黄土高原土壤氮肥配施硝化抑制剂的效应研究

发布时间：2020-05-12 11:59

【摘要】：氮素作为世界上消耗量最大的营养元素,对作物的生长发育起着至关重要的作用。然而,由于农业生产中氮素管理不合理而导致的氮素利用效率低下、氮素大量损失等问题已成为当今环境污染的主要影响因素。氮素以气态形式(NH_3,N_2O,NO)排放至大气中及以硝态氮淋溶损失至地下水已成为氮素损失的主要途径。石灰性土壤氮肥施用所引起的土壤酸化及二氧化碳排放等问题也日益突出。抑制氮素的硝化作用即铵态氮向硝态氮的转化是防止氮素发生淋溶损失的关键过程。通过抑制硝化作用来减少氮(N)损失已成为一种有效的途径。因此,本研究通过设置培养试验及田间试验探究双氰胺(DCD)在抑制硝化作用过程减少氮素损失方面的作用。主要结果及研究结论如下:1.于2015-2017年连续两年在小麦-玉米轮作中施用DCD,探究在不同氮肥水平(小麦季160,220 kg N ha~(-1);玉米季180,280 kg N ha~(-1))下的效果。在不同施氮水平下,施用DCD处理土壤NH_4~+-N含量(小麦季增加101%和102%,玉米季增加74%和73%)及pH均高于不施用DCD处理,而NO_3~--N含量、累积量(小麦季降低37%和43%,玉米及降低46%和57%)及EC均明显低于不施用DCD处理。在两个氮水平下,施用0-200 cm土壤剖面硝态氮累积量分别为66和169 mg kg~(-1),显著低于不施用DCD处理硝态氮累积量(96和169 mg kg~(-1))。同时,施用DCD明显促进了两种作物的生长并提高了作物产量同时提高了氮肥利用效率(NUE)。小麦季NUE从38%提高至49%,玉米季NUE从27%提高至33%。总体而言,DCD在小麦季对硝化作用的抑制效果优于玉米季。2.通过开展为期两年的田间试验,探究在石灰性土壤中添加DCD对二氧化碳(CO_2)排放和NH_3挥发的影响。试验结果表明,随着氮肥施用量增加,土壤pH随之降低,CO_2排放及NH_3挥发量增加。与不施用DCD相比,施用DCD显著降低了CO_2排放,其中小麦季降低10-20%,玉米季降低13-14%。在小麦季及玉米季不同施氮水平下,施用DCD均增加了NH_3挥发损失,其中小麦季增加了38-41%,玉米季增加了24-36%。3.2017年玉米收获后,两种不同施氮水平下,施用及不施用DCD处理0-200 cm土壤剖面均存在大量矿质氮累积。2017-2018年继续开展田间试验,在小麦-玉米轮作中,各处理均不再施用氮肥。结果发现,作物叶绿素含量、产量及地上部生物量较前两年试验结果相比均无显著差异,表明,残留肥料氮对下一季作物生长效果显著。小麦季吸收的64 kg ha~(-1)氮素及玉米季吸收的120 kg ha~(-1)氮素均主要来自对上一季残留肥料氮的吸收利用。同时,试验结果发现,土壤剖面矿质态氮累积量及迁移程度均明显降低。4.在两个温度(10℃和25℃)水平和水分含量(40%和60%WFPS)下进行培养试验,在石灰性土壤中施用氮肥(0.2g kg~(-1)土壤)配施DCD,探究不同温度及湿度对DCD抑制硝化作用效果的影响。试验结果表明,施用DCD处理NH_4~+-N含量及土壤pH均高于不施用DCD处理,而土壤NO_3~--N含量和EC均低于不施用DCD处理,说明施用DCD有效抑制了硝化作用。施用DCD处理抑制硝化作用进而减少土壤中N_2O和CO_2的排放,但增加了NH_3挥发。土壤温度及湿度对硝化作用及气体排放影响显著显。高温(25℃)高湿(60%WFPS)处理下气体排放量达到最高。试验结果同时表明,硝化作用的抑制程度主要受土壤中DCD含量的影响。在25℃和60%WFPS条件下DCD对硝化作用的抑制及减少土壤中N_2O和CO_2排放的效果最差,这与其在该温度和湿度条件下降解速率最高而导致土壤DCD含量浓度最低有关。因此,DCD更适用于温度及水分含量较低的土壤中使用,能够获得更好的抑制效果,从而更大幅度减小氮素损失。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S143.1

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