玉米秸秆直接还田对土壤中氮素生物有效性的影响

【摘要】： 本研究采用15N标记氮肥和15N标记秸秆,在两种氮素水平土壤上进行盆栽试验,研究不同土壤氮素条件下,短期秸秆腐解过程中的N素固持及释放规律,明确秸秆中的氮素短期能否供给作物吸收利用。同时,考察了长期秸秆还田条件下(始于1981年),土壤氮素的变化趋势及生物再利用可行性,为华北平原的长期秸秆还田后的氮肥管理提供依据。 盆栽试验设置如下：1)不同土壤氮素水平的秸秆还田盆栽试验,对照(CK)、单施秸秆(9000kg/hm2,S)、中量氮肥处理(150kg/hm2,N1)、高量氮肥处理(300 kg/hm2,N2)、秸秆还田配施中量氮肥处理(N1S)和秸秆还田配施高量氮肥处理(N2S)；2)填埋秸秆分解的盆栽试验,填埋秸秆配施中量氮肥处理(N1S填埋)和填埋秸秆配施高量氮肥处理(N2S填埋)。 本研究主要结论如下： 1对小麦氮素来源分析得出,氮肥是成熟期小麦氮素的主要来源,且随着施氮量的增加而增加。中等氮肥用量(N1)条件下,高氮素土壤小麦60%以上的吸氮量来自于肥料氮,低氮素土壤则在68%以上；N2处理,高氮素土壤和低氮素土壤成熟期小麦都有75%以上的氮素由氮肥提供；秸秆则提供小麦吸氮量的8%～30%不等,且随着氮肥用量增加,秸秆氮素所占比例下降。单施秸秆(S)处理,秸秆氮素占低氮素土壤成熟期小麦吸氮量的30%,秸秆配施中量氮肥(N1S)处理,秸秆氮素占小麦吸氮量的10%,秸秆配施高量氮肥(N2S)处理,秸秆氮素占7.6%。 2随着施氮量增加,氮肥的作物回收率下降,土壤残留率也在下降,配施施秸秆后,氮肥作物回收率下降、土壤残留率增加。低氮素土壤N1处理,氮肥作物回收率为41.0%,氮肥残留率为16.9%；N2处理,氮肥作物回收率为34.6%,较N1下降了5.4个百分点,氮肥残留率下降为14.7%；与N1处理相比,N1S处理氮肥作物回收率下降15.7个百分点,残留率则增加15.3个百分点；与N2处理相比,N2S处理氮肥作物回收率下降12.4个百分点,残留率则增加12.2个百分点。高氮素土壤有相似规律。随着氮肥用量的增加,小麦对秸秆氮素利用增加。单施秸秆(S)处理,低氮素土壤小麦利用了秸秆氮素的4.2%,秸秆配施中量氮肥(N1S)小麦利用13.5%的秸秆氮素,秸秆配施高量氮肥(N2S)小麦利用秸秆氮素14.5%。高氮素土壤有相同趋势。 3施用氮肥和秸秆均增加土壤微生物氮的含量,秸秆配施氮肥处理的微生物氮含量大于单施秸秆和氮肥处理。低氮素土壤,返青期,单施秸秆的微生物氮为32.3 mg/kg,中量氮肥处理微生物氮为35.5 mg/kg,秸秆配施中量氮肥处理则为52 mg/kg。高氮素土壤有相同趋势。通过15N可以区分出微生物氮的来源状况。1)随着施氮量的增加,肥料氮所占微生物氮的比例也在增加。低氮素土壤,成熟期时N1处理有12%的微生物氮来源于氮肥,N2处理则有21%的微生物氮来源于氮肥,高氮素土壤也有相同趋势。2)随着施氮量增加,土壤微生物对秸秆的利用能力增加,同一氮肥水平下,高氮素土壤微生物对秸秆氮素利用程度大于低氮素土壤。单施秸秆(S)处理,返青期,低氮素土壤秸秆和高氮素土壤秸秆分别供应氮素22.5 mg/盆和35.5mg/盆,占施入秸秆氮素的11.1%和17.3%。秸秆配施氮肥后,前期微生物利用秸秆氮素有所增加。N1S处理,返青期,低氮素土壤秸秆和高氮素土壤秸秆分别供应了36.5mg/盆和43mg/盆的氮素,占施入秸秆氮素的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强于低氮素土壤。N1、N2处理,土壤氮素提供了微生物氮素的75%以上,且随着施氮量增加,土壤供应微生物氮素的量和比例均下降。秸秆配施氮肥没有降低土壤氮素对微生物的供应。高氮素土壤也有相同趋势。 4秸秆填埋实验表明,秸秆在分解的过程中,对土壤氮素和肥料氮素有固定-释放过程。填埋秸秆在苗期均表现出氮素净固定,在低氮素土壤中量和高量氮肥处理条件下分别固定11.3kg/hm2和20.3kg/hm2,而高氮素土壤为12.0 kg/hm2和22.7 kg/hm2；随后在各生育期氮素释放,成熟期时,低氮素土壤的填埋秸秆在中量氮肥和高量氮肥条件下分别净释放氮素17.5 kg/hm2和8.5 kg/hm2,占秸秆氮素施入量的33.3%和16.2%；而高氮素土壤填埋秸秆净释放氮素22.9kg/hm2和20.9 kg/hm2,占秸秆氮素施入量的43.6%和39.8%。 5利用华北潮土区长期秸秆还田试验的土壤全氮含量及和土壤微生物氮含量,结合华北潮土区小麦—玉米轮作体系下的氮肥用量调查结果和本论文的盆栽试验研究结果得出：华北潮土区施氮量150 kg/hm2时,秸秆全量还田条件下低氮素土壤可能造成作物减产,需要额外添加氮素；施氮量为300 kg/hm2时,秸秆全量还田不会导致作物减产。 【关键词】：秸秆还田 微生物氮 秸秆氮素平衡 吸氮量 氮来源
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：S141.4
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstracts8-13
• 第一章 文献综述13-22
• 1.1 我国秸秆还田现状及存在问题13-14
• 1.1.1 发达国家秸秆直接还田现状13
• 1.1.2 我国秸秆还田的现状13
• 1.1.3 我国秸秆直接还田存在的问题13-14
• 1.2 秸秆组成及分解影响因素14-17
• 1.2.1 秸秆残体的组成14
• 1.2.2 秸秆分解影响因素14-17
• 1.3 秸秆还田对土壤碳氮及微生物碳氮影响17-21
• 1.3.1 秸秆还田对土壤有机碳影响17-18
• 1.3.2 秸秆还田对土壤氮素影响18-19
• 1.3.3 秸秆还田对土壤微生物氮的影响19-21
• 1.4 主要研究思路21-22
• 第二章 材料与方法22-26
• 2.1 盆栽试验材料22
• 2.2 试验设计22-23
• 2.2.1 不同土壤氮素水平的秸秆还田的盆栽试验22-23
• 2.2.2 填埋秸秆分解的盆栽试验23
• 2.2.3 长期秸秆还田与氮肥施用的定位试验23
• 2.3 分析项目及测定方法23-26
• 2.3.1 土壤铵态氮、硝态氮的测定24
• 2.3.2 土壤和填埋秸秆氮的测定24
• 2.3.3 植物全氮、磷、钾的测定24
• 2.3.4 土壤和植株中~(15)N的测定24-25
• 2.3.5 土壤微生物氮的测定25-26
• 第三章 小麦生育期生物量、吸氮量及其来源研究26-41
• 3.1 土壤氮素水平及施氮量对小麦各生育期生物量、吸氮量影响26-28
• 3.1.1 土壤本底氮素的影响26-27
• 3.1.2 氮肥用量对不同氮素土壤小麦生物量、吸氮量影响27-28
• 3.2 玉米秸秆还田条件下土壤氮素及氮肥用量对小麦各生育期生物量、吸氮量影响28-30
• 3.2.1 单施秸秆对小麦生物量、吸氮量及其来源影响28-29
• 3.2.2 秸秆配施氮肥对小麦生物量、吸氮量及其来源影响29-30
• 3.3 氮肥及秸秆还田对小麦生物量、小麦吸氮量影响30-35
• 3.3.1 秸秆还田及氮素用量对低氮素土壤小麦生物量、吸氮量影响30-33
• 3.3.2 秸秆还田及氮素用量对高氮素土壤小麦生物量、吸氮量影响33-35
• 3.4 土壤氮素水平、氮肥用量和秸秆还田对小麦产量影响35-36
• 3.5 ~(15)N标记氮素去向研究36-38
• 3.5.1 各处理~(15)N肥料氮去向研究36-37
• 3.5.2 各处理~(15)N秸秆氮素去向研究37-38
• 结果与讨论38-41
• 第四章 小麦生育期土壤硝态氮含量变化41-47
• 4.1 土壤本底氮素、氮肥施用量对硝态氮影响41-42
• 4.1.1 土壤本底氮素对土壤硝态氮含量影响41
• 4.1.2 氮肥用量对不同氮素土壤硝态氮影响41-42
• 4.2 秸秆还田、氮肥用量对土壤硝态氮影响42-44
• 4.2.1 单施秸秆对土壤硝态氮影响42-43
• 4.2.2 秸秆配施氮肥对土壤硝态氮影响43-44
• 4.3 氮肥及秸秆还田对土壤硝态氮含量影响44-45
• 4.3.1 氮肥和秸秆还田对低氮素土壤硝态氮影响44-45
• 4.3.2 氮肥用量和秸秆还田对高氮素土壤硝态氮影响45
• 结果与讨论45-47
• 第五章 小麦生育期土壤微生物氮的动态、来源及供氮特征47-60
• 5.1 土壤氮素、氮肥用量对土壤微生物氮动态及其来源的影响47-49
• 5.2 玉米秸秆还田条件下,土壤氮素和氮肥用量对土壤微生物氮动态及来源的影响49-51
• 5.3 氮素及秸秆还田对不同土壤的微生物氮动态及来源的影响51-57
• 5.3.1 氮肥、秸秆配施氮肥对低氮素土壤微生物氮含量影响51-54
• 5.3.2 氮肥、秸秆配施氮肥对高氮素土壤微生物氮素影响54-57
• 5.4 土壤本底氮素、氮肥用量、秸秆对土壤微生物氮周转量及周转强度影响57-58
• 结果与讨论58-60
• 第六章 秸秆矿化、氮素表观平衡及长期试验点秸秆还田氮肥管理建议60-68
• 6.1 土壤本底氮素和氮肥用量对秸秆残留量的影响60-61
• 6.2 土壤氮素对秸秆氮素表观平衡的影响61-63
• 6.2.1 中量氮肥用量条件下,土壤氮素对秸秆氮素表观平衡的影响61-62
• 6.2.2 高量氮肥用量条件下,土壤氮素对秸秆氮素表观平衡的影响62-63
• 结果与讨论63-68
• 1.土壤氮素和氮肥用量对秸秆矿化及氮素表观平衡的影响63-64
• 2.潮土长期秸秆还田氮肥管理建议64-68
• (1) 长期秸秆还田后土壤全氮和微生物氮变化64-65
• (2) 华北潮土区长期秸秆还田的氮肥管理措施65-68
• 结论68-70
• 参考文献70-76
• 致谢76-77
• 作者简介77

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