黄土高原旱地农田生态系统N素循环及其环境效应研究

论文摘要

本文对1984年建立的黄土高原旱地长期肥料定位试验2004年到2007年试验资料进行总结分析,阐明了该区农业生态系统中氮素的来源、去向、数量特征及其对环境的影响,为黄土区旱地今后合理施肥,提高利用率,减少环境污染提供科学的依据。结果表明,该区粮食产量受降水量波动影响显著,单施P肥在干旱年份增产,丰水年减产;单施N肥两年平均产量1916.7 kg/hm2,增产显著;NP、NPM配施的小麦抗逆能力增强,两年平均达4000 kg/hm2以上。中等施磷水平,N肥用量和小麦产量的关系为:y =-0.1242 x2 + 44.039x + 1793.3。合理施用化肥不但增产幅度大,还在一定程度上增加了小麦中N浓度。单施N肥氮素利用率低、且波动幅度大（7.7%～13.8%）;施有机肥的利用率为26.6%～36.0%,而NP的肥料利用率为57.8%,高于当前的观点35%～40%。施化肥明显改变了耕层土壤养分的含量,也影响了养分在土壤剖面的分布。长期施用化肥不会导致耕层土壤有机质下降;耕层土壤磷素累积明显,全磷增加了8.3%～45.2%,施肥对40cm以下磷素变化影响较小;有机肥和氮磷肥培肥效果显著,NPM处理比CK的土壤有机质、全氮、速效氮分别增加了69.0%、57.5%、73.1%。氨挥发损失是该区土壤氮素损失的重要途径之一,施肥后第5～10天进入挥发最严重的时期,速率维持在0.471～0.523 mg/h*m2,15天后趋于稳定。施有机肥的挥发速率与CK变化不大。单施N肥的挥发量最大为30.01 kg/hm2 ,损失率达25.05%;化肥的施入对有机肥的挥发有激发效应,NPM的挥发总量比单施N肥减少了34.31%,但比NP配施增加了45.53%。氮肥施入土壤当天氧化亚氮排放通量高达283.9 ug/m2*hour,最高通量出现在第5天,达372.3ug/m2*hour,13天后稳定（降低至15.0 ug/m2*hour左右）;施NP、NPM的变化趋势与单施N肥一致,但一直小于单施N。对N2O排放损失量估计,不施肥全年损失0.48 kg/hm2,单M的氮素损失率仅为0.02%,施N、NP、NPM、0.68%、0.52%、0.30%。施NP、NPM和N在200 cm土层以下硝酸盐含量增加,表现出向更深的土层淋失的趋势,有引起环境问题的潜在危险性。施肥是农田生态系统氮素的主要输入方式,干、湿沉降年输入N量在12.3 kgN/hm2和0.2 kg/hm2;小麦种子输入N量为3.7 kg/hm2;根茬残留量在1.2kg/hm2～5.9 kg/hm2。在旱地每年施N量为120kg/hm2,受最小因子P的影响,作物不能正常生长,氮素的损失高达104.5 kg/hm2;而配施NP的氮肥损失率减少到38.1%;单施N和NP处理的氮肥损失以硝酸盐淋溶为主。NPM产量稳定在4000 kg/hm2左右,产量受年际间降水影响波动幅度小,还能有效的减少硝酸盐的淋溶,但有机肥本身的利用率不高,其它途径损失的氮约占50%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1.长期施肥对作物产量和土壤肥力的影响
• 1.2.2 施肥的环境效应研究
• 1.2.3 农田生态系统中N 循环研究
• 第二章 试验概况
• 2.1 材料与方法
• 2.2 研究思路
• 2.2.1 长期施肥的小麦肥料利用率和土壤肥力变化研究
• 2.2.2 农田生态系统氮素的环境效应
• 2.2.3 旱地农田生态系统氮素平衡
• 2.3 样品的采集及处理
• 2.3.1 施肥和种子带入农田的氮素
• 2.3.2 干湿沉降带入农田生态系统的氮素
• 2.3.3 作物根茬残留氮素
• 2.3.4 作物养分的吸收量
• 2.3.5 土壤氮残留
• 2.3.6 挥发氨
• 2.3.7 氧化亚氮排放
• 2.3.8 硝酸盐淋溶
• 2.4 测定方法
• 2.4.1 土样
• 2.4.2 植物样
• 2.4.3 干湿沉降
• 2.4.4 挥发氨量
• 2.4.5 氧化亚氮
• 2.4.6 硝酸盐淋溶
• 2.5 数据分析
• 第三章 黄土旱塬区长期不同肥料配施对肥料利用率和土壤肥力的影响
• 3.1 材料与方法
• 3.2 结果分析
• 3.2.1 长期施肥对小麦产量的影响
• 3.2.2 长期施肥对小麦氮素吸收的影响
• 3.2.3 施肥对小麦氮素利用率影响
• 3.2.4 施肥对养分收获指数的影响
• 3.2.5 土壤耕层养分变化
• 3.3 结果与讨论
• 第四章 长期施化肥对黄土旱塬区土壤－植物系统中氮磷养分的影响
• 4.1 材料与研究方法
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 产量
• 4.2.2 施肥对小麦养分吸收量的影响
• 4.2.3 施肥对土壤养分的影响
• 4.3 结果与讨论
• 第五章 旱地农田生态系统氮素的环境效应研究
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 氨挥发的捕获和测定
• 5.1.2 土壤硝酸盐淋溶
• 5.1.3 土壤反硝化测定
• 5.2 结果分析
• 5.2.1 肥料施入土壤后氨挥发损失
• 2O 排放'>5.2.2 长期施肥土壤N₂O 排放
• 5.2.3 硝酸盐淋溶
• 5.3 结果与讨论
• 第六章 旱地农田生态系统氮素平衡研究
• 6.1 材料方法
• 6.1.1 旱地农田生态系统氮素的输入研究
• 6.1.2 旱地农田生态系统氮素的输出研究
• 6.2 结果分析
• 6.2.1 农田生态系统氮素的输入
• 6.2.2 农田生态系统氮素损失
• 6.2.3 农田生态系统氮素的平衡
• 6.3 结果与讨论
• 第七章 结论与展望
• 7.1 本试验得出的主要结论如下
• 7.2 论文需要进一步完善和解决的问题
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介