稻——麥輪作系統(tǒng)有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施協(xié)同土壤氮素轉(zhuǎn)化的機(jī)制研究.pdf

1、水稻和小麥?zhǔn)鞘澜缟献钪匾闹魇匙魑?。水?小麥輪作(R—W)是南亞各國(guó)普遍采取的耕作措施。在中國(guó),R—W主要分布于長(zhǎng)江流域,面積達(dá)1300萬(wàn)hm2。R—W的穩(wěn)定生產(chǎn)關(guān)系到中國(guó)乃至世界的糧食安全。
　　 R-W系統(tǒng)中,作物籽粒產(chǎn)量的可持續(xù)生產(chǎn)依賴(lài)于既能滿(mǎn)足作物需求,又能減少損失并最大化其利用率的養(yǎng)分管理。有機(jī)無(wú)機(jī)氮肥的配合施用(IOF)就是一種有望能實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)的施肥模式并已在R—W系統(tǒng)廣泛應(yīng)用.然而,當(dāng)前的研究主要集中在其生物效應(yīng)

2、方面,有關(guān)IOF處理有機(jī)肥氮和無(wú)機(jī)肥氮的相互作用還沒(méi)有詳盡的報(bào)道,而探討有機(jī)無(wú)機(jī)肥氮的協(xié)同效應(yīng)有助于更深入了解不同形態(tài)氮素的轉(zhuǎn)化及其作物利用,為高效利用肥料氮提供依據(jù)。
　　 采用盆栽模擬生物試驗(yàn),設(shè)置5個(gè)處理:對(duì)照無(wú)氮處理(CK),無(wú)機(jī)氮肥處理(IF),有機(jī)氮肥處理(OF)和兩個(gè)有機(jī)無(wú)機(jī)肥氮配施的處理,其中一個(gè)15N標(biāo)記有機(jī)肥氮(IOF1),另一個(gè)15N標(biāo)記無(wú)機(jī)肥氮(IOF2)。選用質(zhì)地不同的兩種土壤(粘壤土和黏土),以15N

3、標(biāo)記的硫酸銨和兔子糞作為無(wú)機(jī)氮和有機(jī)氮的氮源,研究了稻-麥輪作(R-W)系統(tǒng)肥料氮僅施用在水稻第一季(D.sativa L.cv.Wuyujing7)(記為R—W系統(tǒng))和小麥(Triticum aestivum L.cv Yangmai6)第一季(記為W-R系統(tǒng))后的轉(zhuǎn)化利用情況?？紤]到肥料氮施用后,相當(dāng)一部分殘留于土壤當(dāng)中,本研究側(cè)重于第一季肥料氮在土壤的殘留及其殘留氮素對(duì)第二季輪作作物有效性方面的研究.主要結(jié)果如下:
　　

4、在R—W系統(tǒng)水稻季:1)IF與IOF處理水稻籽粒產(chǎn)量沒(méi)有顯著差異；2)無(wú)論粘壤土還是黏土,IF處理肥料氮吸收利用率(NUE)值最大,其次為IOF1和IOF2處理,OF處理最低,IOF處理相比IF處理其N(xiāo)uE在粘壤土和黏土分別約低20％和25％以上。與IF或OF處理相比,IOF處理有機(jī)肥氮顯著降低了水稻植株對(duì)無(wú)機(jī)肥15N的吸收量,而無(wú)機(jī)肥氮卻增加了籽粒和植株對(duì)有機(jī)肥15N的吸收量；3)與IF或OF處理相比,IOF處理有機(jī)肥氮的存在增加了無(wú)

5、機(jī)肥15N在土壤礦質(zhì)氮庫(kù)和微生物量氮(MBN)庫(kù)的分配,促進(jìn)了無(wú)機(jī)肥15N在土壤氮庫(kù)的殘留,降低了損失率,粘壤土和黏土降幅分別為12％和28％；4)植株體內(nèi)回收的肥料15N大部分積累在水稻籽粒(53％～78％),有機(jī)肥氮是IOF處理水稻籽粒氮素相對(duì)分配增加的主要貢獻(xiàn)者。
　　 在R-W系統(tǒng)小麥季:1)粘壤土和黏土上IOF處理其小麥籽粒產(chǎn)量均達(dá)到最大,且黏土上OF處理籽粒產(chǎn)量與IOF處理相當(dāng)；2)與IF處理相比,IOF處理小麥分蘗

6、期、拔節(jié)期以及穗期均保持了較高的礦質(zhì)氮含量和MBN含量；3)粘壤土上IOF處理較高的礦質(zhì)氮含量主要來(lái)自有機(jī)肥15N和無(wú)機(jī)肥15N,而黏土上主要來(lái)自無(wú)機(jī)肥15N。兩種土壤上IOF處理較高的MBN均主要來(lái)自無(wú)機(jī)肥15N；4)IOF處理相比IF處理其肥料氮的吸收利用率顯著增加,黏土上增幅達(dá)173％。IOF處理有機(jī)肥氮的存在促進(jìn)了土壤和小麥植株對(duì)無(wú)機(jī)肥15N的回收殘留,而無(wú)機(jī)肥氮的存在也促進(jìn)了黏土上有機(jī)肥15N的回收殘留；5)小麥籽粒積累了超過(guò)

7、80％的植株體內(nèi)肥料15N的回收量,IOF處理有機(jī)肥氮促進(jìn)了無(wú)機(jī)肥15N在小麥營(yíng)養(yǎng)器官的分配。
　　 在W-R系統(tǒng)小麥季:1)無(wú)論粘壤土還是黏土,IF和IOF處理小麥籽粒產(chǎn)量最高,且兩處理間無(wú)顯著差異；2)IOF處理無(wú)機(jī)肥氮的存在顯著提高了小麥籽粒和植株對(duì)有機(jī)肥15N的吸收,粘壤土和黏土籽粒增幅分別為514％和133.3％,而植株增幅分別達(dá)216％和100％,同時(shí)有機(jī)肥氮的存在降低了其對(duì)無(wú)機(jī)肥15N的吸收,粘壤土和黏土籽粒、植株

8、降幅分別約為30％和15％；3)IOF處理相比OF處理其N(xiāo)UE顯著增加,粘壤土和黏土上增幅分別約為114％和85％。與IF或OF處理相比,IOF處理有機(jī)肥氮降低了無(wú)機(jī)肥15N,而無(wú)機(jī)肥氮增加了有機(jī)肥15N在土壤礦質(zhì)氮庫(kù)的殘留。而在MBN庫(kù),IOF處理有機(jī)肥氮和無(wú)機(jī)肥氮協(xié)同促進(jìn)了對(duì)方的殘留；4)與IF或OF相比,粘壤土上IOF處理增加了無(wú)機(jī)肥15N和有機(jī)肥15N在小麥營(yíng)養(yǎng)器官的積累,而在黏土上增加了無(wú)機(jī)肥15N在營(yíng)養(yǎng)器官、有機(jī)肥15N在生

9、殖器官的積累。
　　 在W-R系統(tǒng)水稻季:1)粘壤土和黏土上IOF處理水稻籽粒產(chǎn)量均高于IF處理；2)與IF處理相比,IOF處理其礦質(zhì)氮含量均保持較高水平,且IOF處理顯著增加了粘壤土上穗期和黏土上分蘗期、拔節(jié)期、穗期土壤礦質(zhì)氮中來(lái)自于無(wú)機(jī)肥15N的比例。此外,IOF處理顯著增加了黏土上分蘗期和拔節(jié)期MBN中來(lái)自于有機(jī)肥15N,粘壤土和黏土上分蘗期、拔節(jié)期、穗期以及成熟期來(lái)自于無(wú)機(jī)肥15N的比例；3)IOF處理有機(jī)肥氮促進(jìn)了小麥

10、季殘留無(wú)機(jī)肥15N在水稻生殖器官籽粒的分配比例,降低了其在葉片等營(yíng)養(yǎng)器官的分配比例。與之相反,IOF處理無(wú)機(jī)肥氮降低了小麥季殘留有機(jī)肥15N在水稻生殖器官籽粒的分配比例,降幅約為20％,卻增加其在葉片等營(yíng)養(yǎng)器官的分配比例；4)IOF處理相比IF處理其N(xiāo)UE顯著增加。與IF或OF處理相比,IOF處理無(wú)機(jī)肥氮促進(jìn)了有機(jī)肥15N在土壤的殘留,而無(wú)機(jī)肥氮促進(jìn)了有機(jī)肥15N在植株和土壤的回收利用。同時(shí),有機(jī)肥氮和無(wú)機(jī)肥氮的協(xié)同降低了各自向環(huán)境的損

11、失,降幅均達(dá)15％以上。
　　 結(jié)合四季盆栽試驗(yàn)數(shù)據(jù),對(duì)比發(fā)現(xiàn):1)W-R系統(tǒng)各處理總生物量顯著高于R—W系統(tǒng),尤其是OF處理。W-R系統(tǒng)OF處理總籽粒產(chǎn)量顯著高于R—W系統(tǒng)對(duì)應(yīng)值,粘壤土和黏土上分別高81％和23％,其余各處理總籽粒產(chǎn)量在兩系統(tǒng)間沒(méi)有顯著差異；2)無(wú)論粘壤土還是黏土,OF處理NUE在W—R系統(tǒng)相對(duì)較高；3)同一處理的NUE、肥料15N利用率(15NUE)、肥料15N損失率(15NLR)在不同系統(tǒng)、不同土壤上存在

12、較大差異,表明土壤質(zhì)地、施肥方法、施肥季節(jié)顯著影響著稻-麥輪作系統(tǒng)中肥料氮的利用和損失。
　　 綜上所述,IOF處理模式降低無(wú)機(jī)肥投入的同時(shí),保持了作物籽粒的產(chǎn)量。肥料氮施用當(dāng)季,IOF處理提高了有機(jī)肥氮的吸收利用。IOF處理有機(jī)肥氮促進(jìn)了無(wú)機(jī)肥15N在土壤MBN庫(kù)的固持,而在第二季又促進(jìn)了其逐漸釋放,提高了無(wú)機(jī)肥氮的吸收利用。IOF處理相比IF或OF處理增加了肥料15N在作物-土壤系統(tǒng)的回收,減少了向環(huán)境的損失。在稻-麥輪作系