温度、水分和施肥对甜菜黑土氮素迁移转化的影响

以东北甜菜主产区的黑土为材料,采用模拟土柱方法,研究了不同温度(5℃和20℃)、水分(10%,20%和30%)和施肥(尿素)条件对甜菜0—90cm土层土壤无机氮(NH4+-N和NO3--N)迁移转化的影响。结果表明:在整个培养期内,温度和水分对不同施肥处理、不同土层土壤NH4+-N和NO3--N含量的影响不同。不施肥土壤NH4+-N和NO3--N含量在不同水分和温度下均无显著差异。不同温度和水分条件下施肥处理各土层NH4+-N、NO3--N平均含量均随土层深度增加而下降,在相同温度条件下,土壤水分为20%时为甜菜土壤矿化和硝化作用的最适水分,而10%水分时,0—15cm土层土壤硝化作用受到明显抑制。施肥明显增加0—15cm土层NH4+-N、NO3--N含量,分别与不施肥相比增加2.71~16.65倍和1.04~9.05倍。5℃时,NH4+-N、NO3--N在土柱内的迁移距离和硝化作用主要发生在0—15cm土层内;20℃时,主要发生在0—15cm和0—50cm土层内。施肥与不施肥土壤NH4+-N含量与温度、水分均呈负相关,NO3--N含量和硝化率(Nr)呈正相关,多因素统计分析表明,温度和水分的提高可以增强施肥土壤的氮素转化,温度、水分和施肥三者对土壤NH4+-N、NO3--N含量迁移有交互作用,但是对土壤氮素的转化没有显著影响。     

不同施肥措施对旱地玉米土壤硝态氮累积的影响

长期定位试验研究不同施肥措施对旱地玉米土壤(NO3--N)累积的影响结果表明,不同施肥和秸秆还田措施可不同程度造成0~500cm土层NO3--N的累积,且对0~300cm土层NO3--N的累积影响较大。秋施肥秸秆覆盖还田处理产量最高,且土壤NO3--N累积量较低,所造成的环境风险也小,为我国北方半湿润偏旱区适宜施肥措施。     

模拟深松条件下深施磷肥对旱地冬小麦根系生长和水肥效应的影响

通过模拟深松机具下的深施肥技术,研究了深施磷肥对旱地冬小麦产量、根系生长、水肥效应的影响。研究结果表明,深松条件下深施磷肥平均效果比传统施肥增产38.5%,20 cm和40 cm各施一半的效果最好,但深施到20 cm和深施到40 cm之间差异不显著。深施磷肥促进了小麦根系在土层内的生长发育,提高了小麦根系总量,尤其是深层根系总量明显增加,这对旱地冬小麦吸收深层土壤中的水分和养分是十分有利的。深松条件下,深施磷肥的水分利用系数比传统施磷提高了8.4%。此外,深施磷肥有助于冬小麦在整个生育期内磷素的均衡供应,     

旱地春玉米地表覆盖对土壤硝态氮残留的影响

在山西晋中旱塬进行了6年定点定位田间春玉米试验,研究了旱地不同地表覆盖栽培模式对土壤硝态氮残留累积的影响。结果表明,不同覆盖耕作处理对春玉米吸氮量有显著影响,地表覆盖处理春玉米吸氮量均显著高于无覆盖处理,比无覆盖处理增加10.04%~26.29%;种植春玉米6a后,无覆盖(CK)、渗水地膜覆盖(S)、渗水地膜与行间秸秆覆盖(SJ)、普通地膜覆盖(P)、普通地膜与行间秸秆覆盖(PJ)和秸秆覆盖(J)处理中0—300cm土层硝态氮储量依次为818.32,555.42,450.25,421.49,511.49,399.96kg/hm2,CK处理NO3--N主要分布于60-220cm土层,S、SJ、P、PJ和J处理NO3--N主要分布于160—300cm土层;不同降水年型,地表覆盖均能降低氮素在土壤中的累积,但其累积深度有所不同;干旱年份,地表覆盖处理增加0—100cm土层土壤硝态氮的累积,有效降低深层土壤硝态氮的累积;丰水年,地表覆盖处理增加了深层土壤中的硝态氮累积,甚至部分肥料氮已被淋洗到玉米根区以外。因此,应采取合理的覆盖耕作措施减少土壤剖面中NO3--N的累积量。     

不同灌溉方法对不同氮肥在温室土壤-植株中的氮素分配影响

以番茄为供试作物,采用田间微区试验的方法研究了不同灌溉方法和不同氮肥种类对氮素在土壤不同层次间的残留以及在番茄植株不同部位之间的分配。结果表明,在番茄整个生育期内,土壤中无机氮主要以NO3--N的形式存在,NH4+-N所占比例很小。0～100cm土层中,滴灌和沟灌各处理土壤中NH4+-N的含量在整个生育期内含量均比较低(低于6mgkg-1),且变化幅度不大,各土层NH4+-N的含量受灌溉方式和施肥的影响较小。无论是滴灌还是沟灌,番茄全生育期内0～20cm土层土壤NO3--N含量始终较高。沟灌易引起土壤中NO3--N向下层迁移,而滴灌对40～60cm土层及其以下各层次土壤的NO3--N分布影响作用不明显。硝态氮肥较铵态氮肥和酰胺态氮肥更易随水向深层土壤迁移。灌溉方式对肥料15N在果实、茎、叶中的分配比例没有明显影响,肥料15N在番茄地上部分各器官所含的量以果实为最高,其次为叶,茎中的含量最少;两种灌溉方法间肥料15N在果实、茎、叶的分配比例差异不大,平均为2.9∶1∶1.6。     

无机与有机肥配施麦田(紫色土)铵态氮及硝态氮的时空变异

试验研究无机与有机肥配施冬小麦紫色土NH4 -N及NO3--N的时空变异特征结果表明,冬小麦不同生育期施肥后第15d和第120d紫色土NH4 -N含量有两个显著的降低、升高转折点,第15d与N素的硝化作用和挥发作用有关,第120d受此阶段冬小麦的强烈吸收和肥料的矿化释放作用影响较大;土壤NH4 -N和NO3--N含量在不同剖面(0~15cm、15~30cm、30~50cm土层)的分配明显受施用有机肥的影响,有机肥对NO3--N有一定固持作用,阻碍了NO3--N向下迁移,各处理对NO3--N迁移的固持作用表现为秸秆 化肥>猪粪 化肥>鸡粪 化肥>纯化肥处理;土壤NH4 -N与NO3--N含量时空变异有较强的此消彼涨相关性,且施纯化肥处理最明显。     

模拟降雨条件下成垄压实对硝态氮迁移的影响

利用人工模拟降雨研究了成垄压实施肥条件下不同的垄坡度及不同压实的障碍层对硝态氮迁移的影响。结果表明,对一次60mm的降雨,无障碍层存在时,平地施肥条件下NO3--N淋溶剧烈,土壤表层施肥部位的NO3--N仅余总施入量的0.1%左右。垄沟施肥因其将入渗水分与施肥区分开,从而可以降低NO3--N的淋溶。不同的垄坡度对NO3--N的淋溶略有影响,30垄坡条件下上层土壤NO-残留量略大于20、40。相对于不同坡度垄沟,在施肥带部位通过压实形成水分运动的障碍层对防止NO3--N淋溶的效果较为显著,当压实层的土壤容重为1.36g/cm3时,施肥部位残余NO3--N就可达727.40mg,占原施入量的17.2%;对容重1.42g/cm3的压实层,其施肥部位残余NO3--N已占到原施入量的23.6%。以上结果表明通过压实在施肥部位形成障碍层的成垄压实施肥法,减小通过施肥区的入渗水量,从而可减少施肥部位的NO3--N随入渗水分向深层土壤的迁移和累积,这对提高氮肥利用率,保护地下水资源具有重要意义。     

施用磷肥对土壤NO3——N累积的影响

在黄土高原南部的国家黄土肥力和肥料效益监测基地进行的长期定位试验结果表明 ,在小麦 玉米轮作中 ,当年施氮量为N 352kg/hm2 时 ,单施氮肥或氮钾配合的 0～4m土壤剖面的NO3--N累积量达 1000kg/hm2 以上 ,其中约 50%～60%的NO3--N分布在 2～ 4m以下的土层中 ,而氮磷配合的 0～ 4m土壤剖面的NO3--N累积量仅为 220kg/hm2,且 80 %的NO3--N分布在 0～2m的土层中 ,增施磷肥由于增加了氮的吸收和对水分的利用而有效地降低了土壤中NO3--N的累积。     

深耕对黑土水分特征及动态变化影响

水分特征曲线是反映土壤持水性、供水性和水分有效性的重要参数。为明确深耕对黑土土壤水分特征及有效性的影响,通过田间多点取样,比较研究了深耕与常规耕作对土壤水分特征曲线、孔隙组成及水分动态变化影响。研究结果显示:深耕提高土壤饱和含水量和田间持水量,土壤水分特征曲线符合Van Genuchten模型,相关显著;深耕提高土壤有效孔隙比例,有效孔隙增加5.48%~82.00%;深耕提高了0~40 cm土层有效水储量,其中速效储水量和迟效储水量分别比对照增加1.54和1.21倍;深耕改变了作物整个生育期间土壤水分动态变化,5 cm土层土壤受降雨影响波动性大,对照、深耕无差异,15 cm、25 cm土层对照水分高于深耕,60 cm土层土壤水分含量对照低于深耕;对照0~30 cm土层土壤耗水量高于深耕7.8 mm,30~60 cm土层低于深耕7.2 mm,深耕深层土壤水分利用率高,是对照的1.74倍。黑土深耕可提高土壤水分有效性和总储量。     

长期定位施肥对黑垆土剖面养分分布特征的影响

对黄土高原旱地 15年连续施肥后土壤剖面养分分布的研究发现 ,施化肥对土壤剖面有机质、全N、全P含量的影响深达 100cm以下 ,所有施肥处理有机质、全N、全P、NO3--N、有效P含量在耕层 (0～20cm)都有不同程度增加 ;40～60、60～80cm土层有机质、全N、全P都低于长年不施肥处理 ,造成土壤下层养分的亏缺。长期大量施用氮肥造成N素养分下淋累积 ;长期大量施用磷肥土壤耕层有效P显著提高 ,而 20cm以下土层变化不大。     

半干旱区施氮和灌溉条件下覆膜对春玉米产量及氮素平衡的影响

以典型半干旱区干湿砂质新成土（Ust-Sandic Entisols）为供试土壤进行田间试验,研究地膜覆盖、施氮及补充灌水量对春玉米（Zea mays L.）产量、土壤矿质氮（NO3--N和NH4+-N）及氮素平衡的影响。结果表明,0—100 cm土体范围内,随着土层加深,播前和收获后土壤NO3--N含量呈降低趋势,NH4+-N有所增加,但变幅不大;总矿质氮量（NO3--N和NH4+-N）表现为下降。说明地膜覆盖和施氮并没有使NO3--N深层累积量增加,这可能与土壤本身供氮能力严重不足有关。与不施氮相比,施氮各处理氮肥表观损失量增加;与不覆膜相比,作物氮素累积量比不覆膜显著增加（P0.05）。在低灌（80 mm）覆膜和高灌（160 mm）覆膜条件下,玉米的氮肥利用率均比不覆膜均提高了18.8%,说明覆膜低灌在相同施氮条件下,可节约80 mm灌水。但低灌（80 mm）与高灌（160 mm）不覆膜间氮肥利用率差异不显著,表明在相同施氮条件下,覆膜可有效提高氮肥利用率,减少氮素损失。综合考虑籽粒产量和氮肥利用率,“覆膜+补灌80 mm+施氮90 kg/hm2”可能为本试验条件下较优的栽培模式。     

纳米材料胶结包膜型缓/控释肥料的特性及对作物氮素利用率与氮素损失的影响

通过冬小麦－夏玉米轮作下3年6季的田间试验,研究纳米级材料胶结包膜型缓/控释肥料对氮素利用率和硝态氮淋溶损失的影响。结果表明,与普通氮磷钾化肥配施相比,4种纳米级材料胶结包膜型缓/控释肥料提高小麦对氮素的利用率2.80～23.38个百分点,玉米对氮素的利用率1.01～21.63个百分点。在0―80 cm土层,PS、BC208和306处理下土壤硝态氮含量高于普通氮磷钾化肥配施处理,而F208处理低于普通氮磷钾化肥配施处理;在80―160 cm土层,均低于普通氮磷钾化肥配施处理;在接近地下水水位土层（140―160 cm）,减少硝态氮1.61～2.42 mg/kg。4种纳米级材料胶结包膜型缓/控释肥料损失出土壤－作物系统的氮素比普通氮磷钾化肥配施处理减少2.00～24.90个百分点。结果表明,纳米级材料胶结包膜型缓/控释肥料能有效的提高氮素利用率和减少硝态氮的淋溶损失。     

Nitrous oxide emission from soil and from a nitrogen-15-labelled fertilizer with the new nitrification inhibitor 3,4-dimethylpyrazole phosphate (DMPP)

Mineral-N fertilization can lead to a short-term enhancement of N₂O emission from cultivated land. The aim of this field study was the quantitative determination of the short-term N₂O emission after application of a fertilizer with the new nitrification inhibitor (NI) 3,4-dimethylpyrazole phosphate (DMPP) to winter wheat. NO₃^- and NH₄⁺ fertilizers labelled with ¹⁵N in liquid and granulated form were used in specific fertilizer strategies. N fertilizers with higher NO₃^- contents caused higher N₂O emission than NH₄⁺ fertilizers. For fertilizers with NIs, used in simplified fertilizer strategies with fewer applications and an earlier timing of the N fertilization, the N₂O release was reduced by about 20%. Of the total N₂O emission measured, 10-40% was attributed to fertilizer N and 60-90% originated from soil N. Besides the fertilizer NO₃^--N, the microbial available-N pool in the soil represented a further important source for N₂O losses. Compared to liquid fertilizers, the application in granulated form led to smaller N₂O emissions. For fertilizers with NIs, the decrease in the N₂O emission is mainly due to their low NO₃^--N content and the possibility of reducing the number of applications.     

Three-dimensional variability of soil nitrate-nitrogen in an agricultural field

The aim of this study is to evaluate two different approaches [the layered two-dimensional (2-D) method and a full 3-D approach] to describe the 3-D spatial variability of soil NO₃^--N in the top 1 m of an agricultural field of about 1 ha. NO₃^--N concentrations were determined in layers of 5 cm to a depth of 1 m at 26 locations. These samples were complemented with less intensive sampling at only three depths (0-5, 30-35 and 60-65 cm) at 26 other locations and with topsoil (0-5 cm) samples at another 75 locations. Variogram analysis showed a strong anisotropy when the horizontal dimension was compared to the vertical. A nested model of four structures was used to represent a 3-D variogram. This allowed us to predict the average NO₃^--N concentration for blocks of 5ǹ m (horizontally) by 0.05 m (vertically). A cross-validation showed a clear improvement in using the full 3-D interpolation instead of the layered 2-D approach. The full 3-D interpolation seems to be especially useful in situations where knowledge of the 3-D distribution of soil properties is essential to evaluate soil management practices in respect to environmental considerations, like N fertilisation and the subsequent leaching of N to the ground water, or N₂O emissions.     

黄土区退果还耕对黑垆土硝态氮积累和迁移的影响

在黄土高原沟壑区王东沟小流域,针对塬面、梁地和坡地三种地形,分别选取了盛果期果园、老果园和退果还耕地等,研究了退果还耕条件下,三种地貌类型土壤剖面中水分含量变化及NO3--N、NH4+-N积累和迁移规律。结果表明,无论塬面、梁地或者坡地上,果园土壤水分含量显著降低（10%～14%）;果园退耕后,土壤水分开始缓慢恢复。盛果期,塬面NO3--N峰值主要处于100—200 cm之间,退果还耕后,100 cm以上土层中NO3--N含量降低,100 cm以下NO3--N积累量在增加,并且峰值不断向下移动。盛果期果园NO3--N积累量为631～3032 kg/hm2;退果还耕地、老果园NO3--N积累量都显著高于盛果期果园。盛果期40%以上的NO3--N积累在100—200 cm土层,但退果还耕地上50%左右集中分布在200—300 cm土层。土地利用与管理方式的变化对NH4+-N分布特征的影响并不明显。     

元素硫和双氰胺对菜地土壤铵态氮硝化抑制协同效应研究

采用好气培养法,研究了双氰胺（DCD）、元素硫（S0）和元素硫分解中间物（S2O32-）及其组合对蔬菜地土壤氮素硝化抑制作用。结果表明,在培养试验72 d内,DCD+S0、DCD、DCD+ Na2S2O3处理土壤NH4+-N总量分别是N处理的5. 8、5.1、5.9倍;S0、Na2S2O3处理分别是N处理的1.8、1.4倍;而所有硝化抑制剂（DCD、S0、S2O32-）处理土壤NO3--N含量显著低于N处理,表明DCD、S0和S2O32-均能抑制菜地土壤铵态氮硝化。培养试验开始8 d后,Na2S2O3和DCD对铵态氮硝化抑制产生协同效应,16 d后S0和DCD对铵态氮硝化抑制也产生协同效应,这可能是由于S0 氧化中间体S2O32-、S4O62-具有抑制DCD降解作用,延长了DCD硝化抑制作用时间。建议蔬菜生产上推荐使用DCD+S0组合,以提高氮素利用率。     

水氮互作对小麦土壤硝态氮运移及水、氮利用效率的影响

为给强筋小麦(Triticum aeativum L.)高产优质栽培的水、氮合理运筹提供理论依据,在高产地力条件下,选用强筋小麦品种济麦20,设置不施氮（N0）、施氮180 kg/hm2 （N1）、240 kg/hm2 （N2）3个施氮水平,每个施氮水平下设置不灌水（W0）、底墒水+拔节水+开花水（W1）、底墒水+冬水+拔节水+开花水（W2）、底墒水+冬水+拔节水+开花水+灌浆水（W3）4个灌水处理,每次灌水量均为60 mm,研究了水氮互作对麦田耗水量、土壤硝态氮运移、氮素利用效率和水分利用效率的影响。结果表明,（1）增加施氮量,开花期和成熟期0—140 cm各土层的土壤硝态氮含量显著升高;增加灌水时期,土壤硝态氮向深层的运移加剧,成熟期0—80 cm各土层的土壤硝态氮含量降低,120—140 cm土层的土壤硝态氮含量升高。N1W1处理在开花期0—60 cm土层的土壤硝态氮含量较高,成熟期土壤硝态氮向100—140 cm土层运移少,有利于植株对氮素的吸收。（2）随施氮量的增加,子粒产量先升高后降低,以N1最高。N1水平下,W1处理获得了较高的子粒产量、子粒氮素积累量、氮素利用效率、氮肥农学利用率和氮肥偏生产力;在此基础上增加冬水(W2),上述指标无显著变化;再增加灌浆水(W3),上述指标显著降低。（3）施氮提高了小麦对土壤水的利用能力,随施氮量增加,土壤供水量及其占总耗水量的比例显著升高。N1水平下,W1处理获得了最高的水分利用效率;再增加灌水时期,水分利用效率显著降低,开花至成熟阶段的耗水模系数显著升高,灌水量占总耗水量的比例升高,降水量和土壤供水量占总耗水量的比例降低。本试验条件下,施氮为180 kg/hm2,灌底墒水＋拔节水＋开花水3水的N1W1处理,是兼顾高产、高效的水氮运筹模式。     

Mineralisation of <Superscript>15</Superscript>N-labelled sheep manure in soils of different texture and water contents

In order to investigate the effect of soil water and texture on C and N mineralisation of applied organic matter, sheep manure was sandwiched between two halves of intact soil cores and incubated at 20°C. The soils contained 10.8% (L1), 22.4% (L3) and 33.7% (L5) clay, respectively, and were drained to seven different matric potentials in the range -15 to -1,500 hPa. Evolution of CO₂-C was determined during 4 weeks of incubation. Contents of NO₃^--N, ¹⁵N and microbial biomass N were determined at the end of the incubation. The net release of CO₂-C from the manure (estimated as the difference between soils with and without manure) and the total CO₂-C evolution from soils with manure was not related to soil water content. Most CO₂-C evolved from manure-amended soils in the least clayey L1 soil. The manure caused immobilisation of soil NO₃^--N but the soil matric potential had no major effects on the net NO₃^--N production. Less than 1% of the manure ¹⁵N was found as NO₃^--N at the end of the incubation. When unamended, the sandy L1 soil held the least N in microbial biomass but the largest increases in biomass N caused by manure application were found in this soil. Despite the higher increases in microbial biomass N in the L1 soil, the total content of microbial biomass N in soils with manure application peaked in the most clayey soil (L5). The recovery of manure ¹⁵N at the end of the incubation ranged from 89% to 102%. The variation in ¹⁵N recovery was not related to soil clay content nor to soil matric potential. The experimental set-up was designed to mimic field conditions where manure is left as a discrete layer surrounded by structurally intact soil. In this situation the soil clay content and the soil water level appeared to have little influence on the C and N turnover in the manure layer.     

不同硝铵比对霞多丽葡萄幼苗生长和氮素营养的影响

采用沙培试验,设置了等氮条件下5种不同硝铵比营养液处理,探讨了氮形态对霞多丽葡萄幼苗生长和氮素营养的影响。结果表明,霞多丽幼苗的生长量以硝铵比70/30时最大,全铵营养时最低;植株根系氮的平均吸收量在硝铵比为70/30时为最大值,达到70.89%,全铵营养时为最低值;叶片中的氮浓度和总氮量以全硝营养最大,全铵营养最低,后者仅是全硝营养的61.8%和19.46%。霞多丽幼苗根系内NH4+-N浓度与营养液中NH4+-N的浓度成极显著正相关(r=0.9805),且当铵态氮比例超过30%时根系中NH4+浓度显著增加。叶片中硝酸还原酶的活性以硝铵比70/30最高,当铵态氮比例大于30%,再继续增加铵态氮的比例时,显著抑制了叶片中硝酸还原酶的活性;而对根的硝酸还原酶活性无明显影响。试验证明,硝铵比70/30是霞多丽较适宜的氮素形态配比,较高比例的铵态氮增加了植株器官中NH4+的浓度,抑制了霞多丽幼苗的生长及对氮素的吸收积累。     

铵、硝营养对水稻叶细胞膜H+-ATPase和质子泵活性的影响

用两相法分离铵态氮(NH4+-N)和硝态氮(NO3--N)培养的水稻苗期叶细胞膜,并测定了细胞膜H+-ATPase水解活性和质子泵活性,以期阐明铵、硝营养对水稻叶细胞膜H+-ATPase的影响。结果表明,叶细胞膜H+-ATPase活性最佳pH值均为6.2。 NO3--N培养的水稻叶细胞膜H+-ATPase的水解活性、Vmax和Km均显著高于NH4+-N培养的水稻叶;Western Blot分析结果看出,NO3--N培养的水稻叶细胞膜H+-ATPase酶浓度也高于NH4+-N培养的水稻叶,说明NO3--N培养的水稻叶中单位细胞膜上的H+-ATPase酶分子数量大于NH4+- N培养的水稻叶,这与细胞膜上H+-ATPase蛋白的表达量升高有关。此外,NO3--N培养的水稻叶质子泵初速度和膜囊体内外H+浓度梯度均高于NH4+- N培养。由于NO3-的跨膜运输是与细胞膜上H+-ATPase紧密联系的主动运输过程,NO3--N培养的水稻叶片细胞膜H+-ATPase活性和质子泵活性高可能与水稻叶细胞吸收大量NO3-有关。