氮肥利用率的研究进展

为了提高作物的氮肥利用率，减少资源浪费、降低环境污染和提高作物产量提供科学依据。文章回顾了国内外近年来氮肥利用率的研究成果，从氮肥利用率的研究方法及影响因素等方面分析了氮肥利用率的研究历史、现状和存在问题。归纳得出中国氮肥利用率较低，施肥缺乏科学性，具体表现为氮肥施用量过大、氮肥挥发及硝化反硝化损失严重、施肥时期及施用量与作物氮素吸收规律不协调、肥料品种较单一等。建议结合测土配方施肥、实时监控管理等技术，合理地确定氮肥种类、用量、施用方式及时期，加强新型肥料及肥料增效剂等新技术的研发和推广，并注重作物氮高效品种资源的挖掘和应用，进而从土壤、肥料、品种、管理方式等多方面提高氮肥利用率。     

东北黑土nirS型反硝化细菌群落和网络结构对长期施用化肥的响应

【目的】探明长期施用氮磷钾化肥对东北黑土农田土壤nirS型反硝化细菌群落和网络结构的影响,为更加合理的肥料配施提供理论依据。【方法】基于农业农村部黑龙江耕地保育与农业环境科学观测实验站平台,选取不施肥(NoF)、氮肥(N)、磷肥(P)、钾肥(K)、氮钾肥(NK)、氮磷肥(NP)、磷钾肥(PK)、氮磷钾肥(NPK)8个施肥处理,借助荧光定量PCR、Illumina MiSeq高通量测序和分子生态网络技术,分析东北黑土nirS型反硝化细菌丰度、群落及网络结构,及影响反硝化细菌群落变异的主要环境因子。【结果】1)长期施用氮肥均在显著增加nirS基因拷贝数的同时,降低了nirS型反硝化细菌的群落多样性,而磷、钾肥对其影响并不显著。2)Proteobacteria是所有处理中的优势反硝化细菌门,相对丰度为16.96%~27.34%,且氮肥的施用促进了隶属于该菌门中Bradyrhizobium的生长。3)PCoA分析结果显示,8个施肥处理nirS型反硝化细菌群落主要分成施氮肥和不施氮肥两组,说明长期氮肥的施用显著改变了东北黑土反硝化细菌的群落结构。结合Mantel test的结果可知,土壤pH是影响nirS型反硝化细菌群落改变的主要因素。4)分别构建施氮肥和不施氮肥的反硝化细菌分子生态网络,发现施氮肥和不施氮肥网络结构存在很大差异,长期施用氮肥明显简化了nirS型反硝化细菌的网络结构,同时使其网络结构稳定性降低,易受外界环境扰动。【结论】尽管施用化学氮肥有利于土壤养分的增加,但其土壤nirS型反硝化细菌群落及网络结构发生了较大改变,而磷、钾肥的施用对反硝化细菌群落无显著影响。本试验结果为进一步研究东北黑土区农田土壤反硝化微生物对不同施肥管理的响应机制提供了重要科学依据。     

秸秆还田下氮肥运筹对夏玉米不同时期土壤酶活性及细菌群落结构的影响

  【目的】  通过研究秸秆还田下氮肥运筹对夏玉米不同生育期土壤酶活性和细菌群落结构的影响，揭示土壤细菌群落对不同施肥措施的响应规律，为调节土壤养分，提高作物产量，改善土壤生物功能提供科学依据。  【方法】  基于河南农业科学院原阳试验基地5年连续定位试验，选取不施肥 (CK)、单施化肥 (氮肥基追比1∶1，N)和秸秆全量还田下氮肥基追比1∶1 (SN1)、1∶1.5 (SN2) 和1∶2 (SN3) 共5个处理，于2016年夏玉米抽丝期和收获期采集0—20 cm土壤样品，采用常规方法测定土壤基础理化性质，采用荧光微型板酶检测技术测定土壤酶活性，采用Illumina Miseq高通量测序方法测定土壤细菌群落结构。  【结果】  秸秆还田下氮肥基追比对玉米产量及氮肥利用率产生明显影响，相比于N处理，SN1处理显著增产9.98%；SN1和SN2处理氮肥利用率分别提高9.83、5.10个百分点。在夏玉米抽丝期和收获期，相比于N处理，秸秆还田下各氮肥运筹处理不同程度地提高了土壤pH、有机碳、全氮和速效钾含量，其中均以SN1处理增幅最为明显。在玉米抽丝期，除土壤磷酸酶外，SN1处理土壤酶活性均为最高；SN1处理对收获期土壤β-葡萄糖苷酶、纤维二糖甘酶、β-木糖苷酶、α-葡萄糖苷酶和酚氧化酶活性的促进最明显。细菌群落除抽丝期SN1与CK处理Shanno指数显著高于N处理而Simpson指数显著低于N处理外，其余处理间差异不显著。各施肥处理下门水平和纲水平的主要优势种群均为变形菌门、放线菌门和α-变形菌纲和放线菌纲。线性判别效应分析 (LEfSe) 显示，不同生育期比较，抽丝期最大LDA（linear discriminant analysis) 值为酸杆菌纲，收获期为芽单胞菌纲；而同一生育期各处理间比较，抽丝期各处理最大LDA值均为变形菌门的α-变形菌纲，收获期均为γ-变形菌纲。典范对应分析表明，抽丝期土壤pH (P = 0.002)、有机质含量 (P = 0.004) 和收获期土壤pH (P = 0.03)、硝态氮 (P = 0.036)、速效钾 (P = 0.044) 含量对细菌群落结构产生显著影响。  【结论】  土壤pH、有机碳、硝态氮和速效钾含量是影响细菌群落结构变化的主要因素。秸秆还田条件下，氮肥运筹显著影响土壤酶活性和细菌群落结构，氮肥基追比为1∶1时可显著提升土壤养分含量和酶活性，提高δ-变形菌纲、绿弯菌纲和TK10 (未分类) 相对丰度，从而更有效地促进秸秆分解和转化，发挥有机质调节土壤养分释放、减少养分损失的作用，最终提高玉米产量和氮肥利用率。     

控释氮肥与普通尿素配施比例和方法对冬小麦灌浆特性的影响

[目的]控释氮肥施用模式影响小麦的灌浆和产量构成因素,利用Richards模型模拟陕西关中地区冬小麦灌浆进程并分析产量构成参数,探究控释氮肥掺混尿素的施肥方式和配施比例对冬小麦增产机理及灌浆特性的影响。[方法]以小麦品种‘小偃22’为供试作物,供试控释尿素的释放期为180天,于2017、2018年在陕西农林科技大学旱区灌溉站进行控释氮肥与尿素配合施用田间试验。共设置3个控释氮肥和普通尿素氮配施比例,依次为8:2 (N2)、7:3 (N3)和6:4 (N4);2种施肥方式,即掺混肥料一次性基施(B,简称基施)和基施控释氮肥+拔节期追施普通尿素(T,简称追施);同时设不施氮肥(CKO)、单施普通尿素(基追比4:6,CK1)和单施控释氮肥(一次性基施,CK2) 3个对照。在分蘖期和返青期统计分蘖数;在成熟期统计穗数,测量穗长、穗粒数、千粒重。从冬小麦开花结束第5天开始,每隔5天取1次样,共取9次,计算千粒重。以花后时间t为自变量,以该时间测得的千粒重(W)为因变量,采用方程W=A/(1+Be~(-Kt))~(1/E),计算灌浆参数和生长势。[结果]施氮能显著提高籽粒千粒重和产量,追施氮可保证灌浆物质来源更加充分,追施氮比例增加,起始生长势增大。适量追氮能延长灌浆持续时间,最大延长11.83天,促使最大灌浆速率出现日提前,最早提前3.791天;各处理在快增期均获得最大生长比率(P_(w2)),与基施处理相比,追施增加了快增期(P_(w2))和缓增期(P_(w3))的持续时间和生长比率,持续时间分别延长1.28～2.27天(T_2)、4.46～7.49天(T_3),生长比率分别增加4.69%～7.80%(P_(W2))和20.12%～37.25%(P_(W3))。基施处理的单位面积分蘖数和有效穗数均高于追施处理,与追施处理相比平均分别增加204.1～264.0个/m~2、29.0～97.1穗/m~2。施肥方式和配施比例的交互作用对产量和单位面积有效穗率具有极显著影响,TN2和BN3产量最高,与CK1相比产量分别提高14.54%和13.09%,与CK2相比产量分别提高11.46%和10.85%;其中,TN2处理千粒重较高,为41.32 g,BN3处理单位面积有效穗数较高,为546.5穗/m~2。[结论]控释氮肥配施普通尿素的比例和施用方法能有效调控灌浆动态和产量构成。本试验条件下,以控释尿素和普通尿素7:3混合后全部基施(BN3)和比例为8:2时追施普通尿素(TN2)的效果最为理想。BN3主要通过增加最大灌浆速率和推迟最大灌浆速率出现日期提高籽粒物质量,并通过单位面积分蘖数保证较高的单位面积有效穗数以提高产量。TN2主要通过保证较高的有效穗率,在灌浆期通过延长灌浆持续时间和提高缓增期的生长比率提高籽粒物质量累积,并获得较高的千粒重以提高产量。在冬小麦生产过程中,优先推荐BN3处理的施氮模式,可在获得高产的同时节约劳动力和成本,但从千粒重角度考虑,TN2处理为较优施氮模式。     

稳定性氮肥减施对春玉米氮素吸收及土壤无机氮供应的影响

  【目的】  稳定性氮肥减量施用在玉米上表现出良好的稳产和增产效果，但缺乏针对不同土壤和气候条件下春玉米生产的推荐施用量。为此，我们在辽中、辽南地区春玉米上开展了稳定性氮肥一次性施用最佳用量试验。  【方法】  2017年在辽宁省沈阳市和海城市两地开展田间试验。供试稳定性氮肥中同时添加了脲酶抑制剂和硝化抑制剂。两个试验区均设置了不施氮处理 (CK)、普通尿素常规施氮量 (CK1) 和普通尿素减氮10%对照 (CK2)。沈阳试验区设置稳定性氮肥比其CK1 (244 kg/hm2) 分别减氮10%、15%、20% 3个处理 (S1、S2、S3)，海城试验区设置比其CK1 (217 kg/hm2) 分别减氮10%、15% 2个处理 (S1、S2)。采集玉米生长季内各生育时期的土壤样品和植株样品，测定土壤无机氮含量和植株不同部位养分含量，每个小区单独采收，记录产量。  【结果】  与CK1相比，稳定性氮肥能显著提高玉米产量 (P < 0.05)，且以减氮15%的S2处理肥效稳定，沈阳试验较CK1增产、增收幅度分别为7.5%、1795元/hm2，较CK2增产、增收幅度分别为11.1%、2808元/hm2；而海城试验产量与CK1没有显著区别，收入减少184元/hm2，与CK2相比，增产19.5%，增收2685元/hm2。与CK1相比，稳定性氮肥处理氮素表观利用率、氮肥农学效率和氮肥偏生产力依次提高10.4%～12.4%、3.4%～6.2%和6.5%～10.8%；与CK2相比，分别提高10.2%～12.2%、3.3%～6.1%和3.3%～7.6%。与普通尿素相比，施用稳定性氮肥显著提高了玉米生育中后期植株氮素吸收强度，稳定性氮肥各处理氮素总积累量表现为S2 > S1 > S3 > CK1 > CK2。土壤无机氮含量主要在0—20、20—40 cm土层表现出较大差异，总体上稳定性氮肥处理 (S1、S2、S3) 耕层土壤无机氮含量在玉米生育前期 (苗期、拔节期) 低于普通尿素处理 (CK1、CK2)，在玉米生育中后期 (大喇叭口期至成熟期) 0—40 cm土层无机氮含量显著高于普通尿素处理，但总体上无机氮含量在0—40 cm土层中变化幅度较普通尿素处理平缓。  【结论】  稳定性氮肥减施可以维持或提高土壤无机氮含量。在沈阳试验点，稳定性尿素施氮量减少15％时，玉米的产量和经济效益、氮素累积总量和氮素表观利用率、氮肥农学效率和氮肥偏生产力等都最高；而在海城试验点，由于普通尿素投入量相对较低，最佳稳定性尿素推荐量为减氮10%。     

不同氮肥类型及配施壳聚糖对八宝景天修复镉污染土壤的强化效果

  【目的】  八宝景天 (Hylotelephium spectabile) 是研究最多的修复Cd污染土壤的植物之一，但还需进一步提高其修复效率以增加其实际应用价值。本研究比较分析了不同氮肥类型以及螯合剂对污染土壤上八宝景天Cd吸收转运的影响及其作用机制，以期为强化八宝景天Cd修复效率提供科学依据和技术支持。  【方法】  采用八宝景天进行了盆栽试验，供试土壤为采自四川绵竹的潴育水稻土和广西阳朔的棕色石灰土，两个土壤Cd含量均超过我国农田土壤污染风险筛选值。在氮磷钾肥料施用量一致的条件下，设置生理中性的碳酸氢铵 (NH₄HCO₃)、生理酸性氯化铵 (NH₄Cl)、生理碱性氨水 (NH₃·H₂O) 以及NH₄HCO₃配施壳聚糖4个处理。八宝景天生长20天后，测定根、茎、叶生物量和Cd含量，并测定了根际土壤pH、有效态Cd含量以及不同形态Cd含量。  【结果】  NH₄Cl较NH₄HCO₃处理降低了两种土壤根际pH，提高了有效态Cd含量。NH₄HCO₃配施壳聚糖处理对根际土壤酸化效果强于NH₄Cl处理，潴育水稻土和棕色石灰土两种土壤根际有效态Cd含量分别较NH₄Cl处理提高18.6%和15.5%。此外，与施用NH₄HCO₃相比，NH₄Cl提高了两种土壤水溶态和弱酸提取态Cd含量，而NH₄HCO₃配施壳聚糖处理虽使水溶态Cd含量增加，但由于壳聚糖与土壤中Cd形成稳定性较强的络合物，同时促进了八宝景天对弱酸提取态Cd的吸收，因此其根际弱酸提取态Cd含量无显著差异。NH₄HCO₃、NH₄Cl和NH₃·H₂O 3种氮肥类型对八宝景天生长和Cd吸收转运的促进作用无显著差别，而NH₄HCO₃配施壳聚糖则使八宝景天生物量较其他施氮处理显著提高了29.6%～79.8%，同时NH₄HCO₃配施壳聚糖对八宝景天Cd吸收转运的促进作用受土壤类型、理化性质和污染程度的影响，对棕色石灰土上八宝景天各部位Cd含量、生物富集系数和转运系数分别提高了16.0%～143.4%、45.8%～137.5%和25.3%～81.6%，而在潴育水稻土上促进作用均较小。  【结论】  在施氮量一致的情况下，施用生理酸性氮肥有利于促进八宝景天Cd吸收，肥料和壳聚糖配施可能是强化八宝景天Cd修复效率的有效措施。其强化效果在中性偏碱性土壤上好于在酸性土壤上。     

氮肥施用对直播冬油菜产量及氮肥利用率的影响

为探明安徽省直播冬油菜种植中适宜的氮肥用量、氮肥种类和施氮方式，通过田间小区试验，研究尿素不同用量及等氮量尿素和控释尿素不同施用方式对直播冬油菜产量、氮肥累积量及氮肥利用率的影响。结果表明：施氮水平和施氮方式对直播冬油菜产量具有显著影响，成株率与产量之间呈显著正相关，施氮量180 kg N·hm^-2条件下，尿素分次施用处理（N180）和控释尿素一次性施用处理（CRU180）在生育中后期能有效提高直播冬油菜密度。施氮量240 kg N·hm^-2、尿素分次施用处理（N240）角壳和茎秆氮素累积量分配比例增加，籽粒分配比例减少，氮肥表观利用率、氮肥农学效率、氮肥生理效率和氮肥偏生产力显著降低，籽粒产量不增反降，较CRU180和N180分别降低2.87%和9.67%。各施氮处理中，N180处理产量最高，较其他施氮处理显著增产7.53%~82.15%。施氮量180 kg N·hm^-2条件下，相比尿素一次性施用处理（U180），CRU180和N180显著增产8.53%和16.69%，籽粒氮素累积量显著增加8.80%和16.02%，氮肥表观利用率显著增加11.68%和14.30%，氮素农学效率显著增加12.53%和24.46%，氮素生理效率增加0.74%和9.13%，氮肥偏生产力显著增加8.59%和16.76%。综合本试验直播冬油菜产量、氮素累积量和氮肥利用率结果来看，合理的氮肥用量和氮肥品种可以有效增加直播冬油菜的成株率和氮素累积量，进而增加产量、提高氮肥利用率。安徽省直播冬油菜施氮量180 kg N·hm^-2，尿素分次施用和控释尿素一次性施用，均能达到产量和氮肥利用率的双向提升。考虑到直播冬油菜轻简化发展大趋势，建议采用控释尿素一次性基施。     

典型乌龙茶产区氮素平衡状况及减排潜力研究

为探讨典型乌龙茶产区氮素平衡状况及温室气体减排潜力，基于2015-2017年在福建省安溪县和武夷山市茶园开展的355户农户调研数据和207个土壤数据，采用Boundary line方法，分析了典型乌龙茶产区的氮肥施用特征、氮素平衡状况以及温室气体减排潜力。结果表明：安溪县茶园平均氮肥投入量509.4 kg·hm^-2，主要来源于复合肥和尿素，全年氮盈余量479.1 kg·hm^-2；武夷山市茶园平均氮肥投入量218.1 kg·hm^-2，主要来源于复合肥，全年氮盈余量189.8 kg·hm^-2；氮素投入与氮养分盈余量之间具有极显著的正相关关系；随着氮素盈余量的增加，土壤全氮含量也随之增加，并且安溪茶园的土壤全氮含量比武夷山茶园更高；基于Boundary line方法，安溪县和武夷山市茶园的氮肥优化用量分别为411.3 kg·hm^-2和157.7 kg·hm^-2；通过优化氮肥投入和管理水平可分别实现安溪县和武夷山市茶园温室气体减排62.0%和68.0%。在安溪县和武夷山市乌龙茶产区中，氮肥施用严重过量，导致氮素盈余量和温室气体排放量较高，应通过优化氮肥用量达到减少氮素过量盈余和降低茶园温室气体排放的目的。     

施氮及添加硝化抑制剂对苜蓿草地N2O排放的影响

为探究旱作紫花苜蓿(MedicagosativaL.)栽培草地氧化亚氮(N_2O)排放对施氮水平及添加硝化抑制剂的响应特征,采用传统静态箱法研究了不同施氮水平[0kg(N)·hm~(-2)(N0)、 50kg(N)·hm~(-2)(N50)、 100kg(N)·hm~(-2)(N100)和150kg(N)·hm~(-2)(N150)]以及添加硝化抑制剂双氰胺(DCD)150kg(N)·hm~(-2)(N150+DCD)对陇东苜蓿草地N_2O排放特征的影响。结果显示,监测期内N0、N50、N100和N150处理N_2O平均排放速率分别为3.5μg·m~(-2)·h~(-1)、4.1μg·m~(-2)·h~(-1)、5.0μg·m~(-2)·h~(-1)和6.1μg·m~(-2)·h~(-1),随着施氮梯度的增加, N_2O排放速率呈增加趋势。添加硝化抑制剂DCD对N_2O排放产生明显的抑制作用。与N150处理相比, N150+DCD处理下苜蓿草地N_2O平均排放速率下降50.7%, N_2O累计排放量显著降低61.6%(P0.05)。施氮对苜蓿产量没有显著影响,而N0、N50、N100和N150处理下单位苜蓿产量N_2O排放量随氮肥梯度的增加而增加,各处理分别为6.5 mg·kg~(-1)、7.8 mg·kg~(-1)、11.3 mg·kg~(-1)和12.5 mg·kg~(-1)。N_2O排放受土壤含水量影响深刻,生长季N_2O排放通量与土壤水分呈显著正相关关系(P0.05),而与土壤温度无显著相关性(P0.05)。综上,旱作紫花苜蓿栽培草地N_2O排放通量随施氮水平的增加明显增加,在相同施氮水平下添加硝化抑制剂DCD能显著抑制N_2O排放。相关研究结果对于该区域苜蓿草地合理施肥以及N_2O减排具有一定的实践指导意义。