太湖地区稻麦轮作体系氮肥适宜用量及提高其利用效率的研究

论文摘要

我国稻田单季氮肥用量平均为180 kg N ha-1，比世界平均用量大约高75%左右。在江苏等一些高产稻区,稻田的施氮量为270-300 kg ha-1,少数田块甚至高达450 kgha-1。氮肥的高投入造成其利用率降低,据报道,我国稻田氮肥利用率一般为30%-40%,在施氮量较高的太湖地区,甚至不到20%。较低的氮肥利用率不仅增加作物种植成本,更带来严重的环境污染。在一定区域内控制氮肥的总用量,确定在一定产量目标下的氮肥区域平均适宜用量,这不仅有利于提高水稻的氮肥利用率,保证区域的水稻总产量,而且可以减轻因氮肥过量施用所引起的环境负荷。本项研究于2003年到2006年在江苏省常熟农业生态实验站及乡镇农田上进行大田和微区试验,2007年在南京农业大学温室内进行盆栽实验。采用田间试验,结合15N示踪技术和水稻土培试验,研究和确定了太湖地区稻麦轮作系统下水稻和小麦的氮肥区域平均适宜用量；同时还研究了氮肥用量、施肥时期对水稻的生长发育、稻谷产量及氮素吸收、转运和利用的影响；采用新的氮高效水稻品种和施用水面分子膜以提高氮肥利用率等方面的研究。主要的研究结果如下：（1）从2003年到2006年在太湖地区不同类型土壤上进行了不同氮水平的田间试验,以研究太湖地区稻麦轮作系统下氮肥区域平均适宜用量。区域平均适宜施氮量是以各田块的适宜施氮量为基础指标,试验分析所得太湖地区水稻的区域平均适宜施氮量为167 kg ha-1,小麦为212 kg ha-1。两者加起来,太湖地区稻麦轮作系统下的区域平均适宜施氮量是379 kg ha-1yr-1,这个数据相对于最大产量下的施氮量减少了21.7%,相对与农民的习惯施氮量减少了36.8%。在区域平均适宜施氮量下,作物产量和农民收益并没有降低,反之,有效提高了氮肥利用率。（2）2005年在常熟市大义镇农田上进行了田间小区及微区试验,研究了不同施氮量对两个品种水稻（新品种4007和当地品主栽品种武运粳15,WJ15）的产量、氮素吸收、累积、转运及利用的影响。结果表明4007的籽粒产量在各个施氮水平下显著高于WJ15。施氮量显著促进了水稻各生育期地上部氮素的累积,水稻从分蘖盛期到拔节期植株氮素累积量最大,占总生育期的37%-39%。当施氮量从0 kg ha-1。增加到250kg ha-1,4007的氮素转运量从72.0 kg ha-1上升到104 kg ha-1,氮素转运率从66%下降到51％；而WJ15的氮素转运量从57.0 kg ha-1上升到96.5 kg ha-1,氮素转运率也从57%下降到47%.籽粒中的氮素65%-88%来自营养器官的转运,只有12%-35%是后期从土壤吸收所得。两个品种水稻均表现为15N在籽粒中的分配比例随施氮量的增加逐渐降低,在茎叶的分配率相应上升,根中15N的分配率没有差异,说明增施氮肥有利于水稻营养器官对肥料的吸收。试验结果还表明,15N在水稻各器官的分配为：籽粒>茎叶>根,4007中15N在籽粒中的分配比例要高于WJ15,在茎叶中低于WJ15。说明氮素再分配效率是决定4007水稻高产和高氮肥利用率的重要因素之一。（3）运用15N示踪技术研究了不同生育时期水稻对肥料氮的吸收和分配。结果表明：15N分别标记基肥（N1）、分蘖肥（N2）和拔节孕穗肥（N3）的处理中,水稻吸收的氮素在分蘖盛期、拔节期和开花期分别有23.1%、8.3%和19.9%来自标记肥料；从开花期到成熟期,不同时期标记的15N转移量大小为：拔节孕穗追肥（N3）>基肥（N1）>分蘖期追肥（N2）,但基肥的氮素转运效率最高,其他两次追肥氮素转运效率相当；在成熟期,N1、N2、N3处理残留在的稻草中的15N分配比例为24.3%、26.7%和30.4%.无论是氮肥基施,还是分蘖期或拔节孕穗期追肥,水稻开花期之前所吸收的15N主要分配在叶片中,其次是鞘,再次是茎；开花期后,随着15N从营养器官向籽粒中的转移,叶片、茎干和鞘中的15N分配百分比逐渐下降,籽粒15N的分配百分比逐渐上升。试验结果还显示,基肥15N标记时,分蘖期所吸收氮来自肥料最高,为23.1%,随生育期的推进逐渐下降,到成熟期仅为10.6%,成熟期吸收的氮来自分蘖期和拔节孕穗期追施的氮肥分别为5.9%和12.4%.综上所述,当土壤氮素含量不高时,基肥对水稻整个生育期生长很重要,基肥适量增加可显著增加水稻茎蘖数,对水稻群体质量建成有决定作用；拔节孕穗肥可显著促进水稻生育后期的籽粒灌浆和充实,增加拔节孕穗期的氮素供应有利于提高水稻的氮素收获指数.（4）田间试验条件下,探讨了在施200 kg N ha-1和施250 kg N ha-1两种处理下,加施水面分子膜对太湖地区水稻的增产效应,对稻田氨挥发的影响及不同生育期水稻各器官吸氮量的变化状况；同时应用15N示踪法研究了加膜对水稻氮素吸收及利用率的影响.结果表明,在施200 kg N ha-1的条件下,加膜对水稻的产量效应及氨挥发作用不明显,但在生育前期可显著促进茎叶对氮素的吸收,生育后期使茎叶的氮素大量向籽粒转移,使得籽粒吸氮量提高了13.2%；当施250 kg N ha-1时,加膜可促进分蘖,有利于有效穗数的形成,使水稻增产17.8%,氨挥发总量可减少4.15个百分点,整个生育期除分蘖初期外,水稻茎叶的吸氮量呈递增趋势,但籽粒吸氮量增加不明显。15N示踪法测得结果显示无论那种处理,加膜都有利于水稻各器官对氮素的吸收,植株总体吸氮量可增加3.8%-5.9%；同时,加膜使得表层土壤15N的丰度增加,土壤残留提高,从而减少氮素的损失,对环境做出贡献。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 氮肥在农业中的作用
• 1.2 氮肥利用率
• 1.2.1 氮肥利用率定义
• 15N示踪法与肥料氮素平衡'>1.2.2¹⁵N示踪法与肥料氮素平衡
• 15N示踪法与差减法的比较'>1.2.3¹⁵N示踪法与差减法的比较
• 1.2.4 我国农田氮肥的利用状况
• 1.3 氮肥利用率低的原因
• 1.3.1 过量施肥
• 1.3.2 土壤背景氮过高
• 1.3.3 氮肥施用时期
• 1.3.4 水稻品种
• 1.4 提高氮肥利用率的途径
• 1.4.1 减少稻田土壤中氮素损失
• 1.4.1.1 施肥方法
• 1.4.1.2 氮肥运筹
• 1.4.1.3 实时氮肥管理
• 1.4.1.4 平衡施肥
• 1.4.1.5 氮肥种类
• 1.4.1.6 氮肥增效剂
• 1.4.1.7 增施有机肥
• 1.4.2 提高水稻自身对氮素的吸收利用能力
• 1.4.2.1 水稻品种间氮素吸收利用的差异
• 1.4.2.2 筛选和开发氮素高效利用的品种
• 1.5 本研究的目的和意义
• 第二章 太湖地区稻麦轮作体系氮肥适宜用量的研究
• 2.1 材料与方法
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 水稻和小麦的适宜施氮量与平均区域适宜施氮量
• 2.2.2 适宜施氮量与作物产量、农民净收入及环境的关系
• 2.3 讨论
• 2.4 小结
• 第三章 施氮量对不同品种水稻产量、氮素吸收、转运及利用的影响
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 供试材料与试验方法
• 3.1.2 取样及测定方法
• 3.1.3 数据计算及分析
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 施氮量对水稻产量的影响
• 3.2.2 施氮量对水稻产量因子的影响
• 3.2.3 施氮量对成熟期水稻干物质分配的影响
• 3.2.4 施氮量对不同生育时期水稻干物质量的影响
• 3.2.5 施氮量对不同生育时期水稻氮素累积量的影响
• 3.2.6 施氮量对成熟期水稻氮素分配的影响
• 15N的吸收与分配'>3.2.7 水稻对¹⁵N的吸收与分配
• 3.2.8 水稻生育后期氮素的转运量与转运效率
• 3.2.9 施氮量对水稻氮素利用率的影响
• 3.2.10 不同施氮量下植株与土壤间的氮素平衡
• 15N示踪法测得的氮肥利用率比较'>3.2.11 差减法与¹⁵N示踪法测得的氮肥利用率比较
• 3.2.12 水稻对不同来源氮素的吸收
• 3.3 讨论
• 3.4 小结
• 第四章 水稻不同生育时期对肥料氮的吸收和分配
• 4.1 材料与方法
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 水稻植株干物质积累量
• 15N的吸收、转运和分配'>4.2.2 水稻对¹⁵N的吸收、转运和分配
• 4.2.3 水稻吸收氮素来自肥料氮的百分比
• 4.3 讨论
• 4.4 小结
• 第五章 施用水面分子膜对太湖地区水稻的增产效应及对氮素吸收利用的影响
• 5.1 材料与方法
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 不同施肥量加膜处理的增产效应
• 5.2.2 加膜处理对氨挥发的影响
• 5.2.3 不同时期水稻器官的吸氮量
• 5.2.4 标记肥料氮的去向
• 5.2.4.1 收获期肥料氮在水稻各器官的分配
• 5.2.4.2 标记氮肥的去向
• 15N丰度比较'>5.2.4.3 植物各器官及土壤各层中¹⁵N丰度比较
• 5.3 讨论
• 5.4 小结
• 第六章 讨论与结论
• 6.1 讨论
• 6.1.1 氮肥适宜用量的确定
• 6.1.2 施氮量与作物产量及氮肥利用率
• 6.1.3 施氮量与氮素吸收及转运
• 6.1.4 稻田水面分子膜与氮肥利用率
• 6.2 主要结论
• 参考文献
• 本论文的创新之处
• 致谢
• 攻读博士期间发表的论文