太湖地區(qū)土壤-作物系統(tǒng)氮素利用的綜合研究.pdf

1、太湖地區(qū)是我國著名的農(nóng)業(yè)高產(chǎn)區(qū)之一，以稻麥兩熟為主，種植歷史悠久。近年來，太湖水系水體氮、磷偏高，富營養(yǎng)化問題日益突出，農(nóng)業(yè)面源污染受到廣泛關(guān)注。該農(nóng)區(qū)稻麥兩熟種植體系中，氮肥投入量一直較高，過量施肥普遍，不僅肥料利用率低，而且在土壤—作物系統(tǒng)中氮素持續(xù)盈余，導(dǎo)致土壤背景氮較高。因此，從土壤—作物系統(tǒng)中研究氮素利用與平衡特點(diǎn)，以及高產(chǎn)與環(huán)境改善的要求，研究適宜的土壤背景氮和適宜的施氮量，對(duì)于太湖地區(qū)稻麥兩熟氮素養(yǎng)分科學(xué)管理，降低氮素面源

2、污染具有十分重要的理論與實(shí)踐意義。
　　 本研究針對(duì)太湖地區(qū)土壤高背景氮的現(xiàn)狀，通過施氮與不施氮耗竭的定位試驗(yàn)，研究施氮量與土壤背景氮對(duì)作物產(chǎn)量、土壤剖面氮素積累與運(yùn)移、氮肥利用效率等方面的影響，期望明確維持地力、環(huán)境保護(hù)與稻麥高產(chǎn)、氮高效協(xié)調(diào)的適宜施肥量。試驗(yàn)于2007-2009年進(jìn)行，2007年麥季在太湖周邊地區(qū)的吳江、溧陽、宜興、武進(jìn)、常熟和相城(太湖地區(qū)農(nóng)科所)等代表性農(nóng)田，按0～20cm、20～40cm、40～60cm

3、、60～80cm和80～100cm土壤剖面分層取樣，研究了土壤剖面養(yǎng)分特征和對(duì)無機(jī)氮素的吸附特性。在此基礎(chǔ)上，2007-2009年在太湖地區(qū)典型農(nóng)區(qū)吳江市，進(jìn)行3年5季(第1、2、3、4、5季分別為稻、麥、稻、麥、稻季，第6季小麥仍在進(jìn)行中)稻麥輪作不施氮耗竭與施氮的組合3年定位試驗(yàn)，設(shè)養(yǎng)分不施氮耗竭區(qū)(不施氮肥區(qū))、施氮肥區(qū)(5個(gè)水平)。以稻麥周年施純氮量，施氮肥區(qū)全年施純氮量分別為0(不施氮肥區(qū)，即耗竭區(qū))、175、350、525、

4、700、875 kg/hm2，水稻和小麥的施氮量分別占57％和43％，即稻季分別為0、100、200、300、400、500 kg/hm2，麥季分別為0、75、150、225、300、375 kg/hm2。氮肥均用尿素。水稻的氮肥運(yùn)籌方式為基肥、分蘗肥、穗肥分別在倒4葉期與倒2葉期四次等量施用，小麥的氮肥運(yùn)籌方式為基肥與拔節(jié)孕穗肥，二者比例為6∶4。試驗(yàn)過程為2007年進(jìn)行第一季水稻試驗(yàn)，以稻麥為一周年單位，第一年度(2007年)設(shè)置不

5、施氮肥耗竭區(qū)和施氮肥區(qū)(5個(gè)水平)；第二年度(2008年)施氮肥區(qū)仍按上年度施氮水平繼續(xù)進(jìn)行，而經(jīng)1年(2008年5月份小麥?zhǔn)斋@后)的不施氮肥耗竭區(qū)上分別設(shè)置不施氮肥耗竭區(qū)和施氮肥區(qū)(5個(gè)水平)；第三年度(2009年)，施氮肥區(qū)、不施氮耗竭1年后再施氮的小區(qū)仍按上年度施氮水平繼續(xù)進(jìn)行，而經(jīng)2年(2009年5月份小麥?zhǔn)斋@后)的不施氮肥耗竭區(qū)上分別又設(shè)置不施氮肥耗竭區(qū)和施氮肥區(qū)(5個(gè)水平)。不施氮耗竭區(qū)面積在2007年按3年定位試驗(yàn)所需提前

6、規(guī)劃好。與此同時(shí)，在揚(yáng)州大學(xué)試驗(yàn)基地運(yùn)用土壤滲漏池(Lysimeter)，系統(tǒng)研究了在砂土和黏土上稻麥兩熟土壤—作物系統(tǒng)中田面水氮、氨揮發(fā)、氮素滲漏、作物吸收和土壤剖面氮素累積等氮素行為與數(shù)量特征。主要研究結(jié)果如下：
　　 1、太湖流域各縣市的耕地土壤氮素含量高于省平均值，其中上層土壤全氮和速效氮含量最高，土壤氮素含量隨著土壤剖面深度的增加而減??；各種土壤的不同剖面對(duì)銨態(tài)氮的吸附量不同，黏土的吸附能力高于砂性土壤，下層土壤的吸附

7、能力高于上層；隨著銨態(tài)氮濃度的增大，土壤對(duì)銨態(tài)氮吸附量都表現(xiàn)為增大的趨勢(shì)。
　　 2、稻季氨揮發(fā)量取決于施氮后田面水NH4+-N濃度，與當(dāng)次施氮量有關(guān)，均隨著施氮量的增加而增大，且在施氮后1～3天左右達(dá)最大值，田面水NH4+-N濃度和氨揮發(fā)峰值同步出現(xiàn)，施氮后一周是減少氨揮發(fā)、防止徑流氮損失的關(guān)鍵期；黏性土壤的氨揮發(fā)損失比例要低于砂性土壤，黏土氨揮發(fā)總損失量為10.49～87.06kg/hm2，占施氮量的比例10.92％～21.

8、76％，砂土氨揮發(fā)總損失量為11.32～102.43kg/hm2，占施氮量的比例11.32％25.61％；各次施氮后氨揮發(fā)損失量的大小依次為分蘗肥＞倒4葉穗期＞基肥＞倒2葉穗肥，發(fā)現(xiàn)稻季施氮量300 kg/hm2時(shí)氨揮發(fā)量比200 kg/hm2躍增。氮素滲漏主要泡田引起，以NO3--N為主，NH4+-N很少，砂土NO3--N的滲漏多于黏土，高氮處理NO3--N的滲漏要高于低氮處理，滲漏量大的土壤要高于滲漏量小的土壤。
　　 3、

9、土壤—作物系統(tǒng)不同施氮量持續(xù)施用，以及不施氮耗竭1、2年后施氮在不同施氮量條件下，各季水稻產(chǎn)量對(duì)當(dāng)季不同施氮量的響應(yīng)有明顯的差異，呈現(xiàn)出土壤背景氮對(duì)產(chǎn)量的效應(yīng)明顯，水稻持續(xù)施氮處理當(dāng)季施氮量為100 kg/hm2和200 kg/hm2時(shí)，3年水稻產(chǎn)量呈降低趨勢(shì)，說明土壤不施氮耗竭使背景氮減小，水稻不能獲得高產(chǎn)；當(dāng)施氮量為300 kg/hm2時(shí)，持續(xù)施氮和不施氮耗竭1、2年后施氮均能獲得最高產(chǎn)量；而高于300 kg/hm2時(shí)均引起水稻倒伏

10、減產(chǎn)，所以土壤的水稻高產(chǎn)適宜施氮量趨于當(dāng)季300 kg/hm2、周年525 kg/hm2，可以維持水稻高產(chǎn)的土壤背景氮。水稻累積吸氮量也呈一定的土壤背景效應(yīng)，氮肥利用率隨當(dāng)季施氮量的增加而降低，與土壤背景氮關(guān)系不密切。
　　 4、小麥季土壤剖面中無機(jī)氮素含量不僅與當(dāng)季施氮量有關(guān)，還與土壤肥力背景值有關(guān)，各個(gè)生育期土壤剖面無機(jī)氮素主要集中在0～30cm土層，且隨著施氮量增加而增加，30～100 cm土層無機(jī)氮素對(duì)施氮量300～37

11、5 kg/hm2有明顯地響應(yīng)，拔節(jié)期以后已有明顯的淋溶效應(yīng)；施氮量300～375 kg/hm2土壤中無機(jī)氮素的殘留量一直較高，小麥成熟期土壤無機(jī)氮量與播種期相比，施氮量375 kg/hm2處理仍在增加，施氮量小于300 kg/hm2處理均有所減少；小麥—土壤系統(tǒng)氮素表觀損失量隨著施氮量的增加而增大，施氮處理75 kg/hm2和375 kg/hm2的損失量和損失率(占相應(yīng)施氮量的比例)分別為26.20 kg/hm2、34.93％，168.

12、64 kg/hm2、44.97％。從小麥各個(gè)生育階段氮素的損失情況來看，播種至返青期氮素表觀損失最多，且隨著施氮量的增加而增大，因此要控制前期基肥的施用量；拔節(jié)至開花期小麥吸肥量最多，低氮處理(75 kg/hm2和150 kg/hm2)出現(xiàn)氮素虧缺，而高氮處理(300kg/hm2和375 kg/hm2)氮肥表觀損失依然較高，土壤中一直存在著較多的無機(jī)氮素；小麥?zhǔn)┑坎怀^225 kg/hm2較為適宜。
　　 5、土壤剖面氮素含量

13、主要在耕作層，土壤氮素含量隨著土壤深度的增加呈減小趨勢(shì)，在土壤層次40～50cm處達(dá)到最小值，爾后略有增大趨勢(shì)，不施氮處理土壤剖面氮素含量要比試驗(yàn)前減小，呈現(xiàn)氮素養(yǎng)分耗竭的作用；一旦施氮土壤耕作層的氮素含量對(duì)氮肥有響應(yīng)，且隨著施氮量的增加而增大，下層土壤氮素也增大，低氮處理(年施氮量為175 kg/hm2和350 kg/hm2)增加較少，而高氮處理(年施氮量為700 kg/hm2和875 kg/hm2)土壤剖面氮素含量顯著增大；第五季作

14、物水稻收獲后不施氮耗竭2年后施氮處理的土壤剖面氮素含量要低于不施氮耗竭1年后施氮處理和持續(xù)施氮處理的相應(yīng)處理；小麥季土壤剖面氮素含量特別是上層土壤要顯著低于水稻季，耗竭效應(yīng)對(duì)旱季小麥的產(chǎn)量影響作用較大；當(dāng)季施氮均能改變土壤氮素含量，且與施氮量相關(guān)。
　　 本研究在稻麥較高產(chǎn)的條件下，兼顧氮肥利用效率，綜合考慮水稻季施氮后氨揮發(fā)效應(yīng)、土壤氮素滲漏特點(diǎn)和小麥季土壤剖面無機(jī)氮素的變化等研究結(jié)果表明，太湖流域獲得當(dāng)前生產(chǎn)上水稻目標(biāo)產(chǎn)量9