应用~(15)N示踪研究秸秆对保存和提高氮肥肥效的影响

应用~(15)N示踪技术研究了作物秸秆不同施用方式对保存和提高施入氮肥肥效的影响。氮肥硫酸铵标记丰度为8.92％,经三年盆栽和田间小区试验表明,化肥氮与秸秆配合铺施(~(15)N 铺)或混(翻压)施(~(15)N 混或翻),作物可增产5.4～30.0％(盆栽春小麦、夏各)和18～23％(田间冬小麦、夏玉米)。~(15)N示踪试验表明,在~(15)N 铺处理下,盆栽四季作物对施入的化肥氮的利用率分别为57.8％、65.8％、36.6％和8.5％,较单施~(15)N的分别增高3.7％、10.2％、21.5％和2.8％;随土壤渗漏水流失的氮量较单施~(15)N的减少50％;以气态逸失的氮量减少30.3％;进入土壤腐殖质的化肥氮较单施~(15)N的增多21.1％,证明了秸秆的不同施用方式调控了土壤微生物的活性,从而起到了保存和提高土壤肥效的作用。     

~(15)N同位素在华北冬小麦夏玉米氮营养来源研究中的应用

小麦-玉米一年两作是华北平原最主要的种植方式之一,对保障国家粮食安全至关重要。阐明该种植体系作物氮营养来源定量组成对区域养分资源管理、施肥制度优化、作物营养状况调控都具有十分重要的意义。~(15)N作为氮元素的一种稳定同位素,其示踪技术在农田氮肥去向,作物氮营养来源等农业生产领域得到广泛应用。本文主要概述了~(15)N同位素技术在研究当季施入化肥氮、前茬残留化肥氮、播前土壤固有硝态氮对华北冬小麦-夏玉米氮营养贡献中的具体应用方法、实例及相关研究结果,并对叶面肥氮、还田秸秆氮、大气沉降氮等其他氮营养来源的研究进行了展望,以期为该种植体系养分资源管理以及施肥制度优化提供理论参考。     

连续施用不同量污泥堆肥对土壤氮组分及δ~(15)N的影响

为探明连续施用无害化污泥堆肥(以下简称堆肥)对土壤全氮(TN)、不同活性氮组分含量及土壤δ~(15)N的影响,为堆肥改良和培肥沙质潮土提供理论依据。本研究以河南省小麦-玉米轮作区沙质潮土为研究对象,通过2013-2016年田间连续定位试验,基于不同土壤活性氮组分分组技术和氮稳定性同位素技术,分析土壤活性氮组分和土壤δ~(15)N对堆肥施入量的响应特征。结果表明,1)连续施用堆肥显著增加了土壤碳氮含量,随施入量增加而显著增加,其中施堆肥量达45t·hm-2时效果最为显著,较单施化肥(CK)处理分别增加了265.83%和284.31%(P0.05)。施用堆肥可以提高活性有机氮组分含量,其中颗粒态有机氮(PON)增加了104.57%~280.91%;处理间各活性氮组分含量呈现:颗粒态有机氮(PON)轻组有机氮(LFON)水溶性有机氮(DON)微生物量氮(SMBN)。增加堆肥施入量提高了PON/TN和SMBN/TN分配比例,显著降低了LFON/TN和DON/TN分配比例(P0.05),从而降低土壤活性氮组分在全氮中的分配比例,说明高堆肥施用量促进土壤氮素以稳定态有机氮形式储存,有利于土壤氮素的累积。2)施用堆肥显著降低了土壤δ~(15)N,通径分析和主成分分析表明,土壤δ~(15)N与土壤氮含量受堆肥施入量影响显著;相关性分析表明,δ~(15)N与土壤TN、PON和LFON含量呈显著相关性,表明土壤δ~(15)N变化特征可指示土壤氮组分受堆肥处理作用的响应。3)冗余分析表明,土壤pH、土壤水分及土壤肥力水平(IFI)均会对土壤氮组分含量、活性氮组分分配比例及δ~(15)N产生影响,其中对土壤IFI和土壤pH作用显著(P0.05),解释率分别达48.2%和17.5%。综上可知,施用堆肥提高了土壤有机物含量,施用量达45t·hm-2时,显著提高了土壤氮储量和活性氮组分含量,对沙质潮土的培肥效果明显,同时,土壤稳定性同位素δ~(15)N变化特征可作为堆肥对沙质土壤质量提升效果的指示指标。     

利用~(15)N研究尿素添加其他物质对氮平衡的影响(英文)

研究结果表明,尿素配施牛厩肥、稀土、麦饭石、氯化钙和双氰胺时,水稻生物产量和谷物产量分别比单施尿素提高了2.3％～12.7％和1.6％～11.8％,其中以配施双氰胺和麦饭石的效果最为显著,氮利用效率与单施尿素(4.3kg谷物/kg施用氮)相比分别提高到10.7kg谷物/kg施用氮和12.5kg谷物/kg施用氮。~(15)N示踪结果表明,单施尿素时,水稻对尿素氮的利用率仅为20.6％,但配施牛厩肥、稀土、麦饭石、氯化钙、双氰胺时,尿素氮的利用率分别提高到25.9％,26.3％,24.0％,28.3％和37.9％,尿素的氮利用率提高了3.4％～7.3％。配施对尿素氮的残留和损失,尤其是气态损失有明显的效应,其中牛厩肥和稀土对尿素氮的残留的效果最为显著,分别占施用量的30.3％和27.3％。双氰胺能使尿素氮的损失大大降低,由单施尿素的57.7％降低到36.3％。试验结果还表明,虽然配施不同物质之间对土壤有效氮的变化的效应差异不明显,但是对土壤氮的损失和矿化则有显著的效应。配施牛厩肥和双氰胺时,土壤的矿化氮量显著减少,土壤氮损失也减少。     

利用~(15)N研究尿素添加其他物质对氮平衡的影响

研究结果表明,尿素配施牛厩肥、稀土、麦饭石、氯化钙和双氰胺时,水稻生物产量和谷物产量分别比单施尿素提高了2.3％～12.7％和1.6％～11.8％,其中以配施双氰胺和麦饭石的效果最为显著,氮利用效率与单施尿素(4.3kg谷物/kg施用氮)相比分别提高到10.7kg谷物/kg施用氮和12.5kg谷物/kg施用氮。~(15)N示踪结果表明,单施尿素时,水稻对尿素氮的利用率仅为20.6％,但配施牛厩肥、稀土、麦饭石、氯化钙、双氰胺时,尿素氮的利用率分别提高到25.9％,26.3％,24.0％,28.3％和37.9％,尿素的氮利用率提高了3.4％～7.3％。配施对尿素氮的残留和损失,尤其是气态损失有明显的效应,其中牛厩肥和稀土对尿素氮的残留的效果最为显著,分别占施用量的30.3％格27.3％。双氰胺能使尿素氮的损失大大降低,由单施尿素的57.7％降低到36.3％。试验结果还表明,虽然配施不同物质之间对土壤有效氮的变化的效应差异不明显,但是对土壤氮的损失和矿化则有显著的效应。配施牛厩肥和双氰胺时,土壤的矿化氮量显著减少,土壤氮损失也减少。     

15N同位素在华北冬小麦夏玉米氮营养来源研究中的应用

小麦-玉米一年两作是华北平原最主要的种植方式之一,对保障国家粮食安全至关重要。阐明该种植体系作物氮营养来源定量组成对区域养分资源管理、施肥制度优化、作物营养状况调控都具有十分重要的意义。¹⁵N作为氮元素的一种稳定同位素,其示踪技术在农田氮肥去向,作物氮营养来源等农业生产领域得到广泛应用。本文主要概述了¹⁵N同位素技术在研究当季施入化肥氮、前茬残留化肥氮、播前土壤固有硝态氮对华北冬小麦-夏玉米氮营养贡献中的具体应用方法、实例及相关研究结果,并对叶面肥氮、还田秸秆氮、大气沉降氮等其他氮营养来源的研究进行了展望,以期为该种植体系养分资源管理以及施肥制度优化提供理论参考。     

氮在土壤-作物系统中去向——施氮水平的影响

利用~(15)N技术在灌溉条件下研究施氮水下(75,150,225kg/hm~2)对冬小麦产量、氮素利用和土壤残留态无机态氮及其有效性的影响。结果表明:75kg/hm~2和150kg/hm~2施氮处理的冬小麦获得最高产量,二者没有显著性差异;而225kg/hm~2处理的冬小麦因过量施氮造成籽粒产量下降,并低于不施氮处理。植株对氮素的利用率随施氮水平的增加而下降,分别为38.5％,32.3％和22.4％。作物收获后发现,225kg/hm~2处理中所施氮的46％仍     

稻田脲酶抑制剂对尿素N利用效率的影响(英文)

尿素施入稻田后迅速水解成NH_4~ ,两天后水层中NH_4~ -N含量即达峰值,混施脲酶抑制剂峰值可推迟一天出现,并可降低其峰高。~(15)N示踪试验表明:PPD和NBPT两种抑制剂能明显地促进水稻氮素的吸收和水稻生长,提高尿素氮的利用率,减少损失率,并在一定程度上具有增产效果,尤其是在高氮水平下以上效果更为明显,而抑制剂HQ则较差。稻草的施用对水稻生长有一定的影响,降低了水稻对肥料氮素的吸收,但能提高肥料氮素在土壤中的残留量。     

氮在土壤-作物系统中去向——施氮水平的影响(英文)

利用~(15)N技术在灌溉条件下研究施氮水平(75,150,225kg/hm~2)对冬小麦产量、氮素利用和土壤残留态无机态氮及其有效性的影响。结果表明:75kg/hm~2和150kg/hm~2施氮处理的冬小麦获得最高产量,二者没有显著性差异;而225kg/hm~2处理的冬小麦因过量施氮造成籽粒产量下降,并低于不施氮处理。植株对氮素的利用率随施氮水平的增加而下降,分别为38.5％,32.3％和22.4％。作物收获后发现,225kg/hm~2处理中所施氮的46％仍存在于50cm表土层中,高于其它施肥水平的处理。试验中仍有30.2％～36.7％的化学氮素通过各种途径损失而影响环境。在作物收获后,225kg/hm~2处理的土壤无机氮含量最高,并在玉米后效试验中获得最高产量,但土壤中较高的无机氮含量增加了对地下水污染的可能性。     

利用δ~(15)N值评估田间苜蓿的固氮作用

研究了盆栽和田间苜蓿的固氮作用,测定了在无氮介质中生长的7种紫花苜蓿和1种白三叶固氮过程的氮同位素分馏效应(β值),评估了不同生长季节的不同品种苜蓿茎叶和生长在不同条件下不同牧草茎叶的δ~(15)N值的变化,用~(15)N天然丰度法、~(15)N同位素稀释法和全氮差值法估算了苜蓿的％Ndfa(苜蓿植株全氮中来自空气氮所占的比例),并比较了各方法的精度。     

利用δ~(15)N值评估田间苜蓿的固氮作用

研究了盆栽和田间苜蓿的固氮作用,测定了在无氮介质中生长的7种紫花苜蓿和1种白三叶固氮过程的氮同位素分馏效应(β值),评估了不同生长季节的不同品种苜蓿茎叶和生长在不同条件下不同牧草茎叶的δ~(15)N值的变化,用~(15)N天然丰度法、~(15)N同位素稀释法和全氮差值法估算了苜蓿的％Ndfa(苜蓿植株全氮中来自空气氮所占的比例),并比较了各方法的精度。     

应用同位素~(15)N和~(32)P研究作物对氮和磷的吸收作用

本文叙述了在1983～1986年间应用同位素~(15)N和~(32)P研究作物对氮肥和磷肥的吸收利用。实验表明,在淹水条件上,水稻对(~(15)NH_4)_2SO_4和~(15)NH_4NO_3形式的铵态氮利用率分别为40.58％和33.8O％;而对NH_4~(15)NO_3和K~(15)NO_3形式的硝态氮利用率分别为15.99％和15.30％,水稻对铵态氮的利用率显著高于硝态氮。在旱地条件下,谷子对(~(15)NH_4)_2SO_4和~(15)NH_4NO_3的利用率分别为52.4％和42.2％,而对NH_4~(15)NO_3和K~(15)NO_3的硝态氮利用率分别为71.6％和59.5％,谷子对铵态氮的利用率明显低于硝态氮。 用~(15)N、~(32)P作示踪剂研究表明:水稻对氮磷复合肥中氮的利用率分别是:尿素磷铵44.65％,氯磷铵45.54％,尿素44.12％,尿素 普钙40.51％,硝酸磷肥36.65％。水稻对上述几种肥料的磷肥利用率是:硝酸磷肥22.55％,氯磷铵22.36％,尿素磷铵21.08％,尿素 普钙20.74％,普钙11.87％。 用放射性扫描和放射自显影方法研究表明,肥料磷在土壤中经过20天的垂直移动距离依次是:硝酸磷肥4.21cm>尿素磷铵4.20cm>氯磷铵4.0cm>尿素 普钙3.50cm>硫磷铵3.02cm>普钙3.0cm。     

稻田脲酶抑制剂对尿素N利用效率的影响

尿素施入稻田后迅速水解成NH_4~ ,两天后水层中NH_4~ -N含量即达峰值,混施脲酶抑制剂峰值可推迟一天出现,并可降低其峰高。~(15)N示踪试验表明:PPD和NBPT两种抑制剂能明显地促进水稻氮素的吸收和水稻生长,提高尿素氮的利用率,减少损失率,并在一定程度上具有增产效果,尤其是在高氮水平下以上效果更为明显,而抑制剂HQ则较差。     

连续施用不同量污泥堆肥对土壤氮组分及δ15N的影响

为探明连续施用无害化污泥堆肥（以下简称堆肥）对土壤全氮(TN)、不同活性氮组分含量及土壤δ¹⁵N的影响,为堆肥改良和培肥沙质潮土提供理论依据。本研究以河南省小麦-玉米轮作区沙质潮土为研究对象,通过2013-2016年田间连续定位试验,基于不同土壤活性氮组分分组技术和氮稳定性同位素技术,分析土壤活性氮组分和土壤δ¹⁵N对堆肥施入量的响应特征。结果表明,1） 连续施用堆肥显著增加了土壤碳氮含量,随施入量增加而显著增加,其中施堆肥量达45 t•hm^-2时效果最为显著,较单施化肥（CK）处理分别增加了265.83%和284.31%（P<0.05）。施用堆肥可以提高活性有机氮组分含量,其中颗粒态有机氮（PON）增加了104.57%~280.91%;处理间各活性氮组分含量呈现：颗粒态有机氮（PON）>轻组有机氮（LFON）>水溶性有机氮（DON）>微生物量氮（SMBN）。增加堆肥施入量提高了PON/TN和SMBN/TN分配比例,显著降低了LFON/TN和DON/TN分配比例（P<0.05）,从而降低土壤活性氮组分在全氮中的分配比例,说明高堆肥施用量促进土壤氮素以稳定态有机氮形式储存,有利于土壤氮素的累积。2） 施用堆肥显著降低了土壤δ¹⁵N,通径分析和主成分分析表明,土壤δ¹⁵N与土壤氮含量受堆肥施入量影响显著;相关性分析表明,δ¹⁵N与土壤TN、PON和LFON含量呈显著相关性,表明土壤δ¹⁵N变化特征可指示土壤氮组分受堆肥处理作用的响应。3） 冗余分析表明,土壤pH、土壤水分及土壤肥力水平（IFI）均会对土壤氮组分含量、活性氮组分分配比例及δ¹⁵N产生影响,其中对土壤IFI和土壤pH作用显著（P<0.05）,解释率分别达48.2%和17.5%。综上可知,施用堆肥提高了土壤有机物含量,施用量达45 t•hm^-2时,显著提高了土壤氮储量和活性氮组分含量,对沙质潮土的培肥效果明显,同时,土壤稳定性同位素δ¹⁵N变化特征可作为堆肥对沙质土壤质量提升效果的指示指标。     

新疆大叶苜蓿氮行为的研究

用~(15)N同位素稀释法,于1985～1988年在盆栽和草场小区条件下,研究了新疆大叶苜蓿和其它新疆主要豆科牧草及新疆主要禾本科牧草在单播和混播系统中的氮行为。新疆大叶苜蓿、覃木樨、红豆草、白三叶和红三叶等新疆主要豆科牧草植株对肥料氮的要求是微不足道的,仅占0.7％～5.3％,但对土壤和空气氮的依赖性则差异很大。总的趋势是豆科牧草对土壤或肥料氮的依赖性随着固氮能力的增强而降低。新疆大叶苜蓿植株中有79％的氮来自空气,是高固氮作物,肥料氮仅占0.7％。在混播系统中,新疆主要禾本科牧草牛尾草、老芒麦、冰草和无芒雀麦植株来自肥料和土壤氮的比例比单播时都有较大的降低,发生了苜蓿固氮产物向与之混作的禾本科牧草转移。新疆大叶苜蓿与老芒麦1:1混播,为合适组合。合适组合的混合干草产量,产氮量,苜蓿固氮量及向老芒麦转移量都最优。混合干草中苜蓿与老芒麦的组成重量比为1:0.9,搭配合理,营养完全。     

新疆大叶苜蓿氮行为的研究

用~(15)N同位素稀释法,于1985～1988年在盆栽和草场小区条件下,研究了新疆大叶苜蓿和其它新疆主要豆科牧草及新疆主要禾本科牧草在单播和混播系统中的氮行为。新疆大叶苜蓿、覃木樨、红豆草、白三叶和红三叶等新疆主要豆科牧草植株对肥料氮的要求是微不足道的,仅占0.7％～5.3％,但对土壤和空气氮的依赖性则差异很大。总的趋势是豆科牧草对土壤或肥料氮的依赖性随着固氮能力的增强而降低。新疆大叶苜蓿植株中有79％的氮来自空气,是高固氮作物,肥料氮仅占0.7％。在混播系统中,新疆主要禾本科牧草牛尾草、老芒麦、冰草和无芒雀麦植株来自肥料和土壤氮的比例比单播时都有较大的降低,发生了苜蓿固氮产物向与之混作的禾本科牧草转移。新疆大叶苜蓿与老芒麦1:1混播,为合适组合。合适组合的混合干草产量,产氮量,苜蓿固氮量及向老芒麦转移量都最优。混合干草中苜蓿与老芒麦的组成重量比为1:0.9,搭配合理,营养完全。     

应用同位素~(15)N和~(32)P研究作物对氮和磷的吸收作用

本文叙述了在1983～1986年间应用同位素~(15)N和~(32)P中研究作物对氮肥和磷肥的吸收利用。实验表明,在淹水条件下,水稻对(~(15)NH_4)_2SO_4和~(15)NH_4NO_3形式的铵态氮利用率分别为40.58％和33.80%;而对NH_4~(15)NO_3和K~(15)NO_3形式的硝态氮利用率分别为15.99％和15.30%,水稻对铵态氮的利用率显著高于硝态氮。在旱地条件下,谷子对(~(15)NH_4)_2SO_4 和~(15)NH_4NO_3的利用率分别为52.4%和42.2%,而对NH_4 ~(15)NO_3和K~(15)NO_3的硝态氮利用率分别为71.6%和59.5%,谷子对铵态氮的利用率明显低于硝态氮。用~(15)N、~(32)P作示踪剂研究表明:水稻对氮磷复合肥中氮的利用率分别是:尿素磷铵44.65%,氯磷铵45.54%,尿素44.12%,尿素+普钙40.51%,硝酸磷肥36.65%。水稻对上述几种肥料的肥磷利用率是:硝酸磷肥22.55%,氯磷铵22.36%,尿素磷铵21.08%,尿素+普钙20.74%,普钙11.87%。用放射性扫描和放射自显影方法研究了,肥料磷在土壤中经过20天的垂直移动距离。     

利用~(15)N天然丰度法评估森林生态系统植物的固氮能力

利用森林生态系统中植物茎叶与土壤氮的氮同位素组成(~(15)N天然丰度值)的变化评估植物固氮能力,为野生固氮植物资源调查提供一种简便易行的测试方法。试验测定了小五台山自然保护区内的豆科植物、非豆科植物和土壤样品的氮含量及其~(15)N天然丰度值。植物茎叶的δ~(15)N值明显不同于表土的δ~(15)N值。豆科植物能固定大气N_2,其茎叶的δ~(15)N值接近大气N_2的δ~(15)N值(0‰)。在估测森林生态系统中固氮植物％Ndfa值时,对不固氮参照植物的选择进行了讨论。油松等少数非豆科植物的δ~(15)N值接近大气N_2的δ~(15)N值,很可能具有固氮能力。     

利用~(15)N天然丰度法评估森林生态系统植物的固氮能力

利用森林生态系统中植物茎叶与土壤氮的氮同位素组成(~(15)N天然丰度值)的变化评估植物固氮能力,为野生固氮植物资源调查提供一种简便易行的测试方法。试验测定了小五台山自然保护区内的豆科植物、非豆科植物和土壤样品的氮含量及其~(15)N天然丰度值。植物茎叶的δ~(15)N值明显不同于表土的δ~(15)N值。豆科植物能固定大气N_2,其茎叶的δ~(15)N值接近大气N_2的δ~(15)N值(0‰)。在估测森林生态系统中固氮植物％Ndfa值时,对不固氮参照植物的选择进行了讨论。油松等少数非豆科植物的δ~(15)N值接近大气δ~(15)N的δ~(15)N值,很可能具有固氮能力。     

~(15)N标记的莴苣残体、废纸浆及容重对土壤反硝化及矿化作用的动态影响

介绍了不同量的~(15)N标记的莴苣残体、废纸浆及土壤容重对反硝化及矿化作用的动态影响。试验结果表明:仅施加莴苣残体能在短期内(8d)增加土壤中反硝化作用,其N_2O释放最大量为对照的15倍;仅施用废纸浆在同期内不能增加N_2O释放量。与上述两种处理比较,二者混合施用可以刺激微生物活性和增加反硝化作用,但却比仅施莴苣残体的处理N_2O释放量小,说明同单纯施用莴苣残体相比混合施用可以增加氮的固定。CO_2释放量在