农田氮肥残留效应及其影响因素

氮肥利用效率的科学评估对指导农业生产至关重要。传统氮肥评估方案仅能反映当季肥料的利用效率,而忽视了氮肥的残留效应。本文综述了肥料氮的转运、氮肥残留数量、分布、利用及其影响因素,基于当前研究进展提出未来研究方向及相关研究对农业管理实践的启示。农田输入的肥料氮,除了可以被当季作物吸收利用外,残留在土壤中的氮也可以继续被后续作物吸收利用,即评估肥效时,应该考虑氮肥的后效,而残留氮肥的回收利用受自身迁移和转化、作物种类、地力条件、气候环境、耕作管理等多个因素耦合影响。生产实践中,对决定残留氮肥回收效率的外部因素进行优化调控,诸如在长期浅根系/氮吸收低效作物种植后,轮作深根系/氮高效吸收型作物,合理密植,在干旱区适时灌溉保墒。针对作物氮肥喜好合理定制肥料类型,结合水肥一体化技术实施分次施肥,施氮同时配施微生物氮转化联合抑制剂均可有效提高氮肥总体利用率。利用15N同位素示踪技术,整合残留肥效和土壤氮素矿化等动态监测数据,配合作物类型、预期管理、目标产量等多要素数据,建立一套氮肥残留肥效的预测评估及氮肥减施的决策支持模型,对于指导未来的氮肥精准减施和提升农业生产效益具有重要科学意义。

海藻酸增效尿素对夏玉米氮素吸收利用及氮肥损失的影响

针对玉米氮肥施用量大、利用率低、环境负荷日益严重的现状,本研究以活性海藻酸为增效剂,对普通尿素进行改性增效,开展海藻酸增效尿素对夏玉米产量形成、氮素吸收利用及损失的调控作用研究,为实现氮肥减量、提高氮肥利用率、降低环境负荷提供理论依据。本试验以夏玉米为供试作物,采用15N同位素示踪技术与田间试验结合的方法,以不施尿素为对照,共设置7个处理:CK(不施尿素)、U(普通尿素)、AU1(0.5%海藻酸增效尿素)、AU2(2.5%海藻酸增效尿素)、AU3(5.0%海藻酸增效尿素)、U-N(普通尿素减量20%)、AU2-N(2.5%海藻酸增效尿素减量20%)。采用一次性施肥方式,并在施肥后测定氨挥发和氧化亚氮排放量。结果表明:海藻酸增效尿素在1038 cm^(-1)左右出现糖类C—OH伸缩振动,且在3426~3325 cm^(-1)范围和1584 cm^(-1)的NH_(2)、1450 cm^(-1)和1143 cm^(-1)处的C—N振动峰强度增大;常量处理中,施用海藻酸增效尿素使玉米平均增产5.04%,氮素积累量平均增加13.55 kg·hm^(-2),氮肥利用率平均提高4.63个百分点;减量处理中,U-N处理没有显著减产,AU2-N处理玉米产量较AU2处理增产2.30%,氮肥利用率提高7.16个百分点;与U处理相比,AU1、AU2处理0~60 cm土壤中氮素残留量分别增加了2.94、8.21 kg·hm^(-2);海藻酸增效尿素可减少氧化亚氮排放和淋洗等其他途径氮损失,与普通尿素处理相比,常量海藻酸增效尿素处理氮肥损失率平均降低6.16个百分点,与U-N处理相比,AU2-N处理氮肥损失率降低9.95个百分点。在本试验条件下,综合考虑玉米产量、氮素吸收利用、残留及损失,2.5%海藻酸增效尿素减量施用20%可以取得较好效果。

东北春玉米连作体系中土壤氮矿化、残留特征及氮素平衡

通过2年田间试验,在2种肥力、3种氮肥施用水平(不施氮N0,中量施氮N1,高量施氮N2)下,研究了吉林省春玉米连作体系中土壤氮素的矿化、残留特征及氮素平衡,并比较了种植不同玉米品种的效应。结果表明,德惠高肥力土壤中氮素两季总矿化量为203 kg/hm2,是新立城低肥力土壤的2.7倍。中量氮(N1)处理,2试验点2年土壤累计的氮素残留量为103～112 kg/hm2,对环境威胁较小;高量氮(N2)处理,新立城低肥力条件下土壤的氮素残留量为174 kg/hm2,且有下移趋势,而在德惠高肥力条件下,土壤的氮素残留量仅为107 kg/hm2。在新立城低肥力土壤上,施氮量在氮素输入项中起主要作用,在氮素输出项中,作物携出量并不随输入量的增加而有显著的变化,从而导致氮素盈余随着施氮量的增加而显著增加。氮盈余主要以残留Nm in积累在土壤剖面中,变幅为34.0%～88.4%。在德惠高肥力土壤上,土壤矿化氮在2个施氮处理中分别占氮素输入的28.3%和36.5%,在氮素输出中,氮肥表观损失量显著高于新立城,且氮盈余中以表观损失为主,变幅为54.3%～70.8%,平均为65.5%。两个试验点的氮素表观损失可能主要是由生物固持作用引起的肥料氮向土壤氮的转换。不同玉米品种对氮素矿化和表观利用率有一定的影响,在优化施肥中应加以考虑。

黄腐酸钾与化肥控释袋促进桃树生长及氮肥吸收利用

【目的】腐植酸和缓(控)释肥已被证明可有效减少氨挥发,提高氮肥利用率。本试验将黄腐酸钾与化肥置于纸塑复合材料制备的肥料袋内以实现肥料中养分的控制释放,以期为桃园科学高效施肥提供新的手段。【方法】以2年生盆栽桃‘京青14’(毛桃嫁接苗)为试材,进行了普通化肥和15N示踪技术两个盆栽试验。在相同养分投入量和施用方法前提下,试验均设2个肥料处理:化肥(CF)、化肥加黄腐酸钾(CF+FA)。使用两种肥料袋:普通80目尼龙袋(NB,孔径0.178 mm);特制纸塑复合材料控释袋(PB,孔径为0.2 mm,微孔间距0.5cm),共四个处理。氨挥发用静态箱内置硼酸吸收池法采集后,用0.005 mol/L H2SO4滴定;桃幼树新梢停长后,对桃树地上部生长指标进行测量;利用Win RHIZO根系扫描系统分析根系的总根长、总表面积、总体积和平均直径等数据;全氮含量用凯氏定氮法测定,15N丰度用MAT-251质谱计测定。【结果】1)NB/CF+FA、PB/CF和PB/CF+FA处理能够降低氨挥发总累积量,与NB/CF相比分别降低14.4%、54.3%和63.1%;且能够降低氨挥发速率峰值并延后峰值出现的时间。2)NB/CF+FA、PB/CF和PB/CF+FA处理能够提高植株氮肥利用率和土壤中氮肥残留率,分别提高33.6%、100.5%、157.9%和8.6%、30.0%、39.8%。3)与NB/CF相比,NB/CF+FA、PB/CF和PB/CF+FA处理可以促进桃幼树的生长发育,根系的总根长、总表面积、总体积和平均直径均显著提高;根系活力分别提高6.6%、17.5%和22.7%;植株干茎增量分别提高12.2%、26.2%和41.8%;植株一级侧枝总长度分别提高16.2%、35.1%和53.6%;植株一级侧枝茎粗分别提高8.2%、20.8%和28.4%。【结论】与普通尼龙袋相比,黄腐酸钾与化肥置于控缓袋中,能显著减少氨挥发,增加土壤氮肥残留,提高根系活力并增加根系生物量,从而提高氮肥利用率,有利于桃树新梢生长和树势健壮。

冬小麦-夏玉米轮作制度下腐植酸氮肥去向与平衡

为促进新型肥料的应用,减少环境污染,提高玉米、小麦产量,通过同位素示踪技术研究新型腐植酸氮肥对玉米和小麦产量、氮肥吸收利用、氮肥在土壤中分布、氮肥损失以及土壤氮素盈亏的影响。结果表明:脲基活化腐植酸氮肥和常规掺混腐殖酸氮肥可显著增加玉米和小麦产量,提高氮肥利用率,增加氮肥残留量,减少氮肥损失,增加土壤氮素盈余,增加土壤氮素矿化,增加作物对土壤氮素的吸收,其中脲基活化腐植酸作用效果更加明显。脲基活化腐植酸氮肥和常规掺混腐殖酸氮肥与普通尿素相比,玉米产量分别增加20.6%和9.8%,小麦产量分别增加50.5%和19.2%;玉米季氮肥利用率分别提高5.8%和3.4%,小麦季分别增加22.7%和8.6%;玉米季氮肥损失率分别减少18.3%和10.9%,小麦季分别减少20.2%和6.3%;玉米季氮肥残留率分别增加12.5%和7.5%,小麦季分别减少2.7%和2.2%。施用腐植酸氮肥能改善氮素在土壤中的分布,满足作物根系需肥特性。

南方低产黄泥田与高产灰泥田基础地力的差异

【目的】黄泥田为南方红黄壤区广泛分布的低产田。定量评价黄泥田基础地力,明确与高产灰泥田水稻氮磷钾养分吸收利用的差异,可为黄泥田改良及水稻施肥提供依据。【方法】采集福建省20个县的典型黄泥田0—20cm土壤,同时采集与其邻近且由同一微地貌单元发育的高产灰泥田土壤,进行了水稻盆栽试验。试验设施肥(每盆N0.60g、P2O50.24g、K2O0.42g)和不施肥两个处理。氮肥采用15N丰度10%的尿素,磷肥用磷酸二氢钙,钾肥用氯化钾。水稻品种为‘中浙优1号’,采用移栽种植,每盆种植两穴。收获后,调查籽粒产量,采集土壤和植株样品,植株分地上部和根部,分析了生物量、氮磷钾含量,土壤分析了全氮含量。植株与土壤同位素氮用ZHT-03质谱仪测定15N%丰度。计算了土壤基础地力与水稻养分吸收、累积及肥料利用率。【结果】黄泥田的基础地力经济产量、基础地力地上部生物产量较灰泥田分别低26.9%与23.5%,相应的基础地力贡献率分别低14.1与9.7个百分点。基础地力贡献率(经济产量)与土壤有机质含量呈极显著正相关,与土壤容重呈极显著负相关。不论施肥与否,黄泥田水稻有效穗数均显著低于灰泥田,且不施肥水稻有效穗数与土壤有机质含量呈极显著正相关,而与土壤容重呈极显著负相关。施肥条件下,黄泥田水稻成熟期籽粒、茎叶和根系氮、磷、钾素含量均低于灰泥田,其中3个部位磷素含量较灰泥田分别低9.6%、38.4%和46.3%,差异均显著,黄泥田水稻籽粒和茎叶的钾素含量较灰泥田分别低10.8%和18.5%,差异均显著。施肥下黄泥田水稻成熟期籽粒、茎叶的氮素吸收量较灰泥田分别低10.8%和17.3%,磷素吸收量分别低12.5%和46.2%,钾素吸收量分别低16.6%和28.5%,差异均显著。等量施肥条件下,黄泥田的水稻氮肥利用率较灰泥田低4.6个百分点,但土壤氮肥残留率增加3.0个百分点。【结论】以高产灰泥田为标准,黄泥田基础地力具有20%以上的产量提升潜力。土壤有机质与容重是影响基础地力贡献率与有效穗的重要肥力因子。黄泥田水稻氮肥利用率显著低于灰泥田,但土壤氮素残留率较高。提高有机质、降低土壤容重是提升基础地力的主攻方向。

水肥耦合对冬小麦产量、品质和氮素利用的影响研究

通过盆栽试验,对不同水肥条件下冬小麦的产量、品质和氮肥的表观去向进行了研究。结果表明,适宜供水、轻度亏缺和重度亏缺水分处理下产量达到最高点的氮肥施用量分别为345、274和201 kg/hm2,籽粒粗蛋白达到最大的施氮量分别为414、386和350 kg/hm2;氮肥效益的发挥与水分状况密切相关,水分严重亏缺时,氮肥的利用率低,残留和损失量较高;为获得较大的经济效益,用二次方程表述氮肥施用量和冬小麦产出的关系,获得不同水分条件下氮肥的经济施用量分别为308、234和147 kg/hm2。

施氮量对土壤–棉花系统中氮素吸收利用和氮素去向的影响

【目的】明确棉田施氮效应,为科学施氮提供理论依据。【方法】采用^15N示踪法进行盆栽试验,以聊棉6号为材料,设N 0、2、4、6、8 g/pot(分别记作N0、N2、N4、N6、N8)5个施氮量,研究施氮量对土壤–棉花系统中氮素吸收利用及氮素去向的影响。【结果】在收获期,随着施氮量的增加,籽棉产量先升高后降低,N2、N4处理籽棉产量和收获指数明显高于其他处理;干物质积累量和氮素吸收量增加,均以N8处理最大;氮肥农学利用率显著降低,而氮肥回收率则先升高后降低,以N4处理最大,其与N2处理差异不显著;棉株肥料^15N吸收量显著升高,而^15N回收率呈下降趋势;肥料^15N残留量、^15N损失量显著升高,^15N残留率为21.87%~29.76%,^15N损失率为17.68%~33.61%,与初花期相比,收获期^15N残留量、^15N损失量增加而^15N残留率、^15N损失率降低,花后对肥料^15N吸收利用增强,^15N回收率升高,^15N残留率和^15N损失率降低。棉株氮素来源于土壤氮的比例(Ndfs)为66.35%~81.87%,土壤氮素激发率为114.44%~125.86%,各施氮量间土壤氮素均产生正激发效应,且差异不显著。【结论】N2处理肥料^15N回收率为58.65%、^15N残留率为23.67%、^15N损失率为17.68%,可在保证棉花高产基础上,减少氮肥投入,充分发挥土壤氮库的作用,提高氮肥吸收利用,降低损失,满足高产和环境友好的需求。

基于^(15)N示踪技术的不同灌水方案玉米追肥氮素去向研究

为了揭示不同灌水方案下玉米对追肥氮素的吸收利用情况,利用^(15)N示踪技术,以大田试验数据为基础,研究了不同灌水方案下成熟期玉米对追肥氮素的吸收利用率以及在地上部各器官中的分配状况,同时研究了玉米收获后追肥氮素在土壤中的残留情况和最终的损失率。结果表明:不同灌水方案下玉米地上部分氮素总积累量的8. 14%～13. 21%来自于追肥氮素,各处理之间差异显著(P <0. 05),其中籽粒中追肥氮素积累量占植株积累追肥氮素总量的47. 90%～74. 40%。不同处理下成熟期玉米植株追肥氮素吸收率为19. 16%～64. 72%,其中籽粒的追肥吸收率为11. 29%～47. 17%。植株积累的追肥氮素在各器官中的分配比例差异较大,其中,47. 95%～74. 40%分布在籽粒中,10. 50%～27. 73%分布在叶片中,3. 02%～9. 48%分布在茎秆中,5. 22%～15. 53%分布在穗轴中,苞叶中仅占0. 53%～2. 35%。在玉米生育前期灌水量过大而后期缺水会对植株吸收追肥氮素以及氮素向籽粒中再分配产生不利影响,同时单次灌水量过大产生氮素的淋溶损失,造成资源的浪费和环境的污染。玉米收获后有8. 81%～24. 89%的追肥氮素残留在土壤中,随灌水次数的减少,单次灌水量增加,追肥氮素残留率逐渐减小。综合考虑产量和追肥氮素利用率,得出符合研究区玉米节水、高产、高效要求的灌水方案为全生育期灌溉定额800 m3/hm2,灌水次数为4次(苗期、拔节期、抽雄期、灌浆期),研究结果可为东北地区玉米生产提供理论支持及数据参考。

基于15N同位素示踪盐渍化农田向日葵氮素利用规律

为探明盐渍化农田不同施氮水平下向日葵氮素吸收利用规律,采用N同位素示踪技术进行田间微区试验,以不施氮处理(N0)为对照,设计3种施氮水平(N1=150 kg/hm^(2)、N2=225 kg/hm^(2)、N3=300 kg/hm^(2)),于向日葵成熟期测定植株和0—100 cm土层土壤N同位素丰度及总氮含量,研究各处理肥料氮素的去向及其利用机制。结果表明:向日葵氮素吸收量随施氮量的增加而增加,成熟期作物氮素吸收量在N2水平较不施氮显著增加38.7%;土壤氮和肥料氮对作物当季氮素吸收的贡献比例为84.9%和15.1%。N2水平下,肥料氮的贡献比例较N1增加35.7%,土壤氮的贡献比例较N1降低4.3%。肥料氮残留量随土层深度增加而减少,土壤中47.4%的残留肥料氮主要集中在0—20 cm土层。不同施氮水平下肥料氮去向均表现为氮肥损失率>氮肥残留率>氮肥利用率,N2施氮水平下氮肥利用率较N1、N3显著提高22.7%和14.6%,土壤残留率较N1、N3减少8.5%和8.6%。综合考虑向日葵氮素吸收利用及土壤中氮素残留情况,225 kg/hm^(2)施氮量下氮肥利用率为27.4%,氮肥残留率为32.3%,氮肥损失率为40.3%,是中度盐渍化农田较适宜的施氮量。

对玉米后茬冬小麦生物量和氮累积的研究

玉米产量的变化能引起土地内部氮肥的变化。冬季谷类覆盖作物能吸收土壤中的残留氮，但吸收的能力却要部分地取决于作物在土壤中的生长条件。试验的目的是通过早作玉米后茬种植覆盖作物来获取适度的土壤生物量和氮累积量。在多个测量区中，小麦生物量的变化要大于氮的变化。在同一个土壤单元间的变化相似，大多数的变化是由于同一土壤单元内各区与低洼地区的位置关系不同而产生的。在这些低洼地区附近，适量的氮肥施入显得比利用覆盖作物减少氮的流失更加有效。而在高低洼地区较远的地区，利用覆盖作物吸收氮和增加土壤有机质可能更加切实有效。