稻——麥輪作系統(tǒng)有機無機肥配施協(xié)同土壤氮素轉(zhuǎn)化的機制研究.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)是南亞各國普遍采取的耕作措施。在中國,R—W主要分布于長江流域,面積達1300萬hm2。R—W的穩(wěn)定生產(chǎn)關(guān)系到中國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)依賴于既能滿足作物需求,又能減少損失并最大化其利用率的養(yǎng)分管理。有機無機氮肥的配合施用(IOF)就是一種有望能實現(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處理有機肥氮和無機肥氮的相互作用還沒有詳盡的報道,而探討有機無機肥氮的協(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,設(shè)置5個處理:對照無氮處理(CK),無機氮肥處理(IF),有機氮肥處理(OF)和兩個有機無機肥氮配施的處理,其中一個15N標(biāo)記有機肥氮(IOF1),另一個15N標(biāo)記無機肥氮(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機氮和有機氮的氮源,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)量沒有顯著差異；2)無論粘壤土還是黏土,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NuE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處理有機肥氮顯著降低了水稻植株對無機肥15N的吸收量,而無機肥氮卻增加了籽粒和植株對有機肥15N的吸收量；3)與IF或OF處理相比,IOF處理有機肥氮的存在增加了無

5、機肥15N在土壤礦質(zhì)氮庫和微生物量氮(MBN)庫的分配,促進了無機肥15N在土壤氮庫的殘留,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％),有機肥氮是IOF處理水稻籽粒氮素相對分配增加的主要貢獻者。
　　 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)氮含量主要來自有機肥15N和無機肥15N,而黏土上主要來自無機肥15N。兩種土壤上IOF處理較高的MBN均主要來自無機肥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173％。IOF處理有機肥氮的存在促進了土壤和小麥植株對無機肥15N的回收殘留,而無機肥氮的存在也促進了黏土上有機肥15N的回收殘留；5)小麥籽粒積累了超過

7、80％的植株體內(nèi)肥料15N的回收量,IOF處理有機肥氮促進了無機肥15N在小麥營養(yǎng)器官的分配。
　　 在W-R系統(tǒng)小麥季:1)無論粘壤土還是黏土,IF和IOF處理小麥籽粒產(chǎn)量最高,且兩處理間無顯著差異；2)IOF處理無機肥氮的存在顯著提高了小麥籽粒和植株對有機肥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216％和100％,同時有機肥氮的存在降低了其對無機肥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NUE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處理有機肥氮降低了無機肥15N,而無機肥氮增加了有機肥15N在土壤礦質(zhì)氮庫的殘留。而在MBN庫,IOF處理有機肥氮和無機肥氮協(xié)同促進了對方的殘留；4)與IF或OF相比,粘壤土上IOF處理增加了無機肥15N和有機肥15N在小麥營養(yǎng)器官的積累,而在黏土上增加了無機肥15N在營養(yǎng)器官、有機肥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)氮中來自于無機肥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中來自于有機肥15N,粘壤土和黏土上分蘗期、拔節(jié)期、穗期以及成熟期來自于無機肥15N的比例；3)IOF處理有機肥氮促進了小麥

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

11、失,降幅均達15％以上。
　　 結(jié)合四季盆栽試驗數(shù)據(jù),對比發(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)間沒有顯著差異；2)無論粘壤土還是黏土,OF處理NUE在W—R系統(tǒng)相對較高；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處理模式降低無機肥投入的同時,保持了作物籽粒的產(chǎn)量。肥料氮施用當(dāng)季,IOF處理提高了有機肥氮的吸收利用。IOF處理有機肥氮促進了無機肥15N在土壤MBN庫的固持,而在第二季又促進了其逐漸釋放,提高了無機肥氮的吸收利用。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