长江中下游平原单季稻田氮素径流损失风险评估

稻田氮素径流损失是农业面源污染主要来源之一,以巢湖地区单季稻田为研究对象,利用该地区1957—2019年的历史气象数据,通过设定插秧区间(6月6—25日)及施肥期水位(3,10,20 cm),建立SMNRL模型,模拟不同插秧时间和田面水水位稻田氮素流失,研究降低长江中下游平原气候区单季稻田氮素径流损失风险的插秧时间与水位控制模式。结果表明:(1)施肥后,稻田田面水氮素浓度呈指数衰减,基肥期田面水氮素衰减期为9天,分蘖肥和穗肥期为7天。(2)在LW、HW组合中,各施肥期占全生育的氮素径流损失为基肥期>分蘖肥期>穗肥期。在LW组合中,基肥期为氮素径流损失高发期,基肥、分蘖肥、穗肥的氮素流失为72.4%~98.4%,1.9%~27.6%,0~8.3%。(3)控制水位比选择插秧时间对降低氮素径流损失更有效。相同水位下,适宜的插秧期氮素径流损失在全生育期施肥中合计能减少0.4~4.5 kg/hm^2,降低32.8%~80.3%;相同插秧时间下,LW、MW组合相比HW组合氮素径流损失能减少8.8~13.1 kg/hm^2,降低92.1%~98.8%。(4)在LW、MW、HW 3种组合中,插秧期分别以6月19日、6月11日、6月17日为界,将6月6—25日分为前后2个阶段,前1阶段插秧产生氮素径流损失均值显著低于后1阶段,分别低37.0%,25.0%,21.7%。(5)降低巢湖地区稻田氮素径流损失有效措施为施肥期水位控制为3 cm,并选择6月6-19日期间进行水稻插秧。     

鲁西平原毛白杨造林地土壤全氮空间变异性研究

以位于鲁西平原冠县毛白杨6.0hm2造林地为研究区,将土壤在水平方向按50m×50m分为24块样地,每块样地分为0～20cm,20～40cm,40～60cm三层取样,进行三维空间采样和室内土壤全氮含量测定,对土壤全氮空间分异规律进行研究。结果表明:研究区土壤全氮在林地尺度存在一定的空间变异;从研究区土壤总体分异状况看,土壤全氮含量范围是0.02～0.46gkg-1,总体均值为0.17gkg-1,三个层次土壤全氮含量分别为0.33±0.06gkg-1,0.14±0.04gkg-1,0.05±0.02gkg-1,全氮含量属于最低水平。三个层次土壤全氮含量变异系数分别为19%、32%、39%,变异程度属于中等变异水平,土壤全氮随着土层加深分异程度明显增大。土壤全氮含量在不同土壤层次水平变化复杂,0～20cm层西北高,东南部低,20～40cm和40～60cm两层变化恰好与之相反。研究结果可为毛白杨造林试验地布设、养分精准管理、确定合理采样数提供依据。     

三江平原典型碟形湿地土壤氮素分布特征

以三江平原典型碟形沼泽湿地为研究对象,分析了湿地土壤氮素的分布特征和影响因素,及其与湿地演替的关系。结果表明:土壤TN和NH4+-N含量在碟形湿地内的分布规律是一致的,均表现为随着湿地水位的降低而逐渐降低,随着土壤深度的增加而降低。受水位波动的影响沼泽化小叶章湿地土壤NO3--N含量降低明显,而永久淹水湿地表层土壤该形态氮含量较下层高。碟形湿地土壤各形态氮素的分布受到土壤有机质含量、水分特征、生物量分布特征等多种因素的影响。     

Involvement of Bradyrhizobium japonicum denitrification in symbiotic nitrogen fixation by soybean plants subjected to flooding

Denitrification by Bradyrhizobium japonicum bacteroids contributes to nitric oxide (NO) production within soybean nodules in response to flooding conditions. However, the physiological relevance of NO production by denitrification in B. japonicum-Glycine max symbiosis is still unclear. In this work, soybean plants were inoculated with B. japonicum strains lacking the nirK or norC genes which encode the copper-containing nitrite reductase and the c-type nitric oxide reductase enzymes, respectively. 14 days flooding increased nodule number of plants inoculated with the WT and norC strains, but not of plants inoculated with the nirK mutant. However, nodule dry weight was not affected by 14 days flooding regardless of the strain used for inoculation. Supporting this observation, individual nodule growth was significantly higher in plants inoculated with nirK than those inoculated with WT or norC after 14 days flooding. Nodule functioning was strongly inhibited by flooding since leghemoglobin content of the nodules induced by any of the strains was significantly decreased after 7 or 14 days flooding compared to control plants. However, this effect was more relevant in nodules of plants inoculated with the WT or norC mutant than in those inoculated with the nirK mutant. Nitrogen fixation was also estimated by analyzing nitrogen content derived from biological nitrogen fixation in shoots, using the ¹⁵N isotope dilution technique. By using this approach, we observed that the negative effect of 14 days flooding on nitrogen fixation was more pronounced in plants inoculated with the norC mutant. However, nitrogen fixation of plants inoculated with nirK showed the highest tolerance to 14 days flooding. These findings allowed us to demonstrate the previously proposed hypothesis which suggests that NO formed by copper-containing nitrite reductase in soybean nodules, in response to flooding, has a negative effect on nitrogenase activity. We propose that inoculation of soybeans with a B. japonicum nirK mutant, which does not produce NO from nitrate, increases the tolerance of symbiotic nitrogen fixation to flooding.     

沼肥对大豆产量、品质、养分和土壤化学性质的影响

为探讨沼肥在大豆上的合理施用技术,采用田间试验,研究沼肥对大豆产量、品质、养分吸收利用及土壤化学性质的影响。结果表明：与习惯施肥处理相比,100%沼渣、30%沼渣＋化肥、20%沼渣＋化肥处理的大豆产量分别增加1.02%,10.48%,0.16%;大豆粗脂肪含量分别增加2.31%,2.70%,5.07%;磷肥利用率分别增加5.04%,23.39%,8.60%;土壤有机质含量分别升高13.39%,3.68%,0.50%;20-80 cm土层内土壤硝态氮、铵态氮含量降低幅度分别在13.70%～61.56%,15.98%～70.10%之间。说明试验条件下,无论沼渣单施还是沼渣与化肥配施均可提高大豆粗脂肪含量、磷肥利用率、土壤有机质含量,降低氮素的流失。     

密度、氮肥互作对小麦产量及氮素利用效率的影响

为了探明小麦产量和氮素利用效率同步提高的最佳施氮量和种植密度,制定合理的栽培措施,实现高产高效提供理论依据,以大穗型品种泰农18（T18）和中穗型品种山农15（S15）为试材,在大田条件下设置4个播种密度（60、75、90和105 kg/hm2）和3个施氮水平（0、180和240 kg/hm2）,研究了氮密互作对小麦子粒产量和氮素利用效率的影响。结果表明,播种密度和施氮量均显著影响冬小麦产量及构成因素,且两者间存在明显的互作效应;两因素中密度是导致产量变化的主导因素。子粒产量提高引起氮肥农学利用效率和氮肥吸收利用率的协同提高。综合考虑产量和氮素利用效率等因素,在本试验条件下,泰农18的适宜播量为102 kg/hm2,适宜的施氮量为180 kg/hm2;而山农15的适宜播量为83 kg/hm2,适宜的施氮量为180 kg/hm2。说明在冬小麦高产栽培过程中,可以通过调节施氮量和播种密度,充分利用氮密互作效应,在提高氮素利用率的同时,获得较高的子粒产量。     

长期施肥和秸秆还田对红壤水稻土氮素分布和矿化特性的影响

为明确长期施肥和秸秆还田对稻田土壤生态系统氮素循环过程的影响,探索维持稻田土壤长期供氮潜力的途径,利用始于1990年的湖南红壤水稻土长期定位试验,研究了长期施肥和秸秆还田对水稻土剖面氮素迁移分布和C/N的影响,比较了不同温度下土壤氮素矿化曲线变化和不同施肥方式氮素矿化动态差异,分析了氮素累积矿化量与有效积温的关系。结果表明,长期施肥或秸秆可以促进红壤水稻土氮素的积累,其主要影响020cm土层,而化肥和秸秆配合施用作用更明显;长期施NPK化肥使土壤C/N降低,而秸秆还田使土壤C/N明显升高。在两种温度下的土壤矿质氮含量和累积矿化量曲线比较相似,10℃下土壤矿化速率达到稳定所需的时间要比30℃下长;30℃下不同施肥处理之间的矿化过程存在显著差异,而10℃下的差异较小,其在56d内矿化出来的矿质氮是10℃下的近两倍。化肥NP（仅施化肥NP）及NP+C（施化肥NP+秸秆还田）处理均有较高氮素矿化量,秸秆还田对土壤氮素矿化的促进作用比仅施化肥明显。在30℃下,土壤积累矿化量与有效积温的关系较好地符合有效积温方程式（EATM）（p0.01）。仅施化肥处理和对照方程中的K值相差不大,而秸秆还田与化肥配施处理方程的K值则有增大趋势,NPK+C（施化肥NPK+秸秆还田）处理的矿化潜力较大,且养分供应能力较强;秸秆配施化肥处理方程中n值的绝对值有减小趋势。随着培养时间延长,秸秆还田配施化肥处理土壤的累积矿化量保持在一个较稳定范围。     

相对SPAD值用于不同品种夏玉米氮肥管理的研究

采用田间试验研究了不同氮肥处理、不同玉米品种及关键生育期间的SPAD值差异和基于相对SPAD阈值的氮肥管理对氮肥用量、子粒产量、氮肥利用率和土壤氮素变化的影响。结果表明,两品种玉米各关键生育期的SPAD值开始随施氮量的增加而显著增加,施氮量超过N 210 kg /hm2后不再显著增加;郑单958和冀农一号大喇叭口期的相对SPAD值与产量的关系符合线性加平台模型,其平台相对SPAD值分别为0.976和0.981;两玉米品种和不同生育期间的绝对SPAD值差异显著,利用相对SPAD值可消除品种和生育期间的SPAD值差异。玉米关键生育期追肥量和总施氮量均随预设相对SPAD阈值的增加而增加,基于相对SPAD阈值的氮肥管理能在保持高产的同时较农民习惯施肥显著降低氮肥用量、田间氮素表观损失和收获后土壤无机氮残留、提高氮肥利用率;本试验条件下,保持玉米高产高效的适宜相对SPAD阈值为0.95～0.98,此阈值管理下,郑单958和冀农一号的产量较农民习惯施肥没有降低,而氮肥用量降低了42%,氮肥回收利用率和农学效率分别增加了18.6、20.0个百分点和6.0、6.5 kg/kg。     

小麦–玉米轮作体系长期施肥对塿土微生物量碳、氮及酶活性的影响

以20年塿土小麦玉米轮作体系长期肥料定位试验为平台,探讨不同施肥模式下土壤化学肥力要素、微生物量碳氮及酶活性的响应。试验包括不施肥（CK）、单施氮肥（N）、氮磷（NP）、磷钾（PK）、氮磷钾（NPK）、NPK+秸秆（SNPK）以及不同量有机肥+NPK（M1NPK、M2NPK）等8种施肥模式。结果表明,与CK相比,长期施用NP提高土壤有机碳含量达34.0%、全氮34.0%、全磷58.5%、速效磷608.9%、微生物量碳23.3%、微生物量氮54.0%、蔗糖酶53.9%、脲酶132.6%、碱性磷酸酶29.9%以及脱氢酶40.9%。长期施用NPK与NP效果相似,钾素效果甚微。作物秸秆还田配合氮磷钾化肥与氮磷钾相比没有明显影响土壤有机碳、氮和磷水平,但是显著提高微生物量碳的含量（29.5%）、碱性磷酸酶（23.0%）和脱氢酶（26.9%）的活性。有机肥配合氮磷钾与其它施肥处理相比,显著提升土壤化学肥力要素、微生物量碳氮和酶活性,特别是引起了磷素的大量富集（速效磷含量大于150 mg/kg）。因此,塿土不施有机物情况下,氮磷配合可以提高土壤化学和生物肥力,作物秸秆还田配合氮磷钾化肥的培肥效果优于氮磷钾化肥配合,而合理的有机无机肥配合是塿土提升化学肥力和保证生物健康的最佳施肥模式。     

不同形态氮肥对设施土壤盐分含量和离子组成的影响

通过室内模拟培养实验,研究了尿素、碳酸氢铵和硝酸钙对设施土壤盐分含量和离子组成的影响.结果表明:(1)随着培养时间延长,不同形态氮肥处理土壤含盐量总体呈先升高后降低再升高的趋势.施肥处理的土壤含盐量较对照(CK)明显增加,但不同氮肥处理与未施氮肥处理(N0)间的土壤含盐量在整个培养期间内总体差异不显著.且氮肥用量对含盐量的影响也不显著.(2)设施土壤中尿素和碳酸氢铵处理的电导率与含盐量呈极显著正相关,硝酸钙处理电导率与含盐量呈显著正相关.且随培养时间的延长呈波浪状变化.其电导率显著高于相同氮用量时的其他两种氮肥处理;电导率与氮肥用量呈极显著正相关.(3)不同形态氮肥处理的土壤盐分离子组成相近,均以阴离子为主.设施土壤阴离子占盐分总量的76.29%～93.81%,露地土壤为75.16%～96.63%,以SO_4~(2-)含量最高,分别占67.37%和67.28%,NO_3~-含量次之;土壤中阳离子含量较少,以Ca~(2+)为主,K~+,Na~+,Ca~(2+),Mg~(2+)的含量随氮肥用量的增加而增加.(4)土壤电导率受阳离子的影响较大.阴离子的影响较小.设施土壤的电导率与Ca~(2+),Mg~(2+),K~+.NO_3~-含量呈极显著正相关,与Cl~-1呈显著正相关.露地土壤电导率与Ca~(2+),Mg~(2+)含量呈极显著正相关,与HCO_3~-呈显著负相关.