曹娥江干流氮素与水环境因子时空变异特征

氮素是作物的营养元素,以及河流主要水质指标之一,也是引起水体污染、水体富营养化的主要因素,对氮污染的控制与研究已经成为水体环境与生态保护工作的重点。通过对浙江省绍兴地区的曹娥江干流上7个取水断面的一周年(12个月)的实地水质监测,分析了曹娥江干流水环境因子(降水量、水温、pH值、溶解氧、浊度、电导率)与水体中总氮(TN)、可溶态氮(DN)、铵态氮(NH4 -N)、硝态氮(NO3--N)的时空变异特征。结果表明:(1)大田作物作业期间的降水会引发农田氮素流失,从而增加水体中的总氮浓度,而大量的降水在引起氮素流失的同时,也可以起到稀释水体中总氮的作用;(2)可溶态氮浓度平均占总氮浓度的74%,可溶态氮对总氮的贡献具有决定性的地位,其在时间上的变化趋势与总氮相一致,在空间上呈现出从上游到下游下降的趋势;(3)在时间上铵态氮的浓度与水体温度呈负相关关系。空间上铵态氮从上游到下游呈现出下降趋势;(4)在时间上硝态氮浓度与水温呈正相关关系,而空间上却没有明显的变化趋势。     

日光温室黄瓜叶片功能性状对施氮量的响应

随着现代生态学的内涵延伸,植物个体功能性状在种群、群落和生态系统尺度上,都已成为明确植物个体和生态系统与环境协同变化规律的可靠途径。通过透射电镜法观察了黄瓜叶片的组织形态,并测定了黄瓜叶片化学组成和氮代谢相关酶活性。结果表明:黄瓜叶片的组织形态与化学组成之间具有协变关系。无氮和高氮胁迫条件下,黄瓜叶片中N, P, K含量较低,相对应的是叶绿体中片层结构混乱,脂质小球数量多,并且高氮条件下,叶肉细胞中淀粉粒数量显著增加(P 0.05)。相关性分析结果表明,黄瓜叶片生理性状、养分组成与土壤理化性质之间均存在关联。黄瓜叶片酶活性与土壤碱解氮和pH相关性较强。CAT, NR和GS活性均与土壤碱解氮含量显著正相关,MDA活性与土壤碱解氮含量显著负相关(P 0.05),CAT和GS活性与土壤pH值显著负相关。研究以个体生态学特征为依据,明确了日光温室黄瓜叶片功能性状对不同施肥策略的响应规律,弥补了传统群体生态学应用方面的不足,对于提升日光温室农业生态服务功能具有指导意义。     

土壤初始含水率对浑水膜孔灌肥液自由入渗水氮运移特性影响

为了探究浑水膜孔灌肥液入渗在不同土壤初始含水率下水氮运移特性,通过室内肥液入渗试验,研究了不同土壤初始含水率(6.02%,7.40%,8.23%,10.08%和13.20%)条件下入渗特性、湿润锋运移、土壤水分分布以及铵态氮和硝态氮的运移特性,建立了浑水膜孔灌肥液入渗累积入渗量、各向湿润锋运移距离与土壤初始含水率之间的关系,提出了不同土壤初始含水率的累积入渗量以及各向湿润锋运移距离的经验模型。结果表明:累积入渗量、各向湿润锋运移距离以及湿润体内水分和氮素的分布规律均受到土壤初始含水率的影响;同一入渗时刻,累积入渗量随土壤初始含水率的增大而减小,而湿润锋运移距离却呈现出随时间增大的趋势;土壤初始含水率越大,湿润体体积越大,湿润体内水分、铵态氮以及硝态氮分布范围越广;土壤初始含水率越大,入渗系数K值越小,入渗指数α越大。灌水结束时,湿润体内铵态氮绝大部分分布在湿润体半径r≤5cm范围内,而湿润体半径10cmr5cm范围的土壤铵态氮含量随土层深度的增加而降低,当湿润体半径r≥10cm时,铵态氮含量明显降低;硝态氮主要集中分布在由膜孔中心至半径为10cm范围内,水平方向和垂直方向硝态氮含量均随着膜孔中心距离的增加而降低,距离膜孔中心越近硝态氮含量越高;在同一位置处,铵态氮和硝态氮质量分数均随土壤初始含水率的增大而增大;随土壤水分再分布,湿润锋逐渐下移,湿润体内铵态氮逐渐向下运移且其含量呈现降低趋势;随时间继续运移,上层土壤硝态氮含量逐渐减小,下层新湿润体中硝态氮含量逐渐增加,整个湿润体内硝态氮含量分布趋于均匀。研究成果为进一步研究浑水膜孔灌肥液入渗氮素运移及转化奠定了基础。     

基于地区和土类的吉林省农田耕层土壤氮素时空变化特征

为明确吉林省农田耕层土壤氮素营养的时空变化特征,基于2005—2013年间测土配方施肥项目测定的土壤全氮和碱解氮数据,分析吉林省不同地区、土类农田耕层土壤氮素养分的空间变异特征,并与第2次土壤普查数据对比,探讨土壤氮素养分的时间变化趋势。结果表明,目前吉林省农田耕层土壤全氮含量为0.4~3.9g/kg,平均为(1.62±0.60)g/kg,碱解氮含量为15~360 mg/kg,平均为(145.0±59.5)mg/kg。不同土类之间全氮和碱解氮含量的高低顺序一致,均以暗棕壤最高,平均分别为(2.02±0.57)g/kg和(190.2±72.80)mg/kg,其后依次为白浆土、水稻土、黑土、草甸土、黑钙土和风沙土;空间变异方面,吉林省农田耕层土壤氮素营养水平呈自东向西逐渐下降的分布特征,全氮和碱解氮含量在县域尺度上存在显著正相关关系;时间变化方面,吉林省农田耕层土壤全氮和碱解氮含量相比第2次土壤普查均呈明显上升趋势,中部地区变化最显著,西部地区变化相对较小。不同土类之间,黑土、黑钙土、草甸土和风沙土呈上升趋势,而暗棕壤、白浆土和水稻土出现下降,其中以风沙土的增加和暗棕壤的下降最明显。综上所述,吉林省农田耕层土壤氮素营养状况在空间上存在显著差异,时间上也发生了巨大变化。建议中部粮食主产区应严格控制作物施氮量以提高氮肥效率,降低环境风险,东、西部地区应因地制宜优化氮肥管理以提升地力,实现增产增效。     

氮肥基追比例对测墒补灌小麦植株氮素利用及土壤氮素表观盈亏的影响

以中筋小麦济麦22为试材,在小麦拔节期和开花期0—40cm土层土壤相对含水量均补灌至70%和总施氮量为240kg/hm~2条件下,设置5个氮肥基追比例处理:0∶10(N1)、3∶7(N2)、5∶5(N3)、7∶3(N4)、10∶0(N5),研究测墒补灌节水栽培条件下氮肥基追比例对小麦植株氮素利用和土壤氮素表观盈亏的影响。结果表明:N3处理的植株氮素积累量、籽粒氮素积累量显著高于其他基追比例处理;营养器官氮素积累量、土壤矿质氮损失量、氮肥表观残留率和氮肥表观损失率显著低于其他处理。与N1、N2、N4、N5处理相比,N3处理的氮素生理利用率分别高33.22%,12.60%,11.54%,98.14%,籽粒氮素利用率高148.65%,56.48%,59.63%,229.29%,氮肥农学效率高96.52%,34.86%,37.64%,204.98%,氮素表观盈亏量分别低35.04%,13.82%,30.36%,29.30%。根据不同氮肥基追比例下各指标的相关系数分析表明,植株氮素积累量、籽粒氮素积累量、氮素生理利用率、籽粒氮肥利用率、氮肥农学效率与土壤硝态氮积累量、成熟期0—200cm土层土壤矿质氮残留总量均呈显著负相关。综上,氮肥基追比例为5∶5的N3处理为试验条件下的最优处理。     

细沟侵蚀阶段玉米季坡耕地氮素流失特征

研究紫色土区坡耕地玉米全生育期细沟侵蚀阶段水土及氮素流失规律,以期为研究区氮素流失有效防控提供科学依据。采用人工模拟降雨与野外径流小区相结合的方法,开展降雨强度为1.5mm/min条件下玉米全生育期细沟侵蚀阶段地表径流、壤中流和侵蚀泥沙中氮素流失特征的研究。结果表明:细沟侵蚀阶段,玉米各生育期地表径流量、壤中流量和侵蚀产沙量总体表现为随降雨时间延长呈先增加后平稳的变化趋势。地表径流中总氮、可溶性总氮、硝态氮和侵蚀泥沙中总氮流失量总体呈现先增加后平稳的趋势,而地表径流中铵态氮流失量变化趋势在降雨前期呈现波动性变化,降雨后期逐渐平稳。壤中流中总氮、可溶性总氮、硝态氮、铵态氮流失量则随着降雨时间延长呈现平稳的变化趋势。细沟侵蚀阶段地表径流中氮素流失总量在玉米苗期最大,为628.77mg/m2;壤中流中氮素流失总量在拔节期和抽雄期最大;侵蚀泥沙中氮素流失总量在苗期最大,为144.95mg/m2。壤中流为氮素流失主要途径,硝态氮为氮素流失主要形态。     

不同缓控释氮肥对连作春玉米产量及氮肥去向的影响

在山西省连作春玉米区连续4年设置大田定位试验,设置不施氮肥(CK)、一次性基施尿素(CU1)、追施尿素(CU2)、树脂包膜尿素(PCU)、硫包衣尿素(SCU)、多酶金缓释尿素(MEU)6个施肥处理,研究施用缓控释氮肥对春玉米产量、氮肥去向及氮素平衡的影响,为春玉米氮素养分的科学管理技术提供参考。结果表明:(1)缓控释氮肥处理能够明显提高春玉米产量,促进氮素吸收。与CU1处理相比,SCU、MEU、PCU和CU2处理可分别提高春玉米产量17.51%,9.88%,9.62%,9.48%,同时氮肥农学利用效率分别提高7.5,4.2,4.1,4.1 kg/kg。(2)不同缓控释氮肥处理的作物吸收肥料氮以及肥料氮在0-100 cm土层残留量之间存在显著差异。SCU、MEU、PCU、CU2和CU1的氮肥表观利用率分别为36.1%,32.5%,26.5%,26.7%,19.5%,肥料氮在0-100 cm土层残留量分别占施氮量的28.5%,31.6%,35.7%,35.5%,39.1%。此外,与一次性基施尿素相比,缓控释氮肥能够显著降低肥料氮的损失,SCU、MEU、PCU和CU2分别降低了22.65%,18.81%,8.99%,8.47%。(3)综合分析不同氮肥处理的农田氮素平衡,SCU处理的春玉米吸氮量最高,为261.5 kg/hm^2,其次是MEU,为253.5 kg/hm^2。SCU的0-100 cm土层残留量在缓控释氮肥中最低,为124.1 kg/hm^2,MEU和PCU分别为131.04,140.09 kg/hm^2。SCU处理的氮表观损失量最低,为106.3 kg/hm^2,MEU和PCU分别为111.6,125.1 kg/hm^2。在山西省春玉米主产区土壤上,缓控释氮肥能够显著促进春玉米对氮素的吸收,减少氮素损失。硫包衣尿素和多酶金缓释尿素的效果相对较好。     

控释氮肥全量基施对宁夏引黄灌区水稻氮素利用效率和淋失的影响

利用田间小区试验研究了控释氮肥全量基施对宁夏水稻产量、氮素利用效率和淋洗损失的影响,为控释氮肥全量基施技术在宁夏引黄灌区应用提供技术依据。以"宁粳50号"水稻品种为研究对象,以不施氮肥(CK)为对照,参考农民常规施肥(FP)施氮量,设置了4个控释氮肥减量施用处理:控释氮肥135 kg/hm~2(C-135)、控释氮肥180 kg/hm~2(C-180)、控释氮肥225 kghm~2(C-225)和控释氮肥270 kg/hm~2(C-270)。对水稻产量、氮素吸收和利用效率、水稻生育期不同深度淋溶水浓度和淋失量进行测定和分析。结果表明:C-180处理和C-225处理在氮肥用量分别降低了25%和40%的条件下,水稻籽粒产量没有降低,原因在于提高了水稻的有效穗数和穗粒数。与FP比较,控释氮肥施氮量控制在270 kg/hm~2以下时,控释氮肥全量施用各处理氮肥利用率显著提高,C-135、C-180、C-225处理氮肥利用率分别比FP处理提高了10.22,11.10,12.75个百分点。控释氮肥各处理水稻生育期内田面水和不同土体深度淋溶水中的TN浓度均低于FP处理,且延迟了田面水中TN浓度峰值出现的时间,减少了因稻田排水和径流导致的氮素损失。FP处理全生育期氮素淋洗损失总量为24.57 kg/hm~2,控释氮肥各处理素淋洗损失总量在11.54～17.35 kg/hm~2,其中C-180,C-225处理总氮淋失量分别比常规施肥降低了46.17%和49.40%。综合考虑水稻产量和氮素损失因素,宁夏水稻控释氮肥全量基施适宜施氮量在180～225 kg/hm~2。     

若尔盖高寒沼泽湿地退化过程中土壤有机氮组分的演变特征

为明确湿地退化过程中土壤有机氮组分的变化及其生物有效性,采用实地采样调查、室内分析与数理统计法,研究若尔盖自然湿地保护区内相对原生沼泽(RPM)向轻度退化沼泽(LDM)、中度退化沼泽(MDM)、重度退化沼泽(HDM)退化过程中土壤有机氮组分的演变特征及与有效氮的耦合关系。结果表明,当沼泽发生中度、重度退化时,土壤全氮(TN)含量分别降低33.4%～77.8%、69.4%～93.7%(P0.05),碱解氮(AN)含量分别降低36.8%～80.2%、57.6%～82.2%(P0.05)。4类湿地土壤的酸解氨态氮、氨基酸态氮、未知态氮含量均按RPM、LDM、MDM、HDM的顺序降低。与RPM相比,HDM土壤酸解氨态氮与未知态氮含量分别降低66.3%～70.8%、62.2%～78.4%(P0.05),MDM和HDM土壤氨基酸态氮含量分别降低47.2%～68.6%、85.7%～86.7%(P0.05)。氨基糖态氮含量随着湿地退化先升高后降低。随着湿地退化程度的加剧,氨基糖态氮与酸解氨态氮占全氮的比例上升,而氨基酸态氮的比例下降。酸解氨态氮和未知态氮分别是影响RPM和HDM土壤碱解氮含量的主要有机氮组分,LDM与MDM土壤碱解氮含量却主要受有机氮组分中氨基酸态的控制。若尔盖湿地退化降低了土壤全氮及酸解组分氮含量,减弱了土壤氮"汇"功能,改变了有机氮组分对氮素有效性的贡献。     

不同增氧水平对夏玉米生长及氮素利用的影响

为探究有利于夏玉米生长和氮素利用的适宜灌溉水溶解氧浓度,本试验以夏玉米为供试作物,采用地下滴灌供水方式,以地下水灌溉为对照,设置10(OA10)、20(OA20)和40(OA40) mg·L^-1灌溉水溶解氧浓度3个增氧水平,研究不同增氧水平对盆栽夏玉米生长、产量和氮素利用的影响。结果表明,增氧地下滴灌显著提高了土壤溶解氧浓度,与对照相比,OA40、OA20和OA10处理土壤溶解氧浓度平均提高14.83%、9.71%和8.00%,表现为作物生长增强,作物产量和氮素利用效率均显著提高(P<0.05)。与对照相比,OA10处理的株高、叶鲜质量和叶干质量分别增加7.39%、16.30%和12.02%;OA40处理叶干质量和茎鲜质量分别增加15.82%和12.43%;OA10、OA20和OA40根系鲜质量分别增加60.00%、17.66%和52.98%,根系体积分别增加34.03%、14.56%和51.32%;OA10和OA20处理根系活力分别增加272.77%和64.44%;OA10和OA40处理产量分别增加24.46%和21.83%,水分利用效率分别提高19.10%和21.61%,百粒重分别增加17.53%和15.14%。OA10和OA40处理籽粒氮素吸收量较对照分别增加63.90%和35.27%,OA10处理籽粒氮素分配比例和氮素吸收效率分别增加21.57%和33.33%。上述差异均具有统计学意义(P<0.05)。综上,增氧地下滴灌可显著提高作物根区溶解氧浓度,促进作物生长,提高产量及氮素吸收利用,以OA10处理效果最为显著。本研究结果为增氧灌溉技术在实际生产中的合理利用提供了理论依据。