冬小麦-夏玉米轮作条件下氮素反硝化损失研究

  在北京潮土上研究了冬小麦-夏玉米轮作体系下土壤氮素反硝化损失。结果表明，不同氮肥用量处理，土壤氮素反硝化损失量为4.71～9.67 kg·ha-1。夏玉米生育期是反硝化损失的关键时期。氮肥施用后的1～2周是氮素反硝化损失的最剧烈阶段。土壤N2O的生成、排放与反硝化作用有相似的规律性，N2O可能大部分来自于硝化作用。     

玉米-小麦轮作系统中氮肥反硝化损失与N_2O排放量

应用乙炔抑制-原状土柱培养法研究了玉米-小麦轮作周年中氮肥的反硝化损失和 N2O排放量.结果表明,氮肥产生的 N2O为 1.77～ 2.82 kg N@ hm- 2,占施氮量的 0.49%～ 0.76%;反硝化损失量为 3～ 3.18 kg N@ hm- 2,占施肥量的 0.81%～ 0.86%.玉米与小麦生长期间的氮肥反硝化损失率很相近,分别为 0.7%～ 0.99%和 0.77%～ 0.88%.反硝化作用和 N2O排放与土壤含水量密切相关,有机肥与氮肥混施增加 N2O排放量.反硝化不是该旱作系统氮肥损失的主要途径,但施用氮肥大大增加了 N2O的排放,对环境造成一定的影响.     

潮褐土冬小麦-夏玉米轮作体系氮肥后效及去向研究

【目的】在华北平原地区,研究肥料氮在两个轮作季四茬作物中的后效和去向。【方法】采用田间微区15N示踪试验,前茬设置5个氮素水平：0、75、150、225、300 kgN•hm-2（表示为N0、N75、N150、N225、N300）,副处理为小麦品种：科农9204和河农822,共计10个处理。【结果】在该试验条件下,后三茬作物均能吸收利用第一茬冬小麦残留在土壤中的15N标记肥料。第二茬夏玉米、第三茬冬小麦和第四茬夏玉米对残留15N的利用率分别为6.5%-14.1%、0.9%-2.9%和1.2%-1.6%。四茬作物的叠加利用率显著高于氮肥当季利用率,N75、N150、N225和N300处理叠加利用率分别是53.8%、58.7%、58.6%和55.8%（第一茬为河农822小麦品种）;60.0%、61.3%、60.9%和55.2%（第一茬为科农9204小麦品种）。经过四季作物种植后,土壤剖面中仍有22.3-96.2 kgN•hm-2的氮素残留,残留率为22.1%-32.8%,累积总损失量可达9.3-55.3 kgN•hm-2,损失率为8.9%-18.6%。【结论】在小麦当季,高施氮量条件下肥料主要残留在土壤中,后茬作物可以吸收土壤残留氮肥。土壤中15N含量随施氮量的增加而增加,随着茬口的增多有垂直向下运移的趋势,第一茬作物品种间无显著差异。     

温度和水分对塿土反硝化的影响

温度和水分是制约土反硝化作用的主要因子：３０℃饱和含水量下因反硝化造成的Ｎ２Ｏ—Ｎ产率可达３６．４μｇ·ｇ－１；降低温度、水分，Ｎ２Ｏ产率激剧下降；低于５℃和调萎系数时，Ｎ２Ｏ—Ｎ产率接近１．０μｇ·ｇ－１．室温及５０％饱和含水量时，硫铵和硝铵因反硝化造成的氮素损失不足投入氮素约１％．土发生反硝化的主要层次为２０ｃｍ的表层土壤；低于６０ｃｍ，反硝化产率极低。     

根际反硝化作用与N2O释放

对根际反硝化作用及N2O的释放进行了综述。反硝化过程与N2O的产生及释放有密切的关系。反硝化作用产生的N2O量不仅取决于反硝化速率，而且也取决于那些影响反硝化产物N2O／N2比值的参数。在植物根际这一特殊土壤区域中，反硝化作用受NO3^-,C及O2的综合影响，豆科作物根瘤是一个特殊的根际系统，根瘤菌的反硝化作用及N2O释放应引起更大的关注。植物根际不仅对反硝化作用产生影响，而且对N2O释放也起了重要的通道作用，特别是对渍水土壤有重要的意义。文章最后指出了一些尚需深入研究的问题。     

冬小麦-夏玉米轮作区动态平衡施肥配方的研究

采用定位试验,在冬小麦既定配方的基础上,按13个不同三要素肥料配比,对冬小麦-夏玉米轮作周期中夏玉米产量、肥料综合利用率、经济施肥量进行了研究。结果表明,N∶P2O5∶K2O为1∶0.4∶0.4的配方即施N195,P2O578,K2O78kg·hm-2夏玉米产量最高,按此配方处理的肥料综合利用率也较高,节本增效最显著。回归分析表明,在前茬小麦施N262.5,P2O5180,K2O262.55kg·hm-2,夏玉米施N195kg·hm-2试验条件下,合理的施磷量为68.25～87.75kg·hm-2,即N∶P2O5=1∶(0.4±0.05),既定配方磷的校正值为39±9.75kg·hm-2(比例为0.2±0.05),钾的合理用量为78～97.5kg·hm-2,即N∶K2O=1∶0.4～0.5,钾的校正值为19.5～39kg·hm-2(比例为0.1～0.2),N∶P2O5∶K2O=1∶0.4±0.05∶0.4～0.5较为合理。     

晋南冬小麦—夏玉米轮作体系的氮肥运筹

冬小麦—夏玉米轮作是晋南的主要种植制度。通过田间小区试验,研究了冬小麦—夏玉米轮作体系内氮肥分配(控制氮肥总量420 kg/hm2)对作物产量、农学效率和纯收益及肥料利用率的影响。结果表明,冬小麦—夏玉米轮作体系内氮肥分配量及比例显著影响作物产量、纯收益和氮肥的效率,冬小麦季施总氮55%(231 kg/hm2)、夏玉米季施总氮45%(189 kg/hm2)时,可获得最高的轮作总产量(13 026 kg/hm2)和最大的净收益(22 146元/hm2),氮肥的农学效率和利用率较其他分配方式均有提高,是晋南地区冬小麦—夏玉米轮作氮肥分配的适宜比例。值得指出的是,由于作物生长期间受春寒和夏旱的影响,冬小麦—夏玉米轮作体系内的氮农学效率和氮肥利用率均较低,仅分别为4.6 kg/kg和20.8%。     

冬小麦夏玉米农田土壤呼吸与碳平衡的研究

为探讨不同农作措施下的农田碳平衡规律,研究农田对大气CO2的“源”、“汇”特征,2000年至2003年连续测定了不同秸秆管理、灌溉和氮肥施用等种植措施下华北冬小麦、夏玉米生长季的土壤呼吸。结果表明,农田CO2释放主要受气温、土壤水分状况和有机物投入量等因素的影响。秸秆还田与优化灌溉增加了土壤呼吸的强度,不同农作措施间土壤呼吸的差异主要发生在冬小麦生长季。对农田碳平衡研究的计算结果显示,农田系统在常规种植措施下表现为大气CO2的“汇”。在传统农作措施下,华北冬小麦、夏玉米生长季植物碳净固定量(NPP)与土壤碳排放量(Rm)的比值分别为1.16、1.21。     

不同水分条件下不同土壤微生物类群产N2O量的初步研究

本研究主要是通过微生物分离手段加富培养菜园土中的硝化菌、厌氧反硝化菌和异养硝化/好氧反硝化菌,并在30%、50%和100%3种土壤充水孔隙度(指土壤体积含水量与总孔隙度的百分比,V/V)水分条件下进行无菌菜园土反接种培养实验,研究了不同水分条件下、不同土壤微生物类群的产N2O量。结果表明:30%含水量的灭菌土壤反接种培养,N2O的产生是以异养硝化/好氧反硝化作用为主,自养硝化作用对于N2O亦有贡献,后者产N2O量仅是前者的15.2%～47.2%;而50%含水量的灭菌土壤反接种培养,N2O的产生过程是以自养硝化为主,其N2O产生量几乎是异养硝化/好氧反硝化菌处理的2.1倍。在上述3种水分条件下,厌氧反硝化菌活性均受到抑制,几乎不产生N2O。     

不同施肥制度的川中丘陵区小麦-玉米轮作田N2O排放特征

[目的]研究不同施肥制度对川中丘陵区紫色土小麦-玉米轮作系统氧化亚氮(N2O)排放的影响及排放特征。[方法]设6个处理,即有机肥(OM)、氮磷钾肥(NPK)、氮肥(N)、氮磷钾肥配施秸秆(RSDNPK)、氮磷钾肥配施有机肥(OMNPK)和不施肥(CK)。采用静态箱/气相色谱法对不同施肥制度下小麦-玉米轮作系统N2O排放进行定位观测,分析该系统N2O排放特征、6种施肥制度对N2O排放的影响及环境因子与N2O排放之间的关系。[结果]川中丘陵区紫色土小麦-玉米轮作系统N2O排放总量为0.73～4.51 kg/hm2,大小顺序为OM处理OMNPK处理N处理NPK处理RSDNPK处理CK,与不施肥相比,N2O排放量分别增加了517.8%、369.9%、275.3%、238.4%和212.3%,各处理间差异在0.05水平显著。在同等施肥条件下,氮磷钾肥配施秸秆可有效地控制N2O的排放。[结论]小麦季、休闲期和玉米季对整个轮作周期N2O排放总量的贡献分别为30%、10%和60%;肥料施用是川中丘陵区紫色土小麦-玉米轮作系统N2O排放量增加的主要驱动因子;土壤温度和水分是影响小麦季和休闲期土壤N2O排放的主要因素;降雨是影响玉米季土壤N2O排放的重要影响因素;土壤含水量偏低是川中丘陵区紫色土小麦季和休闲期出现N2O吸收现象的主要原因;若控制川中丘陵区紫色土WFPS50%或80%,则可抑制土壤N2O排放。     

温度、湿度及通气状况对土壤中N2O释放量影响的研究

采用乙炔抑制法,利用气相色谱仪测定土壤中 N_2O 释放量,并研究其影响因素。测定结果表明:温度、湿度及通气状况对土壤中 N_2O 释放量的影响具有显著差异,并且交互作用的差异也达到极显著水平。由温度、湿度与土壤中 N_2O 最大释放量的逐步回归方程式看出,在嫌气条件下温度对反硝化作用的影响比湿度的影响较为显著,而好气条件下湿度的影响要比温度的影响显著。     

Trends of Yield and Soil Fertility in a Long-Term Wheat-Maize System

The sustainability of the wheat-maize rotation is important to China＇s food security. Intensive cropping without recycling crop residues or other organic inputs results in the loss of soil organic matter （SOM） and nutrients, and is assumed to be non- sustainable. We evaluated the effects of nine different treatments on yields, nitrogen use efficiency, P and K balances, and soil fertility in a wheat-maize rotation system （1991-2010） on silt clay loam in Shaanxi, China. The treatments involved the application of recommended dose of nitrogen （N）, nitrogen and phosphorus （NP）, nitrogen and potassium （NK）, phosphorus and potassium （PK）, combined NPK, wheat or maize straw （S） with NPK （SNPK）, or dairy manure （M） with NPK （M1NPK and M2NPK）, along with an un-treated control treatment （CK）. The mean yields of wheat and maize ranged from 992 and 2 235 kg ha-1 under CK to 5 962 and 6 894 kg ha-1 under M2NPK treatment, respectively. Treatments in which either N or P was omitted （N, NK and PK） gave significantly lower crop yields than those in which both were applied. The crop yields obtained under NP, NPK and SNPK treatments were statistically identical, as were those obtained under SNPK and MNPK. However, M2NPK gave a significant higher wheat yield than NP, and MNPK gave significant higher maize yield than both NP and NPK. Wheat yields increased significantly （by 86 to 155 kg ha-1 yr-1） in treatments where NP was applied, but maize yields did not. In general, the nitrogen use efficiency of wheat was the highest under the NP and NPK treatments; for maize, it was the highest under MNPK treatment. The P balance was highly positive under MNPK treatment, increasing by 136 to 213 kg ha-1 annually. While the K balance was negative in most treatments, ranging from 31 to 217 kg ha^-1 yr^-1, levels of soil available K remained unchanged or increased over the 20 yr. SOM levels increased significantly in all treatments. Overall, the results indicated that combinations of organic manure and inorganic nitrogen, or retuming straw with NP is likely to improve soil fertility, increasing the yields achievable with wheat-maize system in a way which is environmentally and agronomically beneficial on the tested soil.     

水热条件对黄土性小麦田N_2O排放特征的影响

以西北地区黄土性冬小麦田为研究对象,观察分析了不同年份小麦在不同生长期、不同水热条件下,各耕层土壤N2O排放的特征.结果表明,降雨和气温与N2O排放通量存在相关性,二者的共同作用引起年际间土壤N2O排放量的差异,而温度效应更大.小麦生长季节大田土壤N2O排放通量的变化与土壤10～20 cm深处温度有显著线性相关,但在孕穗期至开花期,N2O排放通量与土壤温度相关性不明显,其排放通量的升高主要受控于作物根系活动.在适宜土壤含水量范围内,土壤水分增加对土壤N2O排放具有正效应,但与耕层水分相关性未达显著.值得注意的是在干旱缺水条件下土壤N2O排放通量与NH^＋4-N含量大小间呈极显著相关.     

土壤硝化和反硝化作用研究方法进展

综述了近年来土壤中硝化、反硝化作用的主要研究方法,如乙炔抑制法1、5N库稀释法、气体分压方法等,并分析了这些方法的优缺点和适用性。     

麦田土壤反硝化速率变化规律的研究

本试验采用乙炔抑制法,用气相色谱仪测定 N_O 量,以研究麦田土壤含水量、温度及作物生育期对土壤反硝化作用的影响及其变化规律。从中看出,向田间供水后2～4 d,土壤释放 N_2O 量均达到最大值,N_2O 约1.12～1.33 g·hm~(-2)·h~(-1),小麦生育期以孕穗期到扬花阶段,土壤释放的 N_O 量最高。     

土壤质地对小麦和棉花田N_2O排放的影响

1994年—1995年在中国科学院封丘生态试验站通过小区试验研究了土壤质地对小麦和棉花田N2O排放量的影响。结果表明,土壤质地明显影响小麦和棉花田N2O排放量 ,壤质土壤排放的N2O高于砂质和粘质土壤 ,小麦和棉花生长期壤质、砂质及粘质土壤的平均N2O排放通量分别为37.93、23.81、12.90及70.39、45.87、27.85μg N2O -N/(m2·h)。黄淮海平原麦棉轮作土壤年平均N2O排放通量为19.37～51.97μg N2O -N/(m2·h)。     

基于养分专家系统的小麦-玉米推荐施肥效应研究

【目的】探求冬小麦-夏玉米轮作体系科学施肥技术。【方法】采用田间试验研究了小麦、玉米养分专家系统和国际农化服务中心（Agro Services International Inc,ASI）法推荐施肥对冬小麦-夏玉米轮作周期产量、经济效益、养分积累量、肥料利用效率及周年磷钾素平衡的影响。【结果】施肥显著增加冬小麦、夏玉米产量,新郑市航空港区和鹤壁轮作周年分别增产24.75%-65.26%和8.18%-35.53%,施氮分别增产31.14%和24.40%、施磷增产11.62%和9.42%、施钾增产11.52%和8.64%,施氮、磷和钾肥平均增收9 369、4 095和3 923元/hm²。养分专家系统推荐施肥较习惯施肥,植株氮、磷和钾积累量分别增加了7.87%、12.72%和4.79%,分别增产6.63%和4.63%,增收18.27%和20.48%,产投比为4.01,与ASI推荐施肥效果相当。基于养分专家系统推荐施肥的周年氮、磷和钾肥平均农学效率分别为10.99、10.67和10.69 kg·kg^-1,氮、磷和钾肥当季利用率分别为35.82%、22.30%和45.33%。冬小麦、夏玉米秸秆全量还田下,推荐磷钾肥量可实现周年磷钾素分别盈余49.6和71.5 kg·hm^-2。【结论】小麦（玉米）养分专家系统推荐施肥优化了氮磷钾肥配比,促进了冬小麦和夏玉米对氮、磷、钾养分的吸收利用,在冬小麦-夏玉米轮作体系中较习惯施肥具有增产增收效果,肥料利用效率较高,实现了周年磷钾素养分盈余,方便快捷,可在冬小麦-夏玉米轮作区推广应用。     

夏玉米不同施氮水平土壤硝态氮累积及对后茬冬小麦的影响

【目的】探讨夏玉米季不同施氮水平土壤硝态氮（NO3--N）累积及对后茬冬小麦的影响,利用作物轮作降低土壤NO3--N累积,减缓其淋洗,以提高氮肥周年利用率。【方法】夏玉米季设置不同施氮量处理,冬小麦采取节水省肥栽培,研究夏玉米收获后土壤剖面累积的NO3--N对冬小麦生长发育、产量及NO3--N累积动态的影响。【结果】夏玉米季施氮量与作物收获后土壤剖面NO3--N累积量,NO3--N累积量与冬小麦的产量都呈极显著线性正相关关系。冬小麦季采取限氮或不施氮处理作物收获后土壤剖面各层NO3--N含量,与夏玉米收获后相比都有显著降低。夏玉米季施氮240 kg•hm-2、冬小麦季施氮157.5 kg•hm-2（N240+157.5）或者冬小麦季不施氮前茬夏玉米季施氮360 kg•hm-2（N360+0）都能满足冬小麦各生育时期对氮的需求,产量、吸氮量和周年氮肥利用率相近且都保持较高的水平,但夏玉米季高施氮处理,当季氮存在很大的淋洗等损失风险。【结论】夏玉米季施入的氮肥对后茬冬小麦有很强的有效性,小麦季采取节水省肥栽培,能显著减少前茬作物收获后残留的NO3--N,减缓其淋洗,同时保障作物产量,提高氮肥利用率。生产中氮肥的合理分配应充分考虑前茬残留氮素对后茬的有效性。     

东北黑土区不同作物系统氮肥反硝化损失与N_2O排放量

在田间条件下,应用原状土柱培养-乙炔抑制法测定不同作物系统中氮肥反硝化损失和N20排放量.结果表明,在东北黑土旱作系统中土壤氮素反硝化损失量很低不施肥条件下,小麦、玉米和大豆地反硝化损失量分别为0.42,0.48和0.79 kgN·hm-2;施肥条件下为0.84,0.83和0.64 kgN·hm-2,作物间均无显著差异;氮素损失率仅占施肥量的0.61%、0.26%和-0.58%.小麦、玉米和大豆地N2O排放量在不施肥条件下作物间无显著差异,为0.74,0.41和0.48kgN·hm-2;施肥条件下差异极显著,排放量为0.72,1.37和0.44 kgN·hm-2;排放量分别占施氮量的-0.02%,0.69%和-0.14%.在玉米作物上施量较大,极显著地增加N2O排放量;在大豆作物上施肥量较低,表现出极显著地降低N2)排放量;小麦作物上施肥量也低,处理间N2O排放量差异不显著.     

冬小麦/夏玉米轮作系统不同施氮量的长期环境效应及区域氮调控模拟

【目的】针对环渤海区域冬小麦/夏玉米轮作系统氮肥施用量过大,环境效应逐渐增大的实际情况,研究不同氮肥施用量下长期和区域环境效应,明确冬小麦/夏玉米的减氮潜力和区域。【方法】利用定位试验和生物地球化学模型相结合的研究方法。【结果】冬小麦/夏玉米不同氮素施用量15年的模拟结果表明,随着氮肥施用量的增加,作物产量逐渐增加,到两季作物施氮量达到240—300 kg N•hm-2以上时,作物产量增加能力有限,而氮淋溶损失量则逐渐加大,土壤中残留的无机氮素也逐渐增加。与当前区域氮肥施用量364×104 t相比,区域氮肥总量减少30%和优化施肥两种调控方案下环渤海地区总氮素平衡的各个输出项都有不同程度的降低,其中降低幅度最大的是氮淋溶,分别减少了67.23%和79.93%,极大地降低了氮素的环境风险。【结论】环渤海地区冬小麦/夏玉米轮作系统氮素的环境效应有随氮素施用量逐渐增加的态势,目前该种植模式具有减氮的潜力,区域减氮30%能够有效的减少环境效应,节氮潜力最明显的地区在山东东部、西南部和河北中部。