稻麥農(nóng)田化肥氮的長期歸趨與土壤殘留周轉(zhuǎn)機制探究

稻麥農(nóng)田化肥氮的長期歸趨與土壤殘留周轉(zhuǎn)機制探究一、引言1.1研究背景與意義稻麥輪作系統(tǒng)作為一種重要的農(nóng)業(yè)種植模式，在全球糧食生產(chǎn)中占據(jù)著舉足輕重的地位。特別是在亞洲地區(qū)，約2350萬公頃的土地采用稻麥輪作系統(tǒng)，這一系統(tǒng)為近44億人口提供了糧食保障，是保障全球糧食安全的關(guān)鍵貢獻者。在我國，稻麥輪作主要分布在長江流域及其以南地區(qū)，該區(qū)域氣候溫暖濕潤，水資源豐富，土壤肥沃，非常適宜水稻和小麥的生長。這種輪作模式充分利用了當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件，實現(xiàn)了土地的周年利用，有效提高了土地利用率和農(nóng)作物產(chǎn)量，對我國的糧食安全起著至關(guān)重要的支撐作用。隨著人口的增長和對糧食需求的不斷增加，為了追求更高的作物產(chǎn)量，化肥氮的施用量在過去幾十年中呈現(xiàn)出顯著上升的趨勢。以我國為例，2007年化學(xué)氮肥施用量（包括復(fù)混肥）已達3199萬t氮左右，約占世界總使用量的30%。在太湖地區(qū)，一年稻麥兩季作物化學(xué)氮肥投入量更是高達N500-600kg/hm2。然而，過量施用化肥氮雖然在短期內(nèi)可能提高作物產(chǎn)量，但從長期來看，卻帶來了一系列嚴(yán)重的問題。從土壤環(huán)境角度來看，過量的化肥氮會破壞土壤的結(jié)構(gòu)和功能。一方面，大量的氮素會導(dǎo)致土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，有益微生物數(shù)量減少，從而影響土壤的物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化過程。另一方面，長期過量施用化肥氮會使土壤酸化，降低土壤的pH值，進而影響土壤中養(yǎng)分的有效性和植物對養(yǎng)分的吸收。例如，土壤酸化會導(dǎo)致一些微量元素如鐵、鋁等的溶解度增加，可能對植物產(chǎn)生毒害作用。同時，土壤酸化還會加速土壤中鈣、鎂等堿性陽離子的淋失，使土壤肥力下降，土壤板結(jié)，影響農(nóng)作物的根系生長和發(fā)育，降低農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。在水環(huán)境方面，過量的化肥氮通過淋溶和徑流等方式進入水體，是導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的主要原因之一。當(dāng)大量的氮素進入湖泊、河流等水體后，會促使水中藻類等浮游生物過度繁殖，形成水華現(xiàn)象。藻類的大量繁殖會消耗水中的溶解氧，導(dǎo)致水體缺氧，使魚類等水生生物因缺氧而死亡，破壞水生態(tài)平衡。此外，化肥氮中的硝態(tài)氮還可能污染地下水，對飲用水安全構(gòu)成威脅。據(jù)研究表明，人體攝入過量的硝態(tài)氮可能會轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮，亞硝態(tài)氮具有致癌、致畸和致突變的作用，嚴(yán)重危害人體健康。在大氣環(huán)境方面，過量施用化肥氮會導(dǎo)致氨氣揮發(fā)和氧化亞氮排放增加。氨氣揮發(fā)到大氣中，會與空氣中的酸性物質(zhì)反應(yīng)，形成細顆粒物，加重霧霾天氣的發(fā)生。氧化亞氮是一種強效的溫室氣體，其全球增溫潛勢是二氧化碳的298倍，過量的氧化亞氮排放會加劇全球氣候變暖。研究化肥氮的長期去向及土壤殘留周轉(zhuǎn)特征對于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。準(zhǔn)確了解化肥氮在稻麥輪作系統(tǒng)中的長期去向，有助于我們更科學(xué)地評估氮肥的利用效率，避免因僅關(guān)注當(dāng)季利用率而低估化肥氮的真實貢獻。通過研究土壤殘留周轉(zhuǎn)特征，我們可以明確殘留氮肥在土壤中的持續(xù)時間、被作物吸收利用的程度以及向環(huán)境中損失的比例，從而為制定合理的氮肥管理策略提供科學(xué)依據(jù)。在制定氮肥管理策略時，基于對化肥氮長期去向和土壤殘留周轉(zhuǎn)特征的認識，我們可以采取精準(zhǔn)施肥的方式，根據(jù)作物不同生長階段的需求，合理調(diào)整氮肥的施用量和施用時間，避免氮肥的浪費和過量施用。還可以通過優(yōu)化施肥方式，如采用深施、分次施等方法，提高氮肥的利用率，減少氮素的損失。研究結(jié)果還可以為開發(fā)新型肥料提供指導(dǎo)，促進肥料的高效利用和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益的有機統(tǒng)一。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在化肥氮去向的研究領(lǐng)域，國內(nèi)外學(xué)者已取得了一系列有價值的成果。在國外，不少研究借助先進的技術(shù)手段，如15N同位素示蹤技術(shù)，對氮肥在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律進行了深入探究。例如，部分研究聚焦于不同施肥方式下氮肥的去向，發(fā)現(xiàn)深施氮肥相較于表施，能顯著減少氮素的揮發(fā)損失，提高氮肥在土壤中的殘留比例，從而增加作物對氮肥的吸收利用。在長期定位試驗方面，一些研究持續(xù)跟蹤了多年的氮肥施用情況，結(jié)果表明，隨著施肥年限的增加，土壤中殘留的氮肥量逐漸累積，但同時氮素的損失風(fēng)險也在增加，如通過淋溶進入地下水的氮量呈上升趨勢。國內(nèi)對于化肥氮去向的研究也頗為豐富。眾多學(xué)者通過田間試驗、模型模擬等方法，對不同地區(qū)、不同作物類型的農(nóng)田化肥氮去向進行了廣泛研究。在稻麥輪作系統(tǒng)中，研究發(fā)現(xiàn)，氮肥的當(dāng)季利用率相對較低，大部分氮素通過氨揮發(fā)、硝化-反硝化以及淋溶等途徑損失到環(huán)境中。有研究表明，在太湖地區(qū)的稻麥輪作農(nóng)田中，氨揮發(fā)損失的氮素占施氮量的10%-30%，硝化-反硝化損失的氮素約占5%-20%，淋溶損失的氮素占3%-10%。在土壤殘留周轉(zhuǎn)特征的研究方面，國外的研究多從土壤微生物學(xué)、土壤化學(xué)等角度出發(fā)，分析殘留氮肥在土壤中的形態(tài)轉(zhuǎn)化以及與土壤中其他物質(zhì)的相互作用。研究發(fā)現(xiàn)，土壤中的微生物對殘留氮肥的轉(zhuǎn)化起著關(guān)鍵作用，它們能夠?qū)⒂袡C態(tài)氮轉(zhuǎn)化為無機態(tài)氮，供作物吸收利用，同時也會促進氮素的損失過程，如硝化反硝化作用。一些研究還關(guān)注了土壤質(zhì)地、酸堿度等因素對殘留氮肥周轉(zhuǎn)的影響，發(fā)現(xiàn)質(zhì)地黏重、酸性較強的土壤有利于殘留氮肥的固定，減緩其周轉(zhuǎn)速度。國內(nèi)學(xué)者在土壤殘留周轉(zhuǎn)特征方面也進行了大量研究。通過對不同施肥制度下土壤氮素平衡的分析，明確了殘留氮肥在土壤中的累積規(guī)律以及對后季作物的供氮能力。研究表明，長期施用有機肥與化肥配施，能夠增加土壤中有機氮的含量，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤對殘留氮肥的保持能力，從而促進殘留氮肥的有效利用。一些研究還利用穩(wěn)定性同位素技術(shù)，揭示了殘留氮肥在土壤中的周轉(zhuǎn)路徑和周轉(zhuǎn)時間，為合理施肥提供了科學(xué)依據(jù)。盡管國內(nèi)外在稻麥農(nóng)田化肥氮去向和土壤殘留周轉(zhuǎn)方面已取得了上述諸多成果，但仍存在一些不足之處。目前的研究大多集中在短期的觀測和分析上，對于化肥氮的長期去向，尤其是在多年連續(xù)稻麥輪作條件下的長期動態(tài)變化，缺乏系統(tǒng)深入的研究。在影響因素分析方面，雖然已經(jīng)認識到施肥方式、土壤性質(zhì)、作物品種等因素對化肥氮去向和土壤殘留周轉(zhuǎn)有重要影響，但對于各因素之間的交互作用及其內(nèi)在機制，還缺乏全面深入的理解。此外，不同研究之間的結(jié)果存在一定差異，這可能與研究區(qū)域、試驗條件、研究方法等的不同有關(guān)，也反映出目前在該領(lǐng)域的研究還需要進一步的整合和完善。本研究將以此為切入點，通過長期定位試驗和多學(xué)科交叉的研究方法，深入探究稻麥農(nóng)田化肥氮的長期去向及其土壤殘留周轉(zhuǎn)特征，以期為稻麥輪作系統(tǒng)的氮肥管理提供更科學(xué)、更全面的理論依據(jù)。二、研究方法與材料2.1研究區(qū)域概況本研究選取位于[具體省份]的[具體地點]的稻麥農(nóng)田作為研究區(qū)域。該區(qū)域地處[具體經(jīng)緯度]，屬于典型的亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，雨熱同期。年平均氣溫在[X]℃左右，年降水量約為[X]mm，降水主要集中在夏季，占全年降水量的[X]%左右。這種氣候條件為水稻和小麥的生長提供了適宜的水熱條件。從土壤類型來看，該區(qū)域主要為[具體土壤類型]，土壤質(zhì)地為[具體質(zhì)地，如壤土、黏土等]，土壤pH值在[X]-[X]之間，呈微酸性至中性。土壤中有機質(zhì)含量約為[X]g/kg，全氮含量為[X]g/kg，堿解氮含量為[X]mg/kg，有效磷含量為[X]mg/kg，速效鉀含量為[X]mg/kg，土壤肥力狀況良好，適合稻麥輪作種植。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面，該區(qū)域長期采用稻麥輪作的種植模式，水稻一般于[具體月份]播種育秧，[具體月份]移栽，[具體月份]收獲；小麥則在水稻收獲后，于[具體月份]播種，次年[具體月份]收獲。當(dāng)?shù)剞r(nóng)民在施肥過程中，主要以化學(xué)氮肥為主，配施一定量的磷肥和鉀肥，氮肥的施用量通常在[X]kg/hm2左右，施肥方式多為撒施。該區(qū)域的稻麥輪作模式和施肥習(xí)慣在當(dāng)?shù)鼐哂袕V泛的代表性，能夠較好地反映該地區(qū)稻麥農(nóng)田的實際生產(chǎn)情況，為研究化肥氮的長期去向及其土壤殘留周轉(zhuǎn)特征提供了理想的研究對象。2.2試驗設(shè)計本研究采用長期定位試驗的方法，在選定的研究區(qū)域內(nèi)設(shè)置了多個處理組，以全面深入地探究稻麥農(nóng)田化肥氮的長期去向及其土壤殘留周轉(zhuǎn)特征。試驗從[起始年份]開始，持續(xù)進行多年，確保能夠捕捉到化肥氮在長期作用下的動態(tài)變化。試驗設(shè)置了以下幾個主要施肥處理：對照處理（CK）：不施加任何化肥氮，僅進行常規(guī)的農(nóng)田管理，包括澆水、除草、病蟲害防治等，以獲取自然狀態(tài)下稻麥生長和土壤養(yǎng)分變化的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，作為對比其他施肥處理的參照標(biāo)準(zhǔn)。單施化肥氮處理（N）：按照當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)的施肥量，在稻麥生長季節(jié)分別施用化學(xué)氮肥，如尿素，施用量為[X]kg/hm2，以研究單純施加化肥氮對稻麥產(chǎn)量、化肥氮去向以及土壤殘留周轉(zhuǎn)的影響?；实c磷肥配施處理（NP）：在施用化肥氮（施用量同N處理）的基礎(chǔ)上，配合施用磷肥，磷肥的種類為[具體磷肥種類，如過磷酸鈣]，施用量為[X]kg/hm2，探究氮磷配施對化肥氮在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中行為的影響?；实c鉀肥配施處理（NK）：同樣施用與N處理相同量的化肥氮，并搭配鉀肥，鉀肥選用[具體鉀肥種類，如氯化鉀]，施用量為[X]kg/hm2，分析氮鉀配施條件下化肥氮的去向和土壤殘留周轉(zhuǎn)特征?；实?、磷肥和鉀肥配施處理（NPK）：綜合施用化肥氮、磷肥和鉀肥，各自的施用量分別保持與上述對應(yīng)處理一致，此處理旨在模擬實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常見的平衡施肥模式，研究這種施肥方式下化肥氮的長期動態(tài)變化。有機肥與化肥氮配施處理（MN）：在施用化肥氮（施用量同N處理）的同時，添加有機肥，有機肥選用[具體有機肥種類，如豬糞、牛糞等腐熟農(nóng)家肥]，施用量為[X]kg/hm2，考察有機肥與化肥氮配施對化肥氮利用效率、去向以及土壤殘留周轉(zhuǎn)的綜合影響。每個處理設(shè)置[X]次重復(fù)，采用隨機區(qū)組排列的方式，以減少試驗誤差，保證試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。每個小區(qū)的面積為[X]m2，小區(qū)之間設(shè)置[X]m寬的隔離帶，以防止不同處理之間的肥料和水分相互干擾。在水稻種植季節(jié)，按照當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)習(xí)慣進行育秧、移栽、灌溉、排水等農(nóng)事操作；在小麥種植季節(jié)，同樣遵循當(dāng)?shù)氐姆N植和管理方式，包括播種、鎮(zhèn)壓、冬灌等。在施肥過程中，嚴(yán)格按照各處理的施肥方案進行操作，確保肥料均勻施撒在小區(qū)內(nèi)。2.3樣品采集與分析方法在整個試驗周期內(nèi)，每年分別在水稻和小麥的關(guān)鍵生育期進行樣品采集。對于土壤樣品，在水稻收獲后和小麥播種前，以及小麥?zhǔn)斋@后和水稻播種前這兩個關(guān)鍵時間節(jié)點進行采集，以全面了解不同種植季節(jié)前后土壤中化肥氮的含量及形態(tài)變化。采用多點混合采樣法，在每個小區(qū)內(nèi)按照“S”形路線選取[X]個采樣點，以確保采集的樣品能夠代表整個小區(qū)的土壤狀況。使用土鉆采集0-20cm土層的土壤樣品，將每個采樣點采集到的土壤充分混合均勻，去除其中的植物殘體、石塊等雜物，然后裝入密封袋中，標(biāo)記好采樣地點、時間、處理等信息。將采集回來的土壤樣品帶回實驗室后，一部分新鮮土壤樣品用于測定土壤的基本理化性質(zhì)，如土壤含水量、pH值、電導(dǎo)率等。土壤含水量采用烘干稱重法測定，將一定量的新鮮土壤在105℃的烘箱中烘干至恒重，通過前后重量差計算土壤含水量。土壤pH值采用玻璃電極法測定，將土壤樣品與去離子水按照1:2.5的比例混合，振蕩均勻后靜置30分鐘，然后用pH計測定上清液的pH值。土壤電導(dǎo)率則使用電導(dǎo)率儀進行測定，同樣將土壤與去離子水按1:5的比例混合，振蕩后測定上清液的電導(dǎo)率。另一部分土壤樣品自然風(fēng)干后，過2mm篩，用于測定土壤中的全氮、堿解氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量等指標(biāo)。土壤全氮含量采用凱氏定氮法測定，將土壤樣品與濃硫酸、催化劑混合，在高溫下消解，使有機氮轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮，然后通過蒸餾、滴定等步驟測定銨態(tài)氮的含量，從而計算出土壤全氮含量。土壤堿解氮含量采用堿解擴散法測定，在堿性條件下，土壤中的堿解氮轉(zhuǎn)化為氨氣，通過擴散被硼酸溶液吸收，然后用標(biāo)準(zhǔn)酸溶液滴定硼酸溶液中吸收的氨，計算出堿解氮含量。土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量分別采用氯化鉀浸提-靛酚藍比色法和氯化鉀浸提-紫外分光光度法測定，將土壤樣品用氯化鉀溶液浸提，浸提液中的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮分別與相應(yīng)的顯色劑反應(yīng)，生成有色物質(zhì)，通過比色法測定其含量。在水稻和小麥的成熟期，進行植株樣品的采集。每個小區(qū)選取[X]株具有代表性的植株，從植株基部將其完整挖出，盡量保持根系的完整性。將采集到的植株樣品用清水沖洗干凈，去除表面的泥土和雜質(zhì)，然后將其分為地上部分（莖、葉、穗）和地下部分（根）。將地上部分和地下部分分別裝入信封中，在105℃的烘箱中殺青30分鐘，然后在70℃下烘干至恒重，稱量其干重，計算植株的生物量。將烘干后的植株樣品粉碎，過0.5mm篩，用于測定植株中的氮含量。植株氮含量采用凱氏定氮法測定，與土壤全氮含量的測定方法類似，將植株樣品消解后，通過蒸餾、滴定測定其中的氮含量。通過測定植株的生物量和氮含量，可以計算出作物對化肥氮的吸收量，進而分析化肥氮在作物生長過程中的利用情況。在進行水樣采集時，主要在水稻田的灌溉期和排水期采集田面水樣品，以及在地下水位較淺的區(qū)域采集地下水樣品。田面水樣品采用塑料桶在田面均勻采集，每個小區(qū)采集[X]個水樣，混合均勻后裝入玻璃瓶中，冷藏保存，盡快帶回實驗室分析。地下水樣品則通過安裝在地下水位監(jiān)測井中的采樣器采集，同樣每個監(jiān)測點采集[X]個水樣混合。水樣帶回實驗室后，測定其中的銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和總氮含量。銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量的測定方法與土壤浸提液中相應(yīng)指標(biāo)的測定方法相同，總氮含量采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定，將水樣在堿性條件下用過硫酸鉀消解，使各種形態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，然后通過紫外分光光度法測定硝酸鹽的含量，從而計算出總氮含量。通過分析水樣中的氮含量，可以了解化肥氮通過淋溶和徑流等途徑進入水體的情況，評估其對水環(huán)境的影響。2.4數(shù)據(jù)處理與分析在完成數(shù)據(jù)采集后，運用專業(yè)的統(tǒng)計軟件和科學(xué)的分析方法對數(shù)據(jù)進行深入處理與分析，以全面揭示稻麥農(nóng)田化肥氮的長期去向及其土壤殘留周轉(zhuǎn)特征。本研究主要使用SPSS22.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)處理，該軟件功能強大，能夠滿足多種數(shù)據(jù)分析需求，確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。對于土壤、植株以及水樣中各項指標(biāo)的含量數(shù)據(jù)，首先進行描述性統(tǒng)計分析，計算出各處理組數(shù)據(jù)的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、最小值和最大值等統(tǒng)計量，以初步了解數(shù)據(jù)的分布特征和集中趨勢。平均值能夠反映數(shù)據(jù)的總體水平，標(biāo)準(zhǔn)差則用于衡量數(shù)據(jù)的離散程度，通過這些統(tǒng)計量可以對不同處理組的數(shù)據(jù)有一個直觀的認識。采用方差分析（ANOVA）來檢驗不同施肥處理對各指標(biāo)的影響是否存在顯著差異。方差分析是一種用于比較多個總體均值是否相等的統(tǒng)計方法，通過計算組間方差和組內(nèi)方差的比值（F值），并與臨界值進行比較，來判斷不同處理組之間的差異是否顯著。在本研究中，將不同施肥處理作為自變量，土壤全氮、堿解氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量，植株生物量、氮含量，水樣中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和總氮含量等作為因變量，進行方差分析。若F值大于臨界值，且對應(yīng)的P值小于0.05，則表明不同施肥處理對該指標(biāo)的影響顯著，即不同施肥處理下該指標(biāo)存在明顯差異。當(dāng)方差分析結(jié)果顯示不同施肥處理間存在顯著差異時，進一步運用鄧肯氏新復(fù)極差檢驗（Duncan'snewmultiplerangetest）進行多重比較，以明確各處理組之間具體的差異情況。鄧肯氏新復(fù)極差檢驗是一種常用的多重比較方法，它能夠在多個處理組之間進行兩兩比較，確定哪些處理組之間的差異達到顯著水平，并通過字母標(biāo)記的方式直觀地展示出來。例如，若處理A、B、C的某指標(biāo)均值分別為X1、X2、X3，經(jīng)過鄧肯氏新復(fù)極差檢驗后，若A與B的均值具有相同的字母標(biāo)記，則表示A與B之間的差異不顯著；若A與C的均值具有不同的字母標(biāo)記，則說明A與C之間的差異顯著。通過這種方式，可以清晰地了解不同施肥處理對各指標(biāo)影響的大小順序和差異程度。為了探究各指標(biāo)之間的相互關(guān)系，采用Pearson相關(guān)性分析方法。Pearson相關(guān)性分析用于衡量兩個變量之間線性相關(guān)的程度，其相關(guān)系數(shù)r的取值范圍在-1到1之間。當(dāng)r>0時，表示兩個變量呈正相關(guān)，即一個變量增大時，另一個變量也隨之增大；當(dāng)r<0時，表示兩個變量呈負相關(guān)，即一個變量增大時，另一個變量會減??；當(dāng)r=0時，表示兩個變量之間不存在線性相關(guān)關(guān)系。在本研究中，通過計算土壤養(yǎng)分含量與作物產(chǎn)量、氮素吸收量之間的相關(guān)系數(shù)，以及不同形態(tài)氮素含量之間的相關(guān)系數(shù)等，可以深入了解它們之間的內(nèi)在聯(lián)系。例如，若土壤堿解氮含量與作物氮素吸收量之間的相關(guān)系數(shù)為正且顯著，則說明土壤中堿解氮含量的增加有助于提高作物對氮素的吸收，從而為合理施肥提供理論依據(jù)。利用Origin2021軟件對數(shù)據(jù)進行繪圖處理，繪制出柱狀圖、折線圖、散點圖等直觀的圖表。柱狀圖可以清晰地展示不同施肥處理下各指標(biāo)的均值差異，便于比較不同處理之間的效果；折線圖則適合用于展示數(shù)據(jù)隨時間或其他因素的變化趨勢，如土壤中殘留氮肥含量隨種植年限的變化情況；散點圖可用于直觀地呈現(xiàn)兩個變量之間的關(guān)系，結(jié)合擬合曲線和相關(guān)系數(shù)，能夠更直觀地說明變量之間的相關(guān)性。通過這些圖表，可以將復(fù)雜的數(shù)據(jù)以更加直觀、易懂的形式呈現(xiàn)出來，使研究結(jié)果更加清晰明了，有助于更好地理解和解釋數(shù)據(jù)背后的規(guī)律。三、稻麥農(nóng)田化肥氮長期去向3.1當(dāng)季化肥氮去向當(dāng)季施用化肥氮后，其在稻麥農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的去向主要包括作物吸收、土壤殘留以及通過各種途徑損失到環(huán)境中，各部分的分配比例受到多種因素的綜合影響。在作物吸收方面，研究結(jié)果表明，在本試驗的不同施肥處理下，當(dāng)季水稻和小麥對化肥氮的吸收量存在顯著差異。以單施化肥氮處理（N）為例，水稻當(dāng)季對化肥氮的吸收量占施氮量的比例約為[X1]%，小麥當(dāng)季對化肥氮的吸收量占施氮量的比例約為[X2]%。這一吸收比例相對較低，與前人的研究結(jié)果基本一致。有研究表明，在一般的稻麥輪作系統(tǒng)中，當(dāng)季作物對化肥氮的利用率通常在30%-40%之間。作物對化肥氮的吸收效率受到多種因素的制約。作物品種的差異對氮素吸收能力有著顯著影響，一些高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品種可能具有更強的氮素吸收和轉(zhuǎn)化能力，能夠更有效地利用化肥氮。水稻和小麥在不同的生長階段對氮素的需求也不同，在生長旺盛期，如水稻的分蘗期和孕穗期、小麥的拔節(jié)期和抽穗期，作物對氮素的需求量較大，此時如果化肥氮的供應(yīng)不足或供應(yīng)時間不當(dāng)，都會影響作物對氮素的吸收利用。土壤殘留是當(dāng)季化肥氮的另一個重要去向。在本研究中，當(dāng)季施肥后，土壤中殘留的化肥氮量也因施肥處理的不同而有所變化。在N處理下，當(dāng)季水稻收獲后，0-20cm土層中殘留的化肥氮占施氮量的比例約為[X3]%，小麥?zhǔn)斋@后，該土層中殘留的化肥氮占施氮量的比例約為[X4]%。土壤殘留的化肥氮為后續(xù)作物的生長提供了潛在的氮源。土壤質(zhì)地對化肥氮的殘留有重要影響，質(zhì)地黏重的土壤具有較強的保肥能力，能夠吸附和固定更多的氮素，從而增加土壤中化肥氮的殘留量；而質(zhì)地較輕的土壤，如砂土，其保肥能力較弱，化肥氮容易隨水淋失，導(dǎo)致土壤中殘留的氮素較少。土壤中微生物的活動也會影響化肥氮的殘留，一些微生物能夠?qū)⒒实D(zhuǎn)化為有機態(tài)氮，固定在土壤中，增加土壤的氮素儲備；而另一些微生物則可能通過反硝化等作用，將氮素轉(zhuǎn)化為氣態(tài)氮釋放到大氣中，減少土壤中氮素的殘留。當(dāng)季化肥氮通過氨揮發(fā)、硝化-反硝化、淋溶等途徑損失到環(huán)境中，這不僅降低了氮肥的利用效率，還對環(huán)境造成了負面影響。在氨揮發(fā)方面，本研究中，在水稻田淹水條件下，單施化肥氮處理的氨揮發(fā)損失量占施氮量的比例約為[X5]%。氨揮發(fā)損失主要受到施肥方式、土壤pH值、溫度和水分等因素的影響。在水稻田，當(dāng)銨態(tài)氮肥表施時，由于田面水的存在，銨態(tài)氮容易在堿性條件下轉(zhuǎn)化為氨氣揮發(fā)到大氣中；而深施氮肥則可以減少氨揮發(fā)損失。土壤pH值較高時，氨揮發(fā)損失會顯著增加，因為在堿性環(huán)境中，銨態(tài)氮更容易轉(zhuǎn)化為氨氣。溫度和水分也會影響氨揮發(fā)，較高的溫度和適宜的水分條件會促進氨揮發(fā)的發(fā)生。硝化-反硝化作用是化肥氮損失的另一個重要途徑。在本研究中，當(dāng)季硝化-反硝化損失的氮素占施氮量的比例在[X6]%左右。在水稻田，由于土壤處于淹水和干濕交替的狀態(tài)，為硝化-反硝化細菌提供了適宜的生存環(huán)境。在好氧條件下，硝化細菌將銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮；在厭氧條件下，反硝化細菌將硝態(tài)氮還原為氮氣或氧化亞氮等氣態(tài)氮釋放到大氣中。土壤中氧氣含量、碳氮比、微生物群落結(jié)構(gòu)等因素都會影響硝化-反硝化作用的強度。例如，當(dāng)土壤中碳源充足時，反硝化細菌能夠獲得更多的能量，從而促進反硝化作用的進行，增加氮素的損失。淋溶損失也是當(dāng)季化肥氮損失的一部分。在本研究區(qū)域，由于降水較為充沛，且水稻田在生長季節(jié)需要大量灌溉，淋溶損失不容忽視。當(dāng)季通過淋溶損失的化肥氮占施氮量的比例約為[X7]%。淋溶損失主要與降水量、灌溉量、土壤質(zhì)地和結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。在降水或灌溉量較大時，土壤中的硝態(tài)氮等水溶性氮素容易隨水向下淋溶，進入地下水或地表水體，造成水體污染。土壤質(zhì)地疏松、孔隙度大的土壤，淋溶損失相對較大；而質(zhì)地黏重、結(jié)構(gòu)緊密的土壤，能夠?qū)Φ仄鸬揭欢ǖ慕亓糇饔?，減少淋溶損失。綜合來看，在本研究的稻麥農(nóng)田中，當(dāng)季化肥氮的去向呈現(xiàn)出復(fù)雜的特征。作物吸收、土壤殘留和損失之間的比例關(guān)系受到多種因素的共同作用，深入了解這些因素對于優(yōu)化氮肥管理、提高氮肥利用率以及減少氮素對環(huán)境的負面影響具有重要意義。3.2長期累積化肥氮去向隨著施肥年限的不斷增加，累積化肥氮在稻麥農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的去向呈現(xiàn)出更為復(fù)雜的動態(tài)變化。在長期連續(xù)施肥的情況下，作物對累積化肥氮的吸收總量逐漸增加，但吸收比例并非一直呈上升趨勢。在本研究中，經(jīng)過多年的連續(xù)施肥，到第[X]年時，累積化肥氮被作物吸收的總量在不同施肥處理下均有顯著增加。以NPK處理為例，累積化肥氮被作物吸收的總量達到了[X]kg/hm2，相較于前幾年有了大幅提升。這表明長期施肥為作物生長提供了持續(xù)的氮素供應(yīng)，促進了作物對氮素的吸收。隨著施肥年限的進一步增加，作物對累積化肥氮的吸收比例卻出現(xiàn)了波動變化。在施肥初期，作物對累積化肥氮的吸收比例相對較高，隨著時間的推移，由于土壤中殘留氮素的逐漸積累以及其他因素的影響，吸收比例在一定程度上有所下降。這可能是因為隨著土壤中氮素含量的增加，土壤中氮素的供應(yīng)與作物需求之間的平衡發(fā)生了改變，導(dǎo)致作物對化肥氮的吸收效率降低。作物自身的生長特性和生理調(diào)節(jié)機制也會隨著生長年限的變化而發(fā)生改變，從而影響其對累積化肥氮的吸收能力。土壤中累積殘留的化肥氮量也隨著施肥年限的增加而不斷累積。在長期定位試驗中，到第[X]年時，N處理下0-20cm土層中累積殘留的化肥氮量達到了[X]kg/hm2，且主要以有機態(tài)氮和無機態(tài)氮的形式存在。有機態(tài)氮主要包括腐殖質(zhì)氮、氨基酸態(tài)氮等，這些有機態(tài)氮在土壤微生物的作用下，逐漸分解轉(zhuǎn)化為無機態(tài)氮，為作物提供持續(xù)的氮源。無機態(tài)氮則主要包括銨態(tài)氮和硝態(tài)氮，它們是作物能夠直接吸收利用的氮素形態(tài)。土壤中累積殘留的化肥氮并非一直穩(wěn)定存在，而是處于動態(tài)的周轉(zhuǎn)過程中。部分殘留氮會被后續(xù)作物吸收利用，部分則會通過反硝化、淋溶等途徑損失到環(huán)境中。在長期施肥過程中，累積化肥氮向環(huán)境中的損失是一個不容忽視的問題。氨揮發(fā)、硝化-反硝化和淋溶等損失途徑在長期內(nèi)持續(xù)作用，導(dǎo)致大量的氮素損失。以氨揮發(fā)損失為例，在長期施肥的稻田中，氨揮發(fā)損失的累積量隨著施肥年限的增加而逐漸增加。在第[X]年時，N處理下氨揮發(fā)損失的累積量占累積施氮量的比例達到了[X]%。這是因為長期施肥使得土壤中的氮素含量始終處于較高水平，為氨揮發(fā)提供了充足的氮源，同時，施肥方式、土壤條件等因素在長期內(nèi)保持相對穩(wěn)定，也使得氨揮發(fā)損失得以持續(xù)發(fā)生。硝化-反硝化損失在長期內(nèi)也較為顯著，到第[X]年時，NPK處理下硝化-反硝化損失的累積量占累積施氮量的比例約為[X]%。長期的干濕交替和適宜的土壤環(huán)境條件，為硝化-反硝化細菌的生長和繁殖提供了有利條件，從而促進了硝化-反硝化作用的進行，導(dǎo)致大量的氮素以氣態(tài)形式損失到大氣中。淋溶損失同樣隨著施肥年限的增加而逐漸累積，在長期降水和灌溉的作用下，土壤中的硝態(tài)氮等水溶性氮素不斷隨水淋溶，進入地下水或地表水體。在第[X]年時，MN處理下淋溶損失的累積量占累積施氮量的比例達到了[X]%。為了更直觀地展示長期累積化肥氮去向的動態(tài)變化，繪制了圖1。從圖1中可以清晰地看出，隨著施肥年限的增加，作物吸收的累積化肥氮量在前期增長較快，后期增長速度逐漸放緩；土壤中累積殘留的化肥氮量持續(xù)增加，但增加的幅度也逐漸減小；環(huán)境損失的累積化肥氮量則呈現(xiàn)出穩(wěn)步上升的趨勢。這表明在長期稻麥輪作過程中，雖然土壤中累積殘留的化肥氮為作物提供了一定的氮源，但同時也伴隨著大量的氮素損失到環(huán)境中，對生態(tài)環(huán)境造成了潛在威脅。因此，如何在保障作物產(chǎn)量的前提下，減少累積化肥氮向環(huán)境中的損失，提高其利用效率，是當(dāng)前稻麥農(nóng)田氮肥管理中亟待解決的問題。[此處插入圖1：長期累積化肥氮去向動態(tài)變化圖，橫坐標(biāo)為施肥年限，縱坐標(biāo)為累積化肥氮量占累積施氮量的比例，包括作物吸收、土壤殘留和環(huán)境損失三條折線]3.3案例分析中國科學(xué)院南京土壤研究所開展的長達17年的15N同位素示蹤試驗，為深入了解稻麥系統(tǒng)殘留氮肥的長期去向提供了寶貴的研究案例。該試驗采用先進的15N同位素示蹤技術(shù)，能夠精準(zhǔn)地追蹤化肥氮在稻麥農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化路徑，為量化殘留氮肥的去向提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。在作物吸收方面，試驗結(jié)果顯示，雖然當(dāng)季15N標(biāo)記氮肥的利用率相對較低，僅為26.7%-27.6%，但在后續(xù)17年的累積利用率顯著增加，達到了38.6%-43.0%。這表明，殘留氮肥在長期施肥過程中，持續(xù)為作物提供了大量的氮源。值得關(guān)注的是，后季作物對殘留氮肥的利用約占總利用率的1/3，這充分說明了殘留氮肥在作物長期生長過程中的重要作用。如果僅僅關(guān)注當(dāng)季肥料氮的吸收情況，將會極大地低估化肥氮對作物生長的真實貢獻。從土壤殘留角度來看，在第一季施肥后，有13.3%-17.8%的15N氮肥殘留于水稻土耕層0-20cm中。隨著時間的推移，由于后季作物的吸收以及環(huán)境因素的影響，這部分殘留氮肥每年約減少0.6個百分點。然而，到第17年時，0-100cm土壤剖面中仍然殘留著5.73%-10.5%的15N氮肥，且其中70%集中在0-20cm土層內(nèi)。這表明，即使經(jīng)過了長達17年的時間，土壤中仍然保留著一定量的殘留氮肥，這些殘留氮肥依然具有被后季作物持續(xù)利用的潛力。在環(huán)境損失方面，17年后，殘留氮去向中環(huán)境損失僅占5.3%-23.7%。這一數(shù)據(jù)表明，殘留氮肥在長期過程中向環(huán)境中的損失相對較少。與當(dāng)季氮肥損失情況相比，當(dāng)季氮損失占總損失比例超過90%，這意味著大部分標(biāo)記氮肥在施肥當(dāng)季就已經(jīng)損失進入環(huán)境，而后續(xù)作物季土壤殘留氮損失低于10%。從施肥的整體角度來看，17年后，約44.3%-53.5%的示蹤氮肥還殘留在土壤里或被作物吸收，剩余的46.5%-55.7%則損失到環(huán)境中。通過對該案例的分析可以發(fā)現(xiàn)，稻麥系統(tǒng)中殘留氮肥的長期去向呈現(xiàn)出獨特的特征。殘留氮肥更多地被作物吸收利用，而非損失到環(huán)境中，這與以往對氮肥去向的認知有所不同。殘留氮肥在土壤中的遺留時間為23-31年，遠低于法國學(xué)者MathieuSeBilo等基于甜菜-小麥輪作旱地研究中提出的化肥氮土壤殘留對地下水環(huán)境影響長達百年的結(jié)果。這可能是由于稻田的耕作制度和水熱條件與旱地存在差異，導(dǎo)致殘留氮肥的周轉(zhuǎn)和損失情況不同。中國科學(xué)院南京土壤研究所的這一長達17年的15N同位素示蹤試驗，為我們?nèi)媪私獾钧溝到y(tǒng)殘留氮肥的長期去向提供了詳細而準(zhǔn)確的信息。這些研究結(jié)果對于制定合理的氮肥管理策略具有重要的指導(dǎo)意義，有助于我們在保障作物產(chǎn)量的同時，減少氮肥的損失，降低對環(huán)境的負面影響，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。四、稻麥農(nóng)田化肥氮土壤殘留周轉(zhuǎn)特征4.1土壤殘留化肥氮的時空分布在不同土層深度下，土壤殘留化肥氮的含量呈現(xiàn)出明顯的垂直分布差異。通過對長期定位試驗中不同處理組土壤樣品的分析，發(fā)現(xiàn)在0-20cm土層，由于該土層是作物根系最為密集的區(qū)域，且施肥主要集中在該土層，因此土壤殘留化肥氮的含量相對較高。在NPK處理下，經(jīng)過[X]年的連續(xù)施肥，0-20cm土層中殘留的化肥氮含量達到了[X]mg/kg。隨著土層深度的增加，殘留化肥氮的含量逐漸降低。在20-40cm土層，NPK處理下殘留化肥氮含量約為[X]mg/kg，僅為0-20cm土層含量的[X]%。這是因為隨著土層深度的增加，作物根系數(shù)量減少，對氮素的吸收能力減弱，同時，肥料氮在向下遷移的過程中，會受到土壤顆粒的吸附、固定以及微生物的作用等，導(dǎo)致其含量逐漸降低。在40-60cm土層，殘留化肥氮含量進一步降低，僅為[X]mg/kg左右。在60-100cm土層，殘留化肥氮含量已經(jīng)非常低，接近土壤本底值。從時間尺度來看，土壤殘留化肥氮的含量也隨種植年限的增加而發(fā)生動態(tài)變化。在施肥初期，土壤中殘留化肥氮的含量迅速增加。以N處理為例，在施肥的前[X]年，0-20cm土層中殘留化肥氮含量從初始的[X]mg/kg快速上升至[X]mg/kg。這是因為在施肥初期，土壤對化肥氮的吸附和固定作用較強，且作物對氮素的吸收相對有限，導(dǎo)致大量的化肥氮殘留于土壤中。隨著施肥年限的繼續(xù)增加，土壤殘留化肥氮的含量增長速度逐漸放緩。在第[X]-[X]年期間，N處理下0-20cm土層中殘留化肥氮含量僅增加了[X]mg/kg。這是因為隨著時間的推移，土壤中微生物的活動逐漸適應(yīng)了高氮環(huán)境，微生物對化肥氮的轉(zhuǎn)化和利用能力增強，部分殘留化肥氮被微生物轉(zhuǎn)化為有機態(tài)氮或通過反硝化等作用損失到環(huán)境中，同時，作物對土壤中殘留氮素的吸收也在一定程度上減少了土壤中殘留化肥氮的積累。在長期施肥的后期，土壤殘留化肥氮的含量可能會達到一個相對穩(wěn)定的水平。當(dāng)施肥年限達到[X]年以上時，N處理下0-20cm土層中殘留化肥氮含量基本穩(wěn)定在[X]mg/kg左右。為了更直觀地展示土壤殘留化肥氮的時空分布特征，繪制了圖2。從圖2中可以清晰地看出，在不同土層深度下，土壤殘留化肥氮含量隨時間的變化趨勢。在0-20cm土層，殘留化肥氮含量在前期增長迅速，后期逐漸趨于穩(wěn)定；在20-40cm土層，殘留化肥氮含量增長相對緩慢，且在后期也呈現(xiàn)出穩(wěn)定的趨勢；在40-60cm及以下土層，殘留化肥氮含量始終處于較低水平，且變化幅度較小。[此處插入圖2：土壤殘留化肥氮時空分布圖，橫坐標(biāo)為種植年限，縱坐標(biāo)為土壤殘留化肥氮含量，不同顏色的折線表示不同土層深度（0-20cm、20-40cm、40-60cm、60-100cm）下的變化情況]土壤殘留化肥氮在不同土層深度和時間尺度下的分布特征受到多種因素的綜合影響。施肥方式、土壤性質(zhì)、作物生長狀況以及微生物活動等因素都會對土壤殘留化肥氮的時空分布產(chǎn)生重要作用。在實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，深入了解這些分布特征及其影響因素，對于制定合理的氮肥管理策略，提高氮肥利用率，減少氮素損失具有重要的指導(dǎo)意義。4.2土壤殘留化肥氮的周轉(zhuǎn)過程土壤殘留化肥氮在土壤中經(jīng)歷著復(fù)雜的轉(zhuǎn)化、遷移和再利用過程，這些過程相互交織，共同影響著土壤中氮素的動態(tài)平衡和有效性。在轉(zhuǎn)化過程方面，土壤殘留化肥氮主要發(fā)生著硝化作用和反硝化作用等重要的生物化學(xué)轉(zhuǎn)化。硝化作用是土壤殘留化肥氮轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。在有氧條件下，土壤中的硝化細菌會將銨態(tài)氮（NH??-N）逐步氧化為亞硝態(tài)氮（NO??-N），進而再氧化為硝態(tài)氮（NO??-N）。這一過程受到多種因素的調(diào)控，土壤的通氣性對硝化作用有著顯著影響。在通氣良好的土壤中，氧氣供應(yīng)充足，硝化細菌能夠更好地進行代謝活動，從而促進硝化作用的進行。土壤的酸堿度（pH值）也是影響硝化作用的重要因素，硝化細菌適宜在中性至微堿性的環(huán)境中生長和活動，當(dāng)土壤pH值偏離這一范圍時，硝化細菌的活性會受到抑制，進而影響硝化作用的速率。土壤溫度同樣對硝化作用起著關(guān)鍵作用，一般來說，在適宜的溫度范圍內(nèi)（通常為25-35℃），溫度升高會加快硝化細菌的生長和代謝速度，使硝化作用增強。在本研究區(qū)域，夏季氣溫較高，土壤硝化作用相對較強，導(dǎo)致土壤中硝態(tài)氮含量在夏季有所增加。反硝化作用是土壤殘留化肥氮轉(zhuǎn)化的另一個重要過程。在厭氧條件下，反硝化細菌利用土壤中的有機碳作為電子供體，將硝態(tài)氮逐步還原為一氧化氮（NO）、氧化亞氮（N?O）和氮氣（N?）等氣態(tài)氮，釋放到大氣中。反硝化作用的發(fā)生需要滿足特定的條件，土壤中的氧氣含量是關(guān)鍵因素之一。當(dāng)土壤處于淹水或緊實狀態(tài)時，氧氣供應(yīng)不足，為反硝化細菌創(chuàng)造了適宜的生存環(huán)境，從而促進反硝化作用的進行。土壤中有機碳的含量和質(zhì)量也會影響反硝化作用。豐富的有機碳源能夠為反硝化細菌提供充足的能量，使其能夠更有效地進行反硝化反應(yīng)。在稻田淹水期，土壤中有機碳含量相對較高，且處于厭氧狀態(tài)，反硝化作用較為活躍，導(dǎo)致大量的硝態(tài)氮通過反硝化作用損失到大氣中。在遷移過程中，土壤殘留化肥氮主要通過淋溶和地表徑流兩種方式在土壤中發(fā)生遷移。淋溶是指在降水或灌溉條件下，土壤中的可溶性氮素，尤其是硝態(tài)氮，隨水分向下移動，進入土壤深層或地下水的過程。土壤質(zhì)地對淋溶過程有著重要影響，質(zhì)地較輕的砂土，其孔隙較大，水分容易下滲，硝態(tài)氮更容易隨水淋溶到土壤深層，從而增加了氮素的淋失風(fēng)險；而質(zhì)地黏重的黏土，孔隙較小，對氮素的吸附能力較強，能夠在一定程度上減少氮素的淋溶損失。降水量和灌溉量也是影響淋溶的關(guān)鍵因素，在降水或灌溉量較大的情況下，土壤中水分含量增加，硝態(tài)氮的淋溶損失也會相應(yīng)增加。在本研究區(qū)域，夏季降水較為集中，且降水量較大，此時土壤中硝態(tài)氮的淋溶損失明顯增加。地表徑流則是在降雨強度超過土壤入滲能力時，土壤表面形成水流，將土壤中的氮素攜帶進入地表水體的過程。地表徑流的發(fā)生與土壤的坡度、植被覆蓋度以及降雨強度等因素密切相關(guān)。在坡度較大的農(nóng)田，地表徑流更容易形成，且流速較快，能夠攜帶更多的氮素進入地表水體；而植被覆蓋度較高的農(nóng)田，植被可以攔截雨水，減少地表徑流的產(chǎn)生，同時植被根系能夠固定土壤，降低土壤侵蝕，從而減少氮素隨地表徑流的損失。在暴雨天氣下，若農(nóng)田沒有良好的植被覆蓋，地表徑流會顯著增加，大量的土壤殘留化肥氮會隨地表徑流進入附近的河流、湖泊等水體，造成水體富營養(yǎng)化等環(huán)境問題。土壤殘留化肥氮的再利用過程主要體現(xiàn)在被后續(xù)作物吸收利用以及參與土壤中微生物的代謝活動。后續(xù)作物在生長過程中，根系會吸收土壤中的氮素，包括殘留的化肥氮。作物對土壤殘留化肥氮的吸收能力受到多種因素的影響，作物品種不同，其根系的形態(tài)、分布和生理特性存在差異，從而導(dǎo)致對氮素的吸收能力不同。一些根系發(fā)達、根毛豐富的作物品種，能夠更有效地吸收土壤中的氮素。作物的生長階段也會影響其對土壤殘留化肥氮的吸收，在作物的生長旺盛期，如水稻的分蘗期和孕穗期、小麥的拔節(jié)期和抽穗期，作物對氮素的需求量較大，此時土壤殘留化肥氮能夠為作物提供重要的氮源。土壤中的微生物在土壤殘留化肥氮的再利用過程中也發(fā)揮著重要作用。微生物可以將土壤中的有機態(tài)氮轉(zhuǎn)化為無機態(tài)氮，供作物吸收利用。一些固氮微生物能夠?qū)⒖諝庵械牡獨夤潭榘睉B(tài)氮，增加土壤中的氮素含量；而一些分解微生物則能夠分解土壤中的有機物質(zhì)，釋放出其中的氮素。微生物還可以通過自身的代謝活動，將土壤中的氮素轉(zhuǎn)化為不同的形態(tài)，參與土壤中的氮循環(huán)。在土壤中，微生物與土壤殘留化肥氮之間形成了復(fù)雜的相互作用關(guān)系，共同影響著土壤氮素的周轉(zhuǎn)和利用效率。4.3案例分析以位于[具體地點]的某長期定位試驗田為例，該試驗田自[起始年份]開始進行稻麥輪作種植，并設(shè)置了不同的施肥處理，持續(xù)進行監(jiān)測和研究，為深入了解土壤殘留化肥氮的周轉(zhuǎn)情況提供了豐富的數(shù)據(jù)支持。在不同年份的土壤殘留化肥氮周轉(zhuǎn)方面，研究結(jié)果顯示出明顯的動態(tài)變化。在試驗初期，隨著施肥年限的增加，土壤中殘留化肥氮的含量迅速上升。以N處理為例，在施肥的前5年，0-20cm土層中殘留化肥氮含量從初始的[X]mg/kg快速增長至[X]mg/kg。這主要是因為在施肥初期，土壤對化肥氮的吸附和固定作用較強，而作物對氮素的吸收相對有限，導(dǎo)致大量的化肥氮殘留于土壤中。隨著時間的推移，從第5年到第10年，土壤殘留化肥氮含量的增長速度逐漸放緩，僅增加了[X]mg/kg。這是由于土壤微生物的活動逐漸適應(yīng)了高氮環(huán)境，微生物對化肥氮的轉(zhuǎn)化和利用能力增強，部分殘留化肥氮被微生物轉(zhuǎn)化為有機態(tài)氮或通過反硝化等作用損失到環(huán)境中，同時，作物對土壤中殘留氮素的吸收也在一定程度上減少了土壤中殘留化肥氮的積累。在施肥10年后，土壤殘留化肥氮含量基本保持穩(wěn)定，維持在[X]mg/kg左右。這表明在長期施肥過程中，土壤殘留化肥氮的周轉(zhuǎn)逐漸達到一種相對平衡的狀態(tài)，土壤對化肥氮的吸附、固定、轉(zhuǎn)化以及作物吸收和環(huán)境損失等過程之間形成了一種動態(tài)平衡。從不同土層的土壤殘留化肥氮周轉(zhuǎn)情況來看，0-20cm土層作為作物根系最為密集和施肥主要集中的區(qū)域，殘留化肥氮的周轉(zhuǎn)情況最為活躍。在該土層中，殘留化肥氮的含量在整個試驗期間始終相對較高，且其周轉(zhuǎn)過程受到多種因素的綜合影響。在作物生長旺季，如水稻的分蘗期和孕穗期、小麥的拔節(jié)期和抽穗期，作物根系對氮素的吸收能力增強，會大量吸收土壤中的殘留化肥氮，導(dǎo)致該土層中殘留化肥氮含量明顯下降。在水稻田淹水期，土壤處于厭氧狀態(tài)，反硝化作用較為活躍，會使土壤中的硝態(tài)氮通過反硝化作用轉(zhuǎn)化為氣態(tài)氮釋放到大氣中，從而減少土壤中殘留化肥氮的含量。而在20-40cm土層，由于作物根系數(shù)量相對較少，對氮素的吸收能力較弱，且該土層中微生物的活動相對較弱，因此殘留化肥氮的周轉(zhuǎn)速度相對較慢。在整個試驗期間，該土層中殘留化肥氮的含量相對較低，且變化幅度較小。在40-60cm及以下土層，殘留化肥氮的含量更低，且基本保持穩(wěn)定，這是因為隨著土層深度的增加，肥料氮在向下遷移的過程中，受到土壤顆粒的吸附、固定以及微生物的作用等，導(dǎo)致其含量逐漸降低，且在深層土壤中，這些作用相對穩(wěn)定，使得殘留化肥氮的含量變化不大。在土壤殘留化肥氮被作物吸收方面，隨著試驗?zāi)攴莸脑黾?，作物對土壤殘留化肥氮的吸收總量逐漸增加，但吸收比例在不同年份有所波動。在試驗初期，由于土壤中殘留化肥氮含量較低，作物對其吸收比例相對較低，但隨著土壤中殘留化肥氮的積累，作物對其吸收量逐漸增加。在第10年時，作物對土壤殘留化肥氮的吸收量達到了[X]kg/hm2，占當(dāng)年作物總氮吸收量的[X]%。不同作物對土壤殘留化肥氮的吸收能力也存在差異，水稻在生長過程中對土壤殘留化肥氮的吸收量相對較高，這可能與水稻的生長習(xí)性和根系結(jié)構(gòu)有關(guān)，水稻根系發(fā)達，且在淹水條件下，根系能夠與土壤中的氮素充分接觸，從而提高了對殘留化肥氮的吸收能力。土壤殘留化肥氮向環(huán)境損失的情況也不容忽視。在試驗過程中，通過氨揮發(fā)、硝化-反硝化和淋溶等途徑損失到環(huán)境中的殘留化肥氮量隨著時間的推移逐漸增加。在氨揮發(fā)方面，由于該試驗田位于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，夏季氣溫較高，且在水稻田淹水條件下，銨態(tài)氮肥表施時，氨揮發(fā)損失較為嚴(yán)重。在第10年時，氨揮發(fā)損失的殘留化肥氮量占當(dāng)年土壤殘留化肥氮總量的[X]%。硝化-反硝化損失也是土壤殘留化肥氮向環(huán)境損失的重要途徑之一，在水稻田的干濕交替過程中，為硝化-反硝化細菌提供了適宜的生存環(huán)境，導(dǎo)致大量的硝態(tài)氮通過硝化-反硝化作用轉(zhuǎn)化為氣態(tài)氮損失到大氣中。在第10年時，硝化-反硝化損失的殘留化肥氮量占當(dāng)年土壤殘留化肥氮總量的[X]%。淋溶損失在該試驗田中也占有一定比例，由于該地區(qū)降水較為充沛，且在水稻田灌溉過程中，土壤中的硝態(tài)氮等水溶性氮素容易隨水淋溶，進入地下水或地表水體。在第10年時，淋溶損失的殘留化肥氮量占當(dāng)年土壤殘留化肥氮總量的[X]%。通過對該長期定位試驗田的案例分析可以看出，土壤殘留化肥氮在不同年份和土層的周轉(zhuǎn)情況受到多種因素的綜合影響，包括施肥年限、作物生長狀況、土壤微生物活動、土壤質(zhì)地和結(jié)構(gòu)以及氣候條件等。了解這些因素對土壤殘留化肥氮周轉(zhuǎn)的影響，對于制定合理的氮肥管理策略，提高氮肥利用率，減少氮素損失，保護生態(tài)環(huán)境具有重要的指導(dǎo)意義。五、影響稻麥農(nóng)田化肥氮土壤殘留周轉(zhuǎn)的因素5.1土壤性質(zhì)土壤質(zhì)地對化肥氮土壤殘留和周轉(zhuǎn)有著顯著影響。不同質(zhì)地的土壤，其顆粒組成和結(jié)構(gòu)特性差異較大，進而影響著化肥氮在土壤中的吸附、解吸、遷移和轉(zhuǎn)化過程。砂質(zhì)土壤顆粒較大，孔隙度高，通氣性和透水性良好，但保肥能力較弱。在砂質(zhì)土壤中，化肥氮施入后，由于其顆粒間孔隙大，水分容易下滲，導(dǎo)致化肥氮中的硝態(tài)氮等水溶性成分容易隨水淋溶到土壤深層，難以被土壤顆粒吸附固定，從而降低了土壤中化肥氮的殘留量。由于砂質(zhì)土壤中微生物數(shù)量相對較少，且微生物活動受到土壤通氣性和水分狀況的影響，使得化肥氮的轉(zhuǎn)化和周轉(zhuǎn)速度較快，不利于土壤中氮素的長期積累。黏質(zhì)土壤則與之相反，其顆粒細小，孔隙度低，保肥能力較強。黏質(zhì)土壤具有較大的比表面積，能夠吸附大量的陽離子，包括銨態(tài)氮等化肥氮成分。當(dāng)化肥氮施入黏質(zhì)土壤后，銨態(tài)氮容易被土壤顆粒表面的負電荷吸附，形成交換性銨，從而減少了氮素的淋溶損失，增加了土壤中化肥氮的殘留量。由于黏質(zhì)土壤通氣性較差，微生物活動相對較弱，化肥氮的轉(zhuǎn)化速度較慢，土壤殘留化肥氮的周轉(zhuǎn)時間相對較長。在水稻田的淹水條件下，黏質(zhì)土壤中的反硝化作用相對較弱，因為反硝化細菌需要適宜的氧氣和碳源條件，而黏質(zhì)土壤的通氣性限制了氧氣的供應(yīng)，從而減少了氮素通過反硝化作用的損失。壤土介于砂質(zhì)土壤和黏質(zhì)土壤之間，其顆粒組成和性質(zhì)較為適中，具有較好的通氣性、透水性和保肥能力。在壤土中，化肥氮的殘留和周轉(zhuǎn)情況相對較為平衡。壤土能夠較好地吸附和固定化肥氮，同時又能為微生物提供適宜的生存環(huán)境，促進化肥氮的轉(zhuǎn)化和周轉(zhuǎn)。在壤土中，化肥氮的淋溶損失相對較小，土壤殘留量適中，且能夠在一定時間內(nèi)持續(xù)為作物提供氮素營養(yǎng)。土壤酸堿度（pH值）也是影響化肥氮土壤殘留和周轉(zhuǎn)的重要因素。土壤pH值的變化會影響土壤中各種化學(xué)物質(zhì)的存在形態(tài)和化學(xué)反應(yīng)速率，進而影響化肥氮的行為。在酸性土壤中，氫離子濃度較高，土壤中的一些陽離子如鐵、鋁等的溶解度增加，這些陽離子會與化肥氮中的某些成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，影響化肥氮的有效性和土壤殘留。在酸性條件下，銨態(tài)氮容易被土壤中的鐵、鋁氧化物吸附，形成難以被作物吸收的固定態(tài)銨，降低了土壤中有效氮的含量。酸性土壤中的硝化作用也會受到抑制，因為硝化細菌適宜在中性至微堿性的環(huán)境中生長和活動，酸性條件會降低硝化細菌的活性，使銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化過程減緩，從而影響化肥氮的周轉(zhuǎn)。在堿性土壤中，氫氧根離子濃度較高，土壤中的一些金屬離子如鈣、鎂等的溶解度降低，可能會與化肥氮中的某些成分形成沉淀，降低化肥氮的有效性。在石灰性土壤中，由于含有大量的碳酸鈣，土壤pH值較高，當(dāng)化肥氮施入后，其中的硝態(tài)氮容易與土壤中的鈣離子結(jié)合，形成難溶性的硝酸鈣沉淀，導(dǎo)致硝態(tài)氮的淋溶損失增加，土壤中硝態(tài)氮的殘留量降低。堿性土壤中的反硝化作用相對較強，因為堿性條件有利于反硝化細菌的生長和活動，從而增加了氮素通過反硝化作用轉(zhuǎn)化為氣態(tài)氮損失到大氣中的風(fēng)險。土壤有機質(zhì)含量對化肥氮土壤殘留和周轉(zhuǎn)起著關(guān)鍵作用。土壤有機質(zhì)是土壤中各種有機物質(zhì)的總和，包括動植物殘體、微生物體及其分解和合成的產(chǎn)物。土壤有機質(zhì)具有豐富的官能團，能夠與化肥氮發(fā)生吸附、絡(luò)合等作用，影響化肥氮在土壤中的存在形態(tài)和行為。高含量的土壤有機質(zhì)能夠增加土壤的陽離子交換容量，提高土壤對銨態(tài)氮等陽離子的吸附能力，從而減少化肥氮的淋溶損失，增加土壤中化肥氮的殘留量。土壤有機質(zhì)還能為土壤微生物提供豐富的碳源和能源，促進微生物的生長和繁殖，增強微生物對化肥氮的轉(zhuǎn)化和利用能力。在富含土壤有機質(zhì)的土壤中，微生物能夠?qū)⒒实D(zhuǎn)化為有機態(tài)氮，固定在土壤中，形成穩(wěn)定的有機氮庫，為作物提供長期的氮素供應(yīng)。土壤有機質(zhì)還能改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤孔隙度，提高土壤的通氣性和透水性，有利于化肥氮在土壤中的遷移和轉(zhuǎn)化，促進土壤殘留化肥氮的周轉(zhuǎn)。5.2氣候條件氣候條件對稻麥農(nóng)田化肥氮土壤殘留和周轉(zhuǎn)有著重要影響，其中溫度、降水和光照是主要的影響因素，它們在不同的時間尺度上對化肥氮的行為產(chǎn)生作用，呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性變化規(guī)律。溫度是影響化肥氮土壤殘留和周轉(zhuǎn)的關(guān)鍵氣候因素之一。在不同的季節(jié)，溫度的變化對土壤中微生物的活性和化學(xué)反應(yīng)速率有著顯著影響。在春季和秋季，溫度較為適宜，一般在15-25℃之間，此時土壤中微生物的活性較強。微生物能夠更有效地分解土壤中的有機物質(zhì)，將有機態(tài)氮轉(zhuǎn)化為無機態(tài)氮，從而促進化肥氮的周轉(zhuǎn)。在春季小麥返青期，隨著氣溫的升高，土壤微生物活動逐漸增強，土壤中殘留的有機態(tài)化肥氮被微生物分解轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮和硝態(tài)氮，供小麥生長吸收利用。適宜的溫度還能促進土壤中硝化作用和反硝化作用的進行。硝化作用在適宜溫度下，能夠?qū)@態(tài)氮快速轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，增加土壤中硝態(tài)氮的含量。而反硝化作用在適宜溫度和厭氧條件下，會將硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氣態(tài)氮釋放到大氣中，影響化肥氮的土壤殘留。在夏季，氣溫較高，通常超過30℃，高溫會對土壤中化肥氮的行為產(chǎn)生多方面影響。一方面，高溫會加快土壤中水分的蒸發(fā)，導(dǎo)致土壤含水量降低，影響土壤中微生物的生存環(huán)境和活性。當(dāng)土壤含水量過低時，微生物的活動受到抑制，化肥氮的轉(zhuǎn)化和周轉(zhuǎn)速度減緩。在水稻田，如果夏季高溫干旱，土壤中微生物對化肥氮的轉(zhuǎn)化能力下降，會使土壤中殘留的化肥氮難以被有效利用。另一方面，高溫會加劇土壤中氮素的揮發(fā)損失。在高溫條件下，銨態(tài)氮更容易轉(zhuǎn)化為氨氣揮發(fā)到大氣中，尤其是在土壤表面干燥且通氣性良好的情況下，氨揮發(fā)損失更為嚴(yán)重。在夏季小麥?zhǔn)斋@后的農(nóng)田，若此時土壤中殘留有較多的銨態(tài)氮肥，在高溫作用下，氨揮發(fā)損失會顯著增加。在冬季，氣溫較低，一般在0-10℃之間，低溫會使土壤中微生物的活性大大降低。微生物的代謝活動減緩，對化肥氮的轉(zhuǎn)化和周轉(zhuǎn)能力減弱。在冬季小麥越冬期，由于低溫抑制了土壤微生物的活動，土壤中殘留的化肥氮基本處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，轉(zhuǎn)化和遷移過程較為緩慢。低溫還會影響土壤中水分的存在狀態(tài)，當(dāng)土壤溫度低于0℃時，土壤中的水分會結(jié)冰，導(dǎo)致土壤孔隙被堵塞，影響土壤的通氣性和透水性，進一步阻礙化肥氮的遷移和轉(zhuǎn)化。降水對化肥氮土壤殘留和周轉(zhuǎn)也有著重要影響，且其影響呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性特征。在降水較多的季節(jié)，如夏季和秋季，大量的降水會增加土壤的含水量。土壤含水量的增加會影響化肥氮在土壤中的遷移和轉(zhuǎn)化過程。降水會導(dǎo)致土壤中發(fā)生淋溶作用，使土壤中的硝態(tài)氮等水溶性化肥氮隨著水分向下遷移，進入土壤深層或地下水。在夏季水稻田，頻繁的降水會使土壤中的硝態(tài)氮大量淋溶，降低土壤中硝態(tài)氮的殘留量，同時增加了對地下水污染的風(fēng)險。大量的降水還會使土壤處于淹水狀態(tài)，尤其是在水稻田，淹水條件會改變土壤的氧化還原電位，為反硝化細菌創(chuàng)造適宜的生存環(huán)境。反硝化細菌在淹水的厭氧條件下，將土壤中的硝態(tài)氮還原為氣態(tài)氮釋放到大氣中，導(dǎo)致化肥氮的損失增加，土壤中殘留的化肥氮量減少。在降水較少的季節(jié)，如冬季和春季，土壤含水量相對較低。此時，土壤中化肥氮的淋溶損失相對較少，但由于土壤水分不足，會影響作物對化肥氮的吸收和利用。在春季小麥生長初期，若降水不足，土壤干燥，會導(dǎo)致土壤中化肥氮的有效性降低，作物根系難以吸收到足夠的氮素，影響小麥的生長發(fā)育。土壤水分不足還會影響土壤中微生物的活性，使化肥氮的轉(zhuǎn)化和周轉(zhuǎn)速度減緩，導(dǎo)致土壤中殘留的化肥氮難以被有效利用。光照作為氣候條件的重要組成部分，雖然不像溫度和降水那樣直接作用于化肥氮的物理和化學(xué)過程，但它通過影響作物的生長和光合作用，間接對化肥氮的土壤殘留和周轉(zhuǎn)產(chǎn)生影響。在光照充足的季節(jié)，如夏季和秋季，作物的光合作用較強，生長旺盛。作物對氮素的需求增加，會大量吸收土壤中的化肥氮，從而減少土壤中化肥氮的殘留量。在夏季水稻生長旺季，充足的光照促進了水稻的光合作用，使水稻對氮素的吸收能力增強，土壤中殘留的化肥氮被水稻大量吸收利用。光照還會影響作物根系的生長和分泌物的釋放。作物根系在光照充足的條件下生長更為發(fā)達，根系分泌物的種類和數(shù)量也會發(fā)生變化。根系分泌物中含有一些有機物質(zhì)，這些物質(zhì)可以為土壤中的微生物提供碳源和能源，促進微生物的生長和繁殖，進而影響化肥氮的轉(zhuǎn)化和周轉(zhuǎn)。在光照不足的季節(jié)，如冬季和春季，作物的光合作用較弱，生長速度減緩。作物對氮素的需求相對減少，土壤中化肥氮的吸收量也相應(yīng)降低，導(dǎo)致土壤中殘留的化肥氮量相對增加。在冬季小麥生長緩慢期，由于光照不足，小麥對氮素的吸收能力下降，土壤中殘留的化肥氮難以被及時吸收利用，會在土壤中積累。光照不足還會影響作物的生理代謝過程，導(dǎo)致作物根系的活力降低，根系分泌物的釋放減少，從而影響土壤中微生物的活動，減緩化肥氮的轉(zhuǎn)化和周轉(zhuǎn)速度。5.3施肥管理施肥量對化肥氮在稻麥農(nóng)田中的行為有著顯著影響。在本研究中，隨著施肥量的增加，作物對化肥氮的吸收量呈現(xiàn)出先增加后趨于穩(wěn)定的趨勢。在低施肥量條件下，適量增加施肥量能夠顯著提高作物對化肥氮的吸收，從而促進作物生長和產(chǎn)量增加。當(dāng)施肥量從[X1]kg/hm2增加到[X2]kg/hm2時，水稻產(chǎn)量顯著提高，這是因為在低施肥量時，土壤中的氮素供應(yīng)不足，增加施肥量能夠滿足作物生長對氮素的需求。當(dāng)施肥量超過一定閾值后，繼續(xù)增加施肥量，作物對化肥氮的吸收量增加不明顯，且可能會導(dǎo)致土壤中殘留化肥氮量大幅增加。當(dāng)施肥量達到[X3]kg/hm2以上時，土壤中殘留的化肥氮量顯著增加，而作物產(chǎn)量的增加幅度較小，這是因為過量的施肥會使土壤中氮素供應(yīng)過剩，超出了作物的吸收能力，導(dǎo)致大量的化肥氮殘留于土壤中。施肥時間的選擇對化肥氮的利用效率和土壤殘留也至關(guān)重要。在稻麥輪作系統(tǒng)中，根據(jù)作物的生長階段和需氮規(guī)律合理安排施肥時間，能夠提高化肥氮的利用率。在水稻生長過程中，基肥和分蘗肥的合理分配對水稻的生長發(fā)育影響顯著。在本研究中，采用基肥：分蘗肥=6:4的施肥比例，水稻在分蘗期能夠獲得充足的氮素供應(yīng)，促進分蘗的發(fā)生和生長，提高水稻的有效穗數(shù)和產(chǎn)量。而如果基肥過多，分蘗肥不足，水稻在分蘗期可能會因氮素供應(yīng)不足而導(dǎo)致分蘗數(shù)減少，影響產(chǎn)量；反之，如果基肥不足，分蘗肥過多，可能會導(dǎo)致水稻前期生長緩慢，后期生長過旺，易倒伏，且土壤中殘留的化肥氮量增加，氮素利用率降低。施肥方式的不同同樣會對化肥氮的去向和土壤殘留周轉(zhuǎn)產(chǎn)生重要影響。常見的施肥方式包括撒施、條施和深施等。撒施是將肥料均勻地撒在土壤表面，這種施肥方式操作簡單，但容易導(dǎo)致肥料分布不均勻，且在水稻田淹水條件下，肥料容易隨水流失，增加氨揮發(fā)損失。在本研究中，撒施處理下，氨揮發(fā)損失的氮素占施氮量的比例相對較高，達到了[X4]%。條施是將肥料條帶狀施于土壤中，與撒施相比，條施能夠使肥料相對集中，減少肥料的流失，提高肥料的利用率。在條施處理下，氨揮發(fā)損失的氮素占施氮量的比例降低至[X5]%。深施是將肥料施于土壤深層，這種施肥方式能夠減少氨揮發(fā)損失，增加土壤對肥料的吸附和固定，提高化肥氮在土壤中的殘留比例。在深施處理下，氨揮發(fā)損失的氮素占施氮量的比例僅為[X6]%，且土壤中殘留的化肥氮量相對較高，為后續(xù)作物生長提供了更穩(wěn)定的氮源?；谝陨涎芯拷Y(jié)果，為了提高化肥氮的利用效率，減少土壤殘留和環(huán)境損失，提出以下優(yōu)化施肥建議：在施肥量方面，應(yīng)根據(jù)土壤肥力狀況、作物品種和產(chǎn)量目標(biāo)等因素，通過土壤測試和養(yǎng)分平衡計算，精準(zhǔn)確定施肥量，避免過量施肥。在施肥時間上，要遵循作物的生長規(guī)律和需氮特性，采用基肥、追肥相結(jié)合的方式，合理分配各時期的施肥量。在水稻種植中，可適當(dāng)增加基肥的比例，確保水稻前期生長對氮素的需求，同時在分蘗期和孕穗期根據(jù)水稻的生長狀況及時追施氮肥。在施肥方式上，優(yōu)先選擇深施或條施，尤其是在水稻田，深施能夠有效減少氨揮發(fā)損失，提高氮肥利用率。在小麥種植中，可采用條施的方式，將肥料施于小麥行間，促進小麥根系對氮素的吸收。還可以結(jié)合灌溉進行水肥一體化施肥，提高肥料的溶解性和有效性，使肥料能夠更均勻地分布在土壤中，被作物充分吸收利用。5.4作物生長特性不同品種的稻麥在根系分布、吸氮能力和生長周期等方面存在顯著差異，這些差異對化肥氮土壤殘留周轉(zhuǎn)產(chǎn)生重要影響。在根系分布方面，不同品種的稻麥根系在土壤中的分布深度和廣度有所不同。一些水稻品種，如超級稻品種，其根系較為發(fā)達，根系分布較深，能夠深入到土壤深層吸收養(yǎng)分。在本研究中，對超級稻品種和普通水稻品種進行對比分析，發(fā)現(xiàn)超級稻品種在0-40cm土層的根系生物量占總根系生物量的比例達到[X1]%，而普通水稻品種在該土層的根系生物量占比僅為[X2]%。這種根系分布的差異會影響化肥氮的吸收和土壤殘留情況。根系發(fā)達且分布深的水稻品種，能夠更有效地利用土壤深層的殘留化肥氮，減少其在土壤中的殘留量。由于根系在土壤中的穿插和生長，還能改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤通氣性和透水性，促進化肥氮在土壤中的遷移和轉(zhuǎn)化，加快土壤殘留化肥氮的周轉(zhuǎn)。小麥品種之間在根系分布上也存在差異。一些冬小麥品種，如抗旱性較強的品種，其根系在土壤中的分布更為廣泛，且根系密度較大。在本研究中，抗旱冬小麥品種在0-20cm土層的根系密度達到[X3]條/cm3，而普通冬小麥品種在該土層的根系密度為[X4]條/cm3。根系密度大的小麥品種，能夠更充分地接觸土壤中的化肥氮，提高對化肥氮的吸收效率，從而減少土壤中殘留的化肥氮量。根系還能通過分泌一些有機物質(zhì)，如根系分泌物，影響土壤微生物的活動和群落結(jié)構(gòu)，進而影響化肥氮在土壤中的轉(zhuǎn)化和周轉(zhuǎn)。根系分泌物中含有糖類、氨基酸等有機物質(zhì)，這些物質(zhì)可以為土壤中的微生物提供碳源和能源，促進微生物對化肥氮的轉(zhuǎn)化和利用。稻麥不同品種的吸氮能力也有所不同。一些水稻品種具有較強的吸氮能力，能夠在較短的時間內(nèi)吸收大量的化肥氮。在本研究中，高吸氮能力的水稻品種在分蘗期對化肥氮的吸收速率達到[X5]mg/g?d，而低吸氮能力的水稻品種在該時期的吸收速率僅為[X6]mg/g?d。吸氮能力強的水稻品種，能夠更快地將土壤中的化肥氮吸收到體內(nèi)，減少化肥氮在土壤中的殘留時間，降低氮素損失的風(fēng)險。這些品種還能通過自身的生理調(diào)節(jié)機制，提高對氮素的利用效率，將吸收的氮素更有效地轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)等有機物質(zhì)，促進水稻的生長和發(fā)育。小麥品種的吸氮能力同樣存在差異。一些高產(chǎn)小麥品種，如優(yōu)質(zhì)強筋小麥品種，其吸氮能力相對較強。在本研究中，優(yōu)質(zhì)強筋小麥品種在灌漿期對化肥氮的吸收量占總施氮量的比例達到[X7]%，而普通小麥品種在該時期的吸收量占比為[X8]%。吸氮能力強的小麥品種，能夠在生長后期充分利用土壤中的殘留化肥氮，提高小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)。由于其對氮素的高效利用，還能減少土壤中殘留化肥氮向環(huán)境中的損失，降低對環(huán)境的負面影響。稻麥的生長周期不同，對化肥氮土壤殘留周轉(zhuǎn)也有影響。水稻的生長周期一般在120-180天左右，而小麥的生長周期約為200-230天。水稻生長周期相對較短，在較短的時間內(nèi)需要吸收大量的養(yǎng)分來滿足其快速生長的需求。在水稻生長旺季，對化肥氮的需求集中且量大，這就要求土壤能夠及時提供充足的氮素。如果土壤中殘留的化肥氮不能及時被水稻吸收利用，就容易在土壤中積累，增加氮素損失的風(fēng)險。在水稻收獲后，土壤中可能會殘留一定量的化肥氮，這些殘留氮在后續(xù)的小麥種植季節(jié)中，可能會被小麥吸收利用，也可能會通過淋溶、反硝化等途徑損失到環(huán)境中。小麥生長周期較長，其對化肥氮的吸收過程相對較為平緩。在小麥生長過程中，能夠持續(xù)地吸收土壤中的氮素，對土壤中殘留化肥氮的利用較為充分。由于小麥生長周期跨越秋冬季節(jié)，在冬季低溫條件下，土壤中微生物的活動受到抑制，化肥氮的轉(zhuǎn)化和周轉(zhuǎn)速度減緩。這就導(dǎo)致土壤中殘留的化肥氮在冬季相對穩(wěn)定，不易發(fā)生快速的轉(zhuǎn)化和損失。在春季氣溫回升后，隨著小麥生長速度加快，對氮素的需求增加，土壤中殘留的化肥氮又會逐漸被小麥吸收利用。稻麥的根系分布、吸氮能力和生長周期等生長特性對化肥氮土壤殘留周轉(zhuǎn)有著重要影響。在實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)不同品種稻麥的生長特性，合理選擇品種，并制定相應(yīng)的施肥策略，以提高化肥氮的利用效率，減少土壤殘留和環(huán)境損失。六、結(jié)論與展望6.1研究主要結(jié)論本研究通過長期定位試驗，深入探究了稻麥農(nóng)田化肥氮的長期去向及其土壤殘留周轉(zhuǎn)特征，取得了以下主要研究成果：在稻麥農(nóng)田化肥氮長期去向方面，當(dāng)季化肥氮的去向主要包括作物吸收、土壤殘留和環(huán)境損失。當(dāng)季水稻和小麥對化肥氮的吸收量占施氮量的比例相對較低，分別約為[X1]%和[X2]%。土壤中殘留的化肥氮量在不同施肥處理下有所差異，N處理下當(dāng)季水稻收獲后0-20cm土層中殘留的化肥氮占施氮量的比例約為[X3]%，小麥?zhǔn)斋@后約為[X4]%。當(dāng)季化肥氮通過氨揮發(fā)、硝化-反硝化和淋溶等途徑損失到環(huán)境中，氨揮發(fā)損失量占施氮量的比例約為[X5]%，硝化-反硝化損失約占[X6]%，淋溶損失約占[X7]%。隨著施肥年限的增加，累積化肥氮被作物吸收的總量逐漸增加，但吸收比例呈波動變化。土壤中累積殘留的化肥氮量持續(xù)增加，到第[X]年時，N處理下0-20cm土層中累積殘留的化肥氮量達到了[X]kg/hm2。累積化肥氮向環(huán)境中的損失也逐漸增加，氨揮發(fā)、硝化-反硝化和淋溶等損失途徑在長期內(nèi)持續(xù)作用，導(dǎo)致大量的氮素損失。通過對中國科學(xué)院南京土壤研究所長達17年的15N同位素示蹤試驗案例分析發(fā)現(xiàn)，稻麥系統(tǒng)殘留氮肥在長期過程中更多地