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氮肥、秸秆还田和丛枝菌根真菌对玉米氮素吸收利用的影响

周亚男  
【摘要】:提高作物养分吸收,减少氮素流失一直是农业生产中研究的热点。本研究采用盆栽方式,研究了氮肥、丛枝菌根真菌(AMF)和秸秆还田对夏玉米氮素吸收和流失的影响。本试验为三因素试验,设置两个氮肥梯度(N1:180 kg.N.hm~(-2)和N2:360 kg.N.hm~(-2));AMF处理采用分室系统设置三个处理(根和AMF都可以通过隔室:A1R,只有AMF可以通过隔室:A1,根和AMF都不能通过隔室:A0);两个秸秆还田水平(秸秆还田、秸秆不还田)并于2016年和2017年玉米生育期测定了玉米成熟期产量、各器官生物量、根系特性、各器官氮素累积量,成熟期土壤铵态氮、硝态氮、NH_3挥发速率以及N_2O排放通量等参数,采用相关分析分析了夏玉米氮素累积和气态氮排放与夏玉米产量的关系。多因素方差分析结果表明:氮肥、秸秆和AMF三个因素对产量、生物量、硝态氮和N_2O排放都有极显著的影响,氮和AMF交互作用对铵态氮、硝态氮和N_2O排放影响显著。相关分析结果表明:夏玉米产量和生物量、根氮素累积量、地上部氮素累积量成极显著正相关关系。氮肥处理之间,与N1处理平均值相比,N2处理根系侵染率下降22.75%,玉米籽粒产量平均值增加37.03%,夏玉米果穗穗长、穗粗、穗行数、行粒数、百粒重的平均值增加16.38%、6.45%、2.84%、21.57%、7.63%,秃尖长度平均值减少32.25%,玉米根生物量、茎生物量、叶生物量、鞘生物量、苞叶生物量、穗生物量、其他器官生物量和单株生物量两年平均值增加6.34%、10.8%、11.51%、12.21%、27.14%、36.62%、10.07%、22.05%,玉米根系总长、根体积、根表面积、根直径两年平均值增加8.23%、14.86%、8.75%、5.28%,根系氮素累积量两年平均值增加35.25%,地上部全氮累积量两年平均值增加47.25%,土壤铵态氮含量两年平均值增加60.25%,硝态氮含量两年平均值增加16.25%,无机态氮含量两年平均值增加53.25%。与秸秆不还田相比,秸秆还田处理成熟期根系侵染率降低了10.43%,玉米籽粒产量平均值减少12.34%,夏玉米果穗穗长、穗粗、穗行数、行粒数、百粒重的平均值减少11.16%、3.36%、1.51%、7.33%、4.36%,秃尖长度平均值增加7.15%,根系生物量两年平均值减少0.58%,茎生物量两年平均值减少12.35%,叶生物量两年平均值减少3.10%,鞘生物量两年平均值增加2.84%,苞叶生物量两年平均值增加3.11%,穗生物量两年平均值增加3.64%,其他器官生物量两年平均值增加72.69%,单株生物量两年平均值增加1.21%,玉米根系总长、根体积、根表面积、根直径两年平均值增加9.01%、8.83%、8.22%、5.51%,玉米根系的全氮累积量两年平均值增加4.67%,玉米地上部全氮累积量两年平均值减少6.17%,土壤铵态氮含量两年平均值降低10.47%,土壤硝态氮含量两年平均值增加了94.21%,土壤无机态氮含量两年平均值增加了78.06%。三个AMF处理之间,与A0处理(根和AMF都不能通过隔室)相比,A1(只有AMF可以通过隔室)和A1R两个处理(根和AMF都能通过隔室)在秸秆不还田和秸秆还田两个水平下连续两年玉米籽粒产量的平均值分别增加28.71%、22.73%、56.26%、70.26%;果穗穗长平均值分别增加5.80%、5.62%、17.4%、23.51%;穗粗平均值分别增加3.85%、6.20%、9.52%、7.21%;行粒数分别增加9.31%、3.47%、21.08%、30.73%;百粒重分别增加3.56%、10.24%、11.09%、6.56%;秃尖长度分别减少2.57%、15.67%、31.21%、10.70%;玉米单株生物量分别增加19.10%、14.55%、45.89%、24.45%;根系全氮累积量分别增加6.15%、6.40%、37.95%、46.83%;地上部全氮累积量分别增加9.79%、9.42%、35.18%、32.57%;土壤铵态氮含量分别降低10.94%、7.13%、21.26%、18.93%,土壤硝态氮含量分别降低12.87%、21.69、34.96%、45.58%,土壤无机态氮含量分别降低12.58%、20.67%、32.94%、43.68%。NH_3排放速率和N_2O排放通量在夏玉米整个生育期内呈现动态变化,玉米生育期施肥后NH_3排放速率和N_2O排放通量总体上都呈现先上升后下降趋势,且排放的高峰同步。增施氮肥,NH_3的排放速率和N_2O排放通量都显著增加,与N1相比,N2处理的NH_3挥发速率在两种秸秆处理水平下分别增加了45.73%、27.52%,N_2O排放通量在两种秸秆处理水平下分别增加44.65%、49.64%。与对照A0处理相比,A1处理(只有AMF可以通过隔室)和A1R处理(根和AMF都能通过隔室)均显著降低了NH_3和N_2O排放。与A0处理相比,A1处理(只有AMF可以通过隔室)NH_3挥发速率在两种秸秆处理水平下分别降低了22.13%、11.74%,N_2O排放通量分别降低了35.52%、3.29%,A1R处理(根系和AMF都能通过隔室)NH_3挥发速率在两种秸秆处理水平下分别降低37.38%、23.49%,N_2O排放通量分别降低82.26%、78.95%。秸秆还田显著降低土壤NH_3挥发速率和N_2O排放通量,与秸秆不还田相比,秸秆还田NH_3挥发速率和N_2O排放通量分别降低了69.67%、21.22%。这些结果表明:增加氮肥用量,夏玉米氮素累积量增加,子粒产量增加,但同时增加了NH_3挥发和N_2O排放量;AMF可以提高夏玉米对氮素的吸收利用,降低NH_3挥发速率和N_2O排放量,秸秆还田对作物产量有不利影响,但减少了土壤气态氮流失。生产上,秸秆还田玉米农田合理施用氮肥同时配施AMF,能够提高氮素利用效率、减少氮素流失,为农业可持续发展提供技术支持。


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