基于15N示踪的库尔勒香梨园氮素去向研究

【目的】研究库尔勒香梨对15N肥料的利用、转移规律，探讨肥料在土壤和树体之间的氮素循环过程。【方法】采用15N同位素示踪技术，以6年生库尔勒香梨为供试材料，在新疆维吾尔自治区库尔勒市恰尔巴格乡下和什巴格村5队进行田间微区试验，每株均匀施入普通尿素N 667 g与 15N-尿素N 10 g，其中60%在果树萌芽前施用，剩余40%在膨果前期追施。分析库尔勒香梨从萌芽前期至果实成熟期氮素利用、土壤氮素残留及氮素气态损失特征。【结果】1) 随着生育时期推移，库尔勒香梨树体的生长中心不断变换，盛花期至新梢旺长期，树体的生长由根转换为叶和根两个中心；在果实膨大期和果实成熟期，则转化为根、果实和叶三个中心。库尔勒香梨氮肥利用率随生育期的推进而不断提高，在果实成熟期达到最大为18.5%。2) 0—120 cm土壤剖面中NO₃?-N和NH₄+-N残留量随着土层深度的增加逐渐减少，0—60 cm土层残留量显著高于60—120 cm土层。随着生育期推移，土壤剖面中NO₃?-N和NH₄+-N残留率不断减小，在果实成熟期残留率最低，分别为13.9%和8.41%，无机氮残留率为22.31%。3) 土壤氮素损失中，氨挥发和N₂O排放量仅为总损失量的4.19%，其中主要以氨挥发为主。【结论】氮肥回收率随生育期的推进 (除果实膨大期) 不断减小，于果实成熟期达到最小为41.0%；损失率与回收率趋势相反，在果实成熟期损失率高达59.0%。萌芽前期至果实成熟期氮肥去向表现为氮肥损失 > 土壤残留 > 树体吸收。     

施氮量对库尔勒香梨园氨挥发和氧化亚氮排放的影响

为了解库尔勒香梨园土壤氮素气态损失，采用密闭式集气法和静态箱气相色谱法对不同氮肥用量下的土壤氨挥发和氧化亚氮排放进行研究，并设置了5个处理：不施肥（N₀P₀K₀）、不施氮肥（N₀PK）、施氮150 kg·hm^-2（N₁PK）、施氮300 kg·hm^-2（N₂PK）、施氮450 kg·hm^-2（N₃PK）。结果表明：氨挥发速率和氧化亚氮排放通量均在施基肥和施追肥后第4天出现峰值和次峰值，且氨挥发速率和氧化亚氮排放通量均随着施氮量的增加而增大；各处理氨挥发累积量达到27.886～44.416 kg·hm^-2·a^-1，施氮处理氨挥发净损失量达到6.726～16.197 kg·hm^-2·a^-1，各处理氧化亚氮累积量达到341.616～531.960 g·hm^-2·a^-1，施氮处理氧化亚氮净损失量达到90.452～185.412 g·hm^-2·a^-1，氨挥发累积量和净损失量与氧化亚氮累积量和净损失量均随着施氮量的增加而增加；施氮处理氨挥发净损失率为2.720%～4.480%，氧化亚氮净损失率为0.038%～0.060%，氨挥发和氧化亚氮净损失率随着施氮量的增加均表现为先减小再增大；施用氮肥能显著增加0～20 cm和20～40 cm土层中铵态氮和硝态氮含量；相关分析表明，氨挥发速率和氧化亚氮排放通量与施氮量和土壤温度呈极显著正相关关系；N₂PK处理的库尔勒香梨产量最高，达到6 213.5 kg·hm^-2，且氨挥发净损失率和氧化亚氮净损失率均最小，为2.720%和0.038%。从库尔勒香梨园土壤氮素气态损失和生产角度看，纯氮用量为300 kg·hm^-2时最佳。     

基于15N示踪的库尔勒香梨园土壤 无机氮残留分布特征

为给香梨园氮肥的应用提供参考,以6年生库尔勒香梨园土壤为对象,采用~(15)N同位素示踪技术,研究果实成熟期香梨园土壤剖面(0～120 cm)残留无机氮(N-NO_3~-和N-NH_4~+)的分布特征。结果表明,库尔勒香梨果实成熟期0～120 cm各土层硝态氮含量为8.94～11.96 mg/kg,铵态氮含量为6.92～9.88 mg/kg,无机氮积累量为45.06～54.16 kg/hm~2,土壤剖面各土层中土壤无机氮残留总量随着土层深度的增加逐渐下降。0～60 cm土层深度各土层的~(15)N-NO_3~-或~(15)N-NH_4~+残留量占~(15)N残留总量的比例显著高于60～120 cm各土层(P 0.05),表明~(15)N-NO_3~-和~(15)N-NH_4~+主要富集于果园土壤上部(0～60 cm)。~(15)N肥料残留的~(15)N-NO_3~-和~(15)N-NH_4~+在0～60 cm土层最多,分别为2.21、1.57 g,占~(15)N-NO_3~-残留总量的63.14%和~(15)N-NH_4~+残留总量的69.17%。在库尔勒香梨园土壤中,~(15)N肥料无机氮残留率高达20.67%,主要以硝态氮形式存在于土壤中,残留率为12.54%,以铵态氮形式被土壤固持的残留率为8.13%。     

基于~(15)N的‘库尔勒香梨’园土壤N_2O排放特征

【目的】N_2O作为重要的温室气体,其潜在增温作用约为CO2的190～270倍,为准确掌握源自肥料的N_2O损失状况。【方法】以6年生‘库尔勒香梨’园土壤为研究对象,采用~(15)N示踪技术,密闭式静态箱-气相色谱法对梨园土壤N_2O排放通量、累积量和Ndff值(~(15)N尿素对土壤氮素气态损失的贡献率)进行监测与分析。【结果】施肥、灌溉及温度均会影响梨园土壤N_2O排放通量、累积量及Ndff值。施肥后N_2O排通量、累积量和Ndff值,在施基肥和追施肥处理的4 d后均达到峰值;土壤N_2O排放量在灌水时期明显增加,且土壤N_2O排放通量表现为下午(16:00—20:00)中午(12:00—16:00)上午(8:00—12:00)夜间(20:00—8:00),土壤N_2O累积量表现为夜间(20:00—8:00)下午(16:00—20:00)中午(12:00—16:00)上午(8:00—12:00);土壤N_2O排放与土壤温度、土壤含水量之间均呈显著正相关(p 0.001)。~(15)N尿素贡献的~(15)N_2O的Ndff值变化表现为下午(16:00—20:00)中午(12:00—16:00)上午(8:00—12:00)夜间(20:00—8:00)。源于土壤原有氮素的N_2O排放量为0.893 3 g·plant-1,占N_2O总损失量的87.43%;而源自肥料的N_2O损失量为0.1284 g·plant-1,仅占总损失量的12.57%。【结论】‘库尔勒香梨’果园N_2O排放主要源于土壤原有氮素的N_2O排放。     

库尔勒香梨树体生长与15N的吸收及分配动态

为给库尔勒香梨园合理施肥及氮肥利用率的提高提供参考,以6年生库尔勒香梨为研究对象,采用~(15)N同位素示踪技术,研究萌芽前期至果实成熟期库尔勒香梨树体生长和氮素吸收、分配动态。结果表明:库尔勒香梨树体基径随着生育期的推移逐渐增大,于果实成熟期达到最大(8.71 cm);库尔勒香梨叶片的叶面积指数、叶绿素SPAD值和叶片光合速率均随着香梨年生育期的推进呈现先增大后减小的趋势,均在第2个快速膨大期达到最大,分别为2.40、42.03和12.50μmol/(m~2·s);在年生育末期,库尔勒香梨单株树体的生物量为19 958 g,氮素积累量为199.44 g,各器官中以当年新生器官果实的生物量和氮素积累量为最高,分别占整株树体生物量和氮素积累量的33.33%和25.08%。不同生育期~(15)N在树体内的运转随生长中心的变化而变化。盛花期~(15)N在1年生枝中的分配势最强,新梢旺长期和第2个快速膨大期~(15)N在叶片中的分配势最强,果实成熟期~(15)N在果实中的分配势最强。在果实成熟期库尔勒香梨树体当季~(15)N肥料利用率为17.35%。     

不同施氮水平对库尔勒香梨园土壤氨挥发损失的影响

为探究不同施肥处理对库尔勒香梨园土壤氨挥发的影响,选取6年生库尔勒香梨树为研究对象,在香梨年生育期内,设置了不施肥(N_0P_0K_0)、不施氮肥(N_0PK)、低氮量(N_1PK)、中氮量(N_2PK)、高氮量(N_3PK)5个处理,采用密闭式集气法对不同施肥处理的氨挥发进行田间定位测定。结果表明,不同施肥处理氨挥发速率在一天内的表现为:晚上(20:00～08:00)上午(08:00～12:00)中午(12:00～16:00)下午(16:00～20:00)。日积量夜间白天。不同施肥处理氨挥发年生育期累积量表现为:N_0P_0K_0N_0PKN_1PKN_2PKN_3PK。温度、灌水、施氮对库尔勒香梨园土壤氨挥发均有显著影响,施氮对库尔勒香梨园土壤的氨挥发影响最大。施氮处理N_1PK、N_2PK、N_3PK的氨挥发年生育期累积量分别为34.94、36.38、44.42 kg·hm~(-2)·年~(-1),氨挥发净损失率分别为4.48%、2.72%、3.60%。N_2PK处理的库尔勒香梨产量最高,达到6 213.50 kg·hm~(-2),且氨挥发净损失率最小,为2.72%。综合生产及环境效益,推荐本区域库尔勒香梨园的最佳施氮量为300 kg·hm~(-2)。