不同施肥处理对作物产量及土壤中硝态氮累积的影响

通过4a定位试验研究了小麦-玉米轮作制度下不同施肥处理对作物产量及硝态氮(NO3--N)在土壤中累积和分布的影响。结果表明:长期大量施用氮肥,会造成土壤NO3--N的累积,且土体NO3--N的含量随施氮量的增加呈直线上升趋势;在土壤空间差异不显著的情况下,NO3--N在400cm土体中的分布呈一定的规律性,分别在60cm和200cm左右存在累积峰;配合施用磷肥、钾肥可以降低土壤剖面NO3--N的含量,尤其是钾肥可显著降低土壤上层NO3--N的含量,但作物无法吸收的NO3--N却有整体下移的趋势。提出华北山前平原高水肥投入地区NPK合理施用量为:N肥200kg/(hm2·a),P肥32.5kg/(hm2·a),K肥150kg/(hm2·a)。     

半干旱区生态过程变化中土壤硝态氮累积及其在植物氮素营养中的作用

半干旱区农田生态系统石灰性土壤施入的氮肥和有机氮矿化产物,除植物吸收、微生物固定、粘土矿物固定、挥发损失和反硝化损失外,有相当一部分最终以NO3--N形态残存在土壤中。土壤剖面中的残留NO3--N通过对流和扩散等途径,逐渐向深层移动,脱离根区。影响土壤剖面NO3--N残留累积和淋溶的主要因素包括施氮量、植物吸氮量、前作收获后的植物残留物、氮肥种类、施氮方式和降雨量等。残留NO3--N本身具有很高的生物有效性,但能否被植物吸收利用,关键在于残留NO3--N所在深度及其是否能够到达根区。在半干旱区降雨量较高的雨季,NO3--N向深层移动,而在较干旱条件下即使土壤剖面深层NO3--N,也可随水分上移供根系利用,因此土壤剖面中累积的残留NO3--N显著影响氮肥肥效果,许多地方用一定深度土层中累积的NO3--N作为土壤供氮指标,以减少NO3--N的淋溶损失和提高氮肥肥效。过去对半干旱地区土壤剖面中NO3--N的研究主要涉及3方面,一是土壤剖面中NO3--N的残留累积及其影响因素,二是与根系分布深度相适应土层中残留NO3--N对氮肥肥效的影响,三是根据土壤剖面中的残留NO3--N确定农田作物施氮量。在分析过去研究结果的基础上,提出了今后需进一步深入研究的科学问题。     

肥液浓度对膜孔单向交汇入渗NO-3-N运移特性的影响

通过室内入渗试验,研究了不同浓度的膜孔肥液单向交汇入渗NO3--N的分布特性。研究表明,不同肥液浓度的膜孔入渗湿润体膜孔中心和交汇界面中心垂向土壤NO3--N的浓度锋运移距离与土壤水分运动的湿润锋一致;肥液浓度越大,相同入渗时间的NO3--N浓度锋运移距离越大,土壤NO3--N浓度最大值越大,相同深度处土壤NO3--N浓度也越大。建立了肥液交汇入渗湿润体膜孔中心和交汇界面中心垂向土壤NO3--N浓度分布特征与湿润体深度之间的分段函数模型,经实测资料验证表明,该模型精度较高。入渗供水过程中,NO3--N浓度锋运移距离和浓度最大值随时间的延长而增大;再分布过程中,NO3--N浓度前锋运移距离随时间延长而增大,而NO3--N浓度最大值逐渐减小。     

滴灌条件下施氮量对黄瓜-番茄种植体系中土体NO3--N淋洗的影响

为了解不同氮肥用量对土壤NO3--N淋洗的风险程度, 合理指导温棚蔬菜施肥和灌溉,2005～2006年在宁夏引黄灌区滴灌条件下,以轮作体系下的温棚黄瓜-番茄为研究对象,采用田间土壤溶液定位提取、田间试验与室内分析相结合的方法,设化肥施氮量150 kg/hm2(低氮)、300 kg/hm2(中氮)、450 kg/hm2(高氮1)、600 kg/hm2(高氮2)及有机肥和不施肥(CK)处理,研究滴灌条件下施氮量对土体中NO3--N淋洗的影响.结果表明:无论是低、中或高氮处理下,黄瓜-番茄轮作周期中,滴灌施肥对0～30 cm土壤溶液NO3--N含量变化的影响明显;在高氮处理下,由于番茄季较强的滴灌量,土体中NO3--N不断向下淋洗至90 cm土层;与CK处理相比,单施有机肥会造成的土壤NO3--N向深层淋洗.因此,提出每茬蔬菜推荐施氮量控制在300 kg/hm2左右为宜,在冬春茬后期4～6月份减少滴灌次数是减少土体NO3--N向下淋洗的措施.     

西峰黄土高原作物生长期土壤水分损耗速率分析

利用1989~2005年3~11月每月8日的0~200 cm土壤总含水量资料及降水资料,分析冬小麦生长期土壤水分年际变化特征、特殊年型各层水分分布特点、土壤水分损耗速率以及水分损耗速率的影响因子。结果表明,土壤总含水量年际变化明显,20世纪90年代中后期为相对缺水期;丰水年、缺水年和平水年相同土层土壤含水量始终遵循丰水年≥平水年>缺水年。多年作物生长期内0~200 cm土壤平均耗水速率为1.98 mm/d,最低为1.40 mm/d,最高为2.54 mm/d,最高耗水速率是最低的1.81倍;月水分损耗3~5月逐渐增大,5月为年度最大,其后开始持续减小;气候因子中年降水量对年土壤水分损耗速率的影响最为显著,通过0.001信度检验,达到极显著相关水平,冬小麦生长发育对土壤月耗水速率影响较大。     

基施尿素对片麻岩新成土旱地谷子生长及土壤硝态氮时空分布的影响

本试验在片麻岩新成山地土壤上,设置0(CK)、N 120kg/hm2(N120)、N 225 kg/hm2(N225)、N 300kg/hm2(N300)4个施氮水平,布置田间微区试验,小区面积为10m2,研究了尿素不同施用量对旱地谷子生长及土壤硝态氮时空分布的影响。定位试验第二年的结果表明:在该试验条件下,N120处理谷子产量达到最高为4.76 kg/10m2,之后提高施肥量N225和N300处理的谷子产量并没有显著增加;从0~60 cm土壤剖面中硝态氮时空分布的差异可以看出:在施肥20 d后,N120、N225和N300处理NO3--N含量在0~40 cm土层显著增加,其中N225和N300处理NO3--N已经下移到40~60 cm土层。施肥80 d后,各施肥处理的硝态氮有一部分已经移出60 cm土层。到施肥96 d(谷子收获),N120、N225和N300处理比CK处理土壤剖面中NO3--N含量显著增加,且氮肥用量越高,土壤中NO3--N含量越高。     

三种氨态氮肥在石灰性土壤中硝化作用的模拟研究

新鲜干润均腐土采用室内培养的方法,在同一肥土比条件下,分析不同氮源对硝化作用过程中pH和Nmin的影响,并分别建立了NH4 -N和NO3--N的硝化动力方程.试验结果和模拟结果均表明,① NH -N消耗速率和NO3--N增加速均呈抛物线状变化.NH -N消耗速率高于NO3--N的增加速率.NH -N消耗起始速率高于NO3--N的增加起始速率.② NH4Cl的起始NH -N消耗和NO3--N增加速率在较长时间内(一周)维持在一个低水平,随后升至与(NH4)2SO4相当.Cl-能够抑制NH -N的转化.③钙积干润均腐土NO3--N增加最大速率[5.8～8.8 mg/(kg·d)]接近于一固定值与肥料种类无关.NH4 -N的消耗最大速率[7.8～23.5 mg/(kg·d)]变幅较大与肥料的性质和土壤生物性质有关.     

黄河口翅碱蓬湿地土壤氮的季节变化

2009年4～11月,选择位于黄河口滨岸中潮滩和低潮滩上的翅碱蓬湿地为研究对象,对比研究了湿地土壤氮的季节变化特征。结果表明:两种湿地不同土层的NO3--N、NH4+-N和TN含量均具有明显的季节变化特征,但不同类型湿地之间差异较大。二者NO3--N、NH4+-N含量的季节差异主要与其所受潮汐影响程度及其引起的无机氮物理运移和对NH4+-N吸附能力的差异有关。二者在7月较低的NO3--N含量主要与植物对土壤中有效氮的大量吸收与利用有关,而8月较高的NO3--N、NH4+-N含量主要与此间土壤有机氮矿化较强有关。两种湿地不同土层的TN含量与C/N的季节变化规律整体相反。二者TN含量的差异主要受制于不同土层的有机质分布以及潮汐的影响状况,而C/N的差异主要与两种湿地在不同时期受陆源的影响程度有关。     

循环率对波涌灌间歇入渗特性和地下水水质影响的研究

通过肥液(KNO3溶液)室内入渗试验,模拟研究了地下水位为150 cm条件下,循环率对肥液间歇入渗土壤和地下水中NO3--N运移特性的影响.结果表明, 相同净入渗时间和周期条件下,在一定范围内循环率越小,间歇时间越长,土壤水分再分布越充分,间歇入渗减渗作用越强;与循环率为1/2相比,循环率为1/3的平均入渗率减小不显著,当循环率减小至1/4时,减渗程度明显增大;随循环率的减小累计入渗量减小;循环率取值为1/3时,随水分迁移进入地下水的硝态氮量最小.     

膜下滴灌布置方式对土壤水盐运移和产量的影响

以棉花主要根系层各生育期保持适宜土壤含水率为灌水目标,设置一膜单管四行和一膜双管四行两种毛管布置方式,以TRIME-T3管式TDR测定土壤含水率指示灌水,开展膜下滴灌大田试验,研究了干旱区膜下滴灌棉田土壤水盐运移规律及分布特征,并对不同滴灌模式下的棉花产量和灌溉水生产效率进行评价。结果表明:膜下滴灌单、双管布置棉花生育期内灌溉定额分别为390、550 mm;双管布置在10~40 cm棉花主要根系层形成适宜作物生长的淡化脱盐区,生育期内棉花主要根系层土壤含水率处于适宜的范围,灌水均匀度高,控盐效果好,棉花生长不受水盐胁迫;单管布置盐分随水分运移至湿润锋边缘至外行,棉花主要根系层有积盐的趋势,加上滴头流量大,不利于淡化脱盐区的形成。膜下滴灌毛管布置方式决定土壤水盐分布特征,进而影响植株对水分和养分的吸收,单、双管布置棉花产量分别为5 355、6 075 kg·hm~(-2),灌溉水生产效率分别为1.38、1.11 kg·m~(-3),单管布置灌溉水生产效率较高。     

河西畦田春小麦不同生育期灌水对土壤水氮空间分布的影响

试验采用规格为30m×3m条田,分别沿畦长中心位置布设了5个测点(每个测点距畦首依次为3、9、15、21、27 m)用于定点测定不同生育期春小麦0~100 cm土层深度内灌前2 d和灌后2 d土壤含水量和硝态氮的含量,评价了土壤水氮空间分布的变异性、土壤水氮贮存效率和土壤水氮沿畦长空间分布均匀性。结果表明:不同生育期内不同处理间灌前2 d和灌后2 d土壤水分空间分布均为中等变异性,灌后2 d的变差系数小于灌前2 d的变差系数;土壤硝态氮空间分布状况除拔节期灌前2 d灌水量90mm和灌水量60mm为强变异性外其余均为中等变异性;不同生育期灌水对不同处理间的土壤水贮存效率无显著影响,成熟期春小麦不灌水处理的土壤水贮存率明显低于灌水处理;不同生育期灌水对不同处理间土壤硝态氮贮存率有显著影响,其中成熟期不灌水处理能使土壤硝态氮的贮存率增加,灌水减少了根系层内土壤硝态氮的贮存率;不同生育期灌水对不同处理间土壤水分和土壤硝态氮含量沿畦长的空间分布均匀性均无显著影响,其中成熟期不灌水处理对土壤水分沿畦长的空间分布均匀性的影响显著小于成熟期灌水处理,而对土壤硝态氮的空间分布均匀性无显著影响。     

局部根区滴灌与穴施尿素对土壤氮素空间分布的影响

为研究节水灌溉条件下穴施尿素、滴灌施肥对土壤铵态氮、硝态氮和碱解氮运移的影响，2019年在甘肃农业大学遮雨棚内开展施肥与灌溉试验，采用穴施尿素和滴灌施肥两种施肥方式，施纯氮量240 kg·hm^-2和180 kg·hm^-2，充分灌溉量和局部根区滴灌量分别是14 L和7 L。测定在距离滴头水平30 cm、垂直40 cm范围内土壤铵态氮、硝态氮和碱解氮含量，分析施肥与灌溉后土壤氮素转化及迁移特征。结果表明，土壤硝态氮更容易随灌水发生水平迁移，而土壤铵态氮更容易向土壤纵深迁移。土壤氮素含量的空间变异大小依次为：硝态氮>铵态氮>碱解氮；土壤硝态氮、铵态氮和碱解氮含量的平均变幅分别为32%~40%、26%~37%和6%~12%。局部根区滴灌土壤硝态氮含量的空间变幅比充分灌溉减小16%~20%。穴施尿素土壤铵态氮含量的空间变幅比滴灌施肥减小12%~28%。穴施尿素和局部根区滴灌调控土壤氮素转化速率，赋予肥料养分缓释性能，从而提高土壤氮素供应能力。因此，穴施尿素结合局部根区滴灌是较优的施肥与灌溉方式。     

施肥方式对膜孔点源入渗尿素转化特性的影响

通过室内入渗试验,研究了不同施肥方式对膜孔点源入渗尿素转化特性的影响。结果表明,不同施肥方式下尿素的转化规律基本一致,施肥5 d后土壤铵态氮达到最高峰,随后的10 d内迅速下降至土壤的本底值,而土壤硝态氮一直平稳升高,于施肥后15 d左右达到最大值。不同施肥方式下膜孔点源入渗土壤尿素转化后铵态氮和硝态氮的分布特征有明显的不同。灌施情况下土壤铵态氮含量和硝态氮含量沿着远离膜孔中心的方向逐渐减小;表施情况下土壤铵态氮和硝态氮含量集中分布在土壤表层以下7～15 cm的土层内;深施情况下土壤铵态氮和硝态氮含量集中分布在土壤表层5～17 cm的土层内。     

旱地陶罐渗灌技术研究与应用

特制陶罐埋入土中盖膜并盛水,通过罐壁微孔,使水分缓慢渗入土中,试验表明,该技术不形成径流和深层水分渗漏,不造成土壤板结,遇旱可及时补水,并将作物需要的养分和农药溶于水中,在地膜覆盖下,很少发生地表蒸发。在年降雨量350mm左右的旱山区,利用“121”雨水集蓄工程中的窖水,种植西瓜、籽瓜、西红柿、辣椒等获得成功,其效益与种植地膜粮食相比,高3.5～9.8倍,而成本仅为软管滴灌的1/3。     

灌水量及减氮模式对冬小麦产量及水氮利用的影响

为探究关中平原冬小麦合理的减氮模式及相应的灌水量,以灌水量为主处理、减氮模式为副处理开展冬小麦田间裂区试验,灌水量设90 mm和150 mm,参照本地习惯施氮(尿素CO,施氮量210 kg·hm~(-2))设置减氮模式,施氮量为150 kg·hm~(-2),有3种施氮类型:尿素+硝化抑制剂(DMPP)、控释氮肥和尿素掺施(PCU)和控释复合肥(SF),另以不施氮肥(N0)为对照,对小麦产量、水分和氮肥利用效率及土壤硝态氮残留状况进行分析。结果表明:灌水量和减氮模式两因素及其交互作用对冬小麦有效穗数、千粒重、籽粒产量、土壤硝态氮残留量及水分和氮肥利用效率均有显著影响;灌水量对冬小麦产量的影响随减氮模式而变,与灌水90 mm相比, PCU150和DMPP150处理在灌水量150 mm时产量降低,SF150和N0处理产量有所增大;灌水90 mm时,减氮模式PCU150和DMPP150较习惯施氮CO210减少施氮28.6%,籽粒产量和有效穗数显著增加,分别增产17.4%和11.6%,水分利用效率提高17.5%和13.5%,氮肥利用效率增加64.3%和58.4%, 0～200 cm土层硝态氮残留量减少57.8%和45.6%。关中平原在冬小麦全生育期灌水90 mm,采用尿素加硝化抑制剂基施、树脂包膜尿素基施60%+尿素拔节期追施40%两种减氮模式,冬小麦可维持较高产量和水肥利用效率。     

温室内膜下滴灌不同水肥处理对番茄产量和品质的影响

通过温室小区番茄栽培试验,研究了覆膜条件下滴灌施肥量和灌溉控制下限对番茄产量和果实某些品质指标:硝酸盐含量、V c含量、可溶性糖含量、糖酸比的影响。结果表明,肥料施用数量和灌溉控制下限土壤水吸力值的大小对番茄的产量及其果实的品质影响显著,且两因素的交互作用也达到了1%的显著水平;肥料用量以纯N 337.5 kg/hm2、纯K2O 337.5 kg/hm2,灌水下限以土壤水吸力40 kPa、上限kPa番茄产量最高,且其品质较好。     

利用HYDRUS-2D模拟膜下滴灌玉米农田深层土壤水分动态与根系吸水

河套灌区农田地下水埋深普遍较浅且年内波动较大,明确不同膜下滴灌条件下深层土壤水分对根区的补给作用及作物根系吸水的响应差异有利于膜下滴灌技术的完善和推广。本研究开展了连续2 a(2017—2018年)的春玉米田间试验,设置3个膜下滴灌灌溉水平,分别控制土壤基质势下限为-10 kPa(S1)、-30 kPa(S3)和-50 kPa(S5)。利用HYDRUS-2D模型模拟0～120 cm深度土壤含水量、根层下边界(100 cm深度处)水分通量和作物根系吸水速率。结果表明,经过率定后的HYDRUS-2D模型对0～120 cm深度土壤含水量模拟结果的根均方差(RMSE)和决定系数(R~2)分别为0.039～0.042 cm~3·cm~(-3)和0.78～0.73,模拟结果可靠。膜下滴灌农田100 cm和120 cm深度处土壤含水量较高且处理间差异不大,说明不同滴灌条件对于100 cm以下深层土壤含水量影响较小;但不同处理显著影响根区下边界的水分通量和根系吸水速率。基质势下限控制水平越低,深层土壤水分对于根区的补给量(毛管上升)越大,S1、S3、S5生育期内累积补给量在31.9～49.6 mm之间。S5处理根系吸水速率较低,根系吸水受到显著抑制,从而造成作物生长指标和产量显著低于S1和S3处理(P0.05);而S1和S3之间籽粒产量差异不显著。综上,在本研究所设置的3个滴灌处理中,S3生育期内灌溉定额为240～300 mm,既较S1显著减少灌水量、提高水分利用效率,又具有较好的根系活力,有效利用深层土壤水分,因此建议该地区春玉米膜下滴灌的灌水下限为-30 kPa。     

不同氮水平下有机肥碳氮比对土壤硝态氮残留量的影响

采用盆栽试验的方法，研究N0（不施氮）、N1（施N0．067g／kg）、N2（施N0．133g／kg）、N3（施N 0．266g/kg）、N4（施N 0．400g／kg）4个不同氮水平下施入M1（C／N：31．8）、M2（C／N：42．5）、M3（C／N-66．6）不同C/N的有机肥对土壤NO3^-残留量的影响。结果表明：在N0，N1，N2水平下，3种不同C／N的有机肥对土壤NO3^-残留量的影响不显著，在N3，N4水平下，M1能够增加土壤NO3^-的残留量，M2和M3能够降低土壤NO3^-的残留量。N3M1，N4M1处理的土壤NO3^-含量分别比N3，N4处理增加了11．6％和14．4％；N3M2，N3M3处理分别比N3处理降低了15．9％和37．9％；N4M2，N4M3处理与N4处理相比差异不显著。     

滴灌施肥条件下土壤水氮运移数值模拟

为了研究滴灌施肥条件下土壤水、氮的运移分布规律，本文通过室内土柱滴灌水氮入渗试验，研究了滴灌结束时及再分布过程中土壤水、氮的运移变化规律；同时用HYDRUS软件建立了土柱滴灌水氮入渗的几何模型，用来模拟滴灌土壤水氮运移过程。对试验及模拟中12个观测点测得的土壤含水率、土壤铵态氮、硝态氮质量浓度进行对比分析，结果表明：土壤含水率模拟值与实测值的相对误差变化在10%以内；土壤铵态氮、硝态氮质量浓度的模拟值与实测值变化范围在20%以内。滴灌结束时土体剖面内土壤含水率随距滴头距离的增大而减小，再分布72 h土层25~30 cm土壤含水率增大到0.2 cm³·cm^-3，120 h后土体剖面内土壤含水率较滴灌结束时下降了18%。土壤铵态氮质量浓度主要分布于距滴头20 cm的范围；24 h土壤铵态氮质量浓度最大，且随着时间的推移逐渐减小，到120 h时减少了40%；各观测点24 h至120 h土壤硝态氮质量浓度随着时间的推移逐渐增大，且硝态氮质量浓度在滴头20 cm的范围内由0.442 mg·cm^-3增加到1.2 mg·cm^-3。各观测点24 h土壤硝态氮质量浓度在空间分布上差异不大，其中观测点1，3，6，8，5的土壤硝态氮质量浓度分别为0.437，0.467，0.451，0.482 mg·cm^-3和0.447 mg·cm^-3，差值均小于0.05 mg·cm^-3；48 h后土体剖面内土壤硝态氮质量浓度空间分布随离滴头距离的增加而减小，垂直方向上从距滴头5 cm的观测点1到距滴头25 cm的观测点8减少了53%。依据研究结果，可用数值模型模拟滴灌施肥条件下土壤水氮运移的变化规律。