優(yōu)化施氮下稻麥輪作農(nóng)田氮素循環(huán)特征.pdf

1、長(zhǎng)江中下游稻麥輪作制中過(guò)量施氮較為普遍，這不僅導(dǎo)致氮肥利用率降低，而且引起環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。因此，田間尺度下原位定量化研究化肥氮的去向和氮素循環(huán)過(guò)程，以及區(qū)域尺度下評(píng)估氮肥管理的農(nóng)學(xué)和環(huán)境效應(yīng)是優(yōu)化氮肥管理，提高氮肥利用率的關(guān)鍵。為研究?jī)?yōu)化施氮下長(zhǎng)江中下游稻麥輪作農(nóng)田氮素循環(huán)特征，于2007年至2008年在湖北省開(kāi)展田間試驗(yàn)和15N示蹤的微區(qū)試驗(yàn)，監(jiān)測(cè)不同氮肥運(yùn)籌下氨揮發(fā)、N2O排放、無(wú)機(jī)氮?jiǎng)討B(tài)分布和15N的去向。田間試驗(yàn)和15N示蹤的微區(qū)試驗(yàn)

2、均設(shè)置4個(gè)處理，(1)習(xí)慣施氮(小麥和水稻氮肥用量分別為225kgN/hm2和210kgN/hm2)，(2)氮肥減量(小麥和水稻氮肥用量分別為157.5kgN/hm2和147kgN/hm2)，(3)優(yōu)化施氮(基于作物不同生長(zhǎng)階段氮素需求增加施肥比例和次數(shù)，氮肥用量同處理2)，和(4)對(duì)照(不施氮肥)。習(xí)慣施氮和氮肥減量處理小麥季基肥和拔節(jié)肥各占1/2，水稻季基肥和分蘗肥各1/2。優(yōu)化施氮處理，小麥季基肥，拔節(jié)肥和孕穗肥各占1/3；水稻季

3、基肥，分蘗肥和孕穗肥各占1/3。采用密閉室連續(xù)抽氣法測(cè)定氨揮發(fā)，密閉箱技術(shù)原位監(jiān)測(cè)N2O排放，連續(xù)流動(dòng)注射分析儀測(cè)定土壤N03--N和NH4+-N含量?；谟^測(cè)值，檢驗(yàn)脫氮-分解模型(DNDC)田間尺度模擬預(yù)測(cè)氮素循環(huán)的可靠性和靈敏度。同時(shí)，以湖北潛江市為例，采用DNDC模型結(jié)合地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)對(duì)區(qū)域尺度優(yōu)化施氮下氮素循環(huán)與平衡進(jìn)行估算。研究取得以下主要進(jìn)展：
　　 1.田間試驗(yàn)結(jié)果表明，三個(gè)施氮處理間小麥、水稻的籽粒

4、產(chǎn)量和植株吸氮量差異不顯著，優(yōu)化施氮處理略高于習(xí)慣施氮處理。與習(xí)慣施氮處理相比，優(yōu)化施氮小麥和水稻季作物表觀回收率分別提高了12.5和7.96個(gè)百分點(diǎn)。整個(gè)小麥和水稻生長(zhǎng)季，習(xí)慣施氮、氮肥減量和優(yōu)化施氮處理氮素表觀損失量分別為180、115和80.8kgN/hm2，占氮素總輸入量的41.3％、37.8％和26.5％。
　　 2.小麥季施肥后氨揮發(fā)大約持續(xù)7-10天，水稻季大約持續(xù)5-7天。在整個(gè)稻麥輪作周期肥料氮氨揮發(fā)損失主要發(fā)

5、生在水稻季，占整個(gè)輪作周期氨揮發(fā)總量的74.1％-78.6％。與傳統(tǒng)施氮相比，優(yōu)化施氮氨揮發(fā)量減少了N26.3kg/hm2，氨揮發(fā)降低了32.9％，可見(jiàn)優(yōu)化施氮是降低氨揮發(fā)較理想的施肥方式。
　　 3.稻麥輪作體系中土壤N2O排放具有明顯的季節(jié)性交化規(guī)律，小麥季和水稻季N2O通量分別與土壤和田間水中無(wú)機(jī)氮含量呈正相關(guān)。N2O排放排放量隨施氮量增加而增加。小麥生育期土壤N20排放量范圍為N2O2.43-4.84kg/hm2，肥料氮

6、通過(guò)N2O排放的損失率為0.54％-0.74％。水稻季土壤N2O排放量為N2O0.89-2.45kg/hm2，肥料氮通過(guò)N2O排放的損失率為0.39％-0.47％。與習(xí)慣施氮相比，優(yōu)化施氮土壤N2O排放減少了N2O1.74kg/hm2，減少了23.9％。
　　 4.15N示蹤試驗(yàn)結(jié)果表明，與習(xí)慣施氮相比，小麥季和水稻季優(yōu)化施氮分別增加氮回收率6.19和3.07個(gè)百分點(diǎn)。土壤殘留率小麥季增加4.76個(gè)百分點(diǎn)，水稻季增加2.49個(gè)百

7、分點(diǎn)。肥料氮損失率小麥季和水稻季分別減少11.0和5.57個(gè)百分點(diǎn)。與習(xí)慣施氮相比，優(yōu)化施氮處理小麥季和水稻季累積氨揮發(fā)量分別降低41.3％和54.0％，N2O排放損失總量減少35.2％和35.3％。
　　 5.田間尺度上，采用DNDC模型模擬的土壤氨揮發(fā)速率和N2O排放通量與田間實(shí)測(cè)結(jié)果較為吻合，氨揮發(fā)通量模擬值與實(shí)測(cè)值相關(guān)系數(shù)為0.688，N2O排放通量模擬值與實(shí)測(cè)值相關(guān)系數(shù)為0.528，均達(dá)極顯著水平，顯示DNDC模型預(yù)測(cè)

8、農(nóng)田土壤氮素具有較高可信度。模擬結(jié)果顯示，氣溫和氮肥用量是影響作物產(chǎn)量和吸氮量的關(guān)鍵因素；土壤氨揮發(fā)主要受氮肥品種影響，并隨氮肥用量增加而增加；土壤N2O排放主要受溫度、土壤pH值、土壤有機(jī)碳含量影響。
　　 6.區(qū)域尺度上，通過(guò)DNDC模型與潛江市空間地理信息數(shù)據(jù)相連接，設(shè)置了習(xí)慣旖氮和優(yōu)化施氮兩種氮肥管理情形，發(fā)現(xiàn)潛江市習(xí)慣施氮和優(yōu)化施氮條件下氮素盈余量為897和620t。習(xí)慣施氮條件下，氮氨揮發(fā)損失量為91.2t，氮淋失量