施氮量和底施追施比例對土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量時空變化的影響

1、施氮量和底施追施比例對土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量時空變化的影響3馬興華 1 于振文133 梁曉芳 1 顏 紅 2 史桂萍2(1山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)部小麥栽培生理與遺傳改良重點開放實驗室 , 泰安 271018; 2龍口市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心 , 龍口 265701【摘要】 研究了高產(chǎn)栽培條件下 , 不同施氮量和底施追施比例對土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量時空變化的影響 , 同時計算了不同生育階段土壤氮素的表觀盈虧量 . 結(jié)果表明 , , 氮肥全部用于 , 降低了 氮素向深層的淋洗 ; 量 ; 增加了成熟期 060cm 020. 氮肥全部用于拔節(jié) , hm -168kg hm -2, 降低了挑旗期土壤硝態(tài)氮 , 也

2、使成熟期土壤硝態(tài)氮的含量降低 . 不同處 , 施氮量為 168kg hm -2且全部用于拔節(jié)期追施的處理籽粒蛋白 關(guān)鍵詞 施氮量 底施追施比例 土壤硝態(tài)氮 土壤銨態(tài)氮 籽粒產(chǎn)量 籽粒蛋白質(zhì)含量 文章編號 1001-9332(2006 04-0630-05 中圖分類號 S15813 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 AE ffects of nitrogen application rate and its b asal 2/top 2dressing ratio on spatio 2temporal variations of soil N O 3-2N and NH 4+2N contents. MA Xing

3、hua 1, YU Zhenwen 1,L IAN G Xiaofang 1, Y AN Hong 2,SHI Guiping 2(1Key L aboratory of W heat Physiology and Genetics Im provement of A griculture Minist ry , S handong A gricultural U niversity , Taian 271018, China ; 2A grotechnical Extension Center of L ongkou City , L ongkou 265701, China . 2Chin

4、. J. A ppl. Ecol . ,2006, 17(4 :630634.Under high 2yielding cultivation condition ,this paper studied the spatiotemporal variations of soil NO 3-2N and NH 4+2N contents as affected by different nitrogen application rate and its basal 2/top 2dressing ratio , and calculated the apparent budget of soil

5、 nitrogen at different growth stages of wheat. The results indicated that compared with split application , applying all fertilizer nitrogen at jointing stage decreased the soil NO 3-2N content and apparent surplus of soil nitrogen before jointing stage ,and decreased the nitrogen leaching to deeper

6、 soil layers. Applying fertilizer nitrogen at flagging stage had no significant difference with split application in soil NO 3-2N content ,but increased soil NH 4+2N content. Applying fertilizer nitrogen at maturing stage increased the soil NO 3-2N content in 060cm and 020cm layers. In comparing wit

7、h applying 240kg hm -2of fertilizer nitrogen at jointing stage ,applying 168kg hm -2of fertilizer nitrogen at the same stage decreased the s oil NO 3-2N and NH 4+2N contents at flagging stage ,s oil nitrogen deficit from flagging to maturing stage ,and s oil NO 3-2N content at maturing stage. The gr

8、ain yield and its protein content had no significant difference am ong different treatments ,but applying all 168kg hm -2fertilizer nitrogen at jointing stage induced the highest grain protein content. K ey w ords Nitrogen application rate , Basal 2and top 2dressing ratio , S oil NO 3-2N content , S

9、 oil NH 4+2N content , Grain yield , Grain protein content.3國家自然科學(xué)基金項目 (30471026 和國家 “ 十五” 科技攻關(guān)資助項 目 (2002BA516A12 . 33通訊聯(lián)系人 .2005-03-21收稿 ,2005-07-20接受 .1 引 言施用氮肥是增加作物產(chǎn)量和改善作物品質(zhì)的重 要措施之一 . 因此在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中 , 氮肥常常過量施入 農(nóng)田 , 超出了作物的吸收能力和土壤的固持能力 , 造 成土壤剖面中硝態(tài)氮的大量累積 , 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中 氮素盈余 , 氮素?fù)p失量增加 , 地下水硝酸鹽含量超標(biāo) 等嚴(yán)重的環(huán)境問題 13

10、,20. 關(guān)于如何合理利用氮肥 , 減少氮素的損失 , 降低硝態(tài)氮的累積 、 淋洗等問題在 玉米 、 蔬菜等作物上已有較多研究 1,14,15, 但是對于冬小麥的研究尚少 . 而施肥量較多的情況下存在 硝態(tài)氮的大量累積 、 淋洗 2,10. 相關(guān)研究主要探討 了在中產(chǎn)條件下施氮量對硝態(tài)氮的影響 , 而在高產(chǎn) 條件下施氮量對土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量及小麥籽 粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量的影響少有報道 . 因此 , 本文在 高產(chǎn)條件下 , 研究了不同施氮量和底施追施比例對土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的影響 , 并對土壤氮素進(jìn)行了應(yīng) 用 生 態(tài) 學(xué) 報 2006年 4月 第 17卷 第 4期 CHIN ESE JOURN

11、AL OF APPL IED ECOLO GY ,Apr. 2006, 17(4 630634表觀估算 , 以期為確定高產(chǎn)高效的栽培技術(shù)提供理 論依據(jù) .2 材料與方法211 實驗設(shè)計本試驗于 20022004年兩年度在山東省龍口市北馬鎮(zhèn) 前諸留村進(jìn)行定位試驗 . 供試土壤 020cm 土層的養(yǎng)分狀 況為有機(jī)質(zhì) 1310g kg -1、 全氮 1114g kg -1、 堿解氮 90104 mg kg -1、 速效磷 2010mg kg -1、 速效鉀 11610mg kg -1, 選 用強(qiáng)筋小麥品種濟(jì)麥 20.試驗設(shè) 5個處理 . N 1:不施氮肥 ; N 2:1hm 2施純氮 240 kg

12、, 底施 50%、 拔節(jié)期追施 50%; N 3:1hm 2施純氮 240kg , 底施 0、 拔節(jié)期追施 100%; N 4:1hm 2施純氮 168kg , 底施 50%、 拔節(jié)期追施 50%;N 5:1hm 2施純氮 168kg , 底施 0、 拔 節(jié)期追施 100%.小區(qū)面積 3m ×4m , , 重復(fù) 3次 , 以 N 1為對照 . 2002年 1083種 , 基本苗 120株 m -12O 5105 kg 、 K 2O 135kg , 、 氯化鉀 , 撒施于地表 后耕翻于地下 . 氮肥為尿素 , 底施的尿素于播種前均勻撒施 于各小區(qū)后再翻于地下 , 拔節(jié)期人工開溝追氮肥于

13、土壤 . 其 余管理措施同高產(chǎn)田 .212 研究方法21211硝態(tài)氮含量測定 采用紫外分光光度法 . 在冬小麥越 冬期 、 拔節(jié)期 (追肥前 、 挑旗期和成熟期在小區(qū)內(nèi)按對角線 布點 , 分層取土 , 以 20cm 為一層 , 樣品取后立即冰凍保存 . 土樣解凍后 , 將樣品充分混勻過 2mm 篩 , 稱取 10g 土壤樣 品 , 加入 50ml 2mol L -1KCl (水土比為 5 1 , 振蕩 30min 后過濾 , 浸提液在 210nm 下比色 , 測定吸光度 . 同時測定土 壤含水量 . 結(jié)果計算 :c =C 0×V /W. 式中 , c 為 NO 3-2N 濃 度 (g

14、 g -1 ;C 0為由曲線查得測定液質(zhì)量濃度 (g ml -1 ; W 為干土樣質(zhì)量 (g .21212銨態(tài)氮含量測定 采用靛酚藍(lán)比色法 9. 吸取 210 ml 上述土壤浸提液于 50ml 容量瓶中 , 用 2mol L -1氯化鉀 補(bǔ)足至 10ml , 然后用水稀釋至約 30ml , 依次加入 5ml 酚溶 液和 5ml 次氯酸鈉堿性溶液 , 搖勻 , 在 20 左右放置 1h 后 , 加入 1ml 掩蔽劑 , 然后用水定容 , 在 625nm 波長測定其 消光值 .21213土壤氮素表觀盈虧量計算 從數(shù)量上講 , 因加入化肥 氮所增加的土壤氮素的礦化量與被土壤中生物固定的化肥 氮基本相

15、當(dāng) 19. 因此 , 土壤氮素的表觀盈虧量計算為 17:表 觀盈虧量 =(土壤無機(jī)氮起始總量 +施氮量 +土壤氮素的礦 化量 -(土壤無機(jī)氮殘留量 +作物吸氮量 +土壤中生物固 定的化肥氮 =(土壤無機(jī)氮起始總量 +施氮量 -(土壤無 機(jī)氮殘留總量 +作物吸氮量 .21214籽粒蛋白質(zhì)總量測定 采用 G B290521982谷類 、 豆類 作物種子粗蛋白質(zhì)測定法 (半微量凱氏定氮法 , 含氮量乘以 系數(shù) 5. 7為蛋白質(zhì)含量 .利 用 Data Processing System 2003、 Originpro 710和 Office 2000軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 .3 結(jié)果與分析311 土壤硝態(tài)

16、氮含量的時空變化由圖 1可以看出 , 冬前土壤硝態(tài)氮含量隨土層 深度增加而降低 , 施用基肥氮提高了土壤硝態(tài)氮含 量 , 且氮肥用量越大 , 硝態(tài)氮含量越高 . 060cm 各 土層土壤硝態(tài)氮含量 N 2顯著高于 N 4, 顯著高于無 基肥氮處理 , 無基肥氮處理間無顯著差異 . 60cm 以 下層次 ,N 2的土壤硝態(tài)氮含量顯著高于其他處理 , 其他處理間無顯著差異 .圖 1 不同處理土壤硝態(tài)氮含量的時空變化Fig. 1Spatiotemporal variations of soil NO 3-2N content of different treatments.A :越冬前 Before

17、 winter (1215 ; B :拔節(jié)期 Jointing stage (415 ;C :挑 旗期 Flagging stage (4125 ; D :成熟期 Maturity stage (6118 . 下同 The same below. 拔節(jié)期各處理硝態(tài)氮含量比冬前降低 . 060 cm 各土層土壤硝態(tài)氮含量 N 2顯著高于 N 4, 顯著高 于無基肥氮處理 , 無基肥氮處理間無顯著差異 . 拔節(jié)期追施氮肥顯著提高了挑旗期各土層土壤 硝態(tài)氮含量 . N 3與 N 2處理比較 ,0100cm 各土層 土壤硝態(tài)氮含量兩處理無顯著差異 . N 5與 N 4比較 , 0100cm 各土層土壤

18、硝態(tài)氮含量兩處理無顯著差 異 . 但 N 2、 N 3的 080cm 各土層土壤硝態(tài)氮含量 均顯著高于 N 4、 N 5,80cm 以下層次處理間無顯著 差異 . 可見 , 氮肥全部用于拔節(jié)期追施處理與氮肥分 施的處理在挑旗期土壤硝態(tài)氮含量無顯著差異 , 即挑 旗期土壤硝態(tài)氮的含量僅與總施氮量有關(guān) , 施氮量越 1364期 馬興華等 :施氮量和底施追施比例對土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量時空變化的影響 高 , 土壤硝態(tài)氮含量越高 , 而與底施追施比例無關(guān) . 到成熟期 , 各施氮處理 080cm 土層土壤硝態(tài) 氮的含量比挑旗期降低 , 但 80100cm 土壤硝態(tài)氮 含量升高 . 相同的施氮量不同的底

19、施追施比例處理 間 ,N 2與 N 3比較 ,N 3080cm 各土層土壤硝態(tài)氮 含量均顯著高于 N 2, 但 80100cm 土層土壤硝態(tài) 氮含量無顯著差異 ;N 4與 N 5比較 ,N 5060cm 各 土層土壤硝態(tài)氮含量均顯著高于 N 4, 但 60100cm 土層土壤硝態(tài)氮含量無顯著差異 . 這說明氮肥全部 用于拔節(jié)期追施的處理主要提高了成熟期上層土壤 硝態(tài)氮含量 , 而對下層土壤硝態(tài)氮含量影響較小 . 相 同的底施追施比例不同的施氮量處理之間 ,N 20 60cm 各土層土壤硝態(tài)氮含量均顯著高于 N 4, 但 60 100cm ;N 30 80cm 5, 100cm .312由圖 2

20、可以看出 , 施用基肥氮對冬前土壤銨態(tài)氮 含量的影響主要在 020cm 土層 . 020cm 土層 N 2的土壤銨態(tài)氮含量顯著高于其他處理 , 而其他處理間 無顯著差異 . 20cm 以下土層各處理間無顯著差異 . 由 于存在銨態(tài)氮的硝化作用 , 到拔節(jié)期追肥前 , 不同層 次各處理間土壤銨態(tài)氮含量無顯著差異 . 拔節(jié)期追施氮肥后 , 挑旗期 020cm 土層土壤 銨態(tài)氮含量顯著提高 . 相同的施氮量處理之間 , 氮肥 全部用于拔節(jié)期追施的處理顯著提高了 020cm 土層土壤銨態(tài)氮含量 , 即 N 3>N 2,N 5>N 4, 為硝化 作用提供較多的底物供應(yīng) . 相同的底施追施比例

21、處 理之間 , 降低施氮量 ,020cm 土層土壤銨態(tài)氮含 量降低 , 即 N 3>N 5,N 2>N 4.由于銨態(tài)氮的硝化作用 , 成熟期 020cm 土層土 壤銨態(tài)氮含量比挑旗期顯著降低 . 相同的施氮量處理 之間 , 氮肥全部用于拔節(jié)期追施的處理顯著提高了 0 20cm 土層土壤銨態(tài)氮含量 , 即 N 3>N 2,N 5>N 4. 相同 圖 2 不同處理土壤銨態(tài)氮含量的時空變化Fig. 2Spatiotemporal variations of soil NH 4+2N content of different treatments.的底施追施比例處理之間 , 降

22、低施氮量 ,020cm 土 層土壤銨態(tài)氮含量降低 , 即 N 3>N 5,N 2>N 4.313 土壤氮素盈虧量的表觀估算氮肥施入后減去被作物吸收和殘留在土壤中無 機(jī)氮外的那部分氮素被稱作氮素的表觀盈余 20. 由 表 1可以看出 , 播種至拔節(jié)期 , 各處理均存在氮素的 表觀盈余 (表中數(shù)值為正值 , 施氮量越多 , 表觀盈余 量越高 , 盈余的氮素存在向深層淋洗的可能 . 拔節(jié)期 追施氮肥 , 挑旗期土壤無機(jī)氮含量顯著提高 , 各處理 均存在氮素的表觀虧缺 (表中數(shù)值為負(fù)值 . 挑旗期 后小麥進(jìn)入快速生長期 , 吸氮量增加 , 土壤中仍殘留 一定數(shù)量的無機(jī)氮 , 計算得出各處理

23、均有不同程度 的氮素虧缺 , 施氮處理之間 , 以 N 5的虧缺量最低 , 表明挑旗期到成熟期的氮素吸收高峰期 , 以 N 5對 植株氮素的供應(yīng)最充分 .表 1 不同處理冬小麥土壤氮素在不同生育階段的表觀盈虧量-2處 理 Treat 2 ment播種至拔節(jié)期 Sowing to jointing氮素輸入 N input施氮量Nfertilizer起 始無機(jī)氮InitialN min氮素輸出 N output小 麥吸氮量N uptakeby wheat殘 留無機(jī)氮ResidualN min表 觀盈余量Apparentsurplusamount拔節(jié)期至挑旗期 Jointing to flaggin

24、g氮素輸入 N input施氮量Nfertilizer起 始無機(jī)氮InitialN min氮素輸出 N output小 麥吸氮量N uptakeby wheat殘 留無機(jī)氮ResidualN min表 觀盈余量Apparentsurplusamount挑旗期至成熟期 Flagging to maturity 氮素輸入 N input施氮量Nfertilizer起 始無機(jī)氮InitialN min氮素輸出 N output 小 麥吸氮量N uptakeby wheat殘 留無機(jī)氮ResidualN min表 觀 盈余量 Apparent surplus amount 綜上所述 , 在本試驗條件下

25、 , 拔節(jié)期之前 , 土壤 的本底無機(jī)氮素即可滿足小麥對氮素的需求 , 投入 氮素會增加土壤氮的盈余量 , 增加淋洗的可能 , 因此 拔節(jié)期之前少投入甚至不投入氮肥是有利的 . 168 kg hm -2的施氮量且全部用于拔節(jié)期追施的處理 (N 5 在小麥的生長高峰期 (挑旗期至成熟期 土壤 氮素的虧缺量最低 , 土壤氮供應(yīng)較充分 . 雖然在成熟 期有較高的氮素累積 , 但主要在上層 (060cm 土 壤 (圖 1 , 累積的氮素保持了較高的土壤肥力水平 , 且可以被后季作物吸收利用 .314 不同處理對籽粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量的影響 施用氮肥提高了籽粒產(chǎn)量 、 蛋白質(zhì)含量和蛋白 質(zhì)產(chǎn)量 (表 2

26、. 相同的施氮量 , 氮肥全部用于拔節(jié)期施各 50%處理 , 即 N 3N 254. , 適 , 表現(xiàn)為 N 5>N 3、 N 4>N 2; 但對籽粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)產(chǎn) 量無顯著影響 . 這表明氮肥底施追施比例后移和降 低施氮量主要影響了蛋白質(zhì)的含量 . 由表 2還可以 看出 ,2004年的籽粒產(chǎn)量比 2003年的低 , 主要是由 于 2004年小麥灌漿期是陰天 , 影響了小麥的灌漿 ; 但施氮處理間籽粒產(chǎn)量無顯著差異 , 與 2003年的趨 勢一致 .表 2 不同處理對籽粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量的影響 3T able 2E ffects of different treatments on

27、 grain yield and protein處 理 Treat 2 ment施氮量N applicationrate(kg hm -2底施追施比Ratio ofbase andtopdressing(%2003年籽粒產(chǎn)量Grain yieldin 2003(kg hm -22004年籽粒產(chǎn)量Grain yieldin 2004(kg hm -22003年籽粒蛋白質(zhì)含量Protein contentof grainin 2003(%2003年 籽粒蛋白 質(zhì)產(chǎn)量 Protein yield of grain in 2003 (-2N 100800014b 736015b 13124e 1059

28、15b N 224050 50822711ab 797515a 13161d 111919ab N 32400 100846018a 771910a 14106b 118916a N 416850 50834014ab 791215a 13186c 115517a 3小寫字母表示 5%水平的差異顯著性 The small letters refer to significantly different at 5%.4 討 論 周順利等 17,18對冬小麥和夏玉米的研究結(jié)果 表明 , 施用氮肥提高了土壤硝態(tài)氮含量 , 氮肥用量越 高 , 土壤硝態(tài)氮含量越高 , 硝酸鹽向深層淋洗也越嚴(yán) 重 . 施

29、 用 氮 肥 在 土 壤 剖 面 中 造 成 硝 態(tài) 氮 深 層 積 累 3, 氮肥用量決定著硝態(tài)氮淋失量的大小 5. 但 高于最佳施氮量的用量時 , 作物收獲后土壤無機(jī)氮 含量無明顯變化 , 氮肥用量對硝態(tài)氮在土體中的移 動深度沒有影響 11; 而且不同的氮肥施用時間對硝 態(tài)氮在土壤剖面中的分布 、 累積無明顯影響 4,16. 本研究結(jié)果表明 , 施用氮肥提高了土壤硝態(tài)氮 含量 ; 在相同的氮肥底施追施比例下 , 施氮量越高 , 土壤硝態(tài)氮含量越高 , 與前人的研究結(jié)果基本一致 ; 但在相同的施氮量條件下 , 氮肥全部用于拔節(jié)期追 施的處理 , 拔節(jié)期施肥之前土壤硝態(tài)氮含量顯著低 于氮肥分施

30、處理 , 但在挑旗期土壤硝態(tài)氮含量無顯 著差異 , 在成熟期顯著高于氮肥分施處理 . 由此可 見 , 不同的底施追施比例會影響土壤剖面中硝態(tài)氮 的分布 , 根據(jù)土 , , 即使 (即表觀盈 . 由于土壤銨態(tài)氮在拔節(jié)期追肥前變化較小 , 這部分氮素的去向與硝態(tài)氮向 1m 以下土層的淋洗 有關(guān) . 施氮量越高 , 土壤氮素的盈余量越高 , 因此淋 洗量也越多 . 氮肥全部用于拔節(jié)期追施避免了拔節(jié) 期之前的氮素?fù)p失 .前人研究認(rèn)為 , 土壤銨態(tài)氮含量在整個生育期 內(nèi)變化較小 , 因此在計算土壤氮素的表觀盈虧時往 往將土壤銨態(tài)氮含量作為穩(wěn)定的數(shù)值處理 6. 而本 研究結(jié)果表明 , 施用氮肥改變了土壤銨

31、態(tài)氮含量 , 其 主要在 020cm 土層變化 . 相同的施氮量 , 氮肥全 部用于拔節(jié)期追施的處理 , 挑旗期和成熟期土壤銨 態(tài)氮含量顯著高于氮肥分施處理 ; 相同的底施追施 比例 , 施氮量越高土壤銨態(tài)氮含量越高 . 可以認(rèn)為 , 氮肥全部用于拔節(jié)期追施 , 施入的氮肥大量以銨態(tài) 氮的形式存在 , 為硝化作用提供底物 , 保證了后期有 效氮供應(yīng) , 而且避免了短時間內(nèi)硝態(tài)氮的大量累積 . 劉學(xué)軍等 7研究表明 , 高氮處理 (240kg hm -2和 360kg hm -2 氮肥減半 (即省去基肥的施用 后 , 籽粒產(chǎn)量與氮肥全部施用的籽粒產(chǎn)量無顯著差異 , 均達(dá)到 6000kg hm -

32、2的水平 . 也有研究表明 , 在高 肥力的草甸褐土上基施氮肥對冬小麥的增產(chǎn)效果不 明顯 , 所有施氮處理小麥籽粒產(chǎn)量在 4400kg hm -2左右 , 認(rèn)為可以降低基肥氮甚至不施基肥氮 8. 本 研究結(jié)果表明 , 施氮量為 240kg hm -2, 氮肥全部用 于拔節(jié)期追施的處理與基肥和追肥各 50%的處理 籽粒產(chǎn)量無顯著差異 , 均達(dá)到 8000kg hm -2的水 平 , 但顯著提高了籽粒蛋白質(zhì)含量 , 降低了土壤氮素 的表觀損失 . 在 240kg hm -2的施氮量基礎(chǔ)上 , 降低 施氮量至 168kg hm -2各處理的籽粒產(chǎn)量與 240kg hm -2施氮量下各處理籽粒產(chǎn)量無顯

33、著差異 , 而且 3364期 馬興華等 :施氮量和底施追施比例對土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量時空變化的影響 氮肥全部用于拔節(jié)期追施的處理顯著提高了籽粒蛋 白質(zhì)含量 , 降低了土壤氮素的表觀損失 . 因此 , 在本 試驗的土壤肥力條件下 , 將施氮量降至 168kg hm -2, 并且全部用于拔節(jié)期追施 , 是兼顧高產(chǎn) 、 優(yōu)質(zhì) 和高效施肥方式 . 在黃淮和北方冬麥區(qū) , 冬小麥從出 苗到拔節(jié)期約經(jīng)歷 170d , 需要吸收一定量的氮素 . 一般中產(chǎn)條件下仍采用底肥加拔節(jié)期追肥的氮肥運(yùn) 籌模式 , 達(dá)到何種土壤肥力水平即可采用氮肥一次 性拔節(jié)期追施的施肥方式有待于進(jìn)一步研究 .參考文獻(xiàn)1 Fan J

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