稻作水炭运筹下氮肥吸收转运与分配的15N示踪分析

为揭示水炭运筹管理模式下水稻对不同阶段施用氮肥的吸收利用情况,采用田间小区试验与微区结合的方法,应用15N示踪技术分别标记施用的基肥、蘖肥和穗肥,以常规淹灌作为对比,研究两种灌溉模式不同水炭运筹下水稻对基肥、蘖肥、穗肥的吸收利用、积累和转运,以及水稻成熟期不同阶段施用的氮肥在植株各器官的分配情况。试验结果表明：合理的水炭运筹能够显著提高水稻成熟期地上部的氮素总积累量、氮肥吸收利用率和产量;不同水炭运筹下肥料对氮素总积累量的贡献率为17.81%~20.60%,两种灌溉模式之间的差异不显著(P＞0.05);水稻对基肥、蘖肥和穗肥的吸收利用率分别为15.55%~23.31%、31.68%~44.91%、48.82%~71.18%,施加适量的生物炭能够显著提高基肥、蘖肥和穗肥的吸收利用率,浅湿干灌溉模式下水稻植株除对基肥的吸收利用率较低外,对蘖肥和穗肥的吸收利用率均优于常规淹灌;水稻蘖肥和穗肥吸收利用率与肥料总氮素吸收利用率呈极显著正相关(P＜0.01),基肥、蘖肥和穗肥氮素转运对籽粒的贡献率与相应的吸收利用率呈极显著正相关(P＜0.01)。合理的水炭运筹能够提高肥料氮素转运对籽粒的贡献率和氮肥吸收利用率,降低氮肥在土壤中的残留。     

黑土区节水灌溉对各期肥料氮素在土壤中残留的影响

为揭示松嫩平原低温黑土区节水灌溉模式下肥料氮素在稻田土壤中的残留情况,采用在田间小区内原位设置~(15)N示踪微区的方法,分别标记施用的基肥、蘖肥、穗肥,以常规淹灌模式作为对照,研究了稻作控制灌溉模式下水稻收获后各期肥料氮素在稻田土壤中的残留情况,以及残留在稻田土壤中的肥料氮素在0～60cm土层的分布。试验结果表明,不同施氮水平下稻作控制灌溉模式基肥氮素在稻田土壤中的残留率为36.0%～39.9%;蘖肥氮素的残留率为54.9%～57.3%;穗肥氮素的残留率为29.4%～35.4%;肥料氮素在土壤中的总残留率为35.4%～37.1%,相同施氮量下稻作控制灌溉模式下各期肥料氮素在土壤中的残留率均高于常规淹灌,且相同施氮水平不同灌溉模式下肥料氮素在相同深度土层中的残留量差异显著,不同施氮量下稻作控制灌溉模式水稻生长期内施用的基肥、蘖肥、穗肥氮素在稻田表层土壤(0～20cm)中的残留量均高于常规淹灌模式;而在20～40cm和40～60cm土层的残留量均低于常规淹灌,与常规淹灌相比,稻作控制灌溉模式可以提高肥料氮素在根区土壤(0～20cm)中的残留量,减少了肥料氮素损失,同时残留的肥料氮素可以在一定程度上补充黑土区的土壤氮库,有利于黑土区稻田土壤的保护及肥力的提升。相关性分析表明:肥料氮素在土壤中的总残留量除与各时期肥料氮素在土壤中的残留量呈极显著正相关外,与基肥和穗肥氮素在表层土壤的残留量呈显著正相关。研究结果可为制定黑土区稻田适宜的水氮调控模式,有效管理和充分利用土壤残留氮肥,改善黑土区稻田生态环境提供参考。     

15N示踪分析节水灌溉下水稻对不同时期氮肥的吸收分配

为揭示节水灌溉下水稻对肥料氮素吸收利用情况,利用~(15)N示踪技术分别标记施用的基氮肥、蘖氮肥、穗氮肥,将传统淹水灌溉作为对照,研究了稻作控制灌溉模式下成熟期水稻基肥、蘖肥、穗肥氮素的积累量及各时期肥料氮素在水稻地上部各器官的分布情况,并对比研究了两种灌溉方式不同施氮水平下的各期肥料利用率。试验结果表明:稻作控制灌溉模式较传统淹水灌溉显著提高了水稻地上部干物质积累量、氮素总积累量及产量,起到了"节水、高产"的作用;不同施氮量下水稻氮素总积累量中肥料氮素的占比约为16.49%~22.23%,不同灌溉方式之间差异并不显著;不同施氮水平控制灌溉处理水稻的肥料氮素总利用率为31.82%~36.29%、基肥氮素利用率为10.91%~15.36%、蘖肥氮素利用率为34.84%~36.90%、穗肥氮素利用率为55.78%~63.85%,稻作控制灌溉模式下除水稻对基肥氮素的利用率较低外,肥料氮素总利用率、蘖肥和穗肥氮素利用率均优于传统淹水灌溉,肥料氮素得到了高效利用,降低了肥料氮素残留引起环境污染的风险,相关性分析表明:肥料氮素的总利用率与蘖肥和穗肥氮素利用率呈极显著正相关,研究结果可为进一步提高稻作控制灌溉条件下肥料氮素利用率提供理论依据。     

水炭运筹对黑土稻田N2O排放与氮肥利用的影响

为揭示水炭运筹下稻田N2O排放规律,以及各阶段施入氮肥的利用和损失对N2O排放的影响,设置两种水分管理模式(浅湿干灌溉、常规淹灌)和4个秸秆生物炭施用量水平(0、2.5、12.5、25t/hm2),采用田间小区和15N示踪微区结合的方法,研究不同水炭运筹下稻田N2O排放规律,以及基肥、蘖肥和穗肥的吸收利用率和损失率,并分析了N2O排放量与各阶段施入氮肥的利用率和损失率之间的关系。结果表明：两种灌溉模式水稻本田生长期N2O排放规律不同,浅湿干灌溉模式N2O累积排放量显著高于常规淹灌模式(P<0.05),施加生物炭能够有效地减少水稻本田生长期N2O排放总量。两种灌溉模式在分蘖期和拔节孕穗期N2O累积排放量较大,浅湿干灌溉模式的各生育期N2O累积排放量均高于常规淹灌,施加生物炭降低了N2O各生育期累积排放量。浅湿干灌溉模式水稻植株对基肥的吸收利用率低于常规淹灌模式,而对蘖肥和穗肥的吸收利用率显著高于常规淹灌(P＜0.05),施加适量的生物炭能够增加各阶段施入氮肥的吸收利用率。相关性分析表明,浅湿干灌溉模式下N2O排放总量与蘖肥、穗肥吸收利用率呈显著负相关(P<0.05),与基肥吸收利用率呈极显著负相关(P<0.01),常规淹灌模式下N2O排放总量与基肥、蘖肥和穗肥吸收利用率均呈极显著负相关(P<0.01);两种灌溉模式N2O排放总量与基肥和蘖肥损失率均达到显著正相关(P<0.05)。     

水炭运筹下稻田土壤氮素分布与盈亏15N示踪分析

为揭示水炭运筹下铵态氮、硝态氮在不同土层的分布规律和土壤氮素在水稻植株中的分布规律,设置两种水分管理模式(浅湿干灌溉、常规淹灌)和4个秸秆生物炭施用量水平(0、2. 5、12. 5、25 t/hm~2),采用田间小区和~(15)N示踪微区结合的方法,研究了不同水炭运筹下0～60 cm土层NH_4~+-N、NO_3~--N和肥料NH_4~+-~(15)N、NO_3~--~(15)N的累积分布,以及土壤氮素在水稻植株中的分布情况,并计算了不同水炭运筹下的土壤盈亏状况。试验结果表明:浅湿干灌溉模式下,稻田土壤中的NH_4~+-N累积量随土层深度的增加而减小,施加适量的秸秆生物炭增加了0～20 cm土层NH_4~+-N、NO_3~--N累积量,同时减少了20～60 cm土层的累积量。相同秸秆生物炭施用水平下,浅湿干灌溉模式0～20 cm土层中NH_4~+-N、NO_3~--N累积量和肥料NH_4~+-~(15)N、NO_3~--~(15)N累积量均高于常规淹灌模式,浅湿干灌溉模式20～40 cm和40～60 cm土层NO_3~--~(15)N累积量较常规淹灌模式显著降低(P 0. 05)。浅湿干灌溉模式积累的土壤氮素有9. 79%～13. 96%分布在植株叶片,15. 71%～20. 03%分布在植株茎鞘,66. 00%～74. 50%分布在植株穗部。综合考虑寒地黑土区土壤氮库盈亏平衡,浅湿干灌溉模式施加12. 5 t/hm~2秸秆生物炭的水炭运筹模式最优。     

水炭运筹下稻田痕量温室气体排放与水氮利用关系研究

为揭示寒地黑土稻田痕量温室气体的排放规律,以及稻田痕量温室气体排放与水分利用效率（WUE）及氮肥吸收利用率（NUE）间的关系,设置干湿交替灌溉和传统淹水灌溉2种水分管理模式,以及4个生物质炭施用量水平(0、2.5、12.5、25t/hm2),以传统淹水灌溉作为对比,应用15N示踪技术,研究水炭运筹下寒地黑土稻田甲烷和氧化亚氮排放的季节变化规律,明确稻作水氮利用与甲烷和氧化亚氮排放的关系,并计算温室气体的全球增温潜势（GWP）和排放强度（GHGI）。结果表明：生物质炭施用量相同时,传统淹水灌溉模式的甲烷排放通量显著高于干湿交替灌溉模式(P<0.05),而氧化亚氮排放通量均低于干湿交替灌溉模式。干湿交替灌溉模式的甲烷总排放量显著低于传统淹水灌溉模式(P<0.05),而氧化亚氮总排放量高于传统淹水灌溉模式,施加生物质炭对稻田甲烷、氧化亚氮减排效果显著;干湿交替灌溉模式下稻田痕量温室气体的GWP、GHGI显著低于传统淹水灌溉模式(P<0.05),施加生物质炭可以降低稻田痕量温室气体的GWP、GHGI。干湿交替灌溉模式的WUE显著高于传统淹水灌溉模式（P<0.05）,适量施入生物质炭可以增加WUE和氮肥整体、基肥、蘖肥、穗肥的NUE。两种灌溉模式稻田痕量温室气体的GWP和GHGI与WUE均呈显著负相关(P<0.05);两种灌溉模式稻田痕量温室气体的GWP、GHGI与氮肥整体、基肥、蘖肥、穗肥的NUE均呈显著或极显著负相关。     

水炭运筹下水稻根系对氮素吸收利用的15N示踪分析

为揭示水炭运筹下水稻根系对氮素的吸收利用情况,采用田间小区试验与15N示踪微区结合的方法,试验设置两种灌水模式(浅湿干灌溉、常规淹灌)和4个秸秆生物炭施用水平(0、2.5、12.5、25t/hm2),以常规淹灌作为对照,研究浅湿干灌溉模式施加秸秆生物炭对水稻根系形态特征和生理特性的影响,以及根系对肥料和土壤氮素的吸收利用情况。结果表明：施加秸秆生物炭改变了水稻根系形态特征和生理特性,适量的秸秆生物炭提高了根系的主根长、根体积、根鲜质量、根系活跃吸收面积、根系伤流强度和根系活力,优化了根冠比,有利于根系对氮素的吸收;浅湿干灌溉模式水稻根系对肥料-15N和土壤氮素的吸收量与根系伤流强度和根系活力呈极显著正相关(P<0.01),与活跃吸收面积呈显著正相关(P＜0.05),与根冠比呈显著负相关(P＜0.05);浅湿干灌溉模式根系形态特征和生理特性的变化促进了水稻根系对肥料-15N和土壤氮素的吸收,提高了水稻产量和氮肥利用率。其中,浅湿干灌溉模式施加12.5t/hm2秸秆生物炭处理的水稻经济产量、氮肥吸收利用率(NUE)、氮肥农学利用率(NAE)、氮肥偏生产力(NPFP)较不施加秸秆生物炭处理分别提高了13.05%、30.54%、11.67%和13.05%。本研究可为秸秆生物炭在寒地黑土区稻田的应用提供理论依据和技术支撑。     

生物炭施用对节水灌溉稻田土壤N2 O浓度剖面分布的影响

为了揭示生物炭施用对节水灌溉稻田土壤N_2O产生及排放的影响,本研究基于田间试验及微电极技术,分析了节水灌溉稻田土壤N_2O浓度剖面分布对生物炭施用的响应。研究结果表明,在施肥后大部分时段,各处理稻田土壤N_2O浓度自表层至下层呈现降低—增加—降低的趋势,在施肥后初期或后期会有所不同。蘖肥施用后中量生物炭施用(20 t/hm~2)减少了节水灌溉稻田土壤剖面N_2O浓度,穗肥施用后则相反。高量生物炭施用(40 t/hm~2)增加了施肥后部分时段土壤剖面N_2O浓度。淹水灌溉稻田土壤不同深度N_2O浓度均显著高于控制灌溉稻田土壤。控制灌溉稻田N_2O排放增加主要与节水灌溉的无水层管理促进了土壤中产生的N_2O排放有关。研究结果可为更加全面评价节水灌溉稻田的环境效应,实现稻田水土资源的可持续利用提供科学依据。     

生物炭施用对节水灌溉稻田土壤酶活性的影响

为探究生物炭施用对节水灌溉稻田土壤酶活性的影响,基于田间试验,分析了不同水碳调控情景下土壤酶随土层深度及水稻生长的变化规律。结果表明:节水灌溉条件下,施加生物炭对土壤酶活性有一定的提高作用,随着生物炭施用量的增加而增加,但在分蘖期的0~10cm土层出现了降低。同对照相比,中量(20t/hm^2)和高量(40t/hm^2)生物炭施用处理0~40cm土层的土壤过氧化氢酶活性分别增加了1.89%~4.64%和6.67%~8.75%,蔗糖酶活性分别增加了3.21%~23.38%和35.26%~73.43%;与常规灌溉相比,控制灌溉0~40cm土层土壤过氧化氢酶活性和土壤蔗糖酶活性均值分别提高了4.26%~12.44%和4.88%~20.98%。不同生物炭施加量处理的土壤蔗糖酶活性在分蘖期差异显著,在水稻生长的中后期逐渐减弱。稻田各生育阶段的土壤过氧化氢酶酶活性随土壤深度增加先增后减,土壤蔗糖酶活性基本上随土层加深逐渐降低。节水灌溉和生物炭施用的联合应用可以提高稻田土壤酶活性,且高量生物炭施用效果更加明显。     

寒地黑土区节水灌溉下水稻对基肥氮素的吸收分配

【目的】进一步揭示寒地黑土区稻作节水灌溉模式下水稻对基肥氮素的吸收分配情况,以明确不同水氮管理模式下水稻对基肥氮素的吸收利用率。【方法】在田间小区中原位设置15N示踪微区,并施用带有15N标记的基肥,对比分析了淹水灌溉模式和控制灌溉模式下水稻对基肥氮素的吸收及分配以及被水稻吸收的基肥氮素在水稻地上部各器官的累积情况。【结果】与淹水灌溉相比,虽然稻作控制灌溉模式可以有效提高水稻地上部干物质及氮素积累量,但水稻内对基肥氮素的吸收利用量较低。控制灌溉模式下,水稻分蘖期基肥回收率为0.86%～2.60%;拔节孕穗期基肥回收率为1.17%～3.27%;抽穗开花期基肥回收率为15.18%～33.50%;成熟期基肥回收率为10.91%～24.39%,除水稻抽穗开花期和成熟期施氮量为85 kg/hm~2处理外,不同施氮量下控制灌溉模式水稻生育期内地上部植株的基肥氮素积累量和回收率均低于淹水灌溉,基肥氮素的损失量较大。不同施氮量下控制灌溉水稻成熟期时地上部植株吸收的基肥氮素总量的63.99%～72.95%存在于水稻穗部,高于淹水灌溉模式。【结论】稻作控制灌溉模式可以有效提高水稻吸收的基肥氮素,向水稻穗部的运移量,保证了基肥氮素的高效利用。     

不同水氮管理模式下黑土稻田碳固定与碳减排效应分析

为探寻不同水氮管理模式对黑土稻田碳固定与碳减排效应的影响,进行了田间试验研究。设置常规淹灌(F)与控制灌溉(C)两种灌溉模式,选用110 kg/hm²(N)、99 kg/hm²(N1,减氮10%)、88 kg/hm²(N2,减氮20%)3种施氮量,测定了6种水氮管理模式下的水稻土壤呼吸CO₂排放强度和CH₄排放强度,水稻收获后各器官干物质量、碳含量及固碳量,并计算了净土壤碳收支情况。结果表明,不同水氮管理模式下,各处理土壤呼吸CO₂排放量呈现单峰值变化,并在分蘖期达到峰值;各处理甲烷排放量呈现双峰值变化且在分蘖期与穗肥施入后达到峰值。相同灌溉方式下,随着施氮量的减少,土壤呼吸CO₂排放强度与甲烷排放强度也显著减少(P<0.05)。相同施氮量下,控制灌溉相比常规淹灌有效地降低了甲烷排放强度,但提高了土壤呼吸CO₂排放强度。不同水氮管理模式下,水稻收获后总固碳量为319.37～489.00 g/m^2<...     

氮肥减施对节水灌溉稻田NH3与N2O排放及氮肥利用的影响

为探究节水灌溉模式下黑土稻田NH₃、N₂O排放及氮肥吸收利用对减施氮肥的响应规律，以黑龙江省黑土稻田为研究对象，于2021年进行了大田试验，试验设置常规淹灌(F)和控制灌溉(C)2种灌溉模式，全生育期施氮量设置常规施氮水平(N,110 kg/hm²)、减氮10%(N1,99 kg/hm²)和减氮20%(N2,88 kg/hm²) 3个水平，并在F和C灌溉模式下分别设置不施氮肥处理(CK1和CK2)作为对照组，共8个处理。分析了不同灌溉模式下减施氮肥对水稻全生育期NH₃挥发速率和N₂O排放的影响，计算了氮肥气态损失量和损失率，并基于同位素示踪技术进一步估算了水稻对氮肥的吸收利用量及水稻收获后土壤中的氮肥残留量。结果表明：2种灌溉模式下的氮肥气态损失量及损失率均随着施氮量的减少而降低。控制灌溉模式的应用增加了黑土稻田氮肥气态损失，其各处理的氮肥气态损失量及损失率均高于常规淹灌模式下相同施氮量处理。然而同位素示踪结果表明，采用控制灌溉模式能...     

基于DRAINMOD模型的不同灌排模式稻田水氮运移模拟

[目的]研究不同灌排模式稻田水氮动态变化,为南方稻作区节水减排提供科学依据.[方法]基于实测的田间灌排水量及氮素变化数据,采用Morris方法检测DRAINMOD模型水氮运移相关参数的灵敏度,并利用DRAINMOD模型对传统灌排模式和控制灌排模式下稻田水氮动态进行模拟.[结果]20～40 cm 土层侧向饱和导水率对稻田...     

咸淡轮灌和生物炭对滨海盐渍土水盐运移特征的影响

为利用滨海地区微咸水改良盐渍土,进行了不同咸淡水轮灌(淡淡、淡咸、咸淡、咸咸)和施用生物炭(0、15、30 t/hm2)的室内入渗试验,探讨了咸淡轮灌和生物炭施用下滨海盐渍土水盐运移过程.结果表明:滨海盐渍土水分运动主要受初始入渗水质的影响,先咸后淡的轮灌方式更有利于土壤水分入渗,入渗速率增加了8.2％～46.9％,并...     

不同灌溉和施肥方式对杂交稻生长和根际环境的影响

对杂交稻中优218不同灌溉方式和氮肥管理下水稻生长和根际环境的变化进行研究,结果表明,水稻好气灌溉条件下各施肥处理产量均高于传统灌溉处理,产量比淹水灌溉增产10.5%~11.3%,主要表现在每穗粒数增加而提高产量。好气灌溉与淹水灌溉比较各生育期地上部干物重和叶面积指数均增加,土壤氧化还原电位提高,放线菌数量显著增加。增加有机肥降低土壤氧化还原电位和提高放线菌数量,在好气灌溉条件下施相同氮素有机肥放线菌数多于化肥。     

秸秆还田与氮肥运筹对水稻产量及氮素利用的影响

【目的】明确秸秆还田条件下水稻生产合理的氮肥运筹模式,为实现水稻可持续生产提供技术支撑。【方法】以水稻品种吉粳88为试验材料,采用裂区试验设计,主区为秸秆还田(S)和秸秆不还田(S0);副区为氮肥运筹处理,在总施纯氮量为200 kg/hm~2下,设置基肥、分蘖肥、穗肥质量比分别为7∶2∶1(N1)、6∶3∶1(N2)、5∶3∶2(N3)、4∶3∶3(N4)4种氮肥运筹比例,以不施氮肥为对照(CK),研究了秸秆还田与氮肥运筹对群体干物质积累量、水稻产量及产量构成因素及氮素利用效率的影响。【结果】秸秆还田结合适宜的氮肥运筹能够有效增加水稻产量。在秸秆还田条件下,随着基肥占总施氮量比例的降低,水稻产量呈现逐渐降低趋势,N1处理下水稻每穗粒数显著提高,增加有效穗数和结实率,提高水稻产量,且其产量最高比秸秆不还田条件下产量最高的N3处理高7.50%。在同一氮肥运筹模式下,秸秆还田处理水稻分蘖至拔节阶段的群体干物质积累量均低于不还田处理,拔节至抽穗阶段的群体干物质积累量均高于不还田处理,而在抽穗至成熟阶段,只有高基肥处理(N1、N2)的阶段干物质积累量高于不还田处理。在秸秆还田条件下,不同氮肥运筹间表现为随基肥占总施氮质量比例的降低,拔节至抽穗、抽穗至成熟阶段的群体干物质积累量呈逐渐降低趋势,N1处理水稻群体干物质积累量最高。秸秆还田处理的平均氮素积累总量高于秸秆不还田处理。在秸秆还田条件下,不同氮肥运筹间表现为随着基肥所占总施氮量比例的降低,氮肥利用效率呈逐渐降低趋势,N1处理氮肥表观利用率、农学利用率和偏生产力最高。【结论】在秸秆还田为8.0 t/hm~2条件下,氮肥运筹以基肥、蘖肥、穗肥质量比为7∶2∶1时能够有效增加各时期的干物质积累量,提高氮肥利用率及水稻产量,为最佳氮肥运筹比例。