农田氮素动态平衡与优化管理研究

【摘要】：面对我国南方地区农田传统水肥管理模式所引发的环境问题,研究制定科学有效的水肥管理措施是目前控制农业面源污染的重要命题,对提高农业生产水平和保护生态环境具有重要的意义。如何在不降低水稻产量的前提下,采用合适的施氮技术,制定合理的施氮次数、施氮时间和施氮量,采取合理的灌溉和排水措施,避免过量施用氮肥,减少农业面源污染对水环境的影响,还需要因地制宜地深入研究。 2010年在浙江省余姚市三七市镇农业示范区试验田进行了不同施氮水平对田面水氮素动态变化、水稻产量及产量构成要素、氮肥利用率、农田氮素平衡的影响试验。本论文的研究目的是为合理施肥、控制氮素流失、保护水体生态环境提供技术指标依据。 本文的研究结果表明: (1)淹水稻田施用尿素后,田面水中氮素以铵态氮为主,硝态氮比例较低。田面水总氮和铵态氮在施肥后第一天达到最大值,受田间氨挥发影响,之后逐渐下降,在一周左右降至不施氮肥小区水平。受硝化作用影响,田面水硝态氮出现峰值的时间较铵态氮滞后,在施肥第三天之后才达到最大值,随后逐渐下降。考虑到我国尿素在稻田的广泛施用,可以将铵态氮和全氮作为稻田水体污染监测的主要氮素指标,硝态氮可作为辅助指标。田面水三氮动态变化表明,施氮后7天内三氮浓度较高,并且田表水层较深,如果发生暴雨,很容易产生地表径流,所以施肥后一周以内是防止氮素流失的关键时期,有必要采取措施防止氮素流失。田面水氮素浓度与施氮量有极其明显的正相关,分次施氮有利于从源头降低甚至解决氮肥流失,是降低农田氮流失量的关键措施。 (2)田间实测统计数据分析结果表明,在一定范围内增加氮肥用量,可以增加水稻株高、穗长和每穗总粒数,促进水稻分蘖数,增加每亩穗数,但是超过一定施肥量会使水稻空秕率增加,结实率和千粒重下降。研究表明一定范围内增施氮肥能够增加水稻产量,但是多施氮肥会适得其反,导致产量下降。水稻产量与氮肥用量可以用二次三项式函数y = -0.03x2+11.63x+6168.29进行拟合,其相关系数为0.9487。通过对肥料效应函数的计算分析,求得最高产量对应的施氮量为194 kg/hm2。按此次试验最高产量的施肥量计算,在保证水稻产量不受影响的情况下,可以比农户的施肥量减少10%以上。用农业技术经济学的边际收益分析原理分析浙东宁绍平原余姚的最佳经济施氮量,结果表明施氮量为167 kg/hm2时的经济效益最佳,相应的产量为7274 kg/hm2。低于167 kg/hm2时,施肥量减少,施肥成本虽然降低,但是施肥利润也按一定的比率减少。从降低成本、提高效益和减少氮素流失风险等方面考虑,认为研究区适宜施氮量应为167kg.hm-2。 (3)对试验田氮肥不同利用率指标分析结果表明:氮肥产谷效率与水稻吸氮量呈极显著负相关,其相关系数为-0.970。吸氮量过多,其氮肥产谷效率下降,产量并不一定高,因此适当控制吸氮量是提高氮肥产谷效率的前提。氮肥吸收利用率随施氮量的提高而下降,变化范围在21.12%~45.75%之间。相关性分析表明氮肥吸收利用率与施氮量呈极显著性负相关,其相关系数为-0.751,与作物吸氮量呈极显著正相关,相关系数为0.914。所以为提高作物对氮肥的吸收利用率,有必要减少氮肥施用量。氮肥偏生产力也是随着施氮量的增加而降低,变化范围在35.33~50.76 kg.kg-1。氮肥偏生产力与施肥量成极显著负相关,相关系数为-0.975。氮肥生理利用率随着施氮量增加而增高,从17.46 kg.kg-1增加到42.36 kg.kg-1,但是超过195 kg/hm2的施肥水平后就下降为20.51 kg.kg-1。相关性分析表明氮肥生理利用率与作物吸氮量呈极显著负相关,相关系数为-0.897,与作物产量呈极显著正相关,相关系数为0.699。不同施肥水平处理的氮肥农学利用率都很低,在5.3~8.2 kg.kg-1之间变化,这可能和土壤背景氮过高有关。 (4)通过对土壤、水稻及灌溉水的监测,计算了不同施肥水平下土壤-作物系统氮素的平衡。分析各施肥处理氮素平衡,土壤残留氮都高于不施肥处理小区残留量,随着施氮量的提高,残留在土壤中的氮也呈现持续增长的趋势。氮素盈余是指未被作物吸收而残留在土壤中和损失于环境中的两部分氮素之和,随着施氮量增加,氮素盈余明显增加,并且各施肥处理小区氮素的盈余明显高于不施氮处理。因此,为了减少氮素的表观残留和损失量,考虑到土壤自身氮素供应能力,减少施氮量是十分必要的。

【学位授予单位】：上海师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：S511