冬小麦节水灌溉制度下不同施氮量的氮素平衡

用15N示踪技术研究了节水灌溉条件下冬小麦对不同施氮量的氮素吸收和氮素平衡 ,并比较了两种灌溉制度下小麦对节肥施氮量的吸收动态。结果表明 ,与常规施氮量处理相比 ,节水灌溉条件下节肥施氮量处理的氮肥损失率降低 ,氮肥当季利用率和土壤残留率提高 ;基施氮肥的利用率高于追施氮肥 ;土壤肥料氮的残留率在 2 9%～ 41 %之间 ,分布于 1m土层中 ,其中60 %以上集中在 0～ 2 0cm土层 ;在整个小麦生长季内 ,肥料氮并没有淋洗到 1 30m以下。节肥施氮量在常规灌溉下的当季利用率比在节水灌溉下降低 1 6 6%。     

砂质潮土冬小麦对氮肥的利用与氮素平衡

分析了不同施肥时期对砂质潮土小麦产量、氮素吸收与利用、土壤残留与氮素损失的影响。结果表明 ,氮肥在一半做底肥的基础上 ,以拔节期追肥小麦产量最高。在返青期与孕穗期追肥之间 ,低氮肥用量情况下 ,以孕穗期追施小麦产量较高 ,而在高氮肥用量时二者没有差异。氮肥一半做追肥施用植株吸收氮量比氮肥全部做底肥显著提高 ,这种提高主要来自肥料氮。拔节期追肥利用率最高。小麦收获后土壤中肥料残留氮的 31 7%～ 66 8%分布在 0～ 40cm土层内 ,且随施肥时间的推迟 ,0～ 40cm土层内残留氮所占的比例增加 ,而底施和返青期追施的氮肥在下层残留的比例高于后期追肥 ,其在 80～ 1 0 0cm土层的累积量甚至超过了表层土壤残留量。但后期追肥氮素挥发损失严重。     

施肥深度对旱地小麦氮素利用及产量的影响

本文用土柱栽培法研究了施肥深度对旱地小麦氮素利用及产量的影响 ,结果表明 :较深层次 (2 0～ 40cm)施肥 ,植株将吸收的氮素较多分配至籽粒 ,分配至根系少 ,肥料氮利用率高 ,土壤残留率和损失率少 ,回收率高 ,从而提高了产量 ;施肥过浅 (0～2 0cm)和施肥过深 (6 0～ 80cm)则相反 ,由此可以认为旱地小麦最佳施肥深度应在 2 0～ 40cm左右 ,可据此制定施肥管理方案 ,以获得高产高效。     

水稻不同移栽密度的氮肥效应及氮素去向

利用15N示踪技术,研究不同移栽密度对水稻产量、氮肥吸收利用及其氮素去向的差异。结果表明,随移栽密度变大,水稻产量显著增加,穗粒数、结实率和千粒重降低,子粒与秸秆氮肥吸收量、肥料利用率及其残留量增加,而氮素损失降低。水稻所吸收的氮素约2/3来源于土壤氮,1/3来源于当季肥料施的氮。不同处理间,肥料利用率为16.69%～26.69%,氮肥残留率为17.12%～21.08%,有52.23%～66.19%的肥料损失。无论哪种密度下,肥料主要残留在0～20 cm土层中。密度为40 cm×40 cm时,0～20 cm土层氮素残留量高于50 cm×50 cm和30 cm×30 cm处理,为28.54 kg/hm2,占施肥量的12.97%;而在40～60 cm的土层的氮素残留量为7.34 kg/hm2,比50 cm×50 cm和30 cm×30 cm处理同层残留量降低了57.90～59.29%。     

太湖地区不同轮作模式下的稻田氮素平衡研究

采用田间微区15N示踪,研究了太湖地区稻田不同轮作模式(紫云英-水稻轮作、休闲-水稻轮作、小麦-水稻轮作)和施氮水平(0、120 kg·hm?2、240 kg·hm?2、300 kg·hm?2)下水稻对氮肥的吸收利用效率及土壤氮素残留特征。结果表明,水稻吸收的氮素来自肥料的比例为20.9%~49.6%,休闲-水稻轮作模式下水稻产量的获得更加依赖无机氮肥的大量投入。当季水稻对肥料氮的利用率为25.0%~41.5%,肥料氮的土壤残留率为13.4%~24.6%,其中90%以上的土壤残留肥料氮集中在0~20 cm土层,在土壤剖面中的残留率随土层深度增加而迅速降低,30~40 cm土层的肥料残留量仅占氮肥施用量的0.2%~0.7%。紫云英?水稻轮作和休闲?水稻轮作模式下氮肥利用率和土壤残留率均在施氮240 kg·hm?2时达到最大值,其氮肥利用率显著高于小麦?水稻轮作55.6%和66.0%。稻季施氮240 kg·hm?2时,小麦-水稻轮作模式下的氮肥利用率、土壤残留率以及总回收率显著最低,损失率显著最大;紫云英?水稻轮作模式下的氮肥损失率最小,分别小于休闲?水稻轮作和小麦-水稻轮作13.9%、39.2%。不同轮作模式下,水稻籽粒产量随施氮量的增加而增加,稻季施氮240 kg·hm?2时,紫云英?水稻轮作下水稻籽粒产量显著高于休闲?水稻轮作和小麦?水稻轮作,小麦?水稻轮作籽粒产量虽略高于休闲?水稻轮作,但没有达到显著水平。本研究认为,选择紫云英还田配施氮肥240 kg·hm?2,既可以保证水稻氮肥利用率而获得高产,又能减少氮肥损失而带来的环境风险,是一种值得在当地大力推广的耕作制度。     

氮肥水平对鲁梅克斯K-1杂交酸模氮素利用和氮素平衡的影响

鲁梅克斯K 1杂交酸模对氮素的吸收与施氮量的关系可用线性加平台模型描述。植株氮素来自肥料氮的比例Ndff随施氮线性增加 ,但利用率随施氮量先上升后下降 ,变化范围从 32 1 1 %～ 42 78% ,在推荐施氮N3(6 0 0Nkg·hm- 2 )水平下为42 78%。根对肥料氮的截留率与植株利用率的趋势相似 ,在 1 9 87%～ 2 4 37%范围变化 ,植株吸收率在 51 97%～ 6 7 1 5%范围变化。肥料氮的土壤残留率基本不变 ,平均为 2 1 89%。氮肥回收率开始时随施氮无显著变化 ,N3处理后迅速下降 ,损失率趋势与之相同 ,但方向相反 ,在 9 40 %～ 2 5 93%范围变化。在分茬施肥的模式下 ,不同施氮下的土壤全氮不随茬次显著变化 ,但施氮对土壤全氮水平有显著影响 ,土壤全氮的全年周转率随施氮在范围 4 6 7%～ 9 39%变化     

不同施氮方式对甘蔗氮肥效率及氮素去向的影响

以新台糖22号(ROC22)为试材,通过网室盆栽试验方法,在总施氮量(15N标记尿素5g/盆,相当于450kg·hm-2)相同条件下,研究了全部基施(T1)、50%基施+50%在分蘖期追施(T2)和30%基肥+30%在分蘖期追施+40%在伸长期追施(T3)3种施氮方式对甘蔗氮肥效率与氮素去向的影响。结果表明:甘蔗吸收的氮素约18%～29%来源于当季施用的尿素氮,71%～82%来自土壤和种茎氮;氮肥利用率为21.0%～34.52%,残留率为37.61%～44.13%,有21.35%～41.39%的氮素损失。3种施氮方式下,氮肥残留在0～20cm土层较多,在20～40cm残留较少。随氮肥施用时间后移,甘蔗吸收的氮素、来源于肥料氮素的比率、氮肥利用率、氮肥残留率、蔗茎产量及产糖量明显增加,而氮肥损失率显著下降,蔗茎的氮素分配率和蔗糖分积累略呈下降趋势,同时氮素在0～20cm土层的残留呈上升趋势,在20～40cm土层呈下降趋势。从经济效益和环境效益考虑,T3施氮方式的效果较为理想。     

应用~(15)N研究小麦花生两熟制氮肥分配方式对小麦、花生产量及N肥利用率的影响

在小麦花生两熟制条件下 ,全年氮肥两作 3次施用 (小麦基肥、追肥和花生基肥 )氮素利用率为 3 2 52 % ,一作两次施用 (小麦基肥和追肥 )氮素利用率为 3 7 0 1 % ,但前者土壤残留多 ,损失少 ,氮肥回收率为 69 2 4% ,较后者高 1 2 0 3个百分点。且前者有利于小麦、花生产量的形成 ,是小麦花生两熟制适宜的施肥方式。小麦当茬氮肥利用率为 1 6 80 %～ 3 5 63 %。夏直播花生当茬及前茬小麦基肥和追肥 (拔节期 )的氮肥利用率分别为 2 3 70 %、6 57%～ 7 70 %和 1 0 0 3 %～ 1 2 73 % ;施肥时间和施肥量对氮肥利用率影响较大     

玉米秸秆还田配施氮肥对冬小麦土壤氮素表观盈亏及产量的影响

【目的】以秸秆还田定位试验为平台,探讨玉米秸秆还田配施氮肥对冬小麦产量、土壤硝态氮积累、氮素表观盈余和氮肥利用率的影响规律,明确砂姜黑土玉米秸秆全量还田条件下冬小麦生长季的最佳施氮量。【方法】试验以秸秆处理为主区,设秸秆还田和秸秆移除2个水平;施氮量为副区,设6个水平,分别为0、162.0、202.5、243.0、283.5、324.0 kg/hm2。测定了冬小麦播种前、拔节期、成熟期地上部植株含氮量,土壤0—20、20—40和40—60 cm硝态氮含量,小麦产量以及籽粒氮含量,计算了冬小麦生育期土壤的氮素表观盈余,小麦基施和追施氮肥的利用效率以及不同阶段的氮素盈余。【结果】玉米秸秆还田后小麦增产365 844 kg/hm2,增产率为4.2%9.3%,尤其以配施243.0 kg/hm2的增幅最高,产量达9858 kg/hm2。小麦整个生育期,秸秆还田显著增加了0—60 cm土层的土壤硝态氮累积量,而秸秆移除条件下,土壤硝态氮累积量与氮肥施用量相关,高量氮肥增加了硝态氮累积量,N施用量高于243.0 kg/hm2时,硝态氮累积量较小麦播种前增加19.8%28.6%。施氮均显著增加了植株氮素积累量;小麦播种到拔节期,植株的氮素积累量随基肥比例的增加而增加。小麦生育期不施氮处理表现为氮素亏缺,施氮处理显著增加了0—60 cm土层的土壤氮素盈余量,且随基肥、追肥量的增加而增加,盈余值每增加100.0kg/hm2,秸秆还田配施氮肥和单施氮肥的土壤剖面硝态氮积累量就会分别增加74.2和91.4 kg/hm2。秸秆还田配施氮肥提高了氮肥农学效率、植株地上部氮肥吸收利用率、籽粒氮肥吸收利用率,特别是在高氮肥时,基肥和拔节肥的利用率显著高于单施氮肥。在施氮处理间、相同氮肥施用下秸秆还田和移除处理间氮素收获指数均无显著差异。氮肥表观回收率随施氮量的增加而降低,基肥表观回收率显著高于拔节肥表观回收率。【结论】秸秆还田和施氮水平对小麦植株氮素的吸收转运没有显著影响,但可提高基施和追施氮肥的利用率,可增加土壤0—60 cm土层中硝态氮的含量。综合各项指标,冬小麦生长季玉米秸秆全量还田适宜的氮肥配施量为202.5 243.0 kg/hm2。     

黄土旱塬黑垆土-冬小麦系统中尿素氮的去向及增产效果

在黄土高原南部旱塬区陕西省长武县的黑垆土上 ,用田间小区和15N微区试验研究了氮肥的增产效果 ,水分利用率以及尿素氮的去向。结果表明 ,氮肥的增产效果随氮肥用量增加而降低 ,施N量为 1 0 0和 1 5 0kghm- 2 时每kg肥料N分别增产小麦 1 2 .1kg和6.4kg。施用氮肥亦提高了水分利用率 ,无氮区和施肥区的水分利用率分别为 7.6kghm- 2 mm- 1和 9.7～ 1 0 .5kghm- 2 mm- 1。15N微区试验结果表明 ,尿素作基肥混施入耕层后 ,小麦利用率为36.6%～ 38.4% ,土壤残留率为 2 9.2 %～ 33.6% ,标记氮肥在土壤剖面中的残留率随土层深度的加深而迅速降低。小麦吸收的氮素来自肥料氮的比例在 33%～ 40 %之间 ,来自土壤氮素的比例在 60 %以上     

高肥力土壤冬小麦生长季肥料氮的去向研究 Ⅰ.冬小麦生长季肥料氮的去向

用15N示踪微区试验研究了常规灌溉和磷钾供应充足的条件下 ,冬小麦生育期肥料氮的去向。结果表明 ,冬小麦对肥料氮的吸收随施氮量的增加而显著增加 ,收获期冬小麦吸收肥料氮占总吸氮量的比例 45% ,吸收土壤氮占 55%。氮肥在整个作物 土壤体系中的回收率随施氮量的增加而显著减少 ,损失量增加。施氮量为 1 2 0kgN hm2 时 ,氮肥的损失率只有 9% ,在作物中的回收率为 45% ,在 0～ 1 0 0cm土壤中的残留率为 45% ;施氮量为 3 60kgN hm2 时 ,氮肥的损失率为 55% ,在作物中的回收率为2 3 % ,在 0～ 1 0 0cm土壤中的回收率为 2 1 %。残留肥料氮以NH4 N存在的数量很少 ,以NO3 N存在的数量随施氮量的增加而显著升高 ,低量施氮时以有机结合态存在的数量远远高于前两种形态 ,但在高量施氮条件下 ,以有机结合态存在的比例与NO3 N相当。肥料氮在 0～ 1 0 0cm土壤各层次中均有残留 ,随着深度的增加 ,残留量减少。从整体上看 ,肥料氮在收获时往下移动超出 1 0 0cm土体。     

高肥力土壤冬小麦/夏玉米轮作体系中化肥氮去向研究

冬小麦 夏玉米轮作是华北平原主要的耕作方式之一。本研究通过田间15N微区试验 ,研究了高肥力土壤条件下冬小麦 夏玉米轮作体系中化肥氮的去向。结果表明 ,在每季施氮量 1 2 0～ 3 60kg hm2 条件下 ,冬小麦对化肥氮的吸收率为 2 3 8%～44 5 % ,夏玉米为 2 6 5 %～ 5 1 1 % ,整个轮作周期为 2 8 0 %～ 5 1 6%。而后茬作物对化肥氮的吸收量较少 ,低于施氮量的 1 0 %。当季化肥氮的土壤残留率约占施氮的2 0 %～ 5 0 % ,轮作周期化肥氮的土壤残留率约占施氮的 3 0 %。当季和轮作周期化肥氮的损失量和损失率 ,均随着施氮量的提高而显著升高。当施氮量分别为 2 40kg hm2和 72 0kg hm2 时 ,整个轮作周期化肥氮的损失率分别为 1 9 0 %和 40 5 %。     

黄土高原旱地夏季休闲期~(15)N标记硝态氮的去向

夏季休闲是黄土高原旱地小麦常见的蓄纳雨水、恢复地力的措施。随着氮肥用量的增加,一季小麦收获后,旱地土壤剖面累积的硝态氮量不断增加,休闲期间降雨量高,残留硝态氮的去向是值得研究的问题。利用~(15)N标记法研究小麦收获后残留肥料氮在黄土高原旱地(陕西长武)夏季休闲期间的去向,即小麦收获后在微区土壤表层(0~15 cm)施入~(15)N标记的硝态氮肥(30 kg hm~(-2)(以纯氮计),约相当于当地小麦一季作物收获后土壤残留肥料氮量),休闲结束后,采集0~200 cm土壤样品,测定了土壤全氮、硝态氮含量及其~(15)N丰度。结果表明,小麦收获(即休闲开始)时0~200 cm土壤剖面硝态氮累积量在205~268 kg hm-2之间(平均244 kg hm~(-2)),累积量较高。夏季休闲期间降水量为157 mm,属欠水年,但休闲结束后,~(15)N标记肥料氮向下迁移已达80 cm土层,下移深度在45~65cm之间,说明,旱地休闲期间硝态氮的淋溶作用不可忽视。夏季休闲结束后,加入的~(15)N标记肥料氮平均损失率为28%,损失机理值得进一步研究。     

旱地土壤中残留肥料氮的动向及作物有效性

氮素是作物生长最重要的必需元素之一。合理施用氮肥能促进作物生长并提高产量,但是,过多施用氮肥则抑制作物生长并导致大量的肥料氮残留在土壤中,这部分氮素不但会引起土壤养分不平衡,而且为生态环境带来潜在威胁,因此,研究残留氮的动向及作物有效性可为合理施用化肥氮、高效利用土壤残留氮素和减少残留氮素的损失提供依据。应用~(15)N示踪技术,通过4年定位试验,研究了黄土高原南部旱地冬小麦/夏玉米轮作过程中土壤残留肥料氮的变化及作物吸收利用。在冬小麦和夏玉米轮作的第一个周期,为了制造高肥料氮残留背景,于冬小麦播种前向微区施入240 kg hm~(-2)的~(15)N标记氮素;在夏玉米拔节期,为了研究氮肥施入对残留肥料氮的影响,设置0和120 kg hm~(-2)两个氮水平,以普通尿素施入微区。在第2至第4个轮作周期内,为了分析残留肥料氮的动向及其对作物的有效性,微区内不施任何肥料。结果发现,冬小麦播种前施用的~(15)N标记氮肥于收获期在0~200 cm土壤剖面中均有残留,但大部分累积在0~40 cm土层中,累积总量达到200.9 kg hm~(-2),占当季施入量的83.7%。在随后的夏玉米生长季残留的肥料氮迅速减少,之后随生长季的后移缓慢减少,然后保持相对稳定。经过4年的冬小麦/夏玉米轮作,0~300 cm土壤剖面仍残留大量的~(15)N肥料,后季不追施氮肥和追施氮肥处理的残留量分别为47.1 kg hm~(-2)和54.0 kg hm~(-2)。可见,有一部分肥料氮被固定在土壤有机质中。作物对残留氮的回收量逐年减少,且因后季追施氮肥与否而异,4年中作物对肥料氮的总利用率不追施氮肥和追施氮肥处理的分别为46.9%和50.4%,其中在第1个轮作周期中,小麦和玉米的总利用率分别41.6%和42.0%,后3年利用率分别仅有5.3%和8.4%;4年中残留~(15)N的损失率分别达38.1%和29.7%,其损失主要发生在第1个轮作周期的夏玉米生长季节。说明,在旱地土壤上,氮肥的残留是不可避免的,残留肥料氮的有效性较低,只有少量被作物逐年吸收,一部分以有机形态残留在土壤剖面中,另一部分发生了无效损失。后季追施氮肥可促进作物对土壤残留肥料氮的吸收且增加肥料氮在土壤中的保留,减少残留肥料氮的无效损失,但是以自身的大量损失为代价的。     

不同施肥处理对连续三季作物氮肥利用率及其分配与去向的影响

采用室外盆栽试验系统研究了不同施肥处理对连续3个生长季作物生长状况、标记^15N利用率及其分配与去向的影响。结果表明,高量氮肥的施用能显著提高作物的生长和产量,而化肥配施玉米秸秆在第1生长季表现为抑制,第2、第3生长季则相反。作物体内来自标记氮肥的含量和比例随生长季的增加显著下降,高量氮肥和玉米秸秆的施用能显著提高其含量和比例（P〈0.05）。标记氮肥在土壤中的残留率随作物生长季的增加而降低,而标记氮肥的累积作物利用率和总损失率随着生长季的增加而增加,经过连续3季作物的吸收利用,标记氮肥在土壤中的残留率、累积作物利用率和总损失率分别平均为15．82％、61．11％和23．07％。标记氮肥的作物利用率和损失率主要发生在第1生长季内,高量氮肥的施用降低了标记肥料氮在土壤中的残留率,增加了氮素损失率;与单施化肥处理相比,化肥配施玉米秸秆能明显增加标记肥料氮在土壤和作物中的回收率,降低氮素损失率,提高比例为21．74％,从而说明在施肥当季,通过施入高C/N比有机物料玉米秸秆合理调节土壤中C源和N素营养的施用比例,可以达到增加氮肥在土壤中的残留率,提高氮肥利用率的目的。     

Residue Decomposition and Fate of Nitrogen‐15 in a Wheat Crop under Different Previous Crops and Tillage Systems

Abstract

Nitrogen (N) management may be improved by a thorough understanding of the nutrient dynamics during previous‐crop residue decomposition and its impact on fertilizer N fate in the soil–plant system. An experiment was conducted in the Argentine Pampas to evaluate the effect of maize and soybean as previouscrops and plow‐till and no‐till methods on N dynamics and ¹⁵N‐labeled fertilizer uptake during a wheat growing season. Maize and soybean residues released N under both tillage treatments, but N release was faster from soybean residues and when residues were buried by tillage. Net immobilization of N on decomposing residues was not detected. A regression model that accounted for 92% of remaining N variability included time, previous crop, and tillage treatment as independent variables. The rapid residue decomposition with N release was attributed to the high temperatures of the agroecosystem. The recovery of ¹⁵N‐labeled fertilizer in the wheat crop, soil organic matter, and decomposing residues was not statistically different between previous crop treatments or tillage systems. Crop uptake of fertilizer N averaged 52% across treatments. Forty percent of fertilizer N was removed in grains. Immobilization of labeled N on soil organic matter was substantial, averaging 34% of the ¹⁵N‐labeled fertilizer retained, but was very small on decomposing residues, averaging 0.2–3.0%. Fertilizer N not accounted for at harvest in the soil–plant system was 12% and was ascribed to losses. Previous crop or tillage system had no impact on wheat yield, but when soybean was the previous crop, N content of grain and straw+roots increased. Discussion is presented on the potential availability of N retained in wheat straw, roots, and soil organic matter for future crops.     

A 15N tracing technique-based analysis of the fate of fertilizer N: a 4-year case study in eastern China

The fate of fertilizer N applied with different irrigation amounts in tobacco fields was quantitatively studied by applying ¹⁵N double-labelled NH₄NO₃ in lysimeters. The ¹⁵N (fertilizer N originating from the fertilizer applied in 2011) in tobacco plants, ¹⁵N in soils and ¹⁵N loss were observed continuously from 2011 to 2014. The results showed that 21.6% of ¹⁵N was utilized by tobacco plants, 72.1% remained in the 0–60 cm soil layer and 6.3% was lost from the soil–plant system after the first season’s harvest (2011) of flue-cured tobacco. During the four seasons from 2011 to 2014, cumulative utilization of ¹⁵N by tobacco plants was 34.3%, while 54.2% remained in the 0–60 cm soil layer, and 11.5% was lost via mechanisms such as leaching and volatilization. The fate of ¹⁵N in terms of accumulation in plants and soils or losses from the soil–plant system from 2012 to 2014 was greatly affected by the fertilizer and irrigation management strategies in 2011. The results of this investigation suggest that the major amount of fertilizer N applied during the first season remains available in the soil for utilization by tobacco plants after 4 years.