不同氮效率玉米品种对土壤硝态氮时空分布及农田氮素平衡的影响

阐明不同氮效率玉米品种对土壤硝态氮时空分布及农田氮素平衡的影响, 是挖掘品种氮素高效利用的生物学潜力, 提高氮素供应与作物需求的匹配度, 进而提高氮肥利用效率的重要途径。本研究以氮高效玉米品种郑单958、金山27和氮低效玉米品种蒙农2133、内单314、四单19为材料, 在不同施氮量下(0、300和450 kg hm^-2), 系统研究了不同氮效率玉米品种对土壤硝态氮时空分布、农田氮素平衡的影响, 并分析了植株氮积累量与土壤硝态氮累积量的关系。结果表明, 不同施氮水平下, 氮高效品种的产量、氮素吸收效率、氮肥利用率都显著高于氮低效品种; 相关分析表明植株氮素积累量与土壤硝态氮累积量呈显著负相关。从土壤硝态氮时空分布来看, 随生育进程, 土壤硝态氮含量最大土层逐渐下移, 下移速率不受品种氮效率影响, 其年际间差异与降雨量差异显著相关; 但吐丝后氮高效品种的60~100 cm土壤剖面内硝态氮含量显著低于氮低效品种, 差异达显著水平; 收获后土壤硝态氮残留量则表现为氮低效品种显著高于氮高效品种, 且随施氮量的增加显著增加。从农田氮素平衡来看, 品种的氮效率显著影响农田土壤氮素残留及表观损失, 氮低效品种的农田氮素表观损失是氮高效品种的2.2倍(300 kg hm^-2)和1.5倍(450 kg hm^-2), 且年际间差异较大。因此, 不同氮效率品种通过对氮素的差异性吸收显著影响农田氮素平衡。选用氮高效品种可显著降低土壤中硝态氮残留和表观损失, 降低氮素淋溶风险, 是提高氮肥利用率的有效途径。     

综合农艺管理对夏玉米氮效率和土壤硝态氮的影响

通过对播种方式、播种时间、施肥时期及用量和收获时间等农艺措施的优化组合,设置综合农艺管理和施氮量试验,研究了对夏玉米氮效率和土壤硝态氮积累的影响。结果表明,随着施氮量的增加,氮肥偏生产力显著提高,氮肥农学利用效率显著下降,氮素利用效率和氮收获指数先增加后降低,施氮184.5 kg hm^-2时达到最高;施氮显著提高了花前氮素积累量和0~30 cm土层硝态氮累积量;0~30 cm土层硝态氮累积量随施氮量的增加逐渐提高,即单一氮肥运筹下,氮效率不能持续提高,且土壤硝态氮积累量却因增施氮肥而逐渐升高。综合农艺管理的再高产高效处理(Opt-2)的氮肥偏生产力、氮肥农学利用效率、氮素利用效率和氮收获指数均最高;花前氮素积累量较低,收获后植株氮素积累总量高于农民习惯处理且低于超高产处理;玉米收获后,0~30 cm、30~60 cm和60~90 cm土层硝态氮累积量均低于农民习惯处理,即通过优化的综合农艺管理,夏玉米氮效率显著提高,生育期内氮素积累趋势合理,玉米收获后土壤硝态氮积累量较低。     

河北露地蔬菜土壤硝态氮淋溶特征及影响因素研究

为提高氮素的利用率和经济效益,减少氮素对环境和地下水产生的污染,以河北露地蔬菜土壤为研究对象,采用田间定位试验和室内分析相结合的方法,研究不同氮肥用量对甘蓝及白菜产量、氮肥利用效率、土壤硝态氮含量和硝态氮淋溶的特征及影响因素。结果表明:施氮量、降雨量和灌溉方式对硝态氮的淋失有显著影响,施氮量越高,土壤及淋溶液硝态氮含量越高、蔬菜产量及氮肥利用率越低、氮淋失风险越大。其中,优化施氮量OPT处理效果最明显,与农民习惯用量FP相比,产量增加9.2%、氮肥利用率提高8.3%~30.6%、土壤及淋溶液硝态氮的含量分别降低1.3%和43.2%。综合经济效益与生态效益,优化施氮量OPT处理最为合理,是增加农民收入和环境友好型的推荐施肥量。     

施氮量对糯玉米产量及土壤氮动态的影响

研究了不同氮肥用量对糯玉米产量、氮肥利用率、铵态氮和硝态氮累积及其土壤剖面分布的影响。结果表明:适量施氮可提高作物产量,过量施氮未表现出增产效果,氮肥利用率降低,糯玉米的氮肥效应方程:Y=13189+28.50X-0.11X2。施氮量可显著影响土壤中硝态氮的累积和分布,但对铵态氮的影响较小。当施氮(N)量达到270kg/hm2水平时,土壤硝态氮累积量远高于其他施氮水平,增加了土壤硝态氮的残留,同时,因降雨或灌溉的作用而向下层土壤移动,造成硝态氮的淋失,对环境造成潜在威胁。     

氮肥实时监控技术对冬小麦产量及养分效率的影响

为了高效利用氮肥,通过2005-2007年定位试验,应用氮素实时监控技术研究小麦最佳施氮量。结果表明,推荐的施氮量与农户习惯施氮量相比,氮肥的施用量大幅减少,3年累积节约氮肥投入903 kg/hm2。由于该技术实现了氮肥供应与小麦需求的同步,因此,产量较农户习惯施氮增加6.1%,收益增加1833元/hm2,同时,氮肥的利用效率、农学利用率以及偏生产率显著提高,而土体硝态氮的累积与淋洗则大幅下降。小麦应用氮素实时监控技术,可以实现产量增加、养分效率提高及生态环境保护的协调一致。     

氮素实时管理对冬小麦产量和氮素利用的影响

为实现氮素效率和小麦产量的协同提高,以山东省泰安市和兖州市为试验地点,连续2年在4个田块上进行了基于土壤硝态氮测试的氮素实时管理试验。与农民习惯施肥相比,优化施氮处理提高产量0.87%～10.44%,平均5.82%;而氮肥用量减少38.61%～53.29%,平均46.70%;氮素吸收效率、氮素表观利用率和氮素农学效率分别增加36.67%～85.69%、58.49%～267.69%和34.16%～410.58%;氮肥偏生产力升高74.23%～124.87%;产/投比提高78.50%～112.09%。说明应用土壤硝态氮测试进行小麦氮肥实时实地管理达到了减少氮肥用量,提高氮素利用效率,增加产量和经济效益的目的。     

氮肥形态对槟榔幼苗全氮含量、土壤有效氮和酶活性的影响

为提高槟榔树氮肥的利用效率,筛选槟榔树生长过程中偏好的氮肥形态。本试验采用盆栽土培方法,以两叶一心槟榔幼苗为材料,分别用酰胺态氮肥(尿素)、硝态氮肥(硝酸钠)和铵态氮肥(氯化铵) 3种形态氮肥对槟榔幼苗进行处理,以不施氮肥为对照,研究氮肥形态对槟榔幼苗氮素吸收、土壤氮素有效性和酶活性的影响。结果表明:槟榔植株及各器官全氮含量在不同形态氮肥处理60 d后,铵态氮肥酰胺态氮肥硝态氮肥对照,各器官氮素含量为:叶片茎杆根系;与对照相比,不同形态氮肥处理均显著提高了土壤硝态氮含量;酰胺态氮肥和铵态氮肥处理下土壤铵态氮含量明显提高;各氮肥形态处理下槟榔幼苗根际土壤酶活性几乎全部高于非根际土壤。以上结果说明,施用氮肥能显著提高槟榔幼苗植株氮素吸收,有利于根际和非根际土壤有效氮含量和酶活性的提高,但槟榔幼苗更偏好吸收氨态氮肥。本研究结果不仅可以为槟榔合理施用氮肥提供依据,同时也为氮肥减量控释研究提供了理论基础。     

不同氮素形态配比的复混肥对玉米苗期生长及氮肥利用效率的影响

采用温室盆栽试验,研究复混肥料中不同氮素形态配比对2种土壤玉米苗期生长及氮肥利用效率的影响。结果表明,在黑土上,施用酰胺态氮为单一氮素形态的复混肥料时,玉米的出苗率明显下降;而用部分铵态氮替代酰胺态氮后制成的混合态氮和由铵态氮与硝态氮构成的复混肥对玉米的出苗率影响较小;不同氮素形态配比的复混肥对潮土上生长的玉米出苗影响较小,各处理的出苗率可达到90％以上。生长45d玉米苗的地上和地下部的生物量,在黑土上均以全酰胺态氮的配方最高,地上部干重较其他配方增加10％左右;而在潮土上则以铵态氮与硝态氮配方的效果最好,铵态氮和酰胺态氮混合的配方在2种土壤上均较差。玉米苗期的氮素累积量及氮肥利用率,在2种土壤上均以在复混肥料中含有适当比例硝一铵态氮的配方最高。     

潮土区夏玉米高产与环境友好的氮肥投入量研究

为了明确河南省潮土区夏玉米高产与环境友好双赢的氮肥投入量,通过田间试验,研究了不同施氮量对夏玉米产量、土壤剖面无机氮残留量及氮肥利用率的影响。结果表明:施氮能够显著提高玉米籽粒产量、植株地上部吸氮量和土壤无机氮残留量。随着施氮量增加,玉米产量先增加后降低,以施氮量187.5 kg/hm~2处理最高,150 kg/hm~2和225 kg/hm~2处理次之,三者差异不显著;植株地上部吸氮量先增加后降低,187.5 kg/hm~2处理最高;氮肥利用率逐渐下降;土壤中硝态氮残留量增加;土壤硝态氮残留量与施氮量呈显著正相关关系(R2=0.986,n=6)。综合考虑玉米产量、土壤硝态氮残留量及氮肥利用率,144.4~187.5 kg/hm~2是潮土区夏玉米高产与环境友好双赢的氮肥投入量。     

基于土壤硝态氮时空分布的玉米氮肥施用分析

研究了不同施氮水平对玉米产量、氮肥效应、氮素平衡以及对环境的影响。结果表明,施氮量为225kg／hm^2（处理N3）时,产量最高达8378．02kg／hm^2,比对照（处理N00）增产29．78％,达极显著水平;土壤剖面硝态氮浓度曲线呈波浪状变化趋势,40em土层附近出现一个累积峰;适量施氮有利于土壤无机氮平衡,过量减产施氮（N;）使氮素损失高达230．53kg／hm^2,氮素利用率降至10．47％;兼顾玉米产量、经济效益和生态效益的最高施氮量为249．06kg／hm^2。     

土壤肥力和灌水组合对小麦植株-土壤系统氮素平衡的影响

采用15N示踪技术，在池栽群体条件下，研究了三种土壤肥力和两种灌水量组合对冬小麦生产系统氮素平衡的影响，结果表明：（1）不同处理氮肥的当季吸收利用率变化在39.08%~53.08%，土壤残留率在21.80%~33.59%之间，损失率变化幅度为18.81%~34.62%，植株吸收积累氮素中的29.88%~47.55%来自肥料；证明，采用不同土壤肥力和灌水量组合来调控小麦生产系统的氮素平衡具有较大的空间。（2）随土壤肥力的提高，植株吸收的总氮和土壤氮量显著增加，但营养体滞留量增加，向子粒的分配比例减少；而对肥料氮的吸收量则表现为中肥>高肥>低肥；氮肥损失率表现为低肥>高肥>中肥，残留率无明显变化，说明土壤肥力达到本实验的中等水平后再继续提高，会给肥料氮的吸收利用带来不利影响，但可有效降低对肥料氮的依赖。（3）增加灌水量在不同土壤肥力条件下均可促进对总氮的吸收量，但对土壤氮吸收的促进作用远高于肥料氮，同时也提高了肥料氮的损失率、降低了土壤残留率和向子粒的分配率。（4）提高土壤肥力和增加灌水量均可提高小麦的经济产量、生物产量和土壤A值，降低收获指数；子粒蛋白质含量随肥力的提高而增加，随灌水的增加而下降。     

不同氮肥管理条件下设施黄瓜硝态氮淋失量研究

以黄瓜为研究对象,在日光温室内采用小区试验的方法,研究不同供氮水平下硝态氮淋失特征。结果表明,处理OM+N1PK黄瓜产量最高,且黄瓜植株和果实中氮吸收量最高,达253.56 kg/hm²;0.9 m深处设施黄瓜硝态氮淋失量的大小顺序为,NPK＞OM+N1PK＞OM+NPK＞OM＞CK。施用化肥硝态氮淋失量最高,达205.52 kg/hm²,施用有机肥的处理硝态氮淋失量分别降低11.39%、21.98%、42.27%;1 m土体的硝态氮累积量处理OM+N1PK明显高于其他处理,且表层0~20 cm累积量最高,高达389.66 kg/hm²,可为下茬作物提供氮素营养。总体来看,有机肥与化肥配合施用处理OM+N1PK提高了黄瓜产量和氮吸收量,提高了土壤对硝态氮的吸附能力,增加了表层土壤中硝态氮累积量,降低了硝态氮的淋溶损失,减低了环境风险。     

纳米膨润土包膜氮肥对晚稻产量与氮素利用率的影响

采用大田试验,研究了不同比例纳米膨润土包膜氮肥及不同施氮水平对晚稻生长、产量和氮素利用率的影响。结果表明：施用纳米膨润土包膜氮肥处理的产量、千粒重、穗粒数等均显著高于空白处理(CK),其中施用氮肥处理比CK处理的产量高出21.53%~28.01% (P＜0.05),不同施氮水平下施用纳米膨润土包膜氮肥对晚稻产量差异有影响, 10%纳米膨润土包膜氮肥在不减氮、减氮20%及减氮30%时,产量分别为7178.54、7220.28、7236.95 kg/hm2,与常规氮肥处理(7095.21 kg/hm2)相比,增加了1.17%、1.76%和1.99%,差异均不显著(P＞0.05),15%纳米膨润土包膜氮肥不减氮时产量为7270.30 kg/hm2,增加2.47% (P＞0.05),减氮20%~30%时减产0.12%~3.17% (P＞0.05);施用纳米膨润土包膜氮肥的处理,结实率均低于常规氮肥处理,差异不显著(P＞0.05);纳米膨润土包膜氮肥在减氮条件下,SPAD值无显著差异(P＞0.05)。成熟期籽粒中氮素累积量,施氮肥处理极显著高于不施肥处理,且以15%纳米膨润土包膜氮肥减氮20%时氮素积累量最高(68.92 kg N/hm2);纳米膨润土包膜氮肥的氮肥利用率(49.3%~67.1%)高于常规氮肥处理(46.5%) 2.8%~20.6%,氮肥利用率均有所增加,综合产量、结实率和氮肥利用率等考虑,10%纳米膨润土减氮20%的效果更佳。     

Nitrogen fertilizer application rates on cereal crops according to available mineral and organic soil nitrogen

From all plant nutrients N fertilizer rates deserve highest attention as too high rates may result in nitrate leaching, volatilisation of N₂O (greenhouse gas) and affect the farmers’ profit. Too low rates will also depress the profit. The problem is accentuated by the fact that crops not only feed from soil inorganic but also from organic soil N. Most soil N tests do not consider the available organic soil N. The Electro-Ultra-Filtration (EUF) method applied by us takes into account the EUF extractable inorganic and organic soil N for calculating the N fertilizer rate. This method developed at the Liebig University Giessen is called Giessen model (sampling in autumn out of the upper soil layer, 0–30 cm). We compared it with the standard soil N test the “Nmin method” recommended by German officials which method does not consider the available organic soil N (sampling in spring out of three or two soil layers, depending on soil depth). The investigation was carried out on farmers’ fields on five different sites with winter cereals (wheat, barley) in 1989/1990, 1990/1991 and 1991/1992. Recommended fertilizer application rates differed somewhat for both methods. Of the 23 cases, significantly higher grain yields were obtained five times by Nmin and four times by EUF; otherwise grain yields did not differ significantly between both methods. Grain yield and crude protein concentration were increased by fertilizer N compared with the plots without N fertilizer. On the site Giessen, however, there were some cases in which the N fertilizer did not increase grain yield. The soil of the Giessen site was rich in interlayer NH₄⁺ which is not recovered by the EUF and Nmin method, but which obviously contributed to the N supply of the crop, and therefore the N rates were too high. Grain crude protein concentration were higher with Nmin for Wernborn and Bruchkobel sites because of higher N fertilizer rates. For the Giessen site in 1989/1990 the reverse was true. Nitrogen agronomic efficiency (AE) ranged from 0 to 35.6. Apparent N recovery (ANR) ranged from 0 to 111. The gross profit differed from −88 to 489 Euro/ha. Negative values (three cases out of 23) were found on the Giessen site where no yield increase was obtained by the N fertilizer because of interlayer NH₄⁺. This interpretation is supported by the finding that interlayer NH₄⁺ significantly decreased from autumn to spring. Apart from the results found in 1 year on the Giessen site, the gross profit calculation showed that a precise N fertilizer application based on soil analysis yields a high profitability of cereal production.     

滴灌水肥一体化下施氮量对小麦氮素吸收及土壤硝态氮含量的影响

为探明华北地区山前平原水肥一体化条件下小麦合理的氮肥运筹。于2013-2015年2个小麦生长季,设置4个滴灌施氮量(N0-不施氮、N1-120 kg/hm~2、N2-240 kg/hm~2、N3-360 kg/hm~2)处理,研究滴灌水肥一体化下施氮量对小麦氮素吸收积累和土壤硝态氮含量的影响。结果表明:施氮量N1、N2和N3处理的小麦干质量及产量较处理N0显著增加,N1、N2和N3处理间无显著差异;施氮量对小麦茎秆的氮含量影响较大,但对籽粒氮含量的影响差异不显著;处理N3的小麦总吸氮量分别显著高于处理N0、N1和N2,但处理N1和N2之间无显著差异;氮肥收获指数以N2处理最高,氮肥当季回收利用率、氮肥农学效率、氮肥生产效率和氮肥利用效率均表现出随施氮量增加而降低的趋势;施氮量超过240 kg/hm~2,土壤硝态氮含量增加,且随种植年限的延长更加明显。采用一元二次方程拟合,获得小麦最高产量的施氮量为238.46~250.78 kg/hm~2,经济施氮量为174.28~207.18 kg/hm~2。综合考虑经济效益和生态效益,该条件下小麦滴灌经济施氮量以174~207 kg/hm~2为宜。     

不同施氮量对马铃薯-小麦轮作体系产量及土壤氮素平衡的影响

为了明确不同施氮处理对马铃薯-小麦轮作产量及其土壤养分平衡的影响,在内蒙古马铃薯繁育中心中旗试验基地进行肥力定位试验。以不施肥处理为对照（CK）,设置4个氮肥施用量梯度处理,分别是不施氮肥处理（N0）、减氮2/3处理（ON1）、减氮1/3处理（ON2）、农户习惯施氮处理（FN）,研究马铃薯-小麦轮作产量年际变化以及土壤氮素平衡特征。研究表明：与FN相比,ON2的产量没有降低反而有所增加;同时,ON2的植株氮素吸收积累量高于FN,氮肥生产效率高于FN处理;ON1、ON2的耕层（0~30cm）土壤无机氮残留显著低于FN,而马铃薯-小麦轮作体系中氮素的表观损失主要发生在小麦种植季。本研究初步认为：在内蒙古马铃薯-小麦轮作区氮素过量施用地区,对马铃薯-小麦轮作体系氮肥减施1/3可实现作物的稳产、提高氮素利用率,同时有效降低氮肥对环境污染的风险。     

施氮量对小麦花后氮素分配及氮素利用的影响

为研究黄淮海麦区化肥投入不断增加,而产量却徘徊不前的问题,以当地主栽品种矮抗58和周麦22为材料,采用4个施氮水平（0、120、240、360kg/hm ²）和品种的二因素分析方法研究了施氮量对小麦植株地上部各器官氮素分配及氮素利用的影响。结果表明：开花期至成熟期小麦植株地上部各营养器官氮含量和氮素积累量均下降。施氮量对开花期和成熟期小麦植株地上部各器官氮含量的影响均达显著水平,增加氮肥能显著促进小麦营养器官氮素向子粒转运和花后氮同化。开花期周麦22叶片氮素转运量优于矮抗58。矮抗58和周麦22花后氮同化量均以施氮量360kg/hm ²最高,花前氮素积累转运量对子粒贡献率达60.25%~97.55%,子粒氮收获指数为59.82%~79.48%,随施氮量的增加而呈下降趋势。施氮量120kg/hm ²处理的氮素养分利用效率、农学利用效率及生产效率均最高。增施氮肥对小麦子粒产量有显著促进影响,矮抗58在施氮量为360kg/hm ²时有最大子粒产量,周麦22在施氮量为240kg/hm ²时有最大子粒产量。推荐矮抗58和周麦22在黄淮海麦区的施氮量为240~360kg/hm ²。     

不同氮肥抑制剂对小麦产量、土壤肥力、氮肥利用率的影响

为减少氮肥施用量,提高氮肥利用效率。添加氮素抑制剂是提高小麦氮肥利用率的有效途径之一。采用大田试验,在减氮10%的条件下,添加脲酶抑制剂N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)、氢醌(HQ)和硝化抑制剂3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)、双氰胺(DCD)对小麦产量、土壤肥料、植株氮磷钾含量的影响。结果表明：与100%尿素对照相比,DCD、DMPP、NBPT和HQ氮肥抑制剂均增加了小麦产量和氮肥利用率,其中DMPP处理的小麦产量达到了显著水平(P<0.05),且均增加了土壤pH,降低了土壤有效磷含量,对土壤有机质和速效钾影响不大,其中硝化抑制剂DCD、DMPP增加了土壤碱解氮含量,脲酶抑制剂NBPT和HQ降低了土壤碱解氮含量,DMPP和HQ增加了小麦植株氮、磷含量,DCD和NBPT降低了小麦植株氮、磷含量,4个氮肥抑制剂均降低了小麦植株钾含量。总之,DMPP和HQ的减肥增效效果最理想,能够有效增加小麦产量,促进小麦对氮素的吸收利用,提高氮素利用效率,缓解土壤酸化。     

秸秆还田条件下适量施氮对冬小麦氮素利用及产量的影响

2011—2012和2012—2013年生长季,通过田间定位试验,研究了秸秆还田配施氮肥对冬小麦干物质积累、氮效率、土壤硝态氮积累及产量的影响。与单施氮肥(对照)相比,秸秆还田显著提高冬小麦全生育期干物质积累总量,降低开花前干物质积累量及其占全生育期比例;秸秆还田配施纯氮225 kg hm–2处理的氮肥偏生产力、氮素利用效率、氮素收获指数分别提高7.5%、6.4%和5.2%。秸秆还田显著降低了不同土层硝态氮积累量,尤其是0~30 cm和30~60 cm土层。秸秆还田配施纯氮225 kg hm–2的产量最高,且显著高于其他处理,增产幅度最大,因此可作为当地秸秆还田模式下适宜推荐的施氮量。