不同輪作體系作物—土壤—肥料氮素特征研究.pdf

1、本研究選擇以曲周為代表的華北平原為研究對(duì)象，在五個(gè)不同輪作(冬小麥/夏玉米一年兩熟傳統(tǒng)管理種植體系(Con.W/M);冬小麥/夏玉米一年兩熟優(yōu)化管理種植體系(Opt.W/M);冬小麥/夏玉米-春玉米兩年三熟優(yōu)化管理種植體系(W/M-M);冬小麥/夏大豆-春玉米兩年三熟優(yōu)化管理種植體系(W/B-M);春玉米一年一熟優(yōu)化管理種植體系(M))長(zhǎng)期定位試驗(yàn)中，設(shè)置15N微區(qū)，利用15N示蹤技術(shù)，分析優(yōu)化水肥管理、增加土壤碳?xì)w還、固氮作物種植等措

2、施對(duì)作物氮吸收、土壤殘留及損失的影響及內(nèi)在關(guān)系，探討不同輪作體系中化肥氮的“作物吸收-土壤殘留-損失”的變化，解析作物花前花后氮素利用、轉(zhuǎn)移規(guī)律，分析肥料氮、土壤氮與作物氮之間的關(guān)系，追蹤分析氮肥在當(dāng)季及后茬作物中的去向，尋找既能滿足華北平原糧食需求又能減少地下水消耗的可持續(xù)種植體系，為該地區(qū)高產(chǎn)體系氮肥優(yōu)化管理提供合理依據(jù)及技術(shù)支撐。主要結(jié)果如下:
　　(1)作物地上部各器官土壤氮的積累及向籽粒的轉(zhuǎn)移量均顯著高于肥料氮，土壤氮是

3、作物的主要氮源，本試驗(yàn)中冬小麥、夏玉米、夏大豆及春玉米土壤氮的累積量分別占74％、70％、90％和80％。本研究中小麥籽粒氮素大部分來自于花前積累;與小麥不同，夏玉米和春玉米各器官向籽粒中的氮素轉(zhuǎn)移量占籽粒氮素的34.63％-57.74％，玉米籽粒中氮素只有50％左右來自于花前積累，基施高氮對(duì)作物產(chǎn)量形成作用不大;與干物質(zhì)累積量相一致，夏大豆花前各器官累積氮素較少，花后各器官向籽粒的貢獻(xiàn)率僅有16.80％。
　　(2) Con.W

4、/M處理硝態(tài)氮含量隨土壤深度先增加后減小，傳統(tǒng)處理高施氮肥，40-140cm硝態(tài)氮含量顯著高于其他優(yōu)化處理，出現(xiàn)了向下淋洗現(xiàn)象，其中40-60cm處出現(xiàn)累積峰，峰值為71.96 mg/kg。Opt.W/M表層含量較高為55.17mg/kg，隨土壤深度的增加硝態(tài)氮含量逐漸減小，大量氮肥累積在土壤表層。夏玉米和夏大豆收獲后，兩處理自上而下硝態(tài)氮含量變化幅度不大，各土層處理間差異不明顯;W/M-M處理表層0-20cm硝態(tài)氮含量最高為33.88

5、mg/kg，100-120cm處出現(xiàn)小的累積峰，峰值為13.66 mg/kg; W/B-M處理呈現(xiàn)40cm以下先增加后降低的趨勢(shì)，140-160cm處出現(xiàn)累積峰，峰值為13.72 mg/kg，部分硝態(tài)氮隨水向下運(yùn)移。M處理在6.40-10.59 mg/kg之問波動(dòng)，由于春玉米的多次分期優(yōu)化追肥使得肥料被作物高效利用，隨水向下運(yùn)移很少。Con.W/M原子百分超在40-100cm出現(xiàn)了明顯的累積，高量施氮導(dǎo)致高殘留;而且40-140cm顯著

6、高于其他優(yōu)化處理，肥料氮發(fā)生了明顯淋洗。其他輪作體系均表現(xiàn)為原子百分超隨土壤深度增加而逐漸減小，與剖面硝態(tài)氮不同的是W/M-M輪作體系自上至下15N豐度均較小，肥料氮低量殘留。
　　(3)一個(gè)輪作結(jié)束后氮肥三條去向均表現(xiàn)為:土壤殘留＞作物吸收＞損失。隨施氮量的增加，土壤殘留量及損失量均增加，但作物吸收量增加到一定值就不再增加。Con.W/M處理作物吸收、土壤殘留和損失的比例約為2∶6∶2，Opt.W/M、W/M-M和W/B-M三輪

7、作比例約為3∶5∶2，M輪作為3∶6∶1。適當(dāng)?shù)臏p少施氮量及增加追肥次數(shù)可實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)下的肥料高效利用。
　　(4) W/M-M輪作與其他輪作相比，作物收獲后土壤氮庫處于低水平盈余狀態(tài)，盈余量21.22 kgN/hm2;W/M-M輪作中當(dāng)土壤氮庫達(dá)到平衡時(shí)，春玉米、冬小麥及夏玉米施肥量應(yīng)控制在100 kgN/hm2、150 kgN/hm2及170kgN/hm2左右;W/M-M輪作在高產(chǎn)的前提下，也能及時(shí)補(bǔ)給土壤氮庫，具有成為可持續(xù)

8、高產(chǎn)體系的可能性。
　　(5)在本試驗(yàn)條件下，各輪作體系兩年內(nèi)總產(chǎn)量表現(xiàn)為:W/M-M＞Opt.W/M＞Con.W/M＞W(wǎng)/B-M＞M，分別為32249kg/hm2、31700kg/hm2、26399kg/hm2、21643kg/hm2和21094kg/hm2;綜合考慮水氮投入及產(chǎn)出，冬小麥/夏玉米-春玉米是華北平原較為理想的輪作體系。從單季作物水氮投入及產(chǎn)量來看，玉米季的水氮投入低于小麥季，但產(chǎn)量高于小麥，玉米具有更高的生產(chǎn)潛力