旱地不同覆盖方式下土壤氮素矿化特性研究

【摘要】： 旱地主要依靠天然降水和采取一系列旱作农业技术措施进行生产,它的持续发展对我国食物安全、生态安全和资源安全具有重要的战略意义。在农业生态系统中,由于氮肥投入使作物产量有了很大的提高。但施用不当,引发了资金、资源浪费和环境污染等问题,从而影响农业的持续发展。因此,本研究以旱地不同栽培模式田间定位试验为研究对象,运用实验室培养、田间原位培养和田间氮素平衡三种方法,研究了旱地常规不覆盖、薄膜覆盖和秸秆覆盖等栽培模式施用不同水平氮肥对旱地土壤水分和矿质氮时空变化,以及土壤氮素矿化特性的影响,得到以下主要结论: 1.冬小麦在3月至5月生长期间,0～20 cm各土层土壤水分含量有明显的波动起伏。不同土层相比,0～5 cm土层水分含量的变化5～10 cm土层10～20 cm土层。与常规相比,覆膜和覆草均显著增加了0～5、5～10和10～20 cm土层水分含量,而施用氮肥降低了0～20 cm各土层水分含量。不同栽培模式对0～100 cm土层土壤剖面贮水量的影响因作物各生育时期的不同而不同,返青期覆膜和覆草模式土壤贮水量显著高于常规对照,拔节期覆草模式土壤贮水量显著高于覆膜模式,灌浆期各模式之间土壤贮水量的差异未达显著水平。冬小麦生长期间不同处理的土壤铵态氮含量均较低,时空变化较小;而不同处理的土壤硝态氮含量的时空变化较大,其含量的时空变化与施氮量、栽培模式和不同时期有密切关系。增加氮肥用量明显提高0～20 cm土层硝态氮含量和矿质氮的累积量,随着生长时期的推进,土壤硝态氮含量降低明显。0～100 cm土层中硝态氮的累积量为覆草常规覆膜。 2.原位土柱培养结果表明,随着培养时间的推移,不同处理硝态氮、氮素矿化量、矿化速率呈增加趋势。不同模式相比,覆膜覆草常规。不同覆盖、不同土层和施用氮肥对铵态氮的变化影响较小。4月份的矿化量和矿化速率均高于3月份。覆膜模式显著提高了土壤0～20 cm土层含水量和土壤积地温,覆草模式在一天中具有稳定土壤温度的作用。土壤含水量和14时积地温随土层的深入而降低,而8时积地温则相反。相关分析表明,土壤氮素净矿化量、硝态氮、铵态氮与土壤水分含量和土壤积地温间的相关系数均未达显著相关关系,这可能与田间土壤性质的变异较大有关。 3.室内培养试验发现,不施氮处理覆草土壤氮素矿化量常规覆膜,施氮处理各模式在不同层次存在差异。随土层的深入土壤硝态氮、氮素矿化量和矿化速率呈降低趋势。培养14～28天常规和覆膜模式硝态氮增加量、矿化量和矿化速率均低于培养0～14天,覆草模式则相反。 4.种植一季冬小麦之后,0～200 cm土层土壤贮水量明显减少,不同处理相比覆膜耗水量最多,而覆草最少,施用氮肥能够增加土壤耗水量。覆盖和施用氮肥后均有提高小麦籽粒产量、生物学产量、植株吸氮量和水分利用效率的作用。不同栽培模式土壤氮素净矿化量不同,覆盖有利于土壤氮素矿化。土壤氮素平均矿化速率为4.55 kg hm-2月-1,覆膜覆草常规。相关分析显示,土壤净氮矿化量与小麦地上部分生物学产量呈显著正相关关系。 5.三种评价土壤氮素矿化的方法相比,室内培养的矿化速率田间氮素平衡田间原位培养,其中室内培养土壤氮素矿化速率平均是田间原位培养的3.55倍,这与前一方法为氮素矿化提供了适宜的水分、温度等条件有关。田间条件下土壤氮素矿化作用的空间变异较大是影响原位培养方法结果准确性的重要因素。