氮肥减施对稻-麦轮作体系作物氮素吸收、利用和土壤氮素平衡的影响

田间试验研究了稻-麦轮作体系中减施氮肥对作物氮素吸收、利用和土壤氮素平衡的影响。结果表明,与当地习惯施肥(小麦:N 225 kg/hm2,基肥与分蘖肥各半;水稻:N 210 kg/hm2,基肥和分蘖肥为3∶2)相比,减氮20%～30%处理产量并没有降低,而氮肥当季利用率、氮素农学利用率以及氮素偏因子生产力则有所增加;而且,氮肥分次追施,能增加子粒产量,并减少氮肥成本。虽然减氮20%～30%处理0—40 cm土层无机氮含量较习惯施肥处理降低,但是并没有降低植株地上部对氮素的吸收。在小麦和水稻收获期,减施氮肥处理0—100 cm土壤无机氮残留量低于习惯施肥处理;且稻-麦轮作系统中氮的表观损失主要发生在水稻季。初步认为,在长江中下游平原稻-麦轮作体系氮素过量施用地区,第一个轮作周期减施氮肥20%～30%不仅不影响产量,而且可提高氮素利用率,有利于保护环境。     

主要农田生态系统氮素行为与氮肥高效利用研究

氮肥在我国农业生产中发挥了重要作用 ,但氮肥的不合理施用也带来了一些负面影响 ,氮肥施用不合理、利用率低 ,不仅导致氮素的大量损失、造成了浪费 ,而且还对生态环境产生不良影响 ,使农田氮素成为重要的污染源之一 ,同时过量施用氮肥还严重影响了农产品品质。针对氮肥施用存在的问题 ,国内外已经开展了大量的基础研究。国家自然科学基金委员会多年来也资助了与农田生态系统氮素行为与氮肥高效利用研究相关的一些课题 ,为进一步系统开展本领域的综合研究奠定了基础。 2 0 0 2年 ,国家基金委针对氮肥施用中存在的科学问题设立了题为主要农田生态系统氮素行为与氮肥高效利用的重大项目 ,以期在国内外研究基础上 ,围绕农田生态系统氮素行为与氮肥高效利用 ,对我国主要农田生态系统中氮素的行为、作物高效利用氮肥的生理和遗传机制及调控作物高效利用氮肥的理论与方法等前沿科学问题开展跨学科的系统研究 ,为改变我国氮肥利用率低的局面提供理论依据。     

小麦——土壤系统氮肥转化利用的研究进展

施用氮肥是提高小麦籽粒产量、改善品质的重要措施,但是不合理施氮会导致氮肥利用率的降低,氮肥损失的增加。本文综述了小麦-土壤系统中氮肥对土壤氮素转化和小麦氮素吸收利用的影响及氮素损失等方面的研究进展。     

有机无机配施比例对华北褐土冬小麦产量与氮肥利用率的影响

以保麦9号为试材,在氮磷钾用量一致的基础上,研究了有机无机氮配施比例对土壤有机质和养分含量、冬小麦产量和氮素利用率的影响。结果表明:施用无机氮和有机氮均能提高土壤有机质和养分含量,与对照相比,单施无机氮耕层土壤有机质增加1.7%,有机无机氮配施增加7.8%~11.2%,单施有机氮增加23.6%;土壤有效磷和速效钾变化趋势与有机质基本一致。施用无机氮和有机氮均可提高冬小麦的产量、蛋白质含量和氮肥利用率,以35%M和50%M处理最佳,小麦产量比对照增加2 292和2 419 kg/hm2,比单施无机氮增加656和783kg/hm2。相对于单施无机氮处理较高的小麦氮肥利用率(38.6%),35%M和50%M处理的氮素损失少,氮肥利用率高达47.9%和53.0%,高于单施化肥处理。说明在等氮量水平下,以35%和50%有机氮替代无机氮不但提高土壤有机质、养分含量、作物产量和氮肥利用率,还可减少氮素损失,可获得较高的经济和环境效益。     

施肥方式对不同小麦品种生长和氮肥利用率的影响

采用盆栽试验,研究了不同的氮肥施肥方式对不同小麦品种苗期生物量、氮素吸收、氮肥利用率和土壤氮转化的影响.结果表明,不同小麦品种氮素吸收不同,不施氮时,小麦生物量、植株氮积累量均表现为氮高效品种＞氮低效品种.施肥方式影响小麦氮素吸收,对于不同小麦品种,均表现为侧深施较混施有利于氮素向小麦转移,且侧深施肥具有氮肥利用率高、氮素损失少、土壤残留多等特点,不失为小麦的一种良好的施肥方法.     

施氮对小麦产量和氮素径流损失及氮肥投入阈值的研究

为明确巢湖流域小麦季氮肥投入阈值,在连续3年田间试验条件下,研究了(2012—2014年)不同氮肥水平下(N0、N1、N2、N3、N4、N5分别为0,157.5,210.0,262.5,310.0,420.0kg/hm~2)小麦产量、植株氮素积累量、氮肥利用率、土壤无机氮残留量(0—20cm)及氮素径流流失;同时,利用回归方程模型对其间的相关关系进行拟合。结果表明:(1)与不施氮肥相比,施用氮肥可不同程度提高小麦产量,其中以N3处理增加的比例最大,为64.8%。利用二次函数分析,当施用氮肥超过290.9kg/hm~2时,小麦产量下降。(2)植株氮素累积量和氮肥利用率随施氮量的增加均呈先上升后下降的趋势,当实际施氮量为296.6kg/hm~2时,小麦地上部植株氮素积累量最高;当施氮量为158.5kg/hm~2时,氮肥利用率最高。(3)随着施氮量的增加,土壤中无机氮的残留量(0—20cm)和氮素的径流损失逐渐升高,但是在310.0kg/hm~2之前累积量无显著变化,当施氮量达到420.0kg/hm~2时,土壤中无机氮的残留量及氮素的径流流失变化明显,累积量平均达67.0kg/hm~2,流失量平均达8.3kg/hm~2。因此,施氮量过高时,会增加土壤无机氮残留及氮素径流损失的风险,对环境造成污染。结合巢湖地区土壤肥力条件,综合考虑试验施肥处理、施氮量对小麦产量、植株氮素积累量、氮肥利用率、土壤无机氮残留量(0—20cm)及氮素径流流失因素,提出适宜巢湖地区的氮肥投入阈值为157.5~262.5kg/hm~2。     

有机无机肥配施对水稻氮素利用率与氮流失风险的影响

农田土壤–作物系统对畜禽粪便有一定的消纳作用,有机粪肥与无机氮肥配施是未来农业生产中进一步增加产量、减少化肥施用和保护环境的重要生产模式。本研究采用盆栽试验,分析在施用一定量有机粪肥基础上,不同无机氮肥用量对水稻产量、氮素利用率和氮流失风险的影响,探讨有机肥与无机氮肥的最优比例,为有机肥施用条件下稻田无机氮肥的合理施用提供科学依据。结果表明:与单施有机肥(M)相比,配施0.8倍的无机氮肥效果最佳,水稻产量、株高、分蘖数、籽粒吸氮量和氮肥利用率达最高。有机肥作底肥时,水稻生长前期田面水无机氮浓度随配施无机氮肥量的增加而增加,而后期配施无机氮肥各处理田面水氮素浓度则随着氮肥施用量的增加呈现先降低后升高趋势,其中,增施0.4倍、0.6倍和0.8倍无机氮肥时稻田田面水氮素浓度较单施有机肥处理分别降低17.5%、11.9%和9.3%,差异达显著水平(P0.05)。与单施无机氮肥处理(N)相比,同样以0.8倍无机氮肥+有机肥处理作物产量和氮肥利用率最高,田面水氮浓度降低了30.2%,差异达显著水平(P0.05)。综上,消纳有机肥基础上,在满足作物需氮量的前提下,无机氮肥与其配比为1︰1时,既可以提高水稻增产潜力,又降低稻田氮素流失风险和适当减少稻田无机氮肥施用量。     

氮肥减量后移对土壤氮素供应和夏玉米氮素吸收利用的影响

采用田间试验研究了氮肥减量后移对土壤氮素供应和夏玉米氮素吸收利用的影响。结果表明,与农民习惯施肥（N 240 kg/hm2,基肥和大喇叭口追肥为1∶2）相比,氮肥减量后移（N 168 kg/hm2,基肥、大喇叭口肥和吐丝肥为1∶3∶1）处理的产量、植株干物质积累量、植株氮积累量和积累速率均没有降低,而氮肥利用率显著增加。氮肥减量后移可使耕层无机氮供应较好地与作物吸收同步,降低收获期0—100 cm土层硝态氮积累,减少氮素的田间表观损失。基于夏玉米不同生育阶段的氮素吸收特征进行氮肥减量后移可节省氮肥30%,是较为理想的氮素施用方式。     

太湖地区稻麦轮作系统不同氮肥管理模式对麦季氮素利用与流失的影响研究

通过对施氮管理模式的调整,研究太湖流域稻麦轮作系统不同模式下麦季氮素利用率以及土壤中氮素迁移对水体中氮的影响。试验设置6个处理：农户施肥处理、化肥减量处理、稻季按需施肥处理（麦季同化肥减量处理）、新型肥料处理、有机无机配施处理以及无氮处理。结果表明：有机无机配施处理在麦季持续减少25%施氮量的情况下不会影响产量及作物地上部分氮素总积累量,且氮素表观利用率显著高于其他处理,麦季径流与渗漏损失量主要受施氮量的影响,NO3-N是损失的主要形态;减氮处理可较农户处理降低7.7～12.0kg·hm-2的氮素流失;麦季有机无机配施减量处理,能够保证作物产量与氮素吸收并且有效降低氮素的流失,具备可持续性发展的前景。     

太湖水旱轮作条件下施用氮肥的环境和经济效益

本文报道了太湖地区稻麦轮作和不同氮肥施用水平条件下，田间原位测定和模型计算了ＮＯ＾－３淋溶污染和经济效益分析结果。土壤溶液中，ＮＯ＾－３－Ｎ含量几乎均低于饮用水标准，高于富营养化水南标准。麦季当地氮肥施用量减少３１．８％，末显著降低作物产量，作物未利用氮减少５０％左右，且具有经济效益；水稻季节减少氮肥施用量４０．１％，虽然显著减少氮素淋溶和作物未利用氮，但减产８．５％，经济上略有损失。     

缓释氮肥运筹对稻麦轮作周年作物产量和氮肥利用率的影响

【目的】稻麦轮作是我国一种重要的农业种植模式。缓/控释肥作为高效兼环境友好的肥料类型,在多种作物单季种植上具有增产和提高肥效的作用,但是缓释肥在周年轮作体系中的肥效研究鲜有报道。因此研究稻麦轮作体系中的肥料施用模式,有助于提高稻麦产量,降低化肥用量,提高化肥利用率。【方法】本文通过稻麦轮作两周年四季作物的田间小区试验,以不施氮和习惯施氮为对照,研究了4种不同缓释肥减氮处理[进口树脂包膜尿素减氮24.3%、 国产硫包衣尿素减氮24.3%、 国产尿素加NAM(长效氮肥添加剂)减氮24.3%和国产尿素加NAM减氮10.8%]对水稻和小麦产量、 氮肥利用率、 第二周年稻麦收获后土壤养分含量和两周年土壤氮养分表观平衡的影响。【结果】与不施氮对照相比,所有施氮处理均提高了两周年稻麦4季作物产量,习惯施氮增产幅度最高,小麦的氮肥增产效果总体高于水稻,第二周年高于第一周年; 与当地习惯施氮量相比,所有的缓释氮肥减氮24.3%或10.8%处理均无显著降低两季小麦产量,进口树脂包膜尿素减氮24.3%处理和国产尿素加NAM减氮10.8%处理也无显著降低两季水稻产量,但是国产尿素加NAM减氮24.3%处理显著降低了第二季水稻产量,国产硫包衣尿素减氮24.3%显著降低了两季水稻产量; 与当地习惯施氮量相比,4个缓释氮肥减氮处理均提高了第一和第二周年氮肥利用率,显著降低了两周年稻田土壤养分氮盈余量,其中国产尿素加NAM减氮24.3%处理氮肥利用率较高,同时土壤氮盈余量较少,说明缓释氮肥减量在提高肥料利用率和降低氮的环境效应上具有一致的优势; 不同缓释氮肥对土壤养分含量的影响无明显规律性。【结论】在目前稻麦轮作体系中,缓释氮肥减施对小麦产量具有较好的稳定效果,但是个别缓释氮肥减施对水稻有减产风险,有必要依据稻田土壤氮素转化特点,研制水稻专用缓释氮肥,适当降低水稻季缓释氮肥的施用量。     

不同施氮量和施氮方式对稻田氨挥发损失的影响

采用密闭室法研究苏南地区稻麦轮作体系中,不同施N量和施N方式对水稻和小麦生育期氨挥发损失的影响。结果表明,优化施肥能明显降低稻-麦轮作系统中的氨挥发损失,在整个稻麦轮作体系中,优化和习惯的氨挥发损失占N肥施用量的百分比分别为7．05％±1.37％和9．81％±0．38％。稻季与麦季的氨挥发损失差异显著。稻季氨挥发损失量与N肥施用量呈乘幂关系上升,麦季则呈正的线性关系。水稻施肥后氨挥发持续的时间短,主要发生在施肥后1周以内,麦季持续时间较长,在施肥后10天左右。稻季和麦季的基肥阶段是主要的氨挥发时期,占各自氨挥发损失N的50％左右。     

减施氮肥和增氧灌溉对水稻氮代谢关键酶活性及氮素利用的影响

该研究旨在分析减施氮肥和增氧灌溉对水稻氮代谢关键酶活性及氮素利用的影响。2020年以中旱221（旱稻）、中浙优8号（水稻）和IR45765-3B（深水稻）共3个品种为材料,设常规淹水灌溉（Conventional Flood Irrigation, WL）、微纳米气泡水增氧灌溉（Micro-nano Bubble Water Oxygenation Irrigation, MBWI）2个灌溉模式和常规施氮（195.0 kg/hm2）、减施氮肥（157.5 kg/hm2）2个氮水平,研究了减施氮肥和增氧灌溉对水稻关键生育时期氮代谢相关酶活性、植株含氮量、氮素积累量以及产量和氮肥利用率的影响。结果表明,与常规施氮处理相比,减施氮肥降低了氮代谢酶活性,而增氧灌溉有助于提高硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酸合酶、谷丙转氨酶活性。增氧灌溉和氮肥一定程度上有助于水稻氮素积累,增氧灌溉下减施氮肥处理比淹水灌溉常规施氮量的当季氮肥利用率分别提高15.6%、36.2%、21.5%（P<0.05）。增氧灌溉和增施氮肥显著增加水稻产量,中旱221增氧灌溉下减施氮肥比淹水灌溉常规施氮量处理增产3.5%（P<0.05）,而中浙优8号和IR45765-3B增氧灌溉下减施氮肥与淹水灌溉常规施氮量差异不显著（P>0.05）。相关分析表明,氮代谢酶活性与同时期叶片含氮量及氮素积累量大多呈显著或极显著的正相关。可见,增氧灌溉可以显著提高水稻氮素代谢相关酶活性,从而显著提高水稻氮素积累量、产量和当季氮肥利用效率,水稻氮肥减施条件下采用增氧灌溉有助于水稻维持较高氮肥吸收和利用效率,而谷氨酰胺合成酶活性可以用于预测水稻各时期氮素积累量。研究结果可为水稻氮肥减施和提高水稻氮肥利用效率提供理论和技术支持。     

我国茶园氮肥利用和损失现状分析

  【目的】  茶树是多年生叶用作物,对氮肥的需求量较大,施用氮肥是提高茶叶产量的主要措施之一。但过量施用氮肥不仅降低茶叶的氮肥利用率,还会带来环境风险。明确我国茶园氮肥施用状况和氮肥主要损失途径,为茶园合理施用氮肥,降低氮肥损失提供科学依据。  【方法】  以茶园、氮肥利用和损失为关键词,在中国知网和Web of Science筛选相关文献。分析计算了不同施氮量下的茶叶产量、氮肥农学利用率以及氮肥偏生产力,并比较了这些指标在2000年前后的差异。同时分析茶园无机氮 (铵态氮和硝态氮) 淋失、氨挥发、反硝化 (N₂O排放) 等损失量与氮肥施用量之间的关系。  【结果】  我国茶园施用氮肥的平均增产率为41.7%,氮肥农学效率为8.1 kg/kg,氮肥偏生产力为31.4 kg/kg。与2000年前相比,2000年后茶园施氮增产率、氮肥农学效率和氮肥偏生产力的平均值均呈现下降趋势。在茶园氮肥损失方面,无机氮 (铵态氮和硝态氮) 淋洗和氨挥发为主要的氮素损失途径,其中淋洗损失量为186.8 kg/hm2,占氮肥施用量的33.9%;氨挥发损失量为48.8 kg/hm2,占氮肥施用量的15.1%;反硝化 (N₂O排放) 损失量为16.7 kg/hm2,占氮肥施用量的3.6%。  【结论】  我国茶园氮肥农学效率较低,而且呈不断下降的趋势。茶园氮素损失以无机氮 (铵态氮和硝态氮) 淋洗和氨挥发为主,而且随着施氮量的增加不断上升。因此,为实现我国茶园长期绿色可持续发展,必须优化氮肥管理,降低氮肥损失,以提高氮肥利用率。     

太湖地区绿肥还田与无机氮追肥配施的环境效应分析

通过太湖地区绿肥还田与不同用量的无机氮追肥配施小区试验,研究了水稻苗期、分蘖期和抽穗期田面水氮素不同形态的变化特征、径流损失及水稻产量。结果表明:绿肥还田后,水稻苗期田面水中总氮浓度出现先减小后增加的变化,总氮浓度增加的原因主要是有机氮浓度的增加,而无机氮浓度先升后降;分蘖肥和穗肥施用后,田面水氮素浓度随施肥量的增加而升高,田面水总氮和有机氮在施肥后第1天达到最大,随后快速下降,而无机氮在施肥后则经历了一个先升后降的变化过程;随着施肥量的增加,稻季氮素径流损失不断增大,无机氮是氮素径流损失的主要形态,且径流水中无机氮以铵态氮为主,故应将铵态氮作为农田排水污染检测的主要指标;绿肥还田模式下,施用氮素基肥可大大提高田面水的氮素含量,增加氮素流失风险,而不施氮素追肥或者过量减施均可影响作物的产量。绿肥还田,稻季配施140 kg hm-2无机氮追肥,可减少48%无机氮肥投入,降低38.5%氮肥流失率,实现水稻产量效应和环境效应的协调,是水体污染严重地区值得尝试的一种农作方式。     

雨养烟叶种植田无机氮淋溶特征

为了解烤烟种植下土壤氮淋溶与大田作物差异,评价烟田常规养分管理,探寻烟田无机氮淋溶的阻控策略。以贵州龙岗长期定位试验为平台,于2015—2017年开展常规管理下烟田氮素淋失及其影响因素研究。试验设5个处理:不施肥(CK)、化肥(NPK)、化肥+厩肥(NPK+M)、化肥+连作(NPK+L)、化肥+生物有机肥(NPK+BM)。结果表明,烟田全年无机氮淋溶量为3.62~6.08 kg/hm^2,氮肥净淋溶率为0.09%~3.29%。无机氮的淋溶损失主要发生在烤烟生长季,尤其是5—6月,其占总淋溶量的40.33%~65.86%。烟田淋溶液中氮素形态主要是有机态,无机氮的比例平均仅为29.83%,缓苗期和旺长期(5—6月)淋溶液中无机氮比例高于烤烟成熟期(7—8月),前者无机氮比例平均33.00%,后者其平均为26.67%。降雨是影响烟田淋溶损失的主要因素,无机氮淋溶量与月降雨量呈非线性相关。施用化肥导致无机氮淋溶显著升高,有机肥配施化肥降低了土壤溶液淋溶,降低了氮肥淋溶损失。与烤烟玉米轮作处理相比,烤烟连作处理显著降低了土壤水淋溶,使氮肥净淋溶率降低59.57%。综上,目前烤烟常规管理下,雨养农业区烟田无机氮淋溶强度不高,受降雨影响大,应注重有机无机配施降低无机氮淋溶,在养分管理中考虑如何降低有机氮淋溶,以提高氮素养分供应量。     

Effects of fertilizer type and rate on summer maize grain yield and ammonia volatilization loss in northern China

Purpose

In this study, we analyzed the effects of different maize varieties with nitrogen utilization efficiency, fertilizer type, and rate on the ammonia volatilization emission of farmland. Aimed to seek the best matching method to improve grain yield and fertilizer utilization efficiency of summer maize simultaneously.

Materials and methods

In field experiments, we choose two maize varieties with different nitrogen utilization efficiency (Zhengdan958, Z and Lainong14, L) as material. Set four different fertilizer treatments (200 kg N hm^?2 inorganic fertilizer (U1), 100 kg N hm^?2 inorganic fertilizer (U2), 200 kg N hm^?2 organic fertilizer (M1), and 100 kg N hm^?2 organic fertilizer (M2) to study their effect on NH₃ emission and loss, maize grain yield, and nitrogen accumulation.

Results and discussion

Ammonia volatilization accounted for 8.61–21.68% of applied N. Under the same variety, ammonia volatilization accumulation after fertilization was as follows: U1 > U2 > M1 > M2. Ammonia volatilization rates increased first and then gradually decreased after the fertilization. The ammonia volatilization loss and cumulative loss increased due to increased nitrogen fertilizer application rate. The average nitrogen accumulation and harvest index of 200 kg N hm^?2 N treatments were higher than 100 kg N hm^?2 N treatments, and the difference between the inorganic fertilizer and organic fertilizer was not significant. In 2016 and 2017, the average yield of Zhengdan958 was 11,758.79 kg hm^?2, which was 15.78% higher than that of Lainong14, and the difference between the two fertilizer types was not significant. The average yield of 200 kg N hm^?2 N treatment was 11,959.42 kg hm^?2, which was 20.13% higher than those of 100 kg N hm^?2 N treatment.

Conclusions

By changing the type of fertilizer, replacing chemical fertilizers with organic fertilizer can reduce the loss of ammonia volatilization and promote the synergistic improvement to yield and resource utilization efficiency. Among them, using nitrogen-efficient varieties and using organic fertilizer instead of chemical fertilizer was beneficial to reduce the loss of ammonia volatilization, increase the accumulation of nitrogen, and promote the growth of maize to obtain high yield.

     

不同施肥和秸秆还田措施对稻麦轮作系统碳氮流失的影响

过量施肥和秸秆的处理问题一直是制约我国农业生态可持续发展的阻碍,并因此产生了诸多环境问题。采用DNDC模型对减量化施肥和秸秆还田措施下稻麦轮作系统中碳氮的迁移转化过程进行模拟,从而筛选适用于上海地区稻麦轮作系统中的最佳农田管理措施。结果表明:减量化施肥与秸秆还田均能显著影响稻麦轮作系统的氮素流失、温室气体排放和土壤碳储量变化。75%CK+SR处理即减量25%施肥量同时采用秸秆还田是适用于上海地区稻麦轮作系统中的最佳农田管理措施,能够在获得最佳水稻产量的同时有效减少41.67%的氮素流失量和51.85%的N_2O排放量。虽然秸秆还田会增加稻麦轮作系统的CH_4排放量,但同时也能显著增加土壤的碳储量。减量化施肥50%的处理(50%CK和50%CK+SR)则会导致水稻减产3.06%~9.90%。与目前上海地区传统的田间管理措施CK相比,75%CK+SR能够有效改善稻麦轮作系统的生态环境效益。研究结果为我国稻麦轮作系统碳氮流失的控制提供了参考。     

在过量施氮农田中减氮和有机无机配施对土壤质量及作物产量的影响

针对云南省通海县过度施用氮肥、氮磷钾比例不协调、有机肥施用不足的现状,在田间布置了两季作物的有机无机配施及减氮试验,以研究不同施肥配比在烤烟-蔬菜轮作情况下对土壤质量指标及作物产量的影响.结果表明:在过量施氮的肥沃土壤上,施肥处理对土壤养分的动态变化趋势没有明显影响;在农户习惯施氮量的基础上减氮20%能够提高作物产量和品质;单施无机氮肥,会造成土壤pH、有机质明显下降,施用量越大,土壤酸化越严重,土壤阳离子交换量也有不同程度下降;单施有机肥,土壤质量改善明显,但对作物养分供应不及时,造成产量较低;减氮的同时配合有机肥的施用,在改善作物品质,提高作物产量方面均有较好表现,同时对土壤质量改善有明显效果.