夏季填闲作物种植对设施菜田土壤氮素转化及淋洗的影响

发布时间：2019-10-03 20:59

【摘要】：针对设施蔬菜生产体系中化肥及有机肥过量投入、大水漫灌导致的土壤养分大量累积、连作障碍、根系养分吸收障碍及养分利用率低等问题,通过连续多年设施蔬菜田间试验,采用渗漏计及同位素标记技术,追踪土壤淋洗情况,系统研究设施菜田中有机肥、秸秆、夏季填闲作物等对土壤氮素累积及淋洗的影响,着重分析溶解性有机氮对氮素淋洗的贡献。同时结合对生物硝化抑制剂的研究,根据高粱的生物学特征,选取晋杂12等6种北方常见高粱品种为供试品种,以常规填闲作物甜玉米为对照,在北京郊区设施菜地筛选适宜作为夏季填闲作物的高粱品种,并研究高粱减缓土壤硝化过程、降低氮素淋洗风险的微生物学机制。主要结果如下:(1)相比常规水肥处理(CN),优化水肥一体化处理(RN,RN+WS及RN+CC)从源头控制,在分别减少44-57%氮,45-64%磷及33-52%钾养分投入量及49%灌溉量的基础上没有降低蔬菜产量,同时显著降低NPK养分表观盈余。经过3年种植后,水肥一体化技术将土壤可溶性总氮(STN)含量由2426kg N hm~(-2)降至1596 kg N hm~(-2),其中可溶性有机氮(SON)的累积量在514-923 kg N hm~(-2)之间,填闲作物种植及秸秆还田显著增加土壤SON的累积,提高SON/STN的比例,且在施肥后SON的峰值相比无机氮约滞后2周。(2)在设施菜田,在60 cm土层传统水肥处理周年溶解性总氮(DTN)平均淋洗量为555 kg N hm~(-2),其中溶解性有机氮(DON)的淋洗量为180 kg N hm~(-2)。采用水肥一体化技术条件下的填闲种植并秸秆还田处理(RW)、填闲种植秸秆不还田处理(RR)和休闲秸秆还田处理(RS)周年土壤DON淋洗量分别为70,74和50 kg N hm~(-2),分别占DTN的36%,28%和31%。填闲作物种植并秸秆还田处理显著提高淋洗液中DON/DTN的比例。定植后第一次灌溉水导致的淋洗DTN和DON分别占每季淋洗量的29%-49%和26%-55%,是淋洗发生的敏感期。15N标记的填闲甜玉米秸秆还田后,在2012年秋冬季分别有69%和46%的地上部和地下部秸秆氮淋洗出60 cm 土层,占总淋洗量的62%和8%。(3)综合养分带走量、生物量、根系等指标,高粱晋杂12较其他品种均占优势,成熟期生物量为11.2 t hm~(-2),0-45 cm总根长为299m,作物地上部氮素带走量为139kg N hm~(-2),均显著高于常规填闲作物甜玉米,是适宜的填闲作物品种。同时研究发现冀梁2号和晋杂12在尿素施用后土壤铵态氮含量明显高于其他品种,推测认为是作物根系分泌的生物硝化抑制剂减缓了硝化过程。(4)填闲作物高粱种植显著提高越冬季设施茄子产量,降低夏季休闲期土壤硝态氮含量,保持较高的铵态氮含量,且在下一季作物定植后30天仍有后效。同时填闲高粱处理表层土壤的硝化势均显著低于休闲处理和填闲甜玉米处理。填闲高粱显著降低休闲处理表层土壤AOA和AOB amoA基因拷贝数。AOA/AOB比值在1.89~(-2)0.47之间,随土层深度的增加而增加,在0-60 cm 土层,填闲高粱显著高于休闲处理,填闲甜玉米处理和休闲处理AOA/AOB比值无显著性差异。设施菜田AOA群落组成中Candidatus Nitrososphaera 为优势种群,填闲高粱显著降低0-30 cm 土层中 Candidatus Nitrososphaera、Nitrososphaeraceae 未命名和30-60 cm 土层 Nitrososphaeraceae 其他的比例,但是填闲高粱对于AOB群落结构无影响。
【图文】：

水施肥的影响维持在较为稳定的状态，其动态变化较难看出差异，因此在２０１２年重点观察了定逡逑植施肥后一个月内不同施肥及休闲期管理下±壤剖面氮素的转化情况。表层０－３０邋ｃｍ邋±层ＳＴＮ变逡逑化明显，，受施肥及作物吸收的影响较大（图３－３）；表层±壤无机氮在３月１５日出现峰值后由逡逑于作物的吸收利用呈下降趋势；施肥后０－３０邋ｃｍ的ＳＯＮ变化均较大，受施肥影响较大，在３月逡逑２７日出现峰值，相比无机氮其峰值出现约滞后２周，说明ＳＯＮ的转化比无机氯耍慢，但是各处逡逑理间的差异较小

水施肥的影响维持在较为稳定的状态，其动态变化较难看出差异，因此在２０１２年重点观察了定逡逑植施肥后一个月内不同施肥及休闲期管理下±壤剖面氮素的转化情况。表层０－３０邋ｃｍ邋±层ＳＴＮ变逡逑化明显，受施肥及作物吸收的影响较大（图３－３）；表层±壤无机氮在３月１５日出现峰值后由逡逑于作物的吸收利用呈下降趋势；施肥后０－３０邋ｃｍ的ＳＯＮ变化均较大，受施肥影响较大，在３月逡逑２７日出现峰值，相比无机氮其峰值出现约滞后２周，说明ＳＯＮ的转化比无机氯耍慢，但是各处逡逑理间的差异较小
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S626

【参考文献】

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本文编号：2545590