应用15N示踪技术研究高产区冬小麦夏玉米轮作氮肥利用率及去向Word格式.docx

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1材料与方法

1.1试验条件

时间：

2004年10月-2005年10月

地点：

温县赵堡镇

试验地基础土壤理化性状：

PH7.8，有机质17.8g/kg，全氮1.89g/kg，碱解氮102.6mg/kg，有效磷43.2mg/kg，速效钾295mg/kg

1.2试验设计

采用田间微区试验，在施氮水平为0，90kg/hm2，180kg/hm2，270kg/hm2的小区中央设置2个微区，其中一个微区在冬小麦生长期施入15N-尿素（丰度为10.28%），在夏玉米生长期施入普通的尿素，以研究氮肥在冬小麦生长期的去向；

另一个微区在冬小麦生长期施入普通尿素，在夏玉米生长期施入15N-尿素。

以研究夏玉米生长期氮肥的去向。

施肥量和施肥时期与相应小区相同。

微区直径0.5m，高1m的无底镀锌铁皮筒。

其方法是：

先将微区桶置于所在位置，将微区周围小心挖开，套进土柱中，与微区深贴，顶端距地面5厘米，施肥同相应小区，即氮肥一半于播前基施，另一半追施。

同时当季播前施用磷肥（P2O5）120kg/hm2，钾肥（K2O）120kg/hm2，全部做基肥使用。

氮肥为尿素，磷肥为重过磷酸钙，钾肥为氯化钾。

基施方法为：

先将微区0—20厘米的土壤挖出，过5mm筛，把15N-尿素和磷，钾肥与土壤充分混合后装入微区。

播种量同大田试验。

追肥时，先将肥料溶入水中，均匀洒于微区，再灌入和大田追肥同样数量的水。

1.3取样方法

收获后按20cm一层采集0-100cm的土壤样品。

先用洗干净的沙子填充取样孔，压实，待到距地面15cm处时，用直径稍大于取样孔的木棍打入孔中，防止上层的15N对下层的污染。

冬小麦取地上部分，分茎秆，籽粒两部分，用于含氮量和15N的丰度的分析，夏玉米分茎秆、籽粒和叶子三部分，用于含氮量和15N的丰度的分析。

1.4测定方法

1.4.1土壤全氮及15N丰度分析

土壤全氮测定采用混合催化剂消化，开氏法定氮。

15N丰度的测定是将定氮后的吸收液酸化浓缩为3毫升，用质谱仪进行测定。

1.4.2植物全氮及15N丰度分析

植物全氮测定采用H2SO4-H2O2消化，开氏法定氮。

1.5计算方法

%Ndff（N03--N）=（土壤中NO3--N的15N的百分超/肥料的15N的百分超）*100

土壤中来自15N尿素的NO3--N含量Ndff=土壤中NO3--N的含量*%Ndff（NO3--N）

土壤各层全氮来自15N尿素含量Ndff=（土壤中各层全氮含量*土壤各层全氮%Ndff

原子百分超）*100

氮肥残留率（%）=（土壤Ndff/施氮量）*100

作物的%Ndff=（作物中的15N原子百分超/肥料的15N的原子百分超）*100

作物的Ndff=作物的%Ndff*作物吸氮量

作物氮肥的回收率（%）=（作物Ndff/施氮量）*100

化肥氮在后茬的损失（%）=前茬土壤残留（%）-后茬土壤残留（%）-后茬作物回收（%）

轮作周期作物对化肥氮吸收量（Kg/Hm2）=前茬作物吸收的化肥氮Ndff（Kg/Hm2）+后茬作物吸收前茬作物的化肥氮Ndff（Kg/Hm2）+后茬作物吸收的氮肥量Ndff（Kg/Hm2）

轮作周期化肥氮的利用率（%）=轮作周期作物对化肥氮吸收量（Kg/Hm2）/轮作周期施氮量（Kg/Hm2）*100

轮作周期化肥氮的残留量（Kg/Hm2）=前茬作物施用的化肥氮在后茬土壤各层氮

Ndff之和（Kg/Hm2）+当季化肥氮在后茬土壤各层氮Ndff之和（Kg/Hm2）

轮作周期化肥氮的残留率（%）=（轮作周期化肥氮的残留量/轮作周期施氮量）*100

轮作周期化肥氮的土壤损失率（%）=100-轮作周期化肥氮的利用率（%）-轮作周期化肥氮的残留率（%）

2结果与讨论

2.1施氮对作物产量及吸氮量的影响

冬小麦，90kg/hm2、180kg/hm2和270kg/hm2处理的产量明显高于不施氮处理的（表1），说明该土壤用氮肥后有明显的增产效果，夏玉米也表现出同样的趋势（表2）[1]。

对于冬小麦来说，在施肥量达到180kg/hm2时，小麦产量最高。

夏玉米则以270kg/hm2时为最高，表明仅从追求产量来看，夏玉米的施肥量还可加大[2]。

2.2作物吸收土壤氮和肥料氮的比例

作物吸收的氮主要来源于土壤氮和肥料氮，其比例受土壤氮和肥料氮供应量的影响[3]。

从试验结果可以看出（表1、2），冬小麦的90kg/hm2、180kg/hm2和270kg/hm2处理的化肥氮百分比分别为22.03%、26.32%、31.12%，夏玉米的90kg/hm2、180kg/hm2和270kg/hm2处理的化肥氮百分比分别为23.46%、27.89%、33.96%，作物吸氮量来源于化肥氮百分比均随着施氮量的升高而提高，说明在施氮量较低时，作物主要吸收土壤中的氮，土壤氮在作物生长中起了决定性作用，而随着施氮量的升高，作物吸收土壤氮的比例降低，吸收肥料氮的比例上升[3]。

表1温县冬小麦收获期对肥料氮的吸收

Table1Uptakeoffertilizernitrogenbywinterwheatatharvest

部位

处理

干物重g/桶

吸化肥氮量g/桶

Ndff%

总Ndff%

籽粒

N0

113.53c

N90

123.94b

0.49

13.97b

22.03c

N180

139.52a

0.667

16.6b

26.32b

N270

131.58a

0.919

22.46a

31.12a

茎秆

159.64d

173.64c

0.13

18.26b

197.28b

0.132

20.9b

218.56a

31.39a

表2温县夏玉米收获期对肥料氮的吸收

Table2Uptakeoffertilizernitrogenbysummercornatharvest

185.596d

209.44c

0.396

17.5c

23.46c

234.784b

0.573

23.1b

27.89b

264.138a

0.832

29.8a

33.96a

132.81c

159.74b

0.048

13.16c

180.33a

0.114

20.17b

198.28a

0.232

29.64a

叶子

81.437b

100.325a

13.21b

102.165a

0.291

15.84b

111.485a

0.412

20.08a

2.3施肥量与氮素利用率的关系

氮肥的肥料利用率是随着施肥量的增加而逐渐减少的，如表3、4所示，冬小麦季90kg/hm2、180kg/hm2和270kg/hm2处理的氮肥利用率分别为35.09%、32.67%、24.85%，夏玉米季90kg/hm2、180kg/hm2和270kg/hm2处理的氮肥利用率分别为35.94%、32.86%、26.04%。

二者在氮肥利用率的变化趋势上表现出一致。

在大量施肥的条件下，氮肥的当季利用率很低，主要是过量施氮所造成的。

由此可见，并不是所施用的氮肥量越多，作物的利用程度就越大[5]，而且过量的施用肥料会造成资源的浪费。

表3施肥量与小麦氮肥利用率的关系[2]

Table3Therelationofemploymentnitrogenousfertilizerquantityandwheatnitrogenousfertilizeruseability

施15N尿素g/桶

15N原子百分超

吸收总氮量

g/桶

吸收15N量g/桶

地上部吸收15N总量

N肥利用率%

地上部利用率%

1.766

1.386

2.089

0.491

0.624

27.78

35.09a

茎杆

1.811

0.707

0.133

7.31

2.649

1.646

2.135

0.799

25.18

32.67a

2.073

0.951

7.49

5.289

2.228

2.38

1.051

17.38

24.85b

3.114

1.06

7.47

表4施肥量与玉米氮肥利用率的关系[2]

Table4Therelationofemploymentnitrogenousfertilizerquantityandcornnitrogenousfertilizeruseability

1.97

1.53

0.668

22.54

38.19a

1.306

0.826

0.049

2.77

1.2875

0.59

0.22

12.88

2.29

1.85

0.57

0.97

21.66

37.16a

2.001

0.934

0.11

4.33

1.47

0.76

0.29

11.17

2.958

2.22

0.83

1.46

15.76

27.74b

2.94

1.074

0.23

4.48

2.0365

1.07

0.401

7.5

2.4冬小麦和夏玉米当季化肥氮的去向

肥料进入土壤-作物体系后，主要有三种去向：

被作物吸收、在土壤中残留、以各种途径损失[1]。

从表5，6可以看出，施氮量高时，残留量越大，残留率减少。

对冬小麦施肥量为90kg/hm2时，其氮肥的损失率为6.62%，作物的回收率为35.08%，在0-100cm土壤中的残留率为58.3%；

施氮量为180kg/hm2时，其氮肥的损失率为25.53%，作物的回收率为32.67%，在0-100cm土壤中的残留率为41.8%；

施氮量为270kg/hm2时，其氮肥的损失率为45.24%，作物的回收率为24.86%，在0-100cm土壤中的残留率为29.9%。

同样，对于夏玉米来说，施肥量为90kg/hm2时，其氮肥的损失率为10.14%，作物的回收率为38.19%，在0-100cm土壤中的残留率为51.4%；

施氮量为180kg/hm2时，其氮肥的损失率为23.74%，作物的回收率为37.16%，在0-100cm土壤中的残留率为39.1%；

施氮量为270kg/hm2时，其氮肥的损失率为41.56%，作物的回收率为27.74%，在0-100cm土壤中的残留率为30.7%。

90kg/hm2处理的作物回收率和残留率都较高，损失率较低，说明没有被作物吸收的肥料氮主要残留在土壤中。

180kg/hm2处理的回收率和残留率远低于90kg/hm2的，而损失率却远远高于90kg/hm2的，说明绝大部分肥料氮发生了损失。

两种作物相同施氮水平相比，夏玉米季的氮肥损失比冬小麦季严重得多。

这种差异主要是玉米季的雨水较多，引起氮肥的淋溶损失。

通过以上结果表明，高量施氮的氮肥比低量施氮的氮肥的损失要大。

当施氮量超过180kg/hm2时，氮肥的损失将接近一半。

表5温县冬小麦收获期肥料氮的去向

Table5Thefateoffertilizernitrogenafterwinterwheatharvesting

作物吸收

作物回收率

0-100cm土壤残留

土壤残留率

损失量

损失率

%

35.08a

1.022

58.3a

0.124

6.62c

1.109

41.8b

0.74

25.53b

24.86b

1.585

29.9c

2.654

45.24a

表6温县夏玉米收获期肥料氮的去向

Table6Thefateoffertilizernitrogenaftersummercornharvesting

0.9

51.4a

0.2318

10.14c

0.971

1.05

39.1b

1.0186

23.74b

1.627

30.7c

3.2026

41.56a

2.5当季残留肥料氮在土壤中的分布

从表7、8可以看出，不管是冬小麦季还是夏玉米季，肥料氮在0-100cm的土壤层中均有不同程度的残留，而且随着土层深度的增加，肥料的残留量有所减少，表层的残留量最高，且随着施肥量的增加而升高，至收获期肥料氮至少移动到100cm以下的土壤中，说明在高肥力土壤上，在常规灌溉的条件下，作物的肥料氮有可能淋溶到100cm以下[1],这就有可能对地下水造成污染。

表7冬小麦季残留肥料氮在土壤中的分布

Table7Distributionoffertilizerresidualnitrogeninsoilprofile