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不同氮肥管理下春玉米地土壤硝态氮的淋溶阻控技术与阈值研究

吴三鼎  
【摘要】:肥料产业的发展促进了粮食增产,保证了粮食安全供给。由于人类持续向土地投入大量化学肥料,农业面源污染负面效应逐渐凸显,给人类生存健康带来潜在风险。未来农业向着绿色、环保方向发展,对于解决农业增产与环境的平衡问题具有重要的意义。黄土高原南部旱作农业区,土层深厚而疏松,暴雨频发,为农业面源污染提供了条件。因此,在该地区研究不同的氮肥管理措施下硝态氮的淋溶特征与阻控技术,对于提高作物产量和保护生态环境具有重要的指导意义。本试验在黄土高原南部长武农业生态试验站进行,采用完全随机区组设计,半覆膜种植,供试作物为春玉米,品种为先玉335。设置4组试验处理,每组3个重复,分别为:(1)不同施氮量,施氮量分别为0、80、100、130、160、200、250kg/hm2;(2)总施氮200kgh/hm2,设置缓控肥与普通尿素不同施用比例,比例分别为35%+65%、50%+50%、65%+35%;(3)施氮200kgh/hm2时,设置硝化抑制剂不同添加浓度,分别为施氮量的1%、5%、10%、15%;(4)在施氮200、250kg/hm2的基础上,采用玉米秸秆深埋措施。在缓控肥与硝化抑制剂试验处理区,采取春玉米各生育期根层土壤,测定土壤硝态氮含量。在春玉米收获期采取土壤样品和植物样,分别测定土壤硝态氮含量和籽粒产量,以确定各种氮肥管理措施对土壤硝态氮淋溶及春玉米籽粒产量的影响。试验于2017—2018年开展2年,主要结果如下:(1)适量的施氮量促进春玉米增产,同时可降低土壤硝态氮淋溶累积。在施氮范围0~250 kg/hm2内,春玉米籽粒产量呈现先增长后下降的趋势,经函数模拟分析,方施氮为227 kg/hm2时产量可达到最大。施氮量在0~160 kgh/hm2时,土壤硝态氮含量保持在较低的水平,不会引起大量淋溶累积。当施氮量超过160 kg/hm2时,淋溶至深层土壤的硝态氮显著增加,导致土层0—300累积量剧增。因此,引发土壤硝态氮淋溶累积的施氮阈值为160 kg/hm2。施氮量为200 kg/hm2时,植株总吸氮量、氮素利用效率达到最大。施氮量达到250 kg/hm2时,使春玉米籽粒产量和氮素利用效率存在一定程度降低。(2)缓控肥的施用可有效阻控土壤硝态氮的淋溶下移,减少下层土壤硝态氮的累积。各处理中,缓控肥与普通尿素施用比例为50%+50%时,淋溶至深层的土壤硝态氮最少,对土壤硝态氮的淋溶阻控效果最佳,土层0—300cm硝态氮累积量降低37.39%。缓控肥的施用降低春玉米各生育期根层土壤硝态氮含量,各缓控肥处理之间,无明显差异。缓控肥的施用一定程度上降低了春玉米籽粒产量,主要由于缓控肥在春玉米生长前期阶段肥效释放较慢,与春玉米根系对氮素的吸收不同步,降低作物总吸氮量与氮素利用效率,进而降低产量。(3)适量的硝化抑制剂对土壤硝态氮的淋溶下移起到有效的阻控作用,减少土层硝态氮的累积。随着硝化抑制剂添加量的增加,土壤硝态氮向深层土壤淋溶的风险系数增加,同时,土壤硝态氮的累积量有增加的趋势。硝化抑制剂添加量为施氮量的1%时,土层剖面硝态氮含量最低,土层0—300cm硝态氮累积量最低(与对照对比降低55.68%)。硝化抑制剂的施用使春玉米各生育期根层土壤硝态氮含量显著降低,不同量硝化抑制剂处理之间无显著性差异。与对照相比,添加硝化抑制剂对春玉米增产没有积极作用,但适量硝化抑制剂浓度对土壤硝态氮淋溶具有抑制作用。(4)秸秆深埋对土壤硝态氮淋溶下移可以起到有效阻控作用,降低深层土壤硝态氮累积量。施氮为200 kg/hm2时,秸秆深埋使得土层0—300cm硝态氮总累积量降低25.29%。施氮为250 kg/hm2时,秸秆深埋使得土层0—300cm硝态氮总累积量降低5.49%。同等施氮条件下,秸秆深埋提高春玉米籽粒产量,促进植株对氮肥的有效吸收,提高作物的氮素利用效率。综上所述,在黄土高原沟壑旱作农业区,在当地气候和试验管理条件下,经数学模拟分析,施氮量达到227.38 kg/hm2时,春玉米可获得最高产量,采用秸秆深埋措施可促进春玉米提高产量。控制施氮量、采用秸秆深埋、施用缓控肥可控制土壤硝态氮的淋溶累积。施氮量1%的硝化抑制剂添加量对土壤硝态氮淋溶下移有阻控效果。


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