外源化肥氮素在土壤有机氮库中的转化及关系

【目的】本研究旨在探明外源化肥氮在土壤不同有机氮库中的动态转化及关系,为实现化肥氮素养分高效利用的有效调控提供理论依据。【方法】利用15N示踪技术(15N标记尿素,丰度10.3%),以江西红壤性水稻土为研究对象,通过土壤培养试验,研究农民习惯施肥水平下,水稻不同生育期外源化肥氮在土壤有机氮库(氨基酸态氮、氨基糖态氮、酸解铵态氮、酸解未知氮和非酸解有机氮)中的转化及关系。采用通径分析方法,评估来自外源化肥氮的有机氮各组分之间的转化关系。【结果】1)土壤中氨基酸态氮和氨基糖态氮中来自外源的化肥氮(氨基酸态氮-15N和氨基糖态氮-15N)含量从分蘖期到拔节期显著升高(P<0.05),从拔节期到灌浆期显著降低(P<0.05),全生育期两个组分中来自外源化肥氮的含量最高值分别为26.5和8.4 mg/kg,均出现在分蘖期和拔节期之间;酸解性铵态氮中来自外源的化肥氮(酸解性铵态氮-15N)含量从分蘖期到成熟期逐渐降低,全生育期的动态转化符合指数递减方程;酸解未知态氮中来自外源的化肥氮(酸解未知态氮-15N)含量随着生育期的延长逐渐达到动态平衡,最大值接近12.8 mg/kg;非酸解性有机氮中来自外源的化肥氮(非酸解性有机氮-15N)含量在全生育期的变化符合对称方程,最低值7.9 mg/kg出现在拔节期和灌浆期之间。2)在水稻营养生长阶段的分蘖期和拔节期,外源化肥氮分别以酸解性铵态氮和氨基酸态氮为主要方式结合到土壤有机氮库中,其含量分别占施入化肥氮的21.5%和14.8%;在水稻营养生长和生殖生长并进阶段(灌浆期)和生殖生长阶段(成熟期),外源化肥氮主要结合到非酸解性有机氮库中,分别占施入化肥氮的8.7%和12.7%。3)土壤各有机氮库中来自外源的化肥氮之间存在相互转化的关系,酸解性铵态氮库起到了"暂时库"的作用,生育前期在土壤中固持氮,当可利用性氮受限时,又可以作为有效氮库释放氮供作物吸收;在整个生长期中氨基酸态氮库对外源化肥氮的转化积累起到了"过渡库"的作用,固持在氨基酸中的化肥氮可以转化成酸解性铵态氮和氨基糖态氮。4)灌浆期和成熟期植物吸收的来自外源的化肥氮与氨基酸态氮-15N和酸解铵态氮-15N的关系更密切。【结论】外源化肥氮在土壤中转化的过程中酸解性铵态氮起到了"暂时库"的作用,氨基酸态氮起到了"过渡库"的作用,非酸解性有机氮可作为氮素的"稳定库"存在,外源氮在这几个主要的氮库中动态转换以保持土壤-作物体系中氮素的循环。

有机无机肥氮素对冬小麦季潮土氮库的影响及残留形态分布

利用15N分别标记有机肥和化肥,通过小麦盆栽试验,研究了外源氮素在典型潮土中向土壤有机氮和无机氮(铵态氮、硝态氮)各形态的转化与分配。结果表明:(1)土壤全氮受有机肥影响显著。有机肥处理土壤全氮显著提高24.8%(P<0.05),其中铵态氮和硝态氮分别增加了59.0%和120倍;有机无机肥配施处理土壤全氮提高13.7%,其中硝态氮增加了84.5倍,均达到显著水平(P<0.05);化肥处理对土壤全氮包括土壤硝态氮和铵态氮含量有一定提高,但差异性检验不显著。(2)外源氮对土壤有机氮影响明显。与对照相比,不同施氮处理均提高了土壤各形态有机氮的含量,有机肥处理土壤酸解性有机氮和酸解性铵态氮显著增加(P<0.05),分别提高了25.3%和39.3%;不同施氮处理各形态有机氮占全氮的比例变化较小,处于动态平衡中。(3)来自不同肥料的外源氮对土壤有机氮含量变化的贡献不同。外源化肥氮直接影响土壤酸解性铵态氮和非酸解性有机氮含量的变化,残留化肥氮分别占这两种形态有机氮含量的7.8%和5.2%;外源有机氮对土壤非酸解性有机氮和酸解未知氮含量的变化起主导作用,残留有机肥氮分别占这两种形态有机氮含量的5.0%和4.5%;有机无机肥料配施情况下,在土壤酸解未知氮含量的变化中有机肥氮起主要作用,残留有机肥氮占酸解未知氮含量的18.0%。(4)土壤铵态氮和硝态氮的变化均主要由外源氮转化而来。在化肥处理中分别有27%的土壤铵态氮和硝态氮来自外源化肥氮的转化,有机肥处理中分别有8%的土壤铵态氮和硝态氮来自外源有机肥氮的转化,有机无机肥配施处理中分别有5%的土壤铵态氮和硝态氮来自外源有机肥氮的转化。(5)有机无机肥配施可提高土壤有机肥氮素的残留并促进其向土壤酸解性铵态氮和酸解未知氮、铵态氮和硝态氮等有效形态转化,从而提高有机肥的有效性,减少环境风险,表明有机无机肥配施是土壤培肥的有效途径。

优化施氮模式下设施菜地氮素的利用及去向

针对设施蔬菜生产中化肥氮高强度投入造成的肥料资源浪费和土壤质量下降等突出问题,以我国设施蔬菜生产典型区山东寿光为研究基地,在该区域3年减施氮肥模式对农学、肥力和环境效应影响的定位试验基础上,应用15N示踪技术,对筛选出的氮肥优化模式进行验证,并定量化地研究氮肥基于C/N调控和基于水分调控的优化模式下氮素的吸收、利用及去向,以期为设施菜地合理的氮素管理提供理论和技术支持。试验设2个处理,1)农民习惯施氮模式(FP);2)优化施氮模式(OPT)。研究结果表明,OPT处理的番茄地上部产量和氮素吸收量均高于FP,作物吸收氮只有20%左右来自化肥氮;与FP相比,OPT处理的化肥氮素农学效率和氮素利用率显著提高(P<0.05);土壤中残留氮主要以硝态氮的形式存在,FP和OPT处理在0—100 cm土层中的残留量分别为N 536.9和340.3 kg/hm2,主要分布在0—40 cm土层,随着深度的增加,累积量有所减少,OPT处理显著降低了各土层硝态氮的累积(P<0.05);除了作物吸收和土壤残留的氮,FP和OPT处理中分别有32.4%和8.2%的化肥氮以各种途径损失,OPT处理氮素损失率比FP低24.2个百分点。综合以上研究结果,优化施氮模式对化肥氮的吸收、利用及减少化肥氮的损失方面均优于农民习惯施氮模式。