玉米秸稈直接還田對土壤中氮素生物有效性的影響

【摘要】： 本研究采用15N標(biāo)記氮肥和15N標(biāo)記秸稈,在兩種氮素水平土壤上進(jìn)行盆栽試驗(yàn),研究不同土壤氮素條件下,短期秸稈腐解過程中的N素固持及釋放規(guī)律,明確秸稈中的氮素短期能否供給作物吸收利用。同時(shí),考察了長期秸稈還田條件下(始于1981年),土壤氮素的變化趨勢及生物再利用可行性,為華北平原的長期秸稈還田后的氮肥管理提供依據(jù)。 盆栽試驗(yàn)設(shè)置如下：1)不同土壤氮素水平的秸稈還田盆栽試驗(yàn),對照(CK)、單施秸稈(9000kg/hm2,S)、中量氮肥處理(150kg/hm2,N1)、高量氮肥處理(300 kg/hm2,N2)、秸稈還田配施中量氮肥處理(N1S)和秸稈還田配施高量氮肥處理(N2S)；2)填埋秸稈分解的盆栽試驗(yàn),填埋秸稈配施中量氮肥處理(N1S填埋)和填埋秸稈配施高量氮肥處理(N2S填埋)。 本研究主要結(jié)論如下： 1對小麥氮素來源分析得出,氮肥是成熟期小麥氮素的主要來源,且隨著施氮量的增加而增加。中等氮肥用量(N1)條件下,高氮素土壤小麥60%以上的吸氮量來自于肥料氮,低氮素土壤則在68%以上；N2處理,高氮素土壤和低氮素土壤成熟期小麥都有75%以上的氮素由氮肥提供；秸稈則提供小麥吸氮量的8%～30%不等,且隨著氮肥用量增加,秸稈氮素所占比例下降。單施秸稈(S)處理,秸稈氮素占低氮素土壤成熟期小麥吸氮量的30%,秸稈配施中量氮肥(N1S)處理,秸稈氮素占小麥吸氮量的10%,秸稈配施高量氮肥(N2S)處理,秸稈氮素占7.6%。 2隨著施氮量增加,氮肥的作物回收率下降,土壤殘留率也在下降,配施施秸稈后,氮肥作物回收率下降、土壤殘留率增加。低氮素土壤N1處理,氮肥作物回收率為41.0%,氮肥殘留率為16.9%；N2處理,氮肥作物回收率為34.6%,較N1下降了5.4個(gè)百分點(diǎn),氮肥殘留率下降為14.7%；與N1處理相比,N1S處理氮肥作物回收率下降15.7個(gè)百分點(diǎn),殘留率則增加15.3個(gè)百分點(diǎn)；與N2處理相比,N2S處理氮肥作物回收率下降12.4個(gè)百分點(diǎn),殘留率則增加12.2個(gè)百分點(diǎn)。高氮素土壤有相似規(guī)律。隨著氮肥用量的增加,小麥對秸稈氮素利用增加。單施秸稈(S)處理,低氮素土壤小麥利用了秸稈氮素的4.2%,秸稈配施中量氮肥(N1S)小麥利用13.5%的秸稈氮素,秸稈配施高量氮肥(N2S)小麥利用秸稈氮素14.5%。高氮素土壤有相同趨勢。 3施用氮肥和秸稈均增加土壤微生物氮的含量,秸稈配施氮肥處理的微生物氮含量大于單施秸稈和氮肥處理。低氮素土壤,返青期,單施秸稈的微生物氮為32.3 mg/kg,中量氮肥處理微生物氮為35.5 mg/kg,秸稈配施中量氮肥處理則為52 mg/kg。高氮素土壤有相同趨勢。通過15N可以區(qū)分出微生物氮的來源狀況。1)隨著施氮量的增加,肥料氮所占微生物氮的比例也在增加。低氮素土壤,成熟期時(shí)N1處理有12%的微生物氮來源于氮肥,N2處理則有21%的微生物氮來源于氮肥,高氮素土壤也有相同趨勢。2)隨著施氮量增加,土壤微生物對秸稈的利用能力增加,同一氮肥水平下,高氮素土壤微生物對秸稈氮素利用程度大于低氮素土壤。單施秸稈(S)處理,返青期,低氮素土壤秸稈和高氮素土壤秸稈分別供應(yīng)氮素22.5 mg/盆和35.5mg/盆,占施入秸稈氮素的11.1%和17.3%。秸稈配施氮肥后,前期微生物利用秸稈氮素有所增加。N1S處理,返青期,低氮素土壤秸稈和高氮素土壤秸稈分別供應(yīng)了36.5mg/盆和43mg/盆的氮素,占施入秸稈氮素的17.7%和20.8%。3)土壤氮素是最大的微生物氮源,高氮素土壤供氮能力強(qiáng)于低氮素土壤。N1、N2處理,土壤氮素提供了微生物氮素的75%以上,且隨著施氮量增加,土壤供應(yīng)微生物氮素的量和比例均下降。秸稈配施氮肥沒有降低土壤氮素對微生物的供應(yīng)。高氮素土壤也有相同趨勢。 4秸稈填埋實(shí)驗(yàn)表明,秸稈在分解的過程中,對土壤氮素和肥料氮素有固定-釋放過程。填埋秸稈在苗期均表現(xiàn)出氮素凈固定,在低氮素土壤中量和高量氮肥處理?xiàng)l件下分別固定11.3kg/hm2和20.3kg/hm2,而高氮素土壤為12.0 kg/hm2和22.7 kg/hm2；隨后在各生育期氮素釋放,成熟期時(shí),低氮素土壤的填埋秸稈在中量氮肥和高量氮肥條件下分別凈釋放氮素17.5 kg/hm2和8.5 kg/hm2,占秸稈氮素施入量的33.3%和16.2%；而高氮素土壤填埋秸稈凈釋放氮素22.9kg/hm2和20.9 kg/hm2,占秸稈氮素施入量的43.6%和39.8%。 5利用華北潮土區(qū)長期秸稈還田試驗(yàn)的土壤全氮含量及和土壤微生物氮含量,結(jié)合華北潮土區(qū)小麥—玉米輪作體系下的氮肥用量調(diào)查結(jié)果和本論文的盆栽試驗(yàn)研究結(jié)果得出：華北潮土區(qū)施氮量150 kg/hm2時(shí),秸稈全量還田條件下低氮素土壤可能造成作物減產(chǎn),需要額外添加氮素；施氮量為300 kg/hm2時(shí),秸稈全量還田不會導(dǎo)致作物減產(chǎn)。 【關(guān)鍵詞】：秸稈還田 微生物氮 秸稈氮素平衡 吸氮量 氮來源
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：S141.4
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstracts8-13
• 第一章 文獻(xiàn)綜述13-22
• 1.1 我國秸稈還田現(xiàn)狀及存在問題13-14
• 1.1.1 發(fā)達(dá)國家秸稈直接還田現(xiàn)狀13
• 1.1.2 我國秸稈還田的現(xiàn)狀13
• 1.1.3 我國秸稈直接還田存在的問題13-14
• 1.2 秸稈組成及分解影響因素14-17
• 1.2.1 秸稈殘?bào)w的組成14
• 1.2.2 秸稈分解影響因素14-17
• 1.3 秸稈還田對土壤碳氮及微生物碳氮影響17-21
• 1.3.1 秸稈還田對土壤有機(jī)碳影響17-18
• 1.3.2 秸稈還田對土壤氮素影響18-19
• 1.3.3 秸稈還田對土壤微生物氮的影響19-21
• 1.4 主要研究思路21-22
• 第二章 材料與方法22-26
• 2.1 盆栽試驗(yàn)材料22
• 2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)22-23
• 2.2.1 不同土壤氮素水平的秸稈還田的盆栽試驗(yàn)22-23
• 2.2.2 填埋秸稈分解的盆栽試驗(yàn)23
• 2.2.3 長期秸稈還田與氮肥施用的定位試驗(yàn)23
• 2.3 分析項(xiàng)目及測定方法23-26
• 2.3.1 土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮的測定24
• 2.3.2 土壤和填埋秸稈氮的測定24
• 2.3.3 植物全氮、磷、鉀的測定24
• 2.3.4 土壤和植株中~(15)N的測定24-25
• 2.3.5 土壤微生物氮的測定25-26
• 第三章 小麥生育期生物量、吸氮量及其來源研究26-41
• 3.1 土壤氮素水平及施氮量對小麥各生育期生物量、吸氮量影響26-28
• 3.1.1 土壤本底氮素的影響26-27
• 3.1.2 氮肥用量對不同氮素土壤小麥生物量、吸氮量影響27-28
• 3.2 玉米秸稈還田條件下土壤氮素及氮肥用量對小麥各生育期生物量、吸氮量影響28-30
• 3.2.1 單施秸稈對小麥生物量、吸氮量及其來源影響28-29
• 3.2.2 秸稈配施氮肥對小麥生物量、吸氮量及其來源影響29-30
• 3.3 氮肥及秸稈還田對小麥生物量、小麥吸氮量影響30-35
• 3.3.1 秸稈還田及氮素用量對低氮素土壤小麥生物量、吸氮量影響30-33
• 3.3.2 秸稈還田及氮素用量對高氮素土壤小麥生物量、吸氮量影響33-35
• 3.4 土壤氮素水平、氮肥用量和秸稈還田對小麥產(chǎn)量影響35-36
• 3.5 ~(15)N標(biāo)記氮素去向研究36-38
• 3.5.1 各處理~(15)N肥料氮去向研究36-37
• 3.5.2 各處理~(15)N秸稈氮素去向研究37-38
• 結(jié)果與討論38-41
• 第四章 小麥生育期土壤硝態(tài)氮含量變化41-47
• 4.1 土壤本底氮素、氮肥施用量對硝態(tài)氮影響41-42
• 4.1.1 土壤本底氮素對土壤硝態(tài)氮含量影響41
• 4.1.2 氮肥用量對不同氮素土壤硝態(tài)氮影響41-42
• 4.2 秸稈還田、氮肥用量對土壤硝態(tài)氮影響42-44
• 4.2.1 單施秸稈對土壤硝態(tài)氮影響42-43
• 4.2.2 秸稈配施氮肥對土壤硝態(tài)氮影響43-44
• 4.3 氮肥及秸稈還田對土壤硝態(tài)氮含量影響44-45
• 4.3.1 氮肥和秸稈還田對低氮素土壤硝態(tài)氮影響44-45
• 4.3.2 氮肥用量和秸稈還田對高氮素土壤硝態(tài)氮影響45
• 結(jié)果與討論45-47
• 第五章 小麥生育期土壤微生物氮的動態(tài)、來源及供氮特征47-60
• 5.1 土壤氮素、氮肥用量對土壤微生物氮?jiǎng)討B(tài)及其來源的影響47-49
• 5.2 玉米秸稈還田條件下,土壤氮素和氮肥用量對土壤微生物氮?jiǎng)討B(tài)及來源的影響49-51
• 5.3 氮素及秸稈還田對不同土壤的微生物氮?jiǎng)討B(tài)及來源的影響51-57
• 5.3.1 氮肥、秸稈配施氮肥對低氮素土壤微生物氮含量影響51-54
• 5.3.2 氮肥、秸稈配施氮肥對高氮素土壤微生物氮素影響54-57
• 5.4 土壤本底氮素、氮肥用量、秸稈對土壤微生物氮周轉(zhuǎn)量及周轉(zhuǎn)強(qiáng)度影響57-58
• 結(jié)果與討論58-60
• 第六章 秸稈礦化、氮素表觀平衡及長期試驗(yàn)點(diǎn)秸稈還田氮肥管理建議60-68
• 6.1 土壤本底氮素和氮肥用量對秸稈殘留量的影響60-61
• 6.2 土壤氮素對秸稈氮素表觀平衡的影響61-63
• 6.2.1 中量氮肥用量條件下,土壤氮素對秸稈氮素表觀平衡的影響61-62
• 6.2.2 高量氮肥用量條件下,土壤氮素對秸稈氮素表觀平衡的影響62-63
• 結(jié)果與討論63-68
• 1.土壤氮素和氮肥用量對秸稈礦化及氮素表觀平衡的影響63-64
• 2.潮土長期秸稈還田氮肥管理建議64-68
• (1) 長期秸稈還田后土壤全氮和微生物氮變化64-65
• (2) 華北潮土區(qū)長期秸稈還田的氮肥管理措施65-68
• 結(jié)論68-70
• 參考文獻(xiàn)70-76
• 致謝76-77
• 作者簡介77

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水稻氮代謝相關(guān)基因OsARG的克隆與功能分析    馬雪峰

農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)主要植物的氮素利用效率    袁志友

不同覆蓋條件下稻麥輪作體系的產(chǎn)量效應(yīng)與氮肥去向研究    艾應(yīng)偉

蔬菜保護(hù)地氮素利用與去向研究    張貴龍

不同水氮條件下旱稻水分與氮素利用特征研究    楊婕

麥秸還田對水稻產(chǎn)量、品質(zhì)及環(huán)境效應(yīng)的影響    許仁良

太湖地區(qū)土壤-作物系統(tǒng)氮素利用的綜合研究    林忠成

不同品種和氮素水平下小麥高效氮素利用的生理機(jī)制研究    楊鐵鋼

玉米秸稈直接還田對土壤中氮素生物有效性的影響    張金濤

水稻氮素高效利用QTLs定位及基因互作關(guān)系    白建江

生長調(diào)節(jié)劑對油菜氮素再利用的影響及其與氮素利用效率的關(guān)系研究    楊蘭

施氮量和底追比例對小麥氮素利用和產(chǎn)量、品質(zhì)的影響    馬興華

脲酶/硝化抑制劑對稻田生態(tài)系統(tǒng)氮素流向的影響研究    費(fèi)頻頻

應(yīng)用~(15)N示蹤法對甘蔗生長及氮素利用的研究    藍(lán)立斌

淮北稻茬田肥力水平與施氮量對小麥籽粒產(chǎn)量、品質(zhì)和氮素吸收利用的影響    蔣達(dá)

旱地冬小麥冠層溫度與產(chǎn)量、水分和氮肥利用的關(guān)系    趙剛

冬小麥、夏玉米氮素優(yōu)化管理研究    沙之敏

脲酶/硝化抑制劑對麥田土壤氮素轉(zhuǎn)化及小麥氮素利用的影響    許靖