CN105706602A - 长期定位施肥对潮土氮素矿化特性及作物产量影响的方法 - Google Patents

长期定位施肥对潮土氮素矿化特性及作物产量影响的方法 Download PDF

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南镇武
刘***
陈延玲
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Abstract

本发明提供了一种长期定位施肥对潮土氮素矿化特性及作物产量影响的方法，采用田间原位-阴阳离子交换树脂法，研究长期施用氮肥及其配施磷钾肥对非石灰性潮土氮素田间原位矿化特性及作物吸氮、产量的影响，研究其与作物吸氮、产量之间的关系；土壤、植物全氮采用凯氏定氮法测定，土壤、离子交换树脂袋中NO3 --N、NH4 +-N用2mol/L的KCl溶液浸提，过滤后分别用双波长紫外分光光度法和纳氏试剂比色法测定。本发明为农田生态***中土壤氮素养分库的持续发展、调控该区域土壤氮素供应及实现作物高产提供了理论依据。

Description

长期定位施肥对潮土氮素矿化特性及作物产量影响的方法
技术领域
本发明属于农业产业技术领域，尤其涉及一种长期定位施肥对潮土氮素矿化特性及作物产量影响的方法。
背景技术
与常规试验相比，长期定位施肥具有时间长期性和气候代表性等优点，即可揭示土壤肥力演变、评价肥料效益，又可研究施肥对农田生态***可持续发展的影响。自1843年英国洛桑第一个长期施肥试验开始，国外长期施肥试验已有170多年历史，积累了丰富的科研资料；但国内研究起步较晚，存在较大差距。氮素矿化是指土壤有机氮转化为矿质氮的过程，是植物获得矿质氮的主要途径，也是农田生态***土壤氮素循环最重要的过程。
氮素矿化是土壤对植物生长供给氮素的关键，而且氮素是作物增产、高产的基础，因此，研究长期不同施肥条件下土壤氮素田间原位矿化及其与作物产量之间的关系具有重要意义。氮素矿化的研究方法可分为室内培养法和田间原位法两种。近年来，国内关于长期施肥研究土壤氮素矿化的报道较多，但研究结果不尽一致。王斯佳等认为有机肥与无机肥配施可使土壤矿化率显著提高，矿化率高低取决于土壤矿质氮含量和土壤pH；白洁冰、秦子娴等认为，氮素输入是提高土壤供氮潜力及改善氮素品质的有效手段。此外，也有关于花生覆膜对沂蒙山区土壤氮素矿化及淋失的影响、不同草地土壤原位矿化过程中氮素的变化特征等方面的研究。总的看来，长期施肥条件下，土壤氮素矿化已有较多研究，但非石灰性潮土上的长期施肥土壤氮素矿化研究鲜见，且其与作物吸氮、产量之间的关系尚未有报道。另外，徐阳春等研究表明，室内淋洗培养试验培养过程矿化释放的氮明显高于同期盆栽试验土壤的供氮量，认为在使用矿化氮评价土壤供氮能力时必须加以矫正。因此，本发明利用始于1978年且已连续不间断进行38年的莱阳长期定位施肥试验，采用田间原位-阴阳离子交换树脂法，研究长期施用氮肥及其配施磷钾肥对非石灰性潮土氮素田间原位矿化特性及作物吸氮、产量的影响，并进一步探究了其与作物吸氮、产量等之间的关系，旨在为该地区农田生态***中土壤氮素养分库的持续发展、调控该区域土壤氮素供应及实现作物高产提供理论依据。
发明内容
本发明的目的在于提供一种长期定位施肥对潮土氮素矿化特性及作物产量影响的方法，旨在研究长期施用氮肥及其配施磷钾肥对非石灰性潮土氮素田间原位矿化特性及作物吸氮、产量的影响，研究其与作物吸氮、产量之间的关系。
一种长期定位施肥对潮土氮素矿化特性及作物产量影响的方法，所述的长期定位施肥对潮土氮素矿化特性及作物产量影响的方法采用田间原位-阴阳离子交换树脂法，得到了长期施用氮肥及其配施磷钾肥对非石灰性潮土氮素田间原位矿化特性及作物吸氮、产量的影响以及与作物吸氮、产量之间的关系；主要包括：
定位施肥试验共设6个处理，3次重复，随机排列，共计18个小区，每个小区面积33.3m2，小区间用1.0m深玻璃钢板隔开，互不渗漏且能独立排灌；试验实行冬小麦-夏玉米轮作制，每年2作；
布设田间原位氮素矿化装置，每个处理各3次重复；在冬小麦、夏玉米收获时取出并检测土芯及离子交换树脂袋内氮素含量，在布设装置附近区域测耕层土壤养分含量作背景值；
土壤、植物全氮采用凯氏定氮法测定，土壤、离子交换树脂袋中NO3 --N、NH4 +-N用2mol/L的KCl溶液浸提，过滤后分别用双波长紫外分光光度法和纳氏试剂比色法测定。
进一步，矿化装置由内置一个树脂袋和和一个蛭石袋的PVC管组成，树脂袋内阴、阳离子交换树脂各25.0g，在土芯底部放两层滤纸，滤纸之间放离子交换树脂袋，土注不种作物。
进一步，与长期不施肥相比，长期施肥使土壤全氮、矿质氮含量分别增加60.2％～130.9％和65.4％～307.8％；在施等量氮肥情况下，氮磷钾配施较氮肥单施使土壤全氮降低8.0％～8.6％。
进一步，在冬小麦和夏玉米生长季，低氮处理，N1，138kg N/hm2，净氮矿化量分别为35.2mg/kg和76.7mg/kg；高量氮肥，N2，276kg N/hm2，处理氮净矿化量分别为76.6mg/kg和105.4mg/kg，N2较N1分别增加117.8％和37.5％，高氮配施磷钾，N2PK，N2P，N2K，与N2氮净矿化量差异不显著。
进一步，在冬小麦和夏玉米生长季，N2PK处理作物吸氮量较长期不施肥分别增加320.0％和155.2％；N2土壤表观淋失最严重，氮磷钾配施有利于滞缓氮素淋失；
与长期不施肥相比，长期施肥使夏玉米、冬小麦产量分别提高136％～327％和56％～317％；
N2PK夏玉米、冬小麦产量均最高。
作物吸氮量据收获后作物各部位氮素含量计算；作物产量则通过小区产量进行换算；
土壤氮净矿化量、土壤氮净矿化率、0-20cm土层土壤氮素表观淋失量通过以下公式计算：
土壤氮净矿化量(mg/kg)＝培养后土芯中矿质氮量+培养后离子交换树脂袋中矿质氮量-培养前土壤中矿质氮量；
土壤氮净矿化率(％)＝土壤氮净矿化量/土壤全氮量*100％；
0-20cm土层土壤氮素表观淋失量(kg/hm2)＝
(培养后离子交换树脂袋中矿质氮量+培养后土芯中矿质氮量)-(作物吸氮量+作物种植区域土壤矿质氮量)。
本发明为农田生态***中土壤氮素养分库的持续发展、调控该区域土壤氮素供应及实现作物高产提供了理论依据。
附图说明
图1是本发明实施例提供的田间原位氮素矿化装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的长期定位施肥夏玉米、冬小麦的产量图；
图中：1、树脂袋；2、蛭石袋；3、PVC管；4、土芯。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
1材料与方法
1.1试验设计
试验设于山东省莱阳市青岛农业大学莱阳长期定位施肥试验基地，地处东经120°42′，北纬36°54′，属暖温带半湿润季风气候，年均气温11.2℃，年降雨量约780mm，年蒸发量约2000mm，无霜期209～243天。供试土壤为非石灰性潮土，发育于冲积母质，表土质地轻壤。土壤耕层(0-20cm，下同)有机质含量4.10g/kg，全氮(N)0.50g/kg，全磷(P)0.46g/kg，速效磷(P2O5)15mg/kg，速效钾(K2O)38mg/kg，阳离子交换量11.80cmol/kg，pH(H2O)为6.8。
从1978年秋始定位施肥试验共设6个处理，3次重复，随机排列，共计36个小区，每个小区面积33.3m2，小区间用1.0m深玻璃钢板隔开，互不渗漏且能独立排灌。试验实行冬小麦-夏玉米轮作制，每年2作，冬小麦品种为烟优361，夏玉米品种为鲁玉16号。本研究涉及的处理包括不施肥对照(CK)、单施低量(N1)或高量(N2)氮肥、高量氮肥与磷肥(N2P)或钾肥(N2K)配施和氮磷钾配施(N2PK)。其中氮肥用尿素，磷、钾肥用过磷酸钙和氯化钾，施用量见表1。
表1试验处理施肥量/(kg·hm-2)
矿化装置由内置一个树脂袋1(阴、阳离子交换树脂各25.0g)和一个蛭石袋2的PVC管3组成(图1)，在土芯4底部放两层滤纸，滤纸之间放离子交换树脂袋，土注不种作物。在连续进行37年的长期定位试验基础上，2014年布设田间原位氮素矿化装置，每个处理各3次重复；在冬小麦、夏玉米收获时取出并检测土芯及离子交换树脂袋内氮素含量。同时，在布设装置附近区域测耕层土壤养分含量作背景值。
1.2测定项目及方法
土壤、植物全氮采用凯氏定氮法测定[12]。土壤、离子交换树脂袋中NO3 --N、NH4 +-N用2mol/L的KCl溶液浸提，过滤后分别用双波长紫外分光光度法和纳氏试剂比色法测定。
1.3计算公式及数据处理
作物吸氮量据收获后作物各部位氮素含量计算；作物产量则通过小区产量进行换算。土壤氮净矿化量、土壤氮净矿化率、0-20cm土层土壤氮素表观淋失量通过以下公式计算：
土壤氮净矿化量(mg/kg)＝培养后土芯中矿质氮量+培养后离子交换树脂袋中矿质氮量-培养前土壤中矿质氮量；
土壤氮净矿化率(％)＝土壤氮净矿化量/土壤全氮量*100％；
0-20cm土层土壤氮素表观淋失量(kg/hm2)＝(培养后离子交换树脂袋中矿质氮量+培养后土芯中矿质氮量)-(作物吸氮量+作物种植区域土壤矿质氮量)。
方差分析，多重比较方法，表中数据为平均值土标准差(n＝3)，试验数据运用DPS 7.05进行统计分析。
2结果与分析
2.1长期定位施肥对潮土全氮、矿质氮的影响
连续37年不施肥处理土壤全氮最低(表2)，N1较CK土壤全氮在冬小麦季和夏玉米季种植前分别显著提高60.2％和65.4％；随着施氮量的增加，土壤中全氮含量显著上升，与N1相比，N2、N2PK、N2P和N2K全氮在冬小麦季和夏玉米季种植前分别显著增加37.0％～43.5％和26.2％～38.1％。矿质氮变化趋势与全氮基本一致，在冬小麦季和夏玉米季种植前N1较CK分别显著提高93.3％和66.9％，N2、N2PK、N2P、N2K较N1分别显著增加46.7％～72.0％和73.3％～145.6％。在施等量氮肥情况下，氮磷钾配施(N2PK)较氮肥单施(N2)使土壤全氮、矿质氮在两季培养前分别显著降低8.0％～8.6％和11.4％～29.6％。施用磷肥和钾肥对土壤全氮和矿质氮含量影响程度不同，增施磷肥使土壤全氮降低4.8％～5.2％，而增施钾肥使全氮含量降低2.6％～3.6％，可见，与增施钾肥相比，增施磷肥对土壤氮素影响大。
表2作物种植前土壤全氮及矿质氮含量
冬小麦季指冬小麦生长季，夏玉米季指夏玉米生长季；同一列不同字母表示在5％水平上差异显著(P＜0.05)。表3-5同
2.2长期定位施肥对潮土氮净矿化的影响
表3长期定位施肥对土壤氮净矿化的影响
长期施肥条件下，不同处理间土壤氮净矿化量存在差异(表3)。与CK相比，施用低量氮肥(N1)显著增加土壤氮净矿化，在冬小麦和夏玉米生长季增幅分别为74.7％和76.7％；冬小麦和夏玉米生长季高量氮肥处理(N2、N2PK、N2P、N2K)较低量氮肥(N1)处理土壤净矿化量分别显著增加109.4％～117.8％和31.2％～37.5％；N2PK、N2P、N2K与N2差异不显著。冬小麦季CK土壤净矿化率最低，N1与CK差异不显著；N2和N2PK、N2P、N2K差异不显著，但比CK、N1显著增加51.0％～73.4％。夏玉米季施肥处理间(N1、N2、N2PK、N2P、N2K)净矿化率差异均不显著，但较CK显著增加7.2％～12.1％。不同生长季相比，CK和N1土壤净矿化量、净矿化率夏玉米季较冬小麦季分别增加132.8％～135.2％和142.7％～146.3％；N2、N2PK、N2P和N2K则分别增加50.7％～56.1％和62.2％～66.4％。
2.3长期定位施肥对作物氮素吸收的影响
长期不同施肥处理间作物的吸氮量存在差异(表4)。与CK相比，施用低量氮肥(N1)显著增加冬小麦吸氮量，增幅为35.3％；N2、N2PK、N2P、N2K较N1使冬小麦对氮吸收量显著增加36.0％～210.4％；N2P较N2显著增加50.9％，而N2K与N2差异不显著；N2PK较N2、N2P、N2K显著增加51.2％～128.2％。与CK相比，N1使夏玉米吸氮量显著增加52.1％；N2、N2P、N2K使夏玉米对氮吸收量差异不显著，但较N1显著增加30.9％～40.0％；N2PK较N2、N2P、N2K显著增加19.6％～27.9％。
表4长期定位施肥对作物氮素吸收的影响
2.4长期定位施肥对潮土氮素淋失的影响
表5 0-20cm土层氮素表观淋失量
长期施肥条件下，冬小麦季、夏玉米季不同处理间0-20cm土层氮素表观淋失量差异显著(表5)。长期不施肥导致0-20cm土壤氮素供用不足，淋失量为负值。与CK相比，单施低量氮肥(N1)使冬小麦季、夏玉米季氮素表观淋失量分别显著增加42.1kg/hm2和13.6kg/hm2；随着施氮量的增加，土壤中氮素淋失量显著上升，N2较N1表观淋失量分别显著增加61.1kg/hm2和64.6kg/hm2。N2P较N2表观淋失量分别显著降低32.1kg/hm2和47.3kg/hm2，而N2K较N2分别显著降低7.3kg/hm2和23.9kg/hm2。N2PK较N2、N2P和N2K表观淋失量分别显著降低63.7～95.8kg/hm2和62.4～109.7kg/hm2。可见，氮磷钾配施有利于滞缓0-20cm土壤氮素表观淋失，氮素利用效率。
2.5长期定位施肥对作物产量的影响
连续37年长期不同施肥使夏玉米、冬小麦产量差异显著(图2)，与长期不施肥(CK)相比，长期施肥使夏玉米、冬小麦产量分别显著提高136％～327％和56％～317％；氮磷钾配施(N2PK)夏玉米、冬小麦产量均最高，分别为9659kg/hm2、5484kg/hm2。与CK相比，N1夏玉米、冬小麦产量分别显著增加167％和146％；N2夏玉米、冬小麦产量则分别显著增加136％和97％，但比N1分别显著降低12％和20％。N2PK使夏玉米、冬小麦产量比N2分别显著增加81％和111％；N2P比N2分别显著增加51％和72％；N2K与N2夏玉米产量差异不显著，但冬小麦产量比N2显著降低21％。可见，施肥显著提高夏玉米、冬小麦产量，但缺素施肥对其产量影响严重。
图2中大、小写字母分别表示夏玉米、冬小麦产量在5％水平上差异显著(P＜0.05)
2.6氮素矿化特性及冬小麦、夏玉米产量关系
为确定播种前土壤全氮、播种前矿质氮、氮素净化矿量、作物氮素吸收量、0-20cm土壤层氮素表观淋失量及作物产量之间关系，对其进行相关性分析(表6)。结果表明，播种前土壤全氮、矿质氮及当季氮净化矿量之间均极显著相关；夏玉米吸氮量与当季氮净矿化量达极显著水平；氮素表观淋失量与当季吸氮量均呈负相关，但不显著；夏玉米、冬小麦产量与当季吸氮量均极显著相关，但与当季氮素表观淋失量相关性不同，夏玉米季呈显著负相关，冬小麦季则负相关不显著。
表6氮素矿化特性及冬小麦、夏玉米产量之间的相关性
表中*表示相关性显著P＜0.05；**表示相关性极显著P＜0.01。
本发明采用田间原位-离子交换树脂法(ISC-IERB)研究了冬小麦-夏玉米轮作制下长期施用氮肥及其配施磷钾肥对非石灰性潮土氮素矿化特性的影响，并探究了氮素矿化特性及冬小麦或夏玉米产量之间的关系。结果表明，与长期不施肥(CK)相比，长期施肥使土壤全氮、矿质氮含量分别显著增加60.2％～130.9％和65.4％～307.8％；在施等量氮肥情况下，氮磷钾配施(N2PK)较氮肥单施(N2)使土壤全氮显著降低8.0％～8.6％。在冬小麦和夏玉米生长季，低氮处理(N1，138kg N/hm2)净氮矿化量分别为35.2mg/kg和76.7mg/kg，高量氮肥(N2，276kg N/hm2)处理氮净矿化量分别为76.6mg/kg和105.4mg/kg，N2较N1分别显著增加117.8％和37.5％，高氮配施磷钾(N2PK，N2P，N2K)与N2氮净矿化量差异不显著；在冬小麦和夏玉米生长季，N2PK处理作物吸氮量较CK分别显著增加320.0％和155.2％；N2土壤表观淋失最严重，而氮磷钾配施有利于滞缓氮素淋失；。与CK相比，长期施肥使夏玉米、冬小麦产量分别显著提高136％～327％和56％～317％；N2PK夏玉米、冬小麦产量均最高，分别为9659kg/hm2和5484kg/hm2。总之，增施氮肥是提高土壤供氮潜力的基础，氮磷钾配施有利于提高作物对氮素的吸收，并提高作物产量。为农田生态***中土壤氮素养分库的持续发展、调控该区域土壤氮素供应及实现作物高产提供理论依据。
利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种长期定位施肥对潮土氮素矿化特性及作物产量影响的方法，其特征在于，所述的长期定位施肥对潮土氮素矿化特性及作物产量影响的方法采用田间原位-阴阳离子交换树脂法，得到了长期施用氮肥及其配施磷钾肥对非石灰性潮土氮素田间原位矿化特性及作物吸氮、产量的影响以及与作物吸氮、产量之间的关系；主要包括：
定位施肥试验共设12个处理，3次重复，随机排列，共计36个小区，每个小区面积33.3m2，小区间用1.0m深玻璃钢板隔开，互不渗漏且能独立排灌；试验实行冬小麦-夏玉米轮作制，每年2作；
布设田间原位氮素矿化装置，每个处理各3次重复；在冬小麦、夏玉米收获时取出并检测土芯及离子交换树脂袋内氮素含量，在布设装置附近区域测耕层土壤养分含量作背景值；
土壤、植物全氮采用凯氏定氮法测定，土壤、离子交换树脂袋中NO3 --N、NH4 +-N用2mol/L的KCl溶液浸提，过滤后分别用双波长紫外分光光度法和纳氏试剂比色法测定。
2.如权利要求1所述的长期定位施肥对潮土氮素矿化特性及作物产量影响的方法，其特征在于，矿化装置由内置一个树脂袋和和一个蛭石袋的PVC管组成，树脂袋内阴、阳离子交换树脂各25.0g，在土芯底部放两层滤纸，滤纸之间放离子交换树脂袋，土注不种作物。
3.如权利要求1所述的长期定位施肥对潮土氮素矿化特性及作物产量影响的方法，其特征在于，与长期不施肥相比，长期施肥使土壤全氮、矿质氮含量分别增加60.2％～130.9％和65.4％～307.8％；在施等量氮肥情况下，氮磷钾配施较氮肥单施使土壤全氮降低8.0％～8.6％。
4.如权利要求1所述的长期定位施肥对潮土氮素矿化特性及作物产量影响的方法，其特征在于，在冬小麦和夏玉米生长季，低氮处理，N1，138kg N/hm2，净氮矿化量分别为35.2mg/kg和76.7mg/kg；高量氮肥，N2，276kg N/hm2，处理氮净矿化量分别为76.6mg/kg和105.4mg/kg，N2较N1分别增加117.8％和37.5％，高氮配施磷钾，N2PK，N2P，N2K，与N2氮净矿化量差异不显著。
5.如权利要求1所述的长期定位施肥对潮土氮素矿化特性及作物产量影响的方法，其特征在于，在冬小麦和夏玉米生长季，N2PK处理作物吸氮量较长期不施肥分别增加320.0％和155.2％；N2土壤表观淋失最严重，氮磷钾配施有利于滞缓氮素淋失；
与长期不施肥相比，长期施肥使夏玉米、冬小麦产量分别提高136％～327％和56％～317％；
N2PK夏玉米、冬小麦产量均最高。
6.如权利要求1所述的长期定位施肥对潮土氮素矿化特性及作物产量影响的方法，其特征在于，作物吸氮量据收获后作物各部位氮素含量计算；作物产量则通过小区产量进行换算；
土壤氮净矿化量、土壤氮净矿化率、0-20cm土层土壤氮素表观淋失量通过以下公式计算：
土壤氮净矿化量(mg/kg)＝培养后土芯中矿质氮量+培养后离子交换树脂袋中矿质氮量-培养前土壤中矿质氮量；
土壤氮净矿化率(％)＝土壤氮净矿化量/土壤全氮量*100％；
0-20cm土层土壤氮素表观淋失量(kg/hm2)＝(培养后离子交换树脂袋中矿质氮量+培养后土芯中矿质氮量)-(作物吸氮量+作物种植区域土壤矿质氮量)。
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