华北地区冬小麦-夏玉米轮作体系的氮素循环与平衡

对华北地区冬小麦-夏玉米轮作体系农田氮素输入输出的数量特征、平衡状况进行了分析,并评估其优化潜力。研究表明,华北地区冬小麦-夏玉米轮作体系农田每年的氮素输入中,化学氮肥、农家肥、降水、灌溉、非生物固氮和种子带入农田的氮分别为545、68、21、15、15和5kghm-2a-1,氮素年输入总量为669kghm-2a-1;每年的氮素输出中,作物收获带走的氮为311kghm-2a-1,而氨挥发、反硝化和淋洗损失的氮分别为120、16和136kghm-2a-1,氮素年输出总量为583kghm-2a-1;氮素年盈余量为86kghm-2a-1。目前我国华北地区冬小麦-夏玉米轮作体系农田氮素处于大量赢余状态,从而导致氮素大量损失。因此,加强氮肥管理,提高氮肥利用率,加大有机肥施用的力度,是华北地区农田氮素资源管理的长期任务。     

氮素管理的指标

用什么指标(indicators或indexes)来衡量不同尺度或生产体系氮素管理的优劣,是提高氮素管理水平的核心问题。近年来,国际上在氮素管理方面提出了许多新概念、方法和指标,以客观评价和改进氮素管理水平,为生产者和政策制定者提供评判标准。本文系统介绍了国际上氮素管理指标的概念、含义、计算方法及对结果的解析,包括:(1)氮素投入、收益与环境效应的关系;(2)氮素收支(budget)、氮素平衡(balance)和氮素盈余(surplus);(3)氮素利用率(Nitrogen Use Efficiency,NUE);(4)氮素利用率与氮素输入、输出及盈余的关系;(5)旱地作物收获后土体硝态氮允许残留量(Residual nitrate-N)。在此基础上,汇总了我国在不同尺度、不同土壤-作物体系氮素研究结果,初步建立了我国典型农田的氮素管理指标,为实现优良的氮素管理提供科学依据。     

不同氮肥水平下寒地粳稻器官不同形态氮含量变化特征研究

以寒地粳稻松粳6号和松粳9号为试材,研究了氮素用量对寒地粳稻植株营养性氮素（AN）、功能性氮素（FN）和结构性氮素（SN）形成积累及其变化的影响。结果表明,施氮水平对两品种功能叶片和茎秆AN和SN含量影响较大,且品种间影响程度不一致; 而子粒AN和SN含量对施氮量反应不敏感。施氮量对两品种功能叶片和子粒FN含量影响较大,而对茎秆FN含量影响较小。两品种功能叶片和茎秆AN含量随着生育进程的推进呈单峰曲线变化,均在灌浆期达到峰值; 子粒AN含量随生育进程推进呈高低高的变化趋势。两品种各器官FN含量均随生育进程而升高,在灌浆后期叶片和茎秆FN含量逐渐下降,子粒FN含量则小幅升高; 松粳9号子粒FN含量大于松粳6号。两品种叶片和茎秆SN含量（除松粳9号N0、N100和N200处理外）表现为先上升后下降,开花期最高; 子粒SN含量自开花到成熟均呈缓慢下降趋势; 松粳9号叶片和茎秆SN含量大于松粳6号。相关分析可知,功能叶片和茎秆（除孕穗期外）各时期AN含量与产量呈显著或极显著正相关关系; 子粒SN和FN含量分别与产量呈显著和极显著正相关关系。     

追氮时期和施钾量对小麦氮素吸收运转的调控

【目的】氮肥追施时期和钾肥用量是影响小麦高产高效的重要因素,研究这两个营养元素的相交效应,为小麦的合理施肥提供理论依据。【方法】以强筋小麦‘济麦20’为供试品种,设置盆栽试验。同位素示踪技术进行研究。氮肥用15N标记,追施氮肥时期设返青期和拔节期两个施肥时期。施钾量设K2O 0(K0)、50(K1)、100 kg/hm2(K2)三个水平。于开花期采集全株样本,成熟期将植株分为籽粒和植株两部分,分析氮素含量,计算氮素吸收、分配以及氮素利用率。【结果】虽然追氮时期和施钾量互作对‘济麦20’籽粒蛋白质含量的影响未达到显著水平,但钾肥对小麦氮素吸收、运转及分配的影响因追氮时期不同而有所差异。不施钾(K0)返青期追氮处理,小麦植株氮素积累量、氮素转移量及贡献率均达到最高; 在施用K2O 50 kg/hm2处理(K1)下,拔节期追施氮肥能有效提高小麦开花期植株氮素积累量、成熟期植株和籽粒来自土壤的氮积累量、氮素转移量及贡献率,并最终显著提高产量。由此,提高了小麦氮素积累量、转移量、籽粒产量、氮肥生产效率及收获指数,在施用钾肥100 kg/hm2(K2)条件下,两个追氮时期处理均不利于‘济麦20’氮素利用效率及籽粒产量的提高。【结论】本试验条件下,在K2O 50 kg/hm2施用量、拔节期追施氮肥条件下更有利于强筋小麦‘济麦20’对氮素的吸收、利用和高产的形成。     

施氮量对豫北潮土区不同肥力麦田氮肥去向及小麦产量的影响

在豫北潮土区典型高肥力与中肥力田块上,通过田间小区和15N微区试验,研究了施氮量对麦田氮肥去向及小麦产量的影响,以期为目前小麦生产中氮肥优化管理提供依据。结果表明:(1)收获期小麦植株吸收氮素的17.43%~38.75%来自肥料,61.25%~82.72%来自土壤,其中高肥力地块植株吸氮量中来自肥料氮的比例低于中肥力地块,来自土壤氮的比例则高于中肥力地块。(2)随着施氮量的增加,植物对肥料氮的吸收增加,肥料氮的土壤残留量和土壤损失量上升,但施肥过量将抑制小麦对土壤氮的吸收利用;小麦对肥料氮的吸收率、残留率和损失率分别为25.51%~40.77%,20.30%~47.14%,17.75%~48.69%,其中高肥力地块氮肥吸收率、损失率低于中肥力地块,但残留率高于中肥力地块。(3)随着施氮量的增加,施肥的风险/收益比增大,施氮量达270 kg/hm2时,该比值大于1。(4)收获时土壤残留肥料氮有61.41%~87.27%分布于0~20 cm土层,随着肥料用量的增加,肥料氮残留于表层比例下降,两地块相比,中肥力地块肥料氮下移较为明显。(5)适量施氮有利于增加小麦产量,其中高肥力地块最高产量施氮量低于中肥力地块。     

生态集约化养分管理对春玉米产量和氮素利用率的影响

通过两年田间试验,研究了吉林玉米带不同氮素管理措施对春玉米产量、氮素吸收、氮素平衡状况以及经济效益的影响。两年的结果表明:与农民习惯施肥（FP）相比,生态集约化养分管理措施（EI）在减少氮肥用量28%的情况下,并未影响作物的产量和氮素吸收,而其氮素回收率,农学效率,偏生产力和经济效益却分别提高了48.1%、56.9%、43.8%和11.0%; 第一年不施氮肥第二年补施氮肥不会影响第二年春玉米产量和氮肥利用率。在氮素输出项中,EI处理两季作物氮素总表观损失仅为97 kg/hm2,而FP处理高达226 kg/hm2。因此,在考虑高产的基础上兼顾保护环境的要求,基于氮肥农学效率、作物目标产量和作物施肥反应的生态集约化养分管理措施是一种较为理想的氮素管理措施。     

日光温室蔬菜的氮素平衡及施肥调控潜力分析

以寿光日光温室番茄为研究对象,通过2年4个生长季的试验,分析整个生产体系中氮素的平衡及0―180 cm土层硝态氮动态,并对氮素优化管理条件下日光温室番茄的生产力、氮素盈余与损失特征进行了研究。结果表明,与传统施氮管理相比,综合利用灌溉水带入氮素和根层土壤无机氮的优化氮素管理技术能够保证番茄产量,同时减少73%的氮肥施用,但节肥主要集中在春茬作物生长后期及秋茬作物生长前期。自休闲至番茄第一次追肥前土壤硝态氮的大量积累与频繁灌溉导致了整个生产体系氮素大量损失,建议通过种植填闲作物或者施用高C/N比作物秸秆等可能的方法来控制土壤氮素转化,减少该时期的氮素损失。     

土壤可溶性有机氮及其在氮素供应及转化中的作用

可溶性有机氮(SON)是指土壤中可以溶于水或盐溶液的有机态氮,在土壤中的行为既不同于矿质氮,也不同于不溶性有机氮。综述了对这一特殊的氮素组分研究进展,包括不同生态系统土壤SON的含量,SON与土壤氮素供应、转化的关系,SON在土壤氮素损失中的作用等,认为SON是土壤氮素中的重要组分之一,今后应开展土壤SON在不同土壤生态系统中氮素循环中作用的研究工作。     

甘薯对不同形态氮素的吸收与利用

为探讨氮素形态对甘薯氮素吸收、利用及其氮素生产效率的影响。在大田生产条件下,分别施用酰胺态氮、铵态氮和硝态氮肥料,研究了甘薯生长发育过程中吸收根活力变化和氮素吸收动态、收获期氮素积累量和分配以及块根产量。结果表明,与酰胺态氮处理相比,铵态氮和硝态氮处理的吸收根活力和氮素积累起始势较高,氮素积累量、肥料氮素利用率及其生产效率也较高,块根产量提高了16.37%和10.52%。与硝态氮处理相比,铵态氮处理的氮素积累量较低,肥料氮素在块根中的分配比例较高,块根产量、氮素生产效率和肥料氮素生产效率分别提高了5.30%、13.28%和5.29%。甘薯施用铵态氮肥有利于高产和高效。     

冬大麦花后穗部氮素积累及转移的研究

在大田条件下,以扬饲麦3、扬饲麦1、苏啤2号和扬农啤2号等4个品种为供试材料,在07、5、1502、25.kg/hm24个氮肥处理水平下,研究了大麦花后穗部氮积累及转移的规律。结果表明,在扬饲麦3、扬饲麦1、苏啤2号和扬农啤2号4个品种各氮肥处理的平均值中,开花期绿叶的含氮量依次为2.64%、2.76%、2.63%和2.45%,穗部含氮量依次为1.43%、1.83%、1.69%和1.51%。成熟期子粒含氮量分别为2.65%、2.63%、2.48%和2.14%。氮的花前积累量(NABF)依次为17.68、15.27、19.80和14.85.mg/plant,总积累量(NTA)分别为33.75、25.51、54.24和28.83mg/plant,花后积累量(NAAF)依次为16.061、0.25、34.45和13.98.mg/plant,转移量(NT)依次为12.60、10.551、3.48和9.54.mg/plant,转移效率(NTE)分别为71.49%、69.84%、68.42%和64.97%。收获指数(NHI)分别为84.91%、81.95%、88.47%和81.90%;随着施氮水平的提高,各品种的花前氮积累量、总积累量、花后积累量和氮转移量均呈上升趋势,而氮转移效率、氮转移对子粒的贡献(NCR)率则成下降趋势;大麦花后穗部氮积累过程可以用Richards方程W=A/(1+be-kt)m来描述,通径分析方程各特征参数与氮积累和转移的关系表明,影响大麦穗部氮积累和转移的主要因素是最大积累速率,其次是起始积累势,最大积累速率越高,起始积累势越小,越有利于氮的积累和转移。同时,积累中期和前期的积累速率和积累量对大麦穗部氮积累和转移的影响也较大。     

京郊大白菜的氮素吸收特点及氮肥推荐

在京郊露地生产条件下,研究不同供N处理对秋季大白菜的生长、N吸收和土壤N矿化及损失的影响,并根据土壤-作物系统中N的借贷平衡原理确定大白菜N供应的合理目标值。结果表明,大白菜的产量和N吸收随施N水平的增加呈线性-平台的增长趋势。在作物的目标产量(120t/hm2)和N吸收数量(N200kg/hm2)的情况下,适宜的N素供应水平,即目标值为N350kg/hm2。大白菜的N吸收量随生育期逐渐增加,包心前期平均每周的N吸收量为N8.5kg/hm2,而在包心后期达到N220kg/hm2。在作物的整个生育期间土壤N的净矿化数量为N37kg/hm2,平均每周的土壤表观N损失为N7.8kg/hm2。这些参数有助于利用简单的N借贷平衡指导京郊秋季大白菜的推荐施肥。     

不同形态氮肥对玉米干物质、氮素积累及土壤氮素的影响

为提高玉米生产过程中的氮素利用,减少氮素损失,采用田间原位试验法,在农民习惯施用酰胺态尿素的基础上研究相同施氮量下不同形态氮素对玉米干物质积累量、氮素吸收利用、产量及土壤氮素的影响。设置不施氮肥(CK)、酰胺态氮肥(T1)、铵态氮肥(T2)、硝态氮肥(T3)和硝/铵态氮肥(T4)5个处理。结果表明:(1)成熟期各处理干物质和氮素积累量均为T4>T3>T1>T2>CK,T4的干物质累积量较其他施氮处理显著提高6.3%～15.0%,氮素累积量较其他施氮处理增加6.4%～30.1%;该处理延长了玉米干物质和氮素积累旺盛期,推迟了玉米干物质和氮素积累速率最大时间。(2)与T1、T2比较,T4的土壤氮素依存率、氮素表观损失分别显著减少10.9%～23.1%、12.8%～49.1%。整个生育期,各施氮处理的土壤硝态氮含量明显高于铵态氮,且各处理的土壤硝态氮含量降幅大于铵态氮。(3)T4的氮肥利用效率、氮肥生产效率、氮肥农学效率及玉米产量均较优,其氮肥利用效率、氮肥生产效率、氮肥农学效率分别较其他施氮处理提高6.8%～25.9%、7.3%～14.4%、21.3%～48.3%,产量显著增加7.3%～14.4%。因此,硝/铵态氮肥配施在河北黑龙港地区比农民习惯施用尿素更能促进玉米增产和氮素利用,有效减少氮素表观损失。     

不同类型氮肥对夏玉米产量、氮肥利用率及土壤氮素表观盈亏的影响

通过田间小区试验,比较研究了不同肥料类型、不同施氮量对夏玉米产量、氮肥利用率、土壤氮素表观盈亏量及植株氮素累积萤的影响.结果表明,夏玉米产量随施氮量增大而增大,但施肥过量产量降低,同等施氮条件下,控释掺混氮肥各处理夏玉米产量和氮肥利用率均高于普通尿素处理.施氮显著增加了0-40cm土层土壤无机氮含量,同时显著提高了玉米生长中后期植株体内氮素含量.经夏玉米季后,除高量施氮的T4,T6处理出现土壤氮索表观盈余外,其余处理均出现土壤氮素表观亏缺,施氮后土壤表观盈余量增加,且随施氮量的增加而增加.     

甘蓝型油菜不同氮素子粒生产效率品种的氮素分配特性研究

以甘蓝型常规油菜品种（2006～2007年度73个、2007～2008年度98个）为材料,通过测定成熟期不同器官干重、氮素含量,采用组内最小平方和动态聚类方法对供试品种的氮素子粒生产效率（NUEg） 进行聚类并研究了不同NUEg 类型的氮素积累与分配特性。结果表明,不同类型间NUEg达显著差异。随着NUEg增加,子粒产量、子粒氮素积累量以及子粒中的氮素占全株氮素比例都逐渐增加;而茎枝和果壳中的氮素积累量以及占全株氮素的比例都逐渐减小。生产上提高油菜NUEg,可以通过高NUEg品种的选择以及合理栽培措施调节使营养器官氮素更多向子粒中输送。     

氮肥对不同耐低氮性玉米品种氮素吸收利用及氮素平衡的影响

以前期筛选的不同耐低氮性玉米品种正红311和先玉508为试验材料,通过田间裂区试验研究氮肥(0,90,180,270,360,450kg N/hm~2)对不同耐低氮性玉米品种氮素吸收利用及氮素平衡的影响。结果表明:施氮显著提高玉米的氮素积累、氮素转运和氮素表观损失,而收获指数、氮收获指数、氮素干物质生产效率、氮素产谷效率、氮素吸收效率、氮肥利用效率、氮肥生理效率、氮肥农学效率和氮肥偏生产力等随施氮量增加显著降低。与低氮敏感品种先玉508相比,耐低氮品种正红311氮素积累量、氮素转运量和产量更高,而氮素转运率、转运贡献率、收获指数及氮收获指数更低。正红311叶片较高的物质生产能力有利于其生育后期的氮素吸收和物质生产,使其氮肥吸收效率、氮肥利用效率、氮肥农学效率和氮肥偏生产力均显著高于先玉508,而氮素表观损失显著低于先玉508。川中丘陵山区土层瘠薄,土壤保肥保水能力差,随施氮量增加玉米氮素表观损失量和损失率均显著增加,耐低氮品种正红311具有较强的氮素吸收能力,能显著提高氮素的吸收利用效率从而有效减少氮素的表观损失。因此,在川中丘陵山区中低氮水平下推广种植耐低氮品种正红311既能充分发挥其产量优势,又能有效的控制氮素的表观损失。     

不同灌溉处理对夏玉米氮素吸收及转移的影响

通过田间试验, 研究了两个生长季夏玉米4 个不同水分处理(灌溉1 水、灌溉2 水、灌溉3 水、灌溉4 水)对其各个生育阶段氮素吸收、分配、转移的影响。结果表明, 拔节抽雄期灌水可以增加夏玉米茎叶的氮素积累量和氮分配比, 生育后期灌水各处理之间单株氮素积累量无显著差异; 穗部的氮素积累75%来源于扬花后期氮素同化吸收, 25%来自营养器官茎叶的氮素转移, 说明灌浆至成熟期穗部氮素主要吸收利用土壤中的氮, 充足的水分可以保证营养器官积累更多的氮素, 但后期同化氮素比率随着灌水的增加而减小。因此, 灌浆至成熟期需要维持适中的水分条件, 在保证吸收利用土壤氮素的同时, 增加储存在茎叶中的氮素向籽粒的转移, 从而提高氮素利用效率。     

甜椒对不同形态氮素的吸收和分配

甜椒对不同形态氮素的吸收利用有显著差异。幼苗期及发棵期ＮＨ ＋４ Ｎ 对生长有利,而盛果期则以ＮＯ－３ Ｎ 有利。同种形态氮素因施用时期不同而氮素利用率差异很大,以盛果期追肥利用率最高,为４１８ ％ ～４５８ ％ ; 基肥利用率为３３６ ％ ～３６７ ％ 。不同时期施肥的肥料氮在各器官的分配不同,基肥及初花期施肥氮素主要流向茎叶,占总吸收量的７５ ％ 左右;盛果期追肥以果实分配较多,占总吸收量的６０ ％以上。对植株氮素来源的分析表明,仅４００ ％ ～４１５ ％ 的氮素来自于肥料,而近６０ ％ 的氮素来自于土壤。     

滴灌施肥时机对设施蔬菜产量品质与氮肥利用效率的影响

为了提高设施蔬菜滴灌水肥利用效率,在日光温室内开展了为期15个月不同滴灌施肥时机对设施蔬菜产量品质、土壤-蔬菜系统中氮素分布、氮素平衡和氮素利用效率的研究。结果表明:滴灌施肥时机对果实产量、全氮和硝酸盐含量有显著影响,灌水中前期施肥处理产量、全氮和硝酸盐含量均较高,随着施肥时段向后推移,蔬菜吸收氮素先增大后减小;灌水后期施肥处理在收获后各层土壤硝态氮含量最低且消耗量最高,灌水中期施肥处理土壤-蔬菜系统表观损失和氮盈余小,较其他处理低15.35%~59.13%;灌水中期施肥处理氮肥偏生产力和氮肥表观利用率高于前后期施肥处理,3茬平均氮肥表观利用率T2处理高于其他处理7.09%,7.41%,11.48%。施肥时机对土壤-蔬菜系统产量品质和氮素分布等综合影响明显,推荐滴灌施肥过程中尽量使施肥时机保持在灌水过程的中期。     

缓释复合肥料对土壤和黑麦草氮素营养的影响

采用恒温培养和盆栽生物试验研究了非包膜缓释复合肥料对土壤氮素养分(铵态氮、硝态氮、碱解氮、微生物量氮和固定态铵)和黑麦草氮素营养的效应。结果表明,在恒温培养条件下,各施肥处理土壤铵态氮含量随培养时间均表现为先升高后降低的趋势,且中后期缓释复合肥料处理(SRCF)高于普通复合肥料处理(CCF);缓释复合肥料SRCF1处理土壤硝态氮含量始终低于普通复合肥料CCF1处理,缓释复合肥料SRCF2处理土壤硝态氮含量在初期较高、中后期较低;SRCF各处理土壤碱解氮和微生物量氮含量变化均表现为增加-降低-增加-降低趋势,分别在培养第21d和105d时出现峰值;土壤固定态铵含量变化较小,但总体上以SRCF处理高于CCF处理。在等养分比例盆栽试验中,SRCF1-3处理黑麦草株高、生物量、干重和氮素养分吸收量均高于CCF1处理,SRCF有利于提高黑麦草产量、氮素吸收和利用率;黑麦草氮素吸收量与培养土壤铵态氮、微生物量氮含量呈负相关,而与硝态氮和固定态铵含量呈正相关。     

肥料氮在蔬菜地中的去向及平衡

通过＾１５Ｎ标记示踪试验，研究了氮肥施入蔬菜地后的氮素分布、氮肥去向、氮肥利用率以及氮素平衡。试验共种植了甘蓝和大白菜两季蔬菜，以５个不同氮肥用量为处理，４个重复，＾１５Ｎ微区设置于相应的小区中，试验结果表明，氮肥用量与蔬菜产量之间的关系可用一元二次方程表示；＾１５Ｎ示踪结果表明，大白菜试验中下层土壤中来自肥料的氮素含量较高，且这种趋势和氮肥用量相关，表明随氮肥用量的增加氮素淋失的可能性明显增加，