用15 N示踪法情况下,用RNUE_(^(15))N计算方法更能准确反映出当季氮肥利用率;在未采用^(15)N示踪法的情况下,用RNUE_(long-term)计算方法更能指示多年累积施肥的氮肥利用率,但需要长期定位试验结果来准确定量土壤氮库的变化。

浅谈我国氮肥利用问题

氮肥的出现给农业发展提供了强有力的动力,但由于不合理施用也给环境带来负面影响。很多农民对施肥理论基础、施肥技术的一知半解,成为限制施肥技术推广的因素,让农民深入理解肥料的作用是农业和环境可持续发展的关键。课题组详细研究了"肥料-土壤-植物吸收"三者之间的联系,研究的目的是更好地指导农业生产。为让农民意识到生态环境的重要性,以及过量施用氮肥所带来的严重后果,课题组通过查阅有关氮素利用的文献资料,了解当前对其的研究进展,概述了氮素的重要性和当前我国氮肥施用情况及其利用率,指出过量施用氮肥将会带来的问题。

化肥氮对冬小麦氮素吸收的贡献和土壤氮库的补偿

【目的】小麦对氮素的吸收消耗了土壤氮库,土壤中残留的化肥氮则可补偿土壤氮库的消耗,综合考虑这两方面的影响,核算施氮量和秸秆还田对小麦当季土壤氮库盈亏的影响。【方法】收集1980年以来国内报道的小麦15N示踪试验的研究结果,分析化肥氮和土壤氮对小麦当季氮吸收的贡献,小麦当季氮吸收、化肥氮的去向、土壤氮库的盈亏分别与施氮量之间的关系,以及秸秆还田对小麦当季土壤氮库盈亏的影响。【结果】施氮量与化肥氮对小麦当季氮吸收的贡献之间呈显著正相关(P=0.029),而与土壤氮的贡献之间呈显著负相关(P=0.031)。小麦当季氮素吸收源于土壤的比例约为2/3,源于化肥的比例约为1/3,追施氮对小麦氮吸收的贡献约是基施氮的1.5倍。施氮量与氮肥有效率(氮肥利用率+氮肥残留率)之间呈极显著负相关(P=0.004),而与氮肥损失率之间呈极显著正相关(P<0.001)。在秸秆不还田和还田条件下,小麦季土壤氮库的盈亏均与施氮量之间呈极显著正相关(P≤0.001)。【结论】在施氮量为N 60~500 kg/hm^2时,小麦吸收的氮素1/3来自化肥,2/3来自土壤。冬小麦季化肥氮的3个去向为:地上部吸收、土壤残留和损失,其所占比例分别约为36%、33%和31%。在秸秆不还田和还田条件下,土壤氮库达到平衡的施氮量分别为N 308和233 kg/hm^2。