有机无机肥氮素在华北平原潮土中的损失过程研究

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为了明确有机和无机肥料中氮素在华北平原潮土中的损失途径及其影响因素,以河北省唐山市玉田县恒天然牧场为基地,建立田间原位试验,测定了不同肥料处理土壤N2O、NO和NH3排放速率;利用lysimeter装置,研究了土壤淋溶液中不同形态的氮素损失量;同步监测降水、土壤温度、水分和无机氮含量,解析影响肥料氮素在华北平原小麦-玉米轮作体系中气态(N2O、NO排放和NH3挥发)和淋溶损失的关键控制因素。  研究区域土壤为粘质潮土,种植制度为冬小麦-夏玉米轮作。田间和lysimeter试验均设4个处理,包括不施肥对照(CK)、化肥(NPK)、50%牛粪堆肥+50%尿素(COM)和50%新鲜牛粪+50%尿素(RAW),施肥处理等氮量设计,每季均为225 kgN hm-2。有机肥(50%N)全部用在基肥,追肥时施用尿素。  田间试验结果表明,土壤N2O和NO排放具有明显的季节变化规律,排放高峰均出现在施肥、灌溉或降雨后,追肥(尿素)后排放量更大。小麦季土壤N2O和NO背景排放量分别为0.15和0.18 kg Nhm-2,施肥处理分别为0.30~0.36和0.24~0.37 kgN hm-2,玉米季N2O和NO背景排放分别为0.32和0.10 kgN hm-2,施肥处理为1.28~2.71 kg N hm-2,N2O和NO排放主要源于玉米季,占全年累积排放量的55.8%~82.4%。CK、NPK、RAW和COM处理的N2O和NO全年累积排放量分别为0.75、4.10、2.99和2.35 kg N hm-2,与单施化肥相比,有机肥与尿素配施显著降低N2O和NO的排放。COM处理的N2O和NO年累积排放量最低,来自肥料氮的排放系数为0.36%,显著低于NPK处理,但与RAW处理无显著差异。相关分析表明,土壤水分是影响各处理N2O排放的主要因素。  不同处理和不同施肥期氨挥发损失量差异显著。追肥期氨挥发量显著高于基肥,约占生长季氨挥发损失量的80%。小麦季氨挥发损失量为0.63~5.06 kgNhm-2,高于玉米季的0.47~3.22 kgN hm-2。RAW处理全年来自肥料的氨挥发损失量为7.31 kgN hm-2,显著高于COM(5.88 kgNhm-2)和NPK处理(5.37 kg N hm-2)。RAW、COM和NPK处理中氨挥发占全年肥料氮素损失的比例分别为1.62%、1.31%和1.19%。相关分析表明,小麦季基肥期氨挥发速率与气温密切相关,追肥期土壤含水量和NH4+-N含量是影响氨挥发的主控因子。玉米季气温和土壤含水量均与氨挥发速率呈显著正相关(P<0.05)。  利用lysimeter试验研究了土壤氮素的淋溶损失,结果表明降雨和灌溉是影响氮素淋溶的关键因子。不同处理淋溶液中NH4+-N含量较低,平均值为0.28~0.98mg N L-1,NO3-N含量平均值为3.31~13.98 mg N L-1。全年氮素淋溶损失量中NO3--N最高,为10.67~41.03 kgN hm-2,DON次之,为3.49~11.14 kgNhm-2,NH4+-N损失量最低,为0.98~3.47 kgN hm-2。全年土壤氮素淋溶损失量为15.26~53.01kgN hm-2,其中,小麦季淋溶损失为13.82~46.63 kgN hm-2,玉米季淋溶损失量为1.44~6.39 kgNhm-2,全年氮素淋溶损失的80%以上来自麦季。NPK处理肥料氮年淋溶损失量最高,达到37.76 kgNhm-2,肥料氮净损失率为8.39%。RAW和COM处理较NPK处理全年肥料氮净淋溶率分别降低了4.39%和4.62%。有机肥与尿素配施能有效减少土壤氮素的淋溶,尤其是堆腐牛粪与尿素配施。  小麦-玉米轮作体系全年氮素的损失量发现,小麦季施肥处理由N2O和NO排放、氨挥发及淋溶产生的土壤氮素总损失量为30.37~50.76 kgN hm-2,来自肥料的氮素损失量为15.52~35.97 kgNhm-2,小麦季肥料氮损失率为6.90~15.99%;玉米季施肥处理土壤氮素总损失量为10.06~12.83 kgN hm-2,来自肥料的氮素损失量为7.73~10.50 kgN hm-2,玉米季肥料氮的损失率为3.44~4.67%。小麦季氮素损失量高于玉米季。NPK、RAW和COM处理的全年肥料氮素总损失量分别为46.47、27.55和24.43 kgNhm-2,肥料氮损失率分别为10.33%、6.12%、5.43%。可见有机无机肥配施可显著降低氮素损失。堆腐牛粪与尿素配施氮素损失量最低,是有效减少土壤氮素淋溶的措施。全年由淋溶造成的肥料氮损失量为16.95~37.76kg N hm-2,占肥料氮总损失量的65%以上,是氮素损失的主要贡献者(不含N2损失)。因此,在华北地区应注意肥料的施用时期,尽量避开强灌水时期施用。
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