陕西关中平原小麦玉米轮作下农田氮素淋失特征及氮素平衡研究

发布时间：2017-06-30 19:13

  本文关键词：陕西关中平原小麦玉米轮作下农田氮素淋失特征及氮素平衡研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国农业和农村经济的快速发展,不科学的化肥施入导致农业面源污染问题日益突出,农田生态环境质量下降、地表水富营养化、地下水硝酸盐污染、农田生产能力降低成为国内研究重点。冬小麦-夏玉米轮作是陕西关中平原的主要种植模式,在粮食生产中发挥重要作用。陕西省部分农田存在严重施氮过量问题,使得土壤中硝酸盐大量累积,不仅增加了氮素淋溶的风险,且表观损失量大幅提高。目前,关于农田氮素淋失国内外开展了大量的研究,然而大部分研究较多关注于NO3--N,对其他氮素淋失形态(如总氮等)关注较少。事实上,有研究显示,有机氮也是氮素从土壤生态系统流失的主要形态之一。另一方面,秸秆还田在对小麦玉米轮作体系N淋失及N素平衡上研究也较少,有结果表明秸秆还田可增加产量,降低淋失损失,也有结果报道称秸秆还田提高了土壤蓄水能力,反而在降雨或灌溉时造成更大的淋失损失。故在陕西关中平原地区利用渗漏计法连续7年展开长期定位试验,设置6个处理,年施氮量分别为:CK不施肥(纯N:0 kg/hm2)、OPT-N减量施氮(纯N:165 kg/hm2)、OPT优化施肥(纯N:330 kg/hm2)、CON农民习惯施氮(纯N:471 kg/hm2)OPT+N增量施氮(纯N:495 kg/hm2)、OPT+S施氮加秸秆还田(纯N:330 kg/hm2)在OPT处理的基础上每季作物覆盖上季作物秸秆5000kg/hm2,探讨不同施氮及秸秆还田对N素淋失形态和N素平衡的影响,得到的主要结论如下:1.不同施氮及秸秆还田对小麦-玉米轮作体系产量的影响2008-2014年通过7年长期定位试验下,得出冬小麦适宜推荐量为150~191 kg/hm2,夏玉米合理推荐量为180 kg/hm2,过量施肥不仅会导致产量下降和氮素利用率大幅降低,且造成了资源浪费。秸秆还田配施氮肥可显著增加小麦玉米产量,轮作体系平均增产率可达到92.4%,比氮肥还田处理高出约18%。秸秆还田处理对小麦玉米产量的影响是逐年的,第1年-第二年增产效果并不大,从第3年开始,小麦、玉米累计产量均高于OPT处理,2014年产量小麦玉米产量分别达到43.5 t/hm2和61.6 t/hm2,比OPT处理产量分别增加了15.4%和7.1%。随时间推移,氮肥累计利用率也逐年提高,说明前期施入的氮肥被后一年作物吸收利用。秸秆还田较不还田处理不仅提高了产量,且提高了小麦玉米轮作体系氮肥累计利用率,减少氮肥损失。2.不同施氮及秸秆还田下N素淋失特征陕西关中平原年降雨量为550~600 mm,按照作物需水量,年灌溉次数2-3次,小麦玉米轮作农田年产流频率在2到5次之间,高强度降雨和连续降雨都可能产生产流。从浓度和流失量动态变化上看,NO3--N与TN的流失呈现高度一致。TN平均流失量为2.47~19.97 kg/hm2,平均淋失率0.55%~3.53%;NO3--N在2008年到2014年平均流失量为2.29~18.76 kg/hm2,平均淋失率为0.72%~3.33%,TN和NO3--N淋失量和淋失率均随着施氮量的提高而呈现增加趋势。长期监测结果得出低施氮处理下氮素淋失硝态氮占总氮比例较低,在高施氮情况下硝态氮占总氮比例较高,秸秆还田处理下NO3--N占TN流失量比例较不秸秆还田处理小,说明不同施氮及秸秆还田会影响N素淋失形态。统计结果表明TN和NO3--N年流失量均与施氮量存在指数相关,其TN年流失量y和NO3--N年流失量z与施氮量x的回归方程分别是y=2.425e0.0045x(R2=0.796**);z=2.151e0.0043x(R2=0.793**)。秸秆还田在并未降低NO3--N和TN流失浓度,而在减少产流量上起到一定积极作用。3.2008-2014年土壤0-100 cm无机氮分布情况2008~2014年度玉米季收获后旱地土壤中硝态氮存量变幅为17~322.6 kg/hm2,铵态氮存量变幅在2.61~60.71 kg/hm2,土壤中对无机氮贡献较大的是硝态氮,而同一土壤剖面,铵态氮的含量不受施氮水平和时期的影响。长期定位试验统计结果显示,硝态氮、矿质氮存量分别与施氮量用指数回归模型更为准确,NO3—N存量y和矿质氮存量z与施氮量x的回归关系分别是y=36.481e0.0037x(R2=0.809**);z=55.27e0.0031x(R2=0.801**)。秸秆还田对土壤剖面无机氮存量影响并不显著。4.2008-2014年度作物-土壤N素表观平衡多年监测结果表明,OPT处理较OPT-N处理不仅获得较高的产量,且与CON、OPT+N处理相比能够提高氮肥利用率,降低表观损失。综合来看,OPT是节约肥料资源和减轻潜在的环境风险的最佳施氮量。统计结果得出盈余氮y均随施氮量呈显著相关,其回归方程为y=37.404e0.0054x(R2=0.8995**),采用F值检验法进行显著性分析,得到1%极显著性水平,可见利用这样的关系估算本地区氮盈余是可行的。秸秆还田处理对小麦-玉米轮作体系氮素平衡影响较大,同优化施氮相比虽然并未减少土壤中氮残留,但提高了作物氮素吸收量和氮素表观利用率,使得氮盈余和氮损失大幅度下降。
【关键词】：产量 总氮 硝态氮 淋溶 氮素平衡
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S512.1;S513;S157
【目录】：

• 摘要6-8
• abstract8-13
• 第一章 文献综述13-21
• 1.1 研究背景13-14
• 1.1.1 陕西省小麦-玉米生产现状13
• 1.1.2 陕西省小麦玉米施肥现状13-14
• 1.2 研究目的与意义14
• 1.3 国内外研究进展14-21
• 1.3.1 N肥施用及秸秆还田对小麦-玉米产量的影响14-15
• 1.3.2 地下淋溶氮素淋失特征研究15-17
• 1.3.3 农田土壤无机氮分布17
• 1.3.4 农田氮素表观平衡研究17-21
• 第二章 不同施氮及秸秆还田对小麦-玉米产量的影响21-27
• 2.1 材料与方法21-22
• 2.1.1 试验地概况21
• 2.1.2 实验设计21-22
• 2.1.3 样品采集与分析22
• 2.1.4 计算方法与公式22
• 2.2 结果与分析22-25
• 2.2.1 不同施肥处理和秸秆还田对小麦-玉米产量的影响22-23
• 2.2.2 不同处理对小麦玉米累积产量的影响23-24
• 2.2.3 不同处理对小麦玉米轮作体系产量的影响24
• 2.2.4 不同施肥处理和秸秆还田对小麦-玉米氮肥利用率的影响24-25
• 2.3 讨论25-26
• 2.4 小结26-27
• 第三章 不同施氮及秸秆还田处理下氮素淋失特征27-34
• 3.1 材料与方法27-28
• 3.1.1 试验地概况27
• 3.1.2 实验设计27-28
• 3.1.3 样品采集与分析28
• 3.1.4 计算方法及公式28
• 3.2 结果与分析28-32
• 3.2.1 2008-2014年度地下淋溶发生规律28-29
• 3.2.2 2008-2014年度不同处理产流不同氮素形态分析29-31
• 3.2.3 2008-2014年度不同处理年度氮素流失量及流失率变化31
• 3.2.4 不同施氮与地下硝酸盐和总氮淋溶相关性分析31-32
• 3.3 讨论32-33
• 3.4 小结33-34
• 第四章 不同施氮及秸秆还田对土壤矿质氮存量的影响34-37
• 4.1 试验材料与方法34
• 4.1.1 试验地概况34
• 4.1.2 实验设计34
• 4.1.3 样品采集与分析34
• 4.1.4 计算方法及公式34
• 4.2 结果与分析34-36
• 4.2.1 不同施氮处理和秸秆还田对土壤中 2008-2014年 0-100 cm氮残留的影响34-35
• 4.2.2 不同施氮处理和地下硝态氮和矿质氮存量相关性分析35-36
• 4.3 讨论36
• 4.4 小结36-37
• 第五章 不同施氮及秸秆还田对氮素表观平衡的影响37-42
• 5.1 试验材料与方法37
• 5.1.1 试验地概况37
• 5.1.2 实验设计37
• 5.1.3 样品采集与分析37
• 5.1.4 计算方法及公式37
• 5.2 结果与分析37-40
• 5.2.1 不同施氮对N来源与去向的研究37-39
• 5.2.2 小麦-玉米轮作体系中的N素平衡39-40
• 5.3 讨论40-41
• 5.4 小结41-42
• 参考文献42-47
• 致谢47-48
• 作者简介48

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：503163