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冬小麦土壤N_2O排放以及麦季施氮对玉米季后效的研究

崔正勇  
【摘要】:本试验于2012年10月至2014年10月两个冬小麦-夏玉米生长季进行,试验地位于山东省泰安市山东农业大学试验农场。试验以冬小麦品种济麦22和夏玉米品种郑单958为供试品种,在冬小麦生长季设置N0、N0+120、N60+120、N120+120、N180+120以及N120+0、N120+60和N120+180共8个施氮处理,用以研究小麦季不同氮肥处理N_2O排放规律及影响因素。玉米季在小麦季N0、N120+0、N120+60、N120+120和N120+180所在小区统一施氮,以N1、N2、N3、N4和N5表示,用以研究小麦季施肥对玉米季的后效作用。研究结果如下:1施氮处理对N_2O排放通量的影响施用基肥后第2天N_2O排放通量即出现峰值,施肥处理均高于对照,且随着施氮量增加,N_2O排放通量峰值也随之升高。说明施肥可以显著促进土壤N_2O的排放。随着施肥时间的推移,N_2O排放通量迅速下降并逐渐趋于平缓。拔节期追肥后N_2O排放通量逐渐升高,于施肥后第6天出现排放峰值。施氮处理N_2O排放通量均高于对照,在追施氮量一致的情况下,N_2O排放通量因为基施氮的不同而存在差异,且随基施氮量的增加而升高。与基施氮肥后出现的N_2O排放通量峰值相比,追肥后产生的排放峰值低于相应的基肥处理。此后,N_2O排放通量逐渐下降,但在开花以后有一定的回升。N0和N120+0的N_2O排放通量在整个观测期间仅出现轻微波动,低于其它施氮处理。由此可见,施氮为N_2O排放的重要驱动因子之一。2土壤无机氮含量与土壤N_2O排放通量的关系施用基肥尿素后,0-20 cm土壤表层硝态氮含量逐渐升高,并且硝态氮含量随着施氮量的增加而升高。土壤表层硝态氮含量约于施肥后一周达到最大值,之后开始下降。与硝态氮含量的变化不同,土壤表层铵态氮含量于施肥后2至3天内即达到最大值。施肥后铵态氮含量随着施氮量的增加而升高,之后各处理铵态氮含量迅速下降。土壤表层铵态氮含量与土壤N_2O的排放通量存在极显著正相关关系,而硝态氮含量与N_2O的排放通量间无显著的相关性。说明在冬小麦秋冬季土壤N_2O排放的来源以铵态氮的硝化作用为主。除N0和N120+0以外,其他处理施用尿素后,0-20 cm土壤表层硝态氮含量逐渐升高,并且硝态氮含量随着追施氮量的增加而升高。追肥一致的情况下,土壤硝态氮含量随着基施氮肥量的增加而升高。总施氮量一致时,基施氮量比例高的处理表层土壤硝态氮含量开始高于相应处理,后期则相反,基施氮量比例高的处理硝态氮含量低于相应处理。与基施氮肥后表层土壤硝态氮含量的变化比较,各追肥处理硝态氮含量增加缓慢。除n0和n120+0以外,其它处理施用尿素后土壤表层铵态氮含量迅速升高,并且铵态氮含量随着追施氮量的增加而升高。追肥一致的情况下,土壤铵态氮含量随着基施氮肥量的增加而升高。与基施氮肥的铵态氮含量变化相比,各处理铵态氮在施肥后7天左右达到最大值,且之后缓慢下降。土壤表层硝态氮、铵态氮含量与土壤n2o的排放通量均存在极显著正相关关系。说明土壤n2o的排放通量随着土壤表层硝态氮、铵态氮含量的增加而呈升高趋势。3农田n2o排放总量与施氮量氮肥基施后,n2o排放总量先迅速增加,而之后增加缓慢。各施肥处理n2o排放总量均高于对照,且随着施氮量增加,n2o排放总量也随之升高。氮肥追施后,n2o排放总量增加速度相对一致。各施肥处理n2o排放总量均高于对照,且随着施氮量增加,n2o排放总量也随之升高;总施氮量一致的情况下,n2o排放总量处于同一水平。冬小麦生长季施氮总量与n2o排放总量呈极显著正相关,n2o排放总量随着施氮量的增加而升高。4氮肥处理对产量的影响小麦生长季,穗数在年际间无显著差异。尽管施氮量由n120+0增至n120+180各处理穗粒数之间无显著差异,但是单位面积子粒数随着施氮量增加而升高。2013-2014年各处理千粒重平均41.70g,比2012-2013年提高5%(39.84g)。与n0和n120+0相比,两年间n120+60的平均产量分别提高21%和6%。而n120+180比n120+60平均增产11%。当施氮量由n0增至n120+120时,两年平均干物质积累量增加21%;n120+180的干物质积累量最高。2013-2014年n120+120和n120+180的干物质积累量差异显著,而2012-2013年无显著差异。与2012-2013年(0.47)相比,2013-2014年收获指数提高6%(0.50)。收获指数的提高主要归因于千粒重的增加。当施氮量由n120+0增至n120+180时,各处理收获指数之间并无显著变化。在玉米生长季,施氮处理由n1增加至n5时,平均穗数由6.44earsm-2增加至6.91earsm-2。当施氮量由n1增加至n4时,穗粒数提高10%;而当施氮量由n4增加至n5时,穗粒数也增加10%。两年间,当施氮量由N1增加至N5时,千粒重由303.0 g增加至337.8 g,N5的千粒重最高。当施氮量由N1增加至N3时,两年平均产量提高15%;当施氮量由N3增加至N5时,平均产量提高25%,N5处理的产量最高。2014年当施氮量由N1增加至N5时,各处理产量间均存在显著差异。当施氮量由N1增加至N5时,平均干物质积累量由16.3 t ha-1增加至21.4 t ha-1。而由N3增加至N5时,平均干物质积累量提高21%。当施氮量由N3增加至N5时,各处理收获指数之间无显著差异。而N5的干物质和收获指数无显著变化,因而两年间N5处理的产量保持稳定。5氮肥处理对氮素吸收利用的影响当小麦季施氮量由N120+0增加至N120+180时,两年平均子粒含氮量并无显著变化;而当施氮量由N120+0增加至N120+120时,秸秆含氮量提高24%。当施氮量由N0增加至N120+180时,子粒吸收的总氮量由137.1 kg N ha-1增加至212.6 kg N ha-1;秸秆吸收的总氮量由40.2 kg N ha-1增加至61.1 kg N ha-1。N120+180处理子粒吸收总氮量最高,2013年除N120+60和N120+120处理子粒吸收总氮量无差异外,其余处理子粒吸收总氮量差异显著。当施氮量由N0增加至N120+120时,秸秆的总吸氮量提高50%,而N120+120和N120+180处理之间无显著差异。N120+60处理的氮素收获指数最高,当施氮量由N120+60增加至N120+120时,氮素收获指数显著下降。随着施氮量增加,PFPN显著下降。N0处理的IEN最高,而当施氮量由N120+60增加至N120+180时,各处理IEN之间无显著变化。当玉米季施氮量由N1增加至N5时,子粒含氮量显著提高6%,秸秆含氮量提高9%。当施氮量由N3增加至N5时,各处理子粒和秸秆含氮量之间无显著差异。当施氮量由N1增加至N5时,子粒和秸秆氮素总吸收量分别提高51%和30%。N5处理的子粒和秸秆氮素总吸收量最高。尽管当施氮量由N3增加至N5时各处理子粒和秸秆含氮量无显著变化,N5处理的子粒和秸秆氮素吸收总量显著高于其它处理。当施氮量由N1增加至N5时,氮素收获指数由0.60增加至0.64。当施氮量由N2增加至N5时,平均PFPN由45.1 kg kg-1增加至64.9 kg kg-1。除2014年N2与N5之间IEN存在显著差异外,其余处理IEN之间无显著变化。


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