长江上游紫色土不同种植体系肥料氮去向及氮素平衡

发布时间：2017-12-20 06:03

  本文关键词：长江上游紫色土不同种植体系肥料氮去向及氮素平衡　出处：《中国农业大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 长江上游 紫色土 氮肥利用 环境效应 轮作体系

【摘要】：在目前的产量水平下,中国至少需要增加20%的粮食产量才能满足未来人口增长的需求,同时中国已成为世界上氮肥生产和使用最多的国家,但这些氮素仅有不到一半能被作物吸收利用,其余的则通过各种途径损失进入环境并造成各种负面影响。如何通过合理施用氮肥,协调粮食安全和环境安全之问的巨大矛盾已成为农业可持续发展面临的重大问题。长江上游四川盆地(四川省和重庆市)是我国粮食主产区,同时也是我国西部最重要的生态屏障和具有全球意义的生态敏感脆弱区,但该地区农业氮投入和生境退化间的矛盾尤为突出。本文立足于长江上游四川盆地主要农业生产区,以重庆市江津区和四川省盐亭县为例,研究了该区域水耕性紫色土水稻-小麦(RW)、玉米-小麦(MW)和水稻-冬水休闲(RF)三种轮作体系下的氮循环过程,利用15N同位素示踪技术研究施肥和轮作对化肥氮总的利用、残留和损失的影响,采用半密闭法、原位渗漏计法和静态箱法测定氨挥发、氮素淋洗和N20排放,同时对比由传统水稻-冬水休闲改为水稻-小麦体系或玉米-小麦体系后,作物产量及作物氮素利用和损失的变化,评价不同轮作系统化肥氮的产量效应和氮素平衡。论文主要结果如下：1)氮肥仍是保证长江上游地区各粮作体系农作物产量稳定的首要条件。MW,RW和RF体系下,同一体系传统施肥和优化施肥处理的作物千粒重、年产量和年生物量相比没有显著差异,MW和RW体系在相同的土壤、气候条件和管理措施下,增施氮肥并不能显著增加作物产量和收获指数。2)不同轮作体系中,以RW体系总产量和地上部生物量最高,其传统施氮处理和优化施氮处理产量分别较MW体系高30.3%和23.4%,地上部生物量较MW体系高18.9%和9.4%,但并没有显著差异。无论是传统施肥还是优化施肥处理,植物地上部总氮的吸收量均表现为MW RW RF,而地上部对’5N的吸收则表现为RWMWRF,在优化施肥的条件下,作物会更多利用土壤氮和环境氮,而在传统施肥条件下,作物吸收的肥料氮比例升高。3)在MW和RW体系中,传统施肥处理地下部和根系残留的15N显著高于优化施肥处理,从15N的损失来看,无论哪种轮作体系,传统施氮处理的损失量均显著高于优化施肥,显著增加了各个体系化肥氮损失量对环境的风险。优化施氮处理中,肥料氮地上部利用率为RW(42.3%)MW (37.2%) RF (36.2%),在0-50 cm土体和地下部残留为RF(38.1%) MW (32.0%) RW (28.0%),15N损失比例为MW (30.8%) RW (29.8%) RF (25.7%);传统施氮处理中,肥料氮地上部利用率为MW (37.2%) RW (32.8%) RF (25.7%),0-50 cm土体和地下部残留为MW (30.4%) RF(29.1%)RW(22.8%),15N损失比例为RF (45.2%) RW (39.2%) MW (35.2%),水稻-小麦体系对化肥氮的利用率显著高于玉米-小麦体系,水稻-冬水休闲体系由于是单季稻种植模式,损失绝对量低于轮作体系。小麦季残留氮在夏玉米和水稻季仅有小麦季施氮量的2.1%和2.7%能被吸收利用,仍有17%和20%化肥氮在夏玉米和水稻收获后残留于土壤中,有11%和15.6%在夏玉米和水稻季发生损失。4)不同轮作体系化肥氮损失比例不同,且不同作物季的损失途径也有差异。江津试验点不同轮作体系的氨挥发损失量很低,平均仅占当季施肥总量的1-2%。MW体系N2O排放总量高于其他轮作体系,传统施氮处理和优化施氮处理N20排放总量分别达到全年施肥总量的3.2%和3.1%,且全年60%以上的N20排放量集中于夏玉米季,而RW体系由于水稻季淹水,全年60%以上的N20排放量集中于冬小麦季。MW体系无机氮淋洗渗漏损失,传统施氮处理和优化施氮处理分别达到全年施肥总量的6.2%和6.7%,高于RW轮作体系。传统施肥条件下,三个体系均会产生大量氮盈余,而本研究设定的优化施氮条件下,MW和RW体系不会产生大量氮盈余,但RF体系产生了较多氮盈余,对于RF体系,还有更大的优化潜力。5)2009年到2013年,以盐亭试验点为例,测得输入四川盆地丘陵区农田生态系统的氮沉降量平均为38.7 kg N ha-1 yr-1。湿沉降、重力干沉降和非重力干沉降的比例分别为年沉降总量的60.7%、15.7%和23.6%。还原态氮沉降高于氧化态氮沉降,是氮沉降的主要贡献者。湿沉降、气态NH3、NO2和pNH4+具有显著的季节性沉降特征,最大负荷出现在夏季,最小负荷则出现于冬季。氮沉降以水溶性氮为主,铵态氮、硝态氮和有机氮分别占总氮的48.7%,30.3%和21.0%,且四川盆地农业生态系统氮沉降输入呈现逐年上升趋势,已经成为该区域重要的环境氮输入源,尤其是还原态氮化合物负荷上升。为此,随着四川盆地农田氮肥用量增长和畜牧业的发展,大气活性氮沉降对长江上游的农田和自然生态系统的影响应予以足够重视,优化氮素管理将成为实现该区域粮食安全和环境安全的重要途径。
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S143.1

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 贾树龙,孟春香,唐玉霞,王泽文,刘春田;肥料氮的淋溶深度对肥效的影响[J];核农学报;1993年04期

2 王福钧;;应用稳定性核素氮-15研究肥料氮素在植物-土壤体系中的平衡[J];原子能农业译丛;1980年01期

3 黄东迈,高家骅,朱培立;水稻对有机、无机态肥料氮和土壤氮的吸收利用探讨[J];土壤学报;1983年01期

4 殷士学,陈川,王春生,叶军志,吴俊杰,胥拥军;淹水土壤微生物生物量的形成与肥料氮的转化——盆栽试验[J];江苏农学院学报;1997年04期

5 陈炳焕,任祖Q，

本文编号：1310990