黑土稻作控制灌溉氮肥减施的水氮利用效应试验研究

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东北黑土区土壤肥沃,土质疏松,有机质含量较高,是我国重要的商品粮基地,在稻作生产中普遍存在为盲目追求产量而超量使用氮肥的问题。肥料氮施入土壤后并不能完全被植株吸收利用,其利用程度和损失取决于土壤氮转化特征及保持、供应过程,且即使施用氮肥,土壤氮仍是作物生长所需氮素的重要来源,作物积累氮素中超过1/2来自于土壤。过量的氮肥不仅限制氮肥肥料的发挥,抑制黑土供氮能力,导致氮肥利用率下降。施肥量不足时,水稻主要通过吸收土壤肥力以及光合作用获得养分以供生长,产量下降。因此欲在减氮的条件下满足作物生长需求,保证水稻稳产甚至增产,则需要配合更合理的田间管理措施。本文以传统淹灌常规施氮量为对照,设置控制灌溉下不同梯度的减氮处理,通过对比分析节水灌溉减施氮肥条件下对水稻生长对水稻产量及氮肥利用率、土壤氮素分布及盈亏的影响,筛选出维持土壤肥力、减少氮素流失的更适宜的水肥管理模式,以期为寒地黑土区水肥可持续利用提供数据支撑和理论依据。试验研究结果如下:(1)相较于常规淹灌常规施氮量,控制灌溉下适量减施氮肥有利于水稻各器官氮素、干物质累积。过量减氮则会导致干物质、氮素累积量下降。控制灌溉模式下地上部各器官的氮素累积量随着施氮量的降低逐渐减少。N1处理叶片氮素转运量最大,但与N2处理无显著性差异(P>0.05),控制灌溉模式下叶片氮素转运量、茎鞘转运率随着施氮量降低而逐渐下降,两种灌溉模式零氮处理下叶片氮素转运率高于其它处理,N5处理叶片氮素转运率为最高,水稻抽穗期至成熟期叶片氮素转运率高于茎鞘氮素转运率,相较于CK处理,所有处理氮素转运贡献率均有所上升,N1、N2处理无显著性差异(P>0.05),控制灌溉模式下随着施氮量降低氮肥转运贡献率逐渐上升。(2)控制灌溉随着施氮量的减少土壤NH4+-N累积量逐渐下降。相较于CK处理,N1、N2处理0~20cm土层土壤NH4+-N累积量升高了28.18%、21.71%,N3、N4、N5、CK2处理则降低了8.40%~36.65%,表明控制灌溉适量减施氮肥显著增加了土壤0~20cm土层NH4+-N累积量,但是过量则会导致NH4+-N累积量的降低。20~60cm土层NH4+-N累积量则都有所下降。两种灌溉模式NH4+-N累积量均随着土层深度的增加而逐渐减少,控制灌溉NO3--N累积量主要集中在表层,在水稻收获后存在一定的淋失风险,而常规施氮量淹灌模式NO3--N累积量主要集中在20~60cm,意味着NO3--N已随着水分淋失到下层土壤中,易对地下水安全造成威胁。控制灌溉合理减施氮肥相较于CK处理会增加土壤0~20cm土层(可溶性有机氮)SON累积量,降低20~40cm、40~60cm土层SON累积量,且随着施氮量的减少SON累积量逐渐降低。常规淹灌模式SON累积量随着土层深度的增加呈先上升再下降趋势。控制灌溉减施氮肥提高了土壤0~20cm土层、(微生物量氮)MBN累积量,降低了20~60cm土层MBN累积量,两种灌溉模式随着土层深度的增加MBN累积量均逐渐减少。(3)常规淹灌模式下水稻水分利用效率显著低于控制灌溉模式,控制灌溉模式下水稻水分利用效率随着施氮量减少呈先升高后下降趋势,其中N2处理水稻水分利用效率最高,控制灌溉模式适当减施氮肥增加了水稻的经济产量、NPFP、NAE、NRE。过量减施氮肥(N3、N4)则无法满足作物正常生长需求引起产量下降。控制灌溉模式随着施氮量的减少氮肥偏生产力逐渐升高、氮肥农学效率、氮肥表观利用率呈先增加再减少的趋势。(4)研究发现,两种灌溉模式下常规施氮土壤氮素均处于盈余状态,N1处理相较于CK处理,土壤氮素盈余量有所上升,但二者无显著性差异(P>0.05),N2处理处于土壤氮素盈余状态,且接近于土壤氮素盈亏临界点。而N3、N4、N5、CK2处理土壤氮素均处于亏损状态。控制灌溉模式下,随着施氮量的减少,土壤氮素盈余量逐渐下降。控制灌溉模式下施氮量处于88~99 kg·hm-2时土壤氮素处于临界点。综上所述:控制灌溉下施氮量为99 kg·hm-2时有利于稻田可持续发展。
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