半干旱半湿润农田生态系统不可忽视的土壤氮库-土壤剖面中累积的硝态氮

为了有效利用氮肥，减少残留NO3^--N在土壤剖面中的累积，在位于半干旱半湿润地区的陕西岐山、杨凌、澄城和甘肃的定西，我们连续几年对不同试验处理条件下土壤剖面中残留NO3^--N的累积强度及其影响因子进行了系统研究。研究结果表明，在半干旱半湿润农田生态系统石灰性土壤剖面中累积着大量的残留NO3^--N。在所有测定土壤剖面中，NH4^4-N含量和累积量不仅在不同土层中差异不大，而且在不同生态系统和管理条件土壤剖面中的差异也不大，其含量变化在1～3μgN／g之间，累积量相当于14～42kg／hm^2，平均28kg／hm^2，显著小于残留NO3^--N。残留NO3^--N累积量平均占总矿质氮(NO3^--N NH4^ -N)累积量的75％以上，是土壤剖面中可浸取态矿质氮的主体。在岐山测定的129个土壤剖面中，O～100cm土层残留NO2^--N累积量小于50kg／hm^2的有26个，占20％，大干70kg／hm^2的有86个，占66．7％，大于100kg／hm^2的有47个，占36％，大干140kg／hm^2的有13个，占10％，每季作物吸氮量大约是70kg／hm^2，说明在目前施肥和生产水平下，有66．7％田块O～100cm土层中的残留NO3^--N最少与1季作物吸氮量相当；在杨凌、澄城、定西等地大部分试验小区(与当地一般施肥水平相当的小区)，甚至有些不施氮肥对照小区土壤剖面中残留的．NO3^--N与1季作物的吸氮量也基本一致。这些结果充分说明，在半干旱农田生态系统石灰性土壤剖面中残留累积的NO3^--N是不可忽视的有效氮库。因此，在估计土壤供氮水平和确定施氮量，或者在制定这一地区土壤供氮指标测定方法时，必须要充分考虑在一定土层土壤剖面中的残留NO3^--N。土壤剖面中的残留NO3^--N通过对流(Convection)和扩散(Diffusion)等途径，逐渐向深层移动，脱离根区。在杨陵灌溉试验站和蔬菜试验站的测定结果表明，O～1000cm土层累积的NO3^--N分别高达1295．6kg／hm^2和710．4kg／hm^2，O～600cm土层累积的NO3^--N分别为。706．1kg／hm2和435．1kg／hm^2。在200cm土层以下累积着大量NO3^--N。在以上观测的2个剖面中，200～400cm、400～600cm、600～800cm和800～1000cm各土层累积的NO3^--N数量显著大干0～200cm土层，说明在上层(特别是在耕层)以各种途径增加的NO3^--N，通过长期淋溶，完全有可能脱离根区，淋溶到1000cm以下土层。在不同试验区进行的所有试验结果均表明，与不施氮对照小区相比，施氮小区在作物收获时，土壤剖面中残留．NO3^--N累积量呈增加趋势，并随施氮量增加，残留累积量增加。在杨凌和澄城进行的长期定位试验表明，连续施用氮肥，特别是高量氮肥田块，土壤剖面中残留NO3^--N与不施氮对照之间的差异很大：在杨凌长达25a的长期定位试验中，NP处理O～120cm土层残留NO3^--N累积量(163．4kg／hm。)比不施肥对照(51．8kg／hm^2)增加111．6kg／hm^2，如果在施NP的基础上休闲，残留NO3^--N增加效果更加突出，比对照增加156．5kg／hm^2；试验还发现，在施NP的基础上，配施玉米秸秆，一定程度上能够降低残留NO3^--N累积量，并随秸秆用量增加，残留NO3^--N累积量下降；在澄城，连续4季作物施用氮肥后，从2个灌水处理平均结果看，与不施氮对照相比，在每季作物施氮量低(＜75kg／hm^2)时，不会发生NO3^--N残留累积，而当施氮量高于112．5kg／hm^2时，在O～120cm土层中残留NO3^--N累积量显著增加。在杨凌进行的2次大田试验表明，无论是在降雨丰富年份，还是在干旱年份，休闲都能够显著增加土壤剖面中NO3^--N的累积量，并且不管在任何采样时期，休闲小区100～120cm土层的NO3^--N含量均比复种玉米小区高，复种玉米能够减少残留NO3^--N在土壤剖面中的累积。由于地膜覆盖改变了土壤水热状况和生物性质，因而也必然影响土壤氮素转化过程，从而影响NO3^--N在土壤剖面中的累积。在定西进行的2a试验结果表明，如果在春小麦播种后全生育期覆膜，能够显著增加收获时土壤剖面中残留NO3^--N的累积：1999年，不施氮时，增加9.4kg／hm^2，施氮后，增加88．9kg／hm^2；2000年，不施氮时，增加17．9kg／hm^2，施氮后，增加39．9kg／hm^2；定西试验还表明作物生育前期覆膜，后期揭膜，有利于减少残留NO3^--N在土壤剖面中的累积。在作物生长后期，地膜覆盖处理耕层土壤水分条件较好，温度较高，有利于土壤有机氮的矿化。而在这一时期，小麦对NO3^--N的吸收能力减弱，需要量减小，因而在土壤剖面中易产生残留NO3^--N的大量累积。小麦收获后，值降水较多期，累积的NNO3^--N非常容易通过淋溶和反硝化损失，从这一角度考虑，在春小麦栽培中，不宜提倡全生育期地膜覆盖。     

不同施氮量对土壤NO3－－N累积的影响

2个不同年限的施氮量试验和田间调查结果表明：施肥量对土壤NO3^-—N的累积影响非常大，对0m～2m土层NO3^-—N累积的影响尤为突出。0m～4m土壤剖面的NO3^-—N累积量随施氮量的增加而增加。蔬菜地70%以上NO3^-—N累积在1m～4m的土层中，1m以下累积的NO3^-—N很难被吸收而成为潜在的地下水污染源。作物吸氮量与化肥氮施用量呈非线性关系。超过正常施氮量，土壤NO3^-—N会大量累积。     

喷灌冬小麦农田土壤NO-3-N分布特征及作物吸氮规律

以传统地面灌溉（畦灌）为对照，2002～2003和2003～2004两个生产年度田间试验分析喷灌对冬小麦农田土壤NO3^-—N分布和作物吸氮的影响。试验结果表明：喷灌与地面灌溉相比，土壤NO3^-—N含量蜂值迁移较浅，土壤NO3^--N主要分布在冬小麦主要根系分布层0～40cm土层内。与喷灌相比，在冬小麦根系层下部，地面灌溉土壤NO3^-N存在不同程度的累积。试验期间地面灌溉土壤NO3^-—N累积淋失量分别为8．68kg／hm^2和7．70kg／hm^2，喷灌条件下没有明显的土壤NO3^-—N淋失，最大累积淋失量只有地面灌溉条件下的3％。2003和2004年喷灌冬小麦地上部分吸氮量分别为235．7kg／hm^2和161，7kg／hm^2，分别比地面灌溉高7．0kg／hm^2和34．7kg/hm^2。与地面灌溉相比，喷灌有利于冬小麦后期吸收氮素，喷灌不同生育期冬小麦吸氮量年际之间的差异都小于地面灌溉。     

秸秆还田下减量施氮对作物产量及养分吸收利用的影响

秸秆还田条件下，采用多年田间定位试验研究了N肥减量施用对作物产量、养分吸收利用以及土壤表观N平衡的影响，旨在为关中小麦／玉米一年二熟轮作区合理施用N肥提供依据。结果表明：与常规施N处理（玉米季施氮187．5 kg·hm－2，小麦季施氮150 kg·hm－2）相比，2008—2011年三年中，15％减N、30％减N两个处理均未显著降低作物籽粒与秸秆产量；2010—2011年生长季中，15％减N处理降低了作物秸秆N、P、K周年总吸收量，增加了籽粒N、P、K周年总吸收量，其中籽粒P周年总吸收量增加达显著性水平；30％减N处理显著降低了籽粒N和秸秆N、K周年总吸收量，降幅分别为12．9％、41．9％、18．5％，在小麦收获后，30％减N处理的N素盈余量只有11．3 kg·hm－2，有潜在缺N危险。综合考虑产量、养分吸收利用及土壤表观N平衡，在秸秆还田条件下，15％减N处理的施N量（即玉米季施氮159 kg·hm－2，小麦季施氮127．5 kg·hm－2）为本地区最佳N肥用量。     

旱地塿土长期定位施肥土壤剖面硝态氮分布与累积研究

通过12a大田长期定位试验研究了在自然降水条件、冬小麦—大豆轮作(或休闲)种植制度下，0～400cm塿土剖面硝态氮分布与积累的特点。结果表明，长期单施氮肥，氮的表观利用率特别低，仅0．51％，氮肥配施钾、磷肥，氮的表观利用率为25％～35％，氮磷钾平衡施肥及配施有机肥，氮的表观利用率达到50％；施N肥方式显著影响土壤硝态氮积累和淋移，旱地塿土长期单施化学氮肥或氮钾、氮磷、氮磷钾肥使土壤NO3^-—N大量积累和淋移；氮磷钾与有机肥的配合施用能有效地缓解土壤对硝态氮的积累，提高氮肥利用率。     

杀虫单在水稻和稻田土壤、水中的残留分析方法研究

本文通过对水稻和土壤样品用HCl水溶液提取，NaOH溶液调节pH，经石油醚萃取，正己烷定容，气相色谱（GC—ECD）测定水稻和土壤中杀虫单残留，杀虫单的最小检测量为1．0×10^-11g，在稻田土壤、水稻植株、谷壳和糙米中的最低检出浓度为2．5×10^-3mg／kg．在稻田水中的最低检出浓度为5．0×10^-4mg／kg。当添加浓度0．05～5．0mg／kg时，杀虫单在水稻植株、稻田水、糙米、谷壳和稻田土壤中的添加回收率分别为90．2％～99．3％、94．2％～98．7％、92．6％-99．1％、92．7％-99．1％、90．8％～101．2％；变异系数分别为2．2％～11．4％、1．5％-2．2％、43％～6．5％、1．3％～4．9％、2．1％～10．7％。     

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.     

秸秆覆盖条件下不同施氮水平冬小麦氮素吸收及土壤硝态氮残留

通过田间定位试验研究秸秆覆盖条件下施氮量对小麦氮素吸收利用及土壤硝态氮残留的影响.试验包括覆盖(不覆盖和秸秆覆盖4500 kg/hm2)和施氮量(0,75,150,225和300 kg N/hm2)两个因素,共10个处理,重复3次.3年结果表明:秸秆覆盖对冬小麦吸氮量没有显著影响,但在偏旱年份,秸秆覆盖有利于提高氮肥利用效率.与不覆盖类似,秸秆覆盖冬小麦吸氮量在3年间呈持续增加趋势.不论秸秆覆盖还是不覆盖,施氮量小于等于150 kg/hm2时,对土壤硝态氮残留量均没有显著影响;施氮量高于150 kg/hm2时,土壤残留硝态氮量则显著增加,0～200 cm剖面出现明显的累积峰,秸秆覆盖土壤残留硝态氮累积峰较不覆盖处理深40 cm左右.     

施氮期对夏玉米土壤无机氮变化及净矿化量的影响

在夏播郑单958(9株／m^2)生长季,研究了不施氮、基施氮 10叶展氮、基施氮 吐丝氮和基施氮 乳熟氮共4个处理下2m土体的无机氮变化和净矿化量。结果表明：夏玉米生长季土壤NO3^- -N在含量、时空交化和受氮肥影响方面均与NH4^ -N不同,20cm以上土层NO3^--N以大口期为界、20cm以下以吐丝期为界前降后升;2m土层NH4^ -N在吐丝前均下降、吐丝后除20cm以上土层乳熟前上升而乳熟后略下降外其它土层无明显规律;NO3^--N的波幅明显大于NH4^ -N,NO3^--N在全生育期垂直分布明显,施氮后20cm以上和80cm以下土层其含量显著增加且受施氮期影响明显,如,推迟施氮能显著增加乳熟一成熟80cm以下NO3^- -N含量;NH4^ -N在吐丝前垂直分布近均匀、吐丝后明显,施氮仅增加0～20cm NH4^ -N含量、对20cm以下无明显影响。另外,土壤氮素净矿化发生在吐丝前且主要在大口期前,吐丝后发生净固定且乳熟前后各近一半,施氮后土壤氮变化平缓且施氮期影响明显。     

长期氮、磷配合施用对黑垆土氮、磷养分变化的影响

在黑垆土上安排长期定位试验，研究了连续施用氮、磷肥对土壤氮、磷养分动态变化及冬小麦产量的影响。研究表明，黑垆土连续6年配合施用氮、磷肥，耕层土壤氮、磷养分基本持平或略有提高，冬小麦表现明显增产效果；不施氮、磷肥耕层土壤氮、磷养分含量逐年降低，冬小麦产量下降。每公顷施用N112．5kg、P34．9kg，氮、磷分别盈余0．2kg／hm^2和1．5kg／hm^2，表明氮、磷投入与吸收基本平衡；每公顷施用N180．0kg、P43．7kg，氮、磷分别盈余62．2kg／hm^2和8．4kg／hm^2，表明氮、磷投入大于冬小麦吸收量。     

Effects of long-term fertilization on oxidizable organic carbon fractions on the Loess Plateau,China

The effects of long-term fertilization on pools of soil organic carbon(SOC)have been well studied,but limited information is available on the oxidizable organic carbon(OOC)fractions,especially for the Loess Plateau in China.We evaluated the effects of a 15-year fertilization on the OOC fractions(F1,F2,F3 and F4)in the 0–20 and 20–40 cm soil layers in flat farmland under nine treatments(N(nitrogen,urea),P(phosphorus,monocalcium phosphate),M(organic fertilizer,composted sheep manure),N+P(NP),M+N(MN),M+P(MP),M+N+P(MNP),CK(control,no fertilizer)and bare land(BL,no crops or fertilizer)).SOC content increased more markedly in the treatment containing manure than in those with inorganic fertilizers alone.F1,F2,F4 and F3 accounted for 47%,27%,18% and 8% of total organic carbon,respectively.F1 was a more sensitive index than the other C fractions in the sensitivity index(SI)analysis.F1 and F2 were highly correlated with total nitrogen(TN)and available nitrogen(AN),F3 was negatively correlated with p H and F4 was correlated with TN.A cluster analysis showed that the treatments containing manure formed one group,and the other treatments formed another group,which indicated the different effects of fertilization on soil properties.Long-term fertilization with inorganic fertilizer increased the F4 fraction while manure fertilizer not only increased labile fractions(F1)in a short time,but also increased passive fraction(F4)over a longer term.The mixed fertilizer mainly affected F3 fraction.The study demonstrated that manure fertilizer was recommended to use in the farmland on the Loess Plateau for the long-term sustainability of agriculture.     

灌溉条件下包气带黄土层中NO-3-N的深部运移

通过渭北黄土塬地区NO3--N的原位运移试验,测定了10 m范围内黄土超根层中NO3--N浓度随时间的变化,对NO3--N和土壤含水量的运移通量及运移速率进行了定量分析。结果表明:微孔隙渗流的水分运移速率为44~65 mm/d,优先流的运移速率可达450 mm/d以上;NO3--N在施肥灌溉及作物吸收等因素的综合影响下形成积累峰值带,并向下运移,其平均运移速率为56.3 mm/d;在作物生长缓慢的冬季大定额灌溉条件下,施入农田的尿素并不能被作物完全吸收,上层土壤吸附的NO3--N会被大量淋洗,50%以上的NO3--N随入渗水流运移到作物根层以下,成为深层土壤和地下水的NO3--N污染来源。     

缓释尿素对滴灌棉田土壤无机氮及其产量的影响

通过田间试验,研究了基施缓释尿素占总氮量20%,50%和100%对棉田土壤无机氮分布、积累以及棉花产量、氮素吸收利用及农田氮素平衡的影响,明确缓释尿素能否在滴灌棉花上施用,并探讨其施用的适宜基施比例。结果表明,施用缓释尿素可显著提高土壤硝态氮和铵态氮含量,其中各缓释尿素处理的土壤硝态氮含量较不施氮处理分别提高189.27%、195.58%和112.70%。施肥处理土壤无机氮积累量均表现为富集现象,不施氮处理则表现为负积累效应。土壤无机氮含量随基施比例的增加而降低,而土壤氮素表观损失量和氮素盈余量随基施比例的增大均为先降后增的趋势。棉花产量、氮肥利用率和农学效率均随缓释尿素基施比例的增大表现出先增加后降低的趋势,缓释尿素是通过增加棉花单株结铃数或单铃重来实现增产的。综上,本试验条件下,缓释尿素占总氮量50%作基肥的滴灌棉花产量及氮肥利用率较高,土壤氮素表观损失量较低。     

荒漠草地植物稳定性氮同位素对水分变化的响应

水分是影响荒漠地区植被分布的重要因素,近年来,我国西部地区的气候正向暖湿化发展,降水的变化势必会对植物N同位素的吸收、分配产生影响。利用¹⁵N标记法,通过不同的增水处理,研究古尔班通古特沙漠南缘标记样地和未标记样地植物N同位素吸收和分配对水分变化的响应,得出以下结论：① 增水处理增加了对土壤水分的补给,显著提高了土壤水分含量;② 未标记样地植物稳定性N同位素的[WTBX]Ndff[WTBZ]值的变化范围为0.39～0.59,其最大值出现在30%增水处理,最小值出现在20%增水处理;③ 氮素标记后,样地植物稳定性N同位素Ndff值明显上升,其变化范围为15.27～31.24。从植物不同部位来看,植物吸收的氮素在植物茎中的分配比例最大,而在根中的分配比例最小。     

不同控氮比掺混肥对土壤无机氮与脲酶及冬小麦产量的影响

开展田间小区试验,研究了控释氮肥与尿素掺混施用对土壤无机氮与脲酶及冬小麦产量的影响,旨在寻求控释氮肥与尿素最佳掺混比例,提出缓解氮肥损失、降低面源污染、节约成本、易于推广的施肥方式。结果表明:较常规尿素处理,控释氮肥与尿素掺混对土壤铵态氮含量影响总体差异不显著;在小麦分蘖期,常规尿素处理土壤硝态氮含量和土壤脲酶活性较高,而小麦拔节期至成熟期,则以掺混40%比例以上控释氮肥处理的土壤硝态氮含量和脲酶活性较高;各施氮处理对小麦穗粒数和千粒重影响差异不显著,产量以掺混40%控释氮肥处理最高,较常规尿素处理增产14%,因产值最高,投入成本适中,净收入水平和产投比均为最高,分别为5 875.72元·hm~(-2)和2.24,较常规尿素处理提高了23.24%和9.27%。综上,40%控释氮肥与60%尿素掺混处理在提高土壤无机氮含量,激活小麦生长中、后期脲酶活性,增加冬小麦产量方面效果显著。     

麦草覆盖条件下施氮水平对旱地梨树生长发育和果实品质的影响

为探明覆草条件下施氮水平对旱地梨树（Pyrus bretschnei deri Rehd.）生长发育和果实品质的影响，设置在全园覆草条件下株施纯氮1 kg（T1）、0.5 kg（T2）、0.25 kg（T3）和不施氮（T4，CK）四种处理，2011年至2012年测定了土壤和叶片养分、树体营养生长和果实产量品质等指标。结果表明，麦草覆盖条件下施氮能显著降低土壤pH值，提高土壤钙、锌含量，明显促进了梨叶片组织结构生长。随着施氮量的增加，梨树新梢生长量、叶面积和百叶重量、叶绿素含量显著提高。不同施氮处理均能提高梨果品产量，T1、T2、T3处理分别比对照提高25.4%、17.0%、11.6%。施氮后梨果实可溶性糖、有机酸含量明显降低，而果实硬度、可溶性固形物、水分含量等品质指标 处理间差异不显著。     

河西绿洲灌漠土长期施肥效应及土壤生产力演变

张掖绿洲灌漠土连续21 a长期肥料试验结果表明:与无肥处理产量下降相对照,施肥的增产效果逐年提高,平衡施肥增产幅度显著大于单施氮肥。单施氮肥处理土壤生产力水平由第1轮作周期的89.8%降为第7轮作周期的28.5%;在不施用有机肥条件下,种植到第3轮作周期时作物开始对施钾有反应,施钾增产率为5.5%~22.7%;氮磷钾化肥长期配合施用,作物产量水平持续不减,土壤生产力平均达93.5%,表明氮磷钾化肥配合施用并不破坏土壤生产力。有机肥与氮肥配合施用,其交互作用为正效应;有机肥与磷、钾化肥配合施用交互作用为负效应。不施任何肥料时,绿洲灌漠土土壤生产力平均下降59.6%(第1~4轮作周期);到第5~7轮作周期时,土壤生产力下降幅度保持在16.7%~22.7%相对较低且稳定的水平;化肥对作物产量的贡献份额平均为50.5%;有机肥贡献份额为21.6%;土壤自然肥力贡献份额平均为19.0%。     

长期施用有机肥对松嫩平原西部盐碱土壤肥力和玉米产量的影响

依据施用有机肥（腐熟牛粪）年限的不同,共设置4个不同处理,分别为：施用有机肥13 a（13A）、19 a（19A）和24 a（24A）,以未施用有机肥的盐碱土作为对照（CK）,采集各处理0～20 cm和20～40 cm的土壤样品,测定土壤养分、物理性状和盐碱性质,旨在探明长期施用有机肥措施下苏打盐碱土壤的肥力状况及其促进玉米产量提升的机制。结果表明：与CK相比,施用有机肥显著提高了0～20、20～40 cm土层的土壤有机质、全氮、速效养分含量和土壤田间持水量（P<0.05）,显著降低了土壤容重和土壤密度（P<0.05）,显著增加了0～20 cm土层的土壤孔隙度（P<0.05）。0～20 cm土层中,土壤有机质、全氮以19A处理最高,分别达39.31 g·kg^-1和1.30 g·kg^-1;土壤碱解氮、速效磷、速效钾均以24A含量最高,较CK分别提高了89.31%、81.07%和107.64%,土壤孔隙度以24A含量最高,较CK提高了54.56%,各处理土壤容重和土壤密度平均较CK下降率达31.91%和6.29%,处理间不显著。...     

环境材料对不同水肥条件下玉米氮磷利用效率的影响

为了探究不同水肥条件下环境材料对作物生长和氮磷利用效率的效应,通过盆栽玉米种植实验采用土壤持水量(A)、氮磷肥(B)、环境材料(C)三因素三水平正交实验设计,研究了高分子保水剂、沸石和腐植酸等环境材料组合对玉米生长和氮磷肥利用效率影响,筛选出作物增产和氮磷肥同步增效的三因素优化组合,并通过土壤肥力和酶活性分析揭示相关效应机理。结果表明,三因素对各项指标影响的主次顺序不同,A和B对玉米生长和氮磷肥利用效率的影响大于C,但C能够促进玉米生长和氮磷肥利用效率的提高,促进土壤碱解氮、有效磷含量的提高以及脲酶、磷酸酶活性的增加;土壤持水量65%~70%,每公斤土施肥1.5 g N、1.13 g P_2O_5,环境材料4.5 g的组合和土壤持水量85%~90%,每公斤土施肥1.5 g N、1.13 g P_2O_5,环境材料9 g的组合,作为提高玉米产量和氮磷肥利用效率的优化组合,在实践中可根据水分情况进行选择。