不同肥力土壤下施氮与玉米秸秆还田对冬小麦氮素吸收利用的影响

为了解华北潮土区不同土壤肥力水平下施氮与玉米秸秆还田对冬小麦氮素吸收利用的影响,采用15N标记氮肥和15N标记玉米秸秆的双标记方法,在两种肥力水平土壤上进行盆栽试验,研究了玉米秸秆全量直接还田对冬小麦地上部氮素累积量、氮素分配和氮肥回收率的影响。结果表明:（1）等氮肥用量条件下,与不配施玉米秸秆相比,施用玉米秸秆则显著降低了冬小麦地上部氮素累积量;高肥力土壤的子粒氮素累积量高于低肥力土壤,冬小麦秸秆氮素累积量则以低肥力土壤为高;氮肥配施玉米秸秆使得氮肥回收率下降9.6%～15.7%,土壤残留率增加12.2%～16.4%。（2）氮肥用量为N 150和300 kg/hm2时,玉米秸秆氮素的当季回收率达到22.8%～33.1%,冬小麦子粒氮素约7%～10%来源于还田的玉米秸秆。（3）等氮肥用量和相同土壤肥力条件下,氮肥配施玉米秸秆对冬小麦子粒产量影响不显著,在氮肥用量为N 150和300 kg/hm2条件下,影响冬小麦子粒产量主要是土壤肥力水平,该试验结果还有待于田间进一步验证。     

不同供氮水平对夏玉米养分累积、转运及产量的影响

通过田间小区试验,研究了高肥力土壤上施N.125、250、375.kg/hm2对夏玉米生物量、子粒产量、N、P、K养分累积动态、及氮肥表观利用率、养分转运的影响。结果表明,不同施氮量只影响夏玉米不同生育时期养分的阶段累积量,而对累积趋势基本无影响。植株生物量及N、P、K养分累积量随生育期的延长而增加,且它们的累积趋势相似,都呈S型曲线。各处理的子粒产量在7000～7700.kg/hm2之间,只有N250处理增产达显著水平;氮肥表观利用率在10%～18%之间,随施氮量的增加略有降低。施氮可提高子粒中的氮素累积量,而对磷的累积量影响不大。随着施氮量的增加,氮素的转运量、转运效率及其在子粒中的比例都降低,磷的转运与氮表现出类似的趋势。综合考虑产量、氮肥利用率、养分转运及环境污染等因素,该地区夏玉米的推荐施氮量应控制在125.kg/hm2以内。     

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。     

氮素运筹对夏玉米产量形成与氮素利用效果的影响

以郑单958玉米为材料,研究了氮素运筹对夏玉米产量形成与氮素利用效果的影响。结果表明,合理氮素运筹能显著提高夏玉米果穗的穗粒数、粒重、容重以及整个生育时期植株的氮素积累量,经济产量增加16.4%。施氮量与夏玉米秸秆、子粒的氮素累积量呈极显著正相关;但在相同施氮量下,分期施用对其无显著影响。施氮量超过N 300 kg/hm2,且于花粒期施氮,营养器官氮素转运量显著降低,营养器官和子粒的含氮量及累积量升高,出现了氮素奢侈吸收现象,导致氮素的表观利用率、农艺效率、生理效率、干物质和子粒生产效率显著降低。转运氮贡献率与施氮量呈显著的二次曲线关系。在本试验条件下,最佳施肥量为N 300 kg/hm2,采用种肥配合大喇叭口期一次追施为宜。     

施氮量和底追比例对小麦氮素吸收利用及子粒产量和蛋白质含量的影响

在大田栽培条件下,运用15N示踪技术研究了不同施氮量和底追肥比例对小麦氮素利用和子粒产量及蛋白质含量的影响。结果表明,施用氮肥提高了小麦植株的氮素积累量、子粒产量、蛋白质含量和蛋白质产量。相同施氮量条件下增加追肥氮的比例,提高了氮肥农学利用率和吸收利用率,增加了植株地上部器官(子粒+营养器官)中追肥氮、土壤氮的积累量,提高了营养器官中氮素的转运量和开花后氮素的同化量,增加了子粒蛋白质含量。相同的氮素底追肥比例条件下,将240.kg/hm2施氮量降至168.kg/hm2的处理,氮肥农学利用率、氮肥吸收利用率、氮肥偏生产力提高,子粒中土壤氮的积累量增加,植株地上部器官中土壤氮的积累量亦增加,开花后氮素同化量提高,子粒蛋白质含量增加。各施氮处理间子粒产量无显著差异。在本试验条件下,施氮量为168.kg/hm2且全部于拔节期追施是兼顾产量、品质和效益的优化处理。     

不同栽培模式及施氮对半旱地冬小麦/夏玉米氮素累积、分配及氮肥利用率的影响

在陕西关中地区进行田间试验,研究了不同栽培模式、施氮量对夏玉米和冬小麦地上部分氮素的累积、分配和利用效率的影响。结果表明: 垄沟栽培模式显著增加了成熟期夏玉米的氮素累积总量及各个器官的氮素累积量,其余处理下成熟期夏玉米和冬小麦的氮素累积量差异未达显著水平; 不同栽培模式下,小麦的各器官除叶片的氮素累积量差异达显著外,其余器官的氮素累积量均未达到显著水平; 不同栽培模式下,小麦各器官对子粒氮素的贡献为垄沟常规覆草控水; 与不施氮肥相比较,施氮处理（N 120 kg/hm2和N 240 kg/hm2）显著增加了作物氮素累积量; 两个施氮肥水平相比,高氮处理显著提高氮素累积量,但小麦花后营养器官氮素向子粒转运和分配两个水平间无显著差异; 随着氮肥用量的增加,氮肥利用效率和氮肥农学效率均呈现降低趋势。     

施氮量对长江流域滨海盐土棉花氮素吸收利用的影响

【目的】长江流域下游棉区棉花种植逐渐向沿海地区集中,但该地区棉花生产中氮肥运筹不合理问题突出,本研究旨在揭示长江流域滨海盐土棉花氮素吸收利用对施氮量的响应特征,以期为该区棉花的合理氮肥运筹提供理论依据。【方法】2010年和2012年在江苏省大丰市稻麦原种场(33.2°N,120.5°E)滨海盐土棉田,以湘杂棉8号棉花品种为材料,设置施氮(N)量0、150、300、375、450、600 kg/hm2试验,研究了长江流域下游滨海盐土条件下,施氮量对棉花产量、不同空间部位生物量和氮素累积分配特征以及氮素利用的影响。【结果】随施氮量的增加,棉花皮棉产量和氮肥表观利用率均呈先升高后降低的趋势,并在301 374 kg/hm2施氮量范围内,皮棉产量和氮素表观利用率达到最高,氮肥农学利用率、氮肥偏生产力和氮素生产效率则随施氮量的增加呈降低趋势。施氮量通过调控棉花不同果枝部位氮含量和氮累积量的动态特征影响氮素和生物量的累积转运,进而影响棉花产量。适宜施氮量(301 374 kg/hm2)下,棉株各部位氮素含量和氮素累积动态特征参数比较协调,有利于光合产物向生殖器官的转运,进而提高产量;过量施氮增加了棉株各部位氮素含量,棉株下部氮素累积速率加快,氮素快速累积期持续时间延长,棉株中部氮素快速累积期持续时间延长,棉株中下部的光合产物以及氮素向生殖器官的分配减少,吐絮期氮素的吸收比例和累积量增大,产量降低;施氮不足则降低了棉株各部位氮含量,加快了各部位氮素含量的降低,减少了氮素累积量,降低了棉株生物量和皮棉产量。【结论】在长江流域滨海盐土地区,棉花生产的推荐施氮量为301 374 kg/hm2,该施氮量下棉花产量和氮肥表观利用率相对较高。超过该适宜施氮量,棉花产量降低归因于棉株中下部光合产物和氮素向生殖器官的转运受到抑制,并且增加了生育后期氮素的吸收比例和累积量,棉花贪青晚熟。低于该施氮量则由于氮素供应不足,氮累积量和生物量减少,导致产量降低。     

施氮量对超高产夏玉米产量及氮素吸收利用的影响

选用登海661（DH661）和郑单958（ZD958）为试验材料,研究了超高产条件下施氮量对夏玉米产量、氮素利用及其转运规律的影响。结果表明,随着施氮量的增加,子粒产量、植株氮素总积累量和氮肥利用率呈先增加后降低。施氮量为N 240～360 kg/hm2,DH661和ZD958产量分别达12172～15080 和12011～15360 kg/hm2;而氮素利用率和氮肥农学利用率,DH661分别为10.6～23.1%和11.5～13.6%,ZD958分别为24.1～28.6%和9.5～11.4%;植株氮素总积累量和氮肥利用率均达到最大。施N 240～360 kg/hm2,提高了营养器官中氮素转运量和花后氮素同化量,可以有效调控开花前氮素转运及花后直接同化,促进子粒氮素积累,提高产量。在本试验条件下,施 N 240～360 kg/hm2可提高氮肥利用率,实现玉米高产。     

施用硫肥对陕西关中地区冬小麦氮、硫吸收与转运及产量的影响

为了解陕西省关中地区冬小麦小偃22氮、 硫吸收与转运及产量对硫肥的响应,通过大田试验研究了不同施硫水平下冬小麦的氮、 硫吸收转运规律和产量效应。结果表明, 全生育期内各器官的吸硫量随施硫量的增加而提高,吸氮量随施硫量的增加先升高后降低; 施硫促进了小麦花后营养器官氮、 硫向子粒的运转,氮素向子粒的转运率（71.40%~75.27%）远远高于硫素向子粒的转运率（8.52%~27.73%）,同时增加了总转运量对子粒氮、 硫的贡献率。各器官中的 N/S 比随着施硫量的增加而降低,其中,孕穗期叶片中的N/S比变异最显著,与产量的相关性最好。子粒产量随施硫量的增加而增加,在施硫量为 S 150 kg/hm2时,增产幅度达30.1%。因此,在施硫量为S 37.5~150 kg/hm2 范围内,增施硫肥可促进冬小麦对氮、 硫的吸收和转运,提高单位面积穗数和每穗粒数,有显著增产效果。     

不同施氮量对旱地不同品种冬小麦氮素累积、运输和分配的影响

通过田间试验研究了西北旱地4个主要冬小麦品种在不同供氮水平下对氮素的吸收、累积和转移特性。结果表明,增施氮肥显著地促进了小麦地上部分氮素累积总量,子粒氮素累积量在施氮量180.kg/hm2时最高,再增加氮肥用量子粒氮素累积量降低;施氮明显增加了收获时茎秆氮素的残留量。不同品种间氮素累积量差异显著,其中小偃22最高,其后依次为陕253、小偃503和陕229;小偃22的氮肥利用率、氮肥农学效率和氮肥生理效率均高于其它几个小麦品种。不同器官相比,开花前氮素主要累积在叶片中,茎秆的累积量在开花期达到最大。不同部位氮素转移效率为叶片穗茎秆;叶、茎、穗氮素转移效率存在基因型差异。     

腐植酸与氮肥配施对冬小麦氮素吸收利用及产量的影响

研究腐植酸与氮肥配施对冬小麦产量、氮素吸收及经济效益的影响,可为提高氮肥的增产效益,减少氮肥对生态环境的污染提供理论指导。在河南褐土区冬小麦-夏玉米轮作制度下,于2014年开始在河南省南阳市卧龙区开展田间定位试验,共设置单施磷钾肥、常规施肥、单施腐植酸、常规施肥+腐植酸、常规施肥减氮15%+腐植酸、常规施肥减氮30%+腐植酸6个处理,分析不同氮肥与腐植酸配施下冬小麦产量和氮肥利用的特征。结果表明,腐植酸与氮肥配施可以有效提高冬小麦的产量及其构成要素,促进植株对氮素的累积,提高氮肥利用率。其中,常规施肥减氮15%+腐植酸处理下冬小麦产量、籽粒氮含量、籽粒氮累积量、地上部总氮累积量、氮肥利用效率和纯收益均增加,与常规施肥相比,冬小麦产量增加4.96%,氮肥利用效率增加23.42%,纯收益增加2.18%。常规施肥减氮30%+腐植酸条件下冬小麦产值和收益降低。因此,在施用腐植酸的基础上,配施适量氮肥才能获得较高的产值和收益。常规施肥减氮15%+腐植酸是本研究区域最佳的施肥模式,对实现现代化农业生产的高产高效、资源节约和生态环境保护具有重要意义。     

北京郊区冬小麦/夏玉米轮作体系中氮肥去向研究

采用田间微区15N示踪试验研究了肥料氮在冬小麦、夏玉米当季和后茬的去向。结果表明 ,在供试土壤的肥力水平和生产条件下 ,N 120kg/hm2 的施肥水平已经达到了较高产量 ,再增加氮肥施用量作物产量不再增加 ;其氮肥利用率和残留率均显著高于施氮量为N 360kg/hm2,损失率则远低于后者 ;在一季作物生长后仍有 20.9%～48.4%肥料氮残留于 0～100cm土层 ,这些残留的肥料氮在后茬的利用率不足 8% ,至施肥后第 2或第 3茬作物 ,仍有部分肥料氮残留于土壤。在低施氮量时 ,肥料氮以NO3--N残留的量很低 ,在高施氮量时 ,残留氮除以有机态、微生物态氮形式存在外 ,以NO3--N形式存在的比例也很高 ;在氮素损失途径中 ,淋洗损失可能占有相当重要的地位。     

冬小麦不同生育阶段水分利用对保水剂与氮肥的响应

为探明保水剂和氮肥及其配施后对冬小麦不同生育阶段水分利用的作用机理,通过大田试验,以不施保水剂和氮肥为对照,研究了保水剂(60 kg.hm 2)与氮肥[0、225 kg(N).hm 2、450 kg(N).hm 2]单施及其配施后对冬小麦不同生育阶段的土壤水分、干物质积累及水分利用的作用特征。结果表明:保水剂和氮肥的施用均提高了土壤剖面各层次的含水量及冬小麦干物质积累量、产量和水分利用效率。各处理中以单施450kg(N).hm 2氮肥、单施保水剂及保水剂与450 kg(N).hm 2氮肥配施处理土壤含水量较高。不施保水剂时,随施氮量的增加,冬小麦地上部干物质积累量显著提高。施用保水剂时,氮肥用量过高,干物质积累有所降低。拔节—收获期,保水剂与225 kg(N).hm 2氮肥配施处理冬小麦干物质积累量均较高,且到生育后期效果更明显。在播种—拔节期和孕穗—灌浆期,随氮肥用量的增加水分利用效率提高,且保水剂与氮肥配施处理增加幅度更大。而灌浆—收获期,高氮[450 kg(N).hm 2]和保水剂与225 kg(N).hm 2氮肥配施处理的水分利用效率提高幅度最大,分别较对照增加53.8%和57.8%。而最终产量与水分生产效率以60 kg.hm 2保水剂与225 kg(N).hm 2氮肥配施处理最高。说明氮肥用量适宜时,施用保水剂冬小麦产量和水分利用效率的提高幅度更大。     

控释氮肥减量对糜子产量、氮素利用及土壤氮含量的影响

针对黄土高原旱作区糜子生产中氮肥种类单一、肥料利用效率低的问题,本试验以当地习惯施氮尿素N 120kg/hm²(TN)为对照,设置控释氮肥N 120kg/hm²(T1)、108kg/hm²(T2)、96kg/hm²(T3)、84kg/hm²(T4)、72kg/hm²(T5)和不施肥(T0)七个处理,探究不同控释氮肥处理下土壤全氮、微生物量氮、硝态氮和铵态氮含量的变化规律,分析糜子成熟期氮素积累分配、氮素利用效率及产量对控释氮肥的响应,以期为建立旱地糜子控释氮肥一次性基施轻简栽培技术提供支撑。结果表明：与施用尿素相比,等量控释氮肥可以提高糜子抽穗期和成熟期土壤全氮、微生物量氮、硝态氮和铵态氮含量分别达0.38%~5.51%、1.76%~7.63%、5.41%~11.80%和4.04%~14.77%,其中硝态氮和铵态氮含量两年均显著高于TN,随着控释氮肥减量糜子田各形态氮素均呈降低趋势,减氮量达20%以上时土壤硝态氮和铵态氮含量均显著低于TN处理。施用控释氮肥可以提高糜子成熟期氮素积累量1.97%~3.21%,增加糜子氮素向籽粒中的分配比例0.55%~1.18%,控释氮肥减量20%以上时糜子氮素积累量显著低于尿素全量基施处理。与普通尿素相比,控释氮肥提高了糜子氮肥表观利用率、氮肥偏生产力及氮肥农学利用率,增幅分别为3.29%~4.59%、3.88%~4.14%和5.01%~7.63%,其中氮肥偏生产力处理间差异达显著水平,随着控释氮肥减量糜子氮肥表观利用率、氮肥偏生产力及氮肥农学利用率均呈上升趋势。施用控释氮肥通过增加单位面积穗数和穗重显著提高了糜子产量两年分别达3.88%和4.47%,控释氮肥减量20%以下时糜子产量与尿素差异不显著。相关性分析结果表明,糜子氮素积累量与产量呈极显著正相关,氮素利用效率指标与土壤硝态氮含量相关性最强。综上所述,施用控释氮肥较尿素可显著提高糜子生育中后期土壤供氮能力,促进糜子对氮素的吸收利用进而增加产量,且在适量减氮20%时并未显著降低糜子产量,因此控释氮肥在糜子生产中有较大的应用前景及减氮潜力。     

水肥条件对小麦、玉米N、P、K吸收的影响

水、N是影响作物N、P、K吸收的重要因素。通过对 6个水分等级和 5个N肥等级相互搭配的研究结果表明 ,高水、高N处理不利于小麦N吸收 ,而玉米是耐肥作物 ,相同灌水条件下 ,玉米的吸N量随施N量的增加而增加。在低灌水条件下 (W 0、W 1处理 ) ,玉米子粒吸N量很低 ,变幅为 0～17.3kg/hm2,并且不受施N量的影响 ;而小麦子粒吸N量仍达 36.6～154.2kg/hm2。小麦与玉米吸P量的变化趋势与吸N量的变化趋势非常接近。但是 ,作物的吸K量随灌水量增加有明显增加的趋势 ,在玉米上表现尤其明显 ,并且作物的吸K量主要存在于茎秆中 ,因此 ,在当地推广和宣传秸秆还田很有必要     

氮肥后移对冬小麦产量、氮肥利用率及氮素吸收的影响

为改变小麦“一炮轰”施肥存在的弊端,通过两个田间试验,研究了不同氮肥后移模式对冬小麦产量、氮肥利用率及氮素吸收、累积的影响,旨在了解冬小麦对氮素吸收和转运规律,为实现冬小麦超高产和合理施肥提供依据。结果表明,与传统“一炮轰”施肥技术相比,氮肥后移可以提高冬小麦的子粒产量、穗数及氮肥利用率,以N4处理（50%作为基肥,50%返青后追施）最高,两个试验点产量分别达到3857和8240kg/hm2,增产25.8%和17.3%,穗数增加6.0%和18.1%,氮肥利用率提高111.8%和107.4%。冬小麦氮素累积主要集中在返青后期至灌浆期阶段,因此在保证基肥的条件下,返青期后追施氮肥显得尤为重要。表明在本试验条件下,比较合理的氮肥施肥模式为50%作为基肥,50%返青后追施。     

种植密度对冬小麦氮素吸收利用和分配的影响

为了探讨实现冬小麦籽粒产量与氮素利用效率协同提高的途径,为制定高产、高效栽培管理措施提供理论依据,在大田条件下,以大穗型小麦品种"泰农18"和中穗型小麦品种"山农15"为试验材料,根据品种特性分别设置4个种植密度("泰农18":135万苗.hm 2、270万苗.hm 2、405万苗.hm 2和540万苗.hm 2;"山农15":172.5万苗.hm 2、345万苗.hm 2、517.5万苗.hm 2和690万苗.hm 2),研究了种植密度对籽粒产量、氮素吸收积累和运转分配、氮素利用效率以及土壤中硝态氮、铵态氮和无机态氮总积累量的影响。研究结果表明,随种植密度增加,两种穗型冬小麦品种成熟期植株氮素积累量、籽粒产量、氮肥吸收利用效率和氮肥偏生产力均表现为先增加后降低,籽粒氮积累量、氮素收获指数和籽粒氮含量下降,花前营养器官氮素转运量和对籽粒氮的贡献率升高。随种植密度的增加,"泰农18"的氮素利用效率随密度的增大先增大后减小,"山农15"随密度的增大而减小。土壤中硝态氮、铵态氮和无机态氮总积累量随密度增加而降低。在本试验条件下,"泰农18"和"山农15"兼顾高产和高效利用氮素的适宜种植密度分别为270万苗.hm 2和345万苗.hm 2。     

不同供氮水平对水稻/花生间作系统中氮素行为的影响

水稻旱作／花生间作栽培是一种新兴的节水农业技术。用”N稀释标记法在盆栽条件下研究了间作系统在15kghm^-2、75kghm^-2和150kghm^-23个氮素供应水平条件下花生生物固氮以及水稻旱作／花生间作系统中氮素的转移，同时用^15N的富积标记法研究了花生根系腐解对间作系统氮素转移的贡献。结果表明，在15和75kghm^-22个氮素水平下，间作水稻比单作水稻的干物质量分别增加了23．5％和12．2％，在P=0．05的水平有显著差异。间作水稻和单作水稻的氮素吸收量分别为135、143mg株 ^-1和117、131mg株^-1，分别比单作增加14．8％和8．8％。不同栽培方式对花生的干物质积累和氮素吸收影响很小。在3个氮素水平下间作花生和单作花生的固氮量分别为76．1％、53．3％、50．7％和72．8％、56．5％、35．4％，在低氮水平下的生物固氮显著高于高氮条件，间作对花生的生物固氮有一定促进作用。间作系统中的氮素转移率和转移量在3个氮素水平分别为12．2％、9．2％、6．2％和16．3、13．0、10．4mg株^-1，氮素的转移率和转移的数量显著地随氮素水平的增加而减少。用^15N花生叶片标记直接证明了氮素从花生体内向水稻的转移，随刈割时间氮素转移量显著下降，表明花生根系腐解对间作系统的氮素转移有积极作用。     

华北山前平原农田生态系统氮通量与调控

针对华北太行山前平原冬小麦-夏玉米轮作农田, 研究农田常规施肥[400 kg(N)·hm^-2·a^-1]条件下作物氮素吸收与损失通量过程, 并根据各氮素输出通量特征开展管理调控。研究结果表明, 全年小麦-玉米轮作农田系统氮输入总量为561~580 kg(N)·hm^-2, 输出量468~494 kg(N)·hm^-2, 两季作物总盈余86~93 kg(N)·hm^-2, 其中有机氮为24~36 kg·hm^-2。氨挥发和NO₃^--N 淋溶损失是该区域农田氮素损失的主要途径, 是氮肥利用率低的重要原因。平均每年因氨挥发而造成的肥料氮损失量为60 kg(N)·hm^-2, NO₃^--N 淋溶损失量为47~84kg(N)·hm^-2, 两者占施肥总量的30%。每年因硝化-反硝化过程造成的肥料损失很小, 仅为5.0~8.7 kg(N)·hm^-2。通过施肥后适时灌水、合理调控灌水时间与用量, 以及利用秸秆还田与肥料混合施用等管理措施可改善氮素的迁移和转化规律, 有效减少氨挥发和NO₃^--N 淋溶损失, 并结合缓/控释肥与精准施肥技术, 充分利用土壤本身矿质氮素, 可有效提高养分利用效率和作物产量, 改善农田生态环境与促进农业持续和谐发展。     

Excessive nitrogen application decreases grain yield and increases nitrogen loss in a wheat–soil system

Abstract

Excessive use of nitrogen (N) fertilizers in wheat fields has led to elevated NO₃-N concentrations in groundwater and reduced N use efficiency. Three-year field and ¹⁵N tracing experiments were conducted to investigate the effects of N application rates on N uptake from basal and topdressing ¹⁵N, N use efficiency, and grain yield in winter wheat plants; and determine the dynamics of N derived from both basal and topdressing ¹⁵N in soil in high-yielding fields. The results showed that 69.5–84.5% of N accumulated in wheat plants derived from soil, while 6.0–12.5%and 9.2–18.1% derived from basal ¹⁵N and top ¹⁵N fertilizer, respectively. The basal N fertilizer recovery averaged 33.9% in plants, residual averaged 59.2% in 0–200 cm depth soil; the topdressing N fertilizer recovery averaged 50.5% in plants, residual averaged 48.2% in 0–200 cm soil. More top ¹⁵N was accumulated in plants and more remained in 0–100 cm soil rather than in 100–200 cm soil at maturity, compared with the basal ¹⁵N. However, during the period from pre-sowing to pre-wintering, the soil nitrate moved down to deeper layers, and most accumulated in the layers below 140 cm. With an increase of N fertilizer rate, the proportion of the N derived from soil in plants decreased, but that derived from basal and topdressing fertilizer increased; the proportion of basal and top ¹⁵N recovery in plants decreased, and that of residual in soil increased. A moderate application rate of 96–168 kg N ha^?1 led to increases in nitrate content in 0–60 cm soil layer, N uptake amount, grain yield and apparent recovery fraction of applied fertilizer N in wheat. Applying above 240 kg N ha^?1 promoted the downward movement of basal and top ¹⁵N and soil nitrate, but had no significant effect on N uptake amount; the excessive N application also obviously decreased the grain yield, N uptake efficiency, apparent recovery fraction of applied fertilizer N, physiological efficiency and internal N use efficiency. It is suggested that the appropriate application rate of nitrogen on a high-yielding wheat field was 96–168 kg N ha^?1.