東北春玉米連作體系土壤剖面無機氮的變化特征.docx

1、第40卷第5期西北農(nóng)林科技大學學報(自然科學版)Vol.40No.52012年5月JournalofNorthwestA&FUniversity(Nat.Sci.Ed.)May2012網(wǎng)絡出版時間：2012-04-1615：34網(wǎng)絡出版地址»http：/無機氮的變化特征蔡紅光微，張秀芝2,任軍2,馮國忠】，高強I(1吉林農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，吉林長春130118；2吉林省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)必境與資源研究中心，吉林長春130033)摘要【目的】研究不同施肥方式對東北春玉米生長及連作體系土壤中氮素含雖的影響，為春玉米的合理施肥提供理論依據(jù).【方法】2005-2006年，在東北中部黑

2、土春玉米連作區(qū)進行2年的田間定點試驗，研究了一次性施肥(農(nóng)民習慣施肥】、農(nóng)民習慣施肥2)和推薦施肥條件下.玉米不同生育階段地上部生物做和吸氮量及土壤無機氮含量的變化特征，并對十壤氮素表觀盈虧進行了估算.【結果】玉米地上部生物址和吸笥址均隨施氮址的增加而增大，其中推薦施肥處理的生物械和吸氮供均最高。施氮顯著增加了090cm土層中的無機氮含量.2個習慣施肥姓理土壤的硝態(tài)氮含地受降雨量的影響較大，且下移明顯；推薦施肥處理可明顯降低硝態(tài)氮在土壤中的殘留.土壤鬣索表觀盈虧取決于氮肥用量，2006年農(nóng)民習慣施肥1處理的土壤氮素表觀盈余量最高，旦多以殘留硝態(tài)制的形式累積在深層土壤中。t結論】在東北黑土春玉米

3、連作區(qū)，氮肥-次性基施會導致土壤中的無機氮高殘留，增加氮損失，易對該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境造成威脅.本試驗中的推薦施肥是較好的施肥方式。關鍵詞施肥方式；黑土；玉米；硝態(tài)氮；氮素表觀盈虧中圖分類號S513.062文獻標識碼A文章編號1671-9387(2012)05-0143-06CharacteristicsofinorganicnitrogeninsoilprofileforcontinuousmaizeproductioninNortheastChinaCAIHong-guang1*2,ZHANGXiu-zhi2,RENJun2,FENGGuo-zhong1,GAOQiang1(1Collegeo

4、fResourcesandEnvironmentalSciencesJilinAgriculturalUniversity9Changchun9Jilin130118tCAina；2ResearchCenterofAgriculturalEnvironmentandResourcesJilinAcademyofAgriculturalSciencesChangchun9JilinI3OO33.CAina)Abstract:Objective!Thestudywasconductedtoevaluatetheeffectofdifferentnitrogenapplicationsonthegr

5、owthofspringmaizeandnitrogencontentofsoilenvironmentforcontinuousmaizeproductioninNortheastChinaandtoguidethefertilizationapplicationofspringmaize.【Meihod】Atwo-yearfieldexperimentwasconductedtounderstandthebiomassandnitrogenaccumulation,movementcharacteristicsofinorganicnitrogeninsoilatdifferentgrow

6、thstagesandtheapparentbudgetofsoilnitrogenintheblacksoilforcontinuousmaizeproductionunderone-timefertilizer(traditionalapplicationtreatment1and2)andoptimizedNtreatmentinNortheastChina.【Result】fhcresultsindicatedthatthebiomassandnitrogenaccumulationofplantwereincreasedwiththenitrogenapplicationrate.T

7、hebiomassandnitrogenaccumulationunderoptimizedapplicationtreatmentwashighest.Theinorganicnitrogeninsoillayer(090cm)收稿日期2011-11-08基金項目國家重點基礎研究發(fā)展計劃項目(2009CB118601)；國家科技支撐計劃項目(2011BAD16B10.2012BAD04B02),公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè)科研專項(201103003)作者簡介蔡紅光(1981-),男，有林舒蘭人，助理研究員，博士，主要從事植物著養(yǎng)高效生理與遺傳研究.E-mail：caihongguangl981通信作者

8、高強(1966，男，吉林九臺人.教授，博士生導師.主要從事植物菅芥與肥料研究.E-mail：gyt199962©wassignificantlyincreasedwiththeincrementofnitrogenapplicationrate.Traditionalapplicationtreatment1and2wereinfluencedbyannualrainfallamount.Theresidualnitratemoveddownobviously.Thenitrogenresidueinthesoildecreasedsignificantlyunderoptimize

9、dapplicationtreatment.Theapparentbudgetofsoilnitrogenwasmainlyuptothenitrogenfertilizerapplicationrate.Thesoilnitrogensurpluswashighestundertraditionalapplicationtreatment1in2006.Buithemostleachedintothedeepsoillayer.【Conclusion】Thesingledoseapplicationresultsinhighresidualinsoillayerandincreasesnit

10、rogenloss.Itthreatenstheenvironmenttoalargedegree.Basalfertilizationplusoptimizedtopdressingbasedonsoilmineral-nitrogentestisapromisingway.Keywords：fertilizingmethod；blacksoil;maize；nitrate-N；apparentbudgetofsoilnitrogen年份Year5月May6月Jun.7月Jul.8月Aug.9月Sep.上旬First中旬Middle下旬上旬First中旬Middle下旬Last上旬First

11、中旬Middle下旬Last上旬First中旬Middle下旬Mst上旬First中旬Middle下旬Last200513.10.06.516.493.868.576.277.139.330.56.072.00.00.071.0200615.07.00.930.058.537.24.048.062.538.0100.035.031.00.08.0試驗區(qū)2005-2006年玉米生育期內(nèi)降雨的分布情況Table1Precipitationinexperimentfieldduringmaizedevelopmentstagein2005and2006mm近年來，由于氮肥的不合理施用，導致我國目前玉

12、米的氮肥利用率僅為26.1%。肥料利用率低主要是由于肥料投入過量及施肥方式過于粗放造成的。如在華北平原和西北黃土高原小麥-玉米輪作系統(tǒng)中,農(nóng)民的習慣施氮量均遠遠高于玉米達到最高產(chǎn)量時的需氮量，過多的氮素多以硝態(tài)氮的形式殘留于土壤剖面中，極易隨降水和灌溉水向土壤深層移動”3】，脫離根區(qū)，同時也增加了地下水的硝酸鹽含量。東北春玉米種植區(qū)是我國重要的商品糧生產(chǎn)基地，近年來區(qū)內(nèi)采取一次性基施肥料（一炮轟）的農(nóng)戶比例逐漸增加疑】，其中吉林省玉米一次性施肥面積占到玉米總施肥面積的62.5%。日前關于華北夏玉米區(qū)一次性施肥后土壤無機氮運移特征及氮素平衡方面的研究較多而東北春玉米連作區(qū)僅見關于西部半干旱地區(qū)的

13、報道口訂。蔡紅光等w】曾就不同氮肥施用水平下玉米連作體系的硝態(tài)氮累積和體系氮平衡進行過研究，但均為分次施肥。在東北地區(qū)中部，近年來降雨的季節(jié)性變化起伏較表11.2供試品種2005和2006年的供試春玉米品種分別為“三北13”和“先玉335"。1.3試驗設計試驗設4個處理，分別為不施氮肥（對照，CK）、推薦施肥（Opt）、農(nóng)民習慣施肥1（基肥+種肥，Tra1）和農(nóng)民習慣施肥2（單施基肥，Tra2）,各處理下的敏磷鉀施用狀況見表2。其中對照處理所用磷肥為過磷酸鈣（ROs14%）、鉀為硫酸鉀（KJ）大"J,關于氮肥一次性大量基施在玉米整個生長季的損失特征及對環(huán)境的影響等，目前尚不

14、清楚。為此本研究通過2年的定點試驗，分析了不同施肥方式下春玉米不同生育階段土壤無機氮的變化特征.并對土壤氮素表觀盈虧進行了估算，旨在為東北地區(qū)春玉米的合理施肥提供理論依據(jù)。1材料與方法1.1試驗地概況試驗于2005-04-2006-10在吉林省中部的長春市新立城鎮(zhèn)進行，該地區(qū)屬于東北中部黑土玉米連作區(qū)。年均降雨量為520mm,無霜期平均為14】d,年均積溫2916供試土壤為黑土，030cm土壤有機質(zhì)、全氮、速效磷（P2O5）、速效鉀（K2O）含量分別為28.5g/kg,1.8g/kg,19.6mg/kg和139.1mg/kg；pH值為5.7；試驗區(qū)2005和2006年玉米生育期內(nèi)的總降雨量分別

15、為642和475mm（表Do試驗期間沒有灌溉。50%）,均作為基肥施入；推薦施肥處理采用總量控制、氮索分階段調(diào)控（基肥為30kg/hm拔節(jié)期采用土壤無機氮測試技術并結合相關文獻確定追肥量為160kg/hm2）及磷鉀恒量監(jiān)控技術m成，所用敏肥為尿素（N46%）,磷、鉀肥同對照處理；2個習慣施肥處理的肥料用址和施肥方式均是在對當?shù)剞r(nóng)戶調(diào)查的基礎上確定的，其中農(nóng)民習慣施肥1中的磷鉀全部由復合肥（N8%,R（）58%,&。8%）提供,其余氮用尿素補足，將復合肥與尿素混勻后85%以基肥形式施入，其余作種肥施入；農(nóng)民習慣施肥2處理采用吉林省升華公司生產(chǎn)的六顆星牌高氮復合肥（N28%,P2O515%

16、,K2（）10%）,以基肥形式一次性全部施入。每處理重復3次，隨機區(qū)組排列。小區(qū)面積40m2（4mX10m）0試驗于5月上旬播種,10月上旬收獲，各處理田間管理同一般大田。»2供試春玉米在不同施肥方式下的氮磷鉀肥施用Table2DoseoffertilizerN,PandKapplicationindifferentfertilizationmodeskg/hm2處理Treatment、P2OSK2O對照Nonitrogenapplication06950推薦施肥Optimizedapplication1906950農(nóng)民習慣施肥1Traditionalapplication12104

17、545農(nóng)民習慣施肥2Traditionalapplication214075501.4樣品采集及分析方法分別于04-15（播前）.06-15（拔節(jié)期）.07-15（抽雄期）、07-30（吐絲期）、08-20（灌漿期）.09-26（成熟期），在每小區(qū)取030、3060、6090cm土層的土壤（每小區(qū)取2鉆，等層混合），放入冰盒，帶回實驗室過孔徑4mm篩，采用0.01mol/LCaCl2浸提，TRACCS2000型連續(xù)流動分析儀測定土壤鉉態(tài)氮和硝態(tài)氮含量。在取土壤樣品的同時，取植株樣品，每小區(qū)35株。樣品取回后在105P下殺青30min,70P烘干至質(zhì)量恒定，稱質(zhì)量，粉碎。采用凱氏定氮法測定植株全

18、氮含量口們O1.5土壤氮素表觀盈虧的計算方法根據(jù)朱兆良的研究可知，因施入化肥氮所增加的土壤敏素的礦化量（N礦化）與被土壤生物固定的化肥氮（N固定）在數(shù)雖上基本相當。由此確定土壤氮素表觀盈虧量的計算公式為【"購:表觀盈虧量=（土壤起始無機氮總量+施氮量）一（土壤殘留無機氮量+作物吸氮量）。1.6數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)均先采用Excel2003處理后,再用SAS軟件進行統(tǒng)計分析。2結果與分析2.1施肥方式對植株生長及氮素吸收的影響由圖1可知，各處理拔節(jié)期玉米地上部的生物量較小，僅為成熟期的0.6%5.5%,且各處理的生物量均無顯著差異；拔節(jié)期后，對照的地上部生物量顯著低于其他處理（2005年）；從

19、抽雄期到吐絲期，玉米的地上部生物量迅速增加，平均達到總生物量的70%；而從吐絲期至成熟期，玉米地上部生物量的增加幅度較小，占總生物量的17.8%52.1%。除對照外，3個施肥處理的地上部生物量均從灌漿期開始出現(xiàn)差異，且以推薦施肥處理的生物量最高，顯著高于2個習慣施肥處理。由圖2可知，不同施肥方式下玉米地上部吸氮量隨玉米生育進程的變化趨勢與地上部生物量的動態(tài)基本一致。在抽雄期之前，各處理（對照除外）的吸氮量均無顯著差異；從抽雄期至吐絲期，推薦施肥處理玉米的地上部吸氮量迅速上升，2005年、2006年的上升幅度分別為137%和277%,至吐絲期和成熟期均顯著高于2個習慣施肥處理及對照。取樣日期Sa

20、mplingdateiEOSTEq羅州8H型iEOS2500020000150001000500006-1507-1507-3008-2009-26取樣日期Samplingdate CK;Opt；Tra1;*Tra2圖12005(a)和2006(b)年不同施肥方式下玉米地上部生物量的累積動態(tài)Fir.1Dynamicsofmaizeshootbiomassindifferentfertilizationmodesin2005and200606-1507-1507-3008-2009-26取樣日期SamplingdateQNsdnZrulq,芝«|敏舂希-H要rsdnnEq妄)、*M誨免

21、-!_要Samplingdate圖22005(a)和2006(b)年不同施肥方式下玉米地上部氧素的累積動態(tài)Dynamicsofmaizeshootnitrogenaccumulationindifferentfertilizationmodesin2005and2006Fig.22.2不同施肥方式下土壤剖面中無機氮含的變化特征圖3顯示，施氮明顯增加了土壤中無機氮的含鼠。春玉米在整個生育期090cm土層中的鉉態(tài)氮含量均較低，為15.253.0kg/hm2；除對照外,2005年，其他3種施肥處理090cm七層鉉態(tài)氮含量占土壤無機氮總量的17.2%53.9%,平均為34.7%,2006年該比例下降為

22、15.5%,且2005年與2006年各處理間均無顯著差異（數(shù)據(jù)未列出）。因此土壤剖面無機氮的殘留主要來自硝態(tài)知。UQOAo±-uoce2?OUITulq安)RlgwCK,DOpt.目Tral;可Tra204-1506-1507-1507-3008-2009-26取樣日期SamplingdateuoncQcB2?0£(uiq.妄)rr去：|:t.4:cl:tl:cl:tl:cl:t工Jfl:tJ:rl:1l:tl:tl;:tCK;QOpt;目Tral;0Tra204-1506-1507-1507-3008-2009-26取樣日期Samplingdale圖32005（a）和20

23、06（b）年不同施肥方式下土壤剖面中無機知含址的變化Fig.3Characteristicsofinorganicnitrogeninsoilprofileindifferentfertilizationmodesin2005and2006由圖4可見，在2005年，除播前外.施氮處理的030,3060,6090cm土層硝態(tài)氮含量在各生育期均顯著高于對照，且隨著玉米生育進程的推進，總體呈現(xiàn)出先升高后降低再升高的變化趨勢。3個施肥處理在030cm土層的硝態(tài)氮含量峰值最高，但硝態(tài)氮含量峰值出現(xiàn)時間有所不同，其中2個習慣施肥處理的硝態(tài)氮含量峰值均出現(xiàn)在拔節(jié)期，而推薦施肥處理則出現(xiàn)在抽雄期，且峰值較2個

24、習慣施肥處理低。這是因為2個習慣施肥處理的氮肥均在播前施入，而推薦施肥處理的氮肥僅在播前施入30kg/hm2,其余（160kg/hm2）氮肥在拔節(jié)后施入，所以硝態(tài)氮含扯峰值出現(xiàn)較遲。2個習慣施肥處理3060及6090cm上層的硝態(tài)猊含量:在抽雄之后就明顯高于推薦施肥處理，其主要原因是2005年的降雨季開始于6月中旬，2個習慣施肥處理的氮素由于施入過V，隨水逐漸下移，并隨著植株生育進程推進逐漸在3060和6090cm土層累積。2006年，各處理。30,3060,6090cm上層硝態(tài)氮含量總體呈先升高后降低的變化趨勢，目.處理間差異明顯（圖4）,這主要是由于定點試驗的累加效應所致。2個習慣施肥處理

25、6090cm±層的硝態(tài)氮含量在吐絲期迅速增加，是同時期推薦施肥處理的2.32.6倍，其主要原因是2006年降雨季推遲到7月中旬（圖1）,至8月中旬降雨量達248.5mm,從而使030和3060cm土層中的氮素隨雨水下移，并在6090cm土層累積所致?？傮w來看，土壤無機氮的變化規(guī)律與玉米對氮索的吸收規(guī)律基本吻合，即在玉米吸收氮素的高峰期，土壤中無機氮的含量迅速F降，而隨著玉米生長對氮素需求的卜-降，土壤無機氮含量變化呈平緩趨勢（圖3）。表明土壤中無機氮含置的動態(tài)變化與作物對氮的吸收緊密相關。150120906030150030cm60900150120603001503060cm30o

26、oO296HN'ON306090cma120120圖42005(a)和2006(b)年不同施肥方式對。90cm土層硝態(tài)輒含量的影響-CK；-b-Opt»-A-Tral»-x-Tra2EffectofdifferentfertilizationmodesonNOj-Naccumulationin090cmsoilin2005and2006Fig.42.3不同施肥方式下玉米連作體系的土壤氮素表觀盈虧量采用2005和2006年定點試驗結果，對東北黑土春玉米連作體系土壤氮素的表觀盈虧進行估算，結果見表3。表3表明，2005年各處理土壤氮素均出現(xiàn)了表觀虧缺，其中以農(nóng)民習慣施肥

27、2和對照處理的土壤氮素表觀虧缺量較高;2006年，各處理土壤氮素表觀盈虧量隨著施氮量的增加而增大，其中,對照處理的土壤氮素出現(xiàn)了表觀虧缺，其余3個施肥處理土壤氮素均為表觀盈余，且以農(nóng)民習慣施肥1處理的表觀盈余最高。表3不同施肥方式下春玉米連作體系的土域氮素表觀盈虧Table3Apparentbudgetofsoilnitrogenunderdifferentfertilizerapplicationconditionsinspringmaizesuccessionsystemkg/hm2年份Year對照Nonitrogenapplication推薦施肥Optimizedapplication農(nóng)

28、民習慣施肥1Traditionalapplication1農(nóng)民習慣施肥2Traditionalapplication22005-87.5-21.862.0一89.32006-57.955.597.440.93討論對于在東北黑土玉米連作區(qū)，氮肥一次性大最基施后的損失特征及環(huán)境效應尚無較多關注。本研究通過2年的田間定點試驗，對不同施肥方式下玉米生長季090cm土層的無機氮含量進行了動態(tài)監(jiān)測，并對土壤氮素的表觀盈虧進行了估算。本研究中3種施肥方式的差異主要表現(xiàn)在基施氮肥用量和氮肥施用時期的不同卜.9。山于硝酸根在土壤中易隨水移動，因此土壤中的硝態(tài)氮含量受水分的影響較大S'2005年，本試驗區(qū)

29、降雨主要集中在6月中旬至7月中旬，所以3個施肥處理。90cm±層的硝態(tài)氮含量在拔節(jié)期就表現(xiàn)出下移趨勢；而在2006年，降雨主要集中在7月中旬至8月中旬，所以2個習慣施肥處理6090cm土層中的硝態(tài)疑含量在吐絲期較抽雄期增加25.9%32.8%,差異顯著。已有研究表明，基施知肥用量過大(】50kg/hm2)會顯著增加土壤中硝態(tài)氮的殘留量)，而最佳的敏肥管理方式是減少作物生長季末土壤中硝態(tài)氮的殘留量心】。本研究中，由于2個習慣施肥處理的硝態(tài)氮過早向土壤下層移動，脫離根區(qū)，不利于植株根系對養(yǎng)分的吸收，降雨量過大時更易使植株后期脫氮；這不但會影響植株干物質(zhì)的累積，也會使籽粒產(chǎn)量:明顯下降本研

30、究中，2005與2006年玉米生長季土壤氮素表觀盈虧量有所差異，其主要原因在于土壤起始無機氮的差異，也可能與降雨量有關3個施肥處理的土壤氮素表觀盈余的差異仍主要決定于氮肥用扇:。隨著施氮量的增加，玉米生長季土壤氮素的表觀盈余量明顯增大9-203.而2個習慣施肥處理下盈余的氮素主要累積在深層土壤中，極易導致產(chǎn)生相關的環(huán)境問題。參考文獻張福鎖，王激清，張衛(wèi)峰.等.中國主要糧食作物IE料利用率現(xiàn)狀與提高途傳J.土壤學報.2008,45(5):915-924.ZhangFS,WangJQ,ZhangWF,etal.NutrientuseefficienciesofmajorcerealcropsinC

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