長期定位施肥對潮土氮素礦化特性及作物產(chǎn)量影響的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種長期定位施肥對潮土氮素礦化特性 及作物產(chǎn)量影響的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 與常規(guī)試驗(yàn)相比，長期定位施肥具有時(shí)間長期性和氣候代表性等優(yōu)點(diǎn)，即可揭示 土壤肥力演變、評價(jià)肥料效益，又可研究施肥對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的影響。自1843年 英國洛桑第一個(gè)長期施肥試驗(yàn)開始，國外長期施肥試驗(yàn)已有170多年歷史，積累了豐富的科 研資料;但國內(nèi)研究起步較晚，存在較大差距。氮素礦化是指土壤有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為礦質(zhì)氮的過 程，是植物獲得礦質(zhì)氮的主要途徑，也是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤氮素循環(huán)最重要的過程。
[0003] 氮素礦化是土壤對植物生長供給氮素的關(guān)鍵，而且氮素是作物增產(chǎn)、高產(chǎn)的基礎(chǔ)， 因此，研究長期不同施肥條件下土壤氮素田間原位礦化及其與作物產(chǎn)量之間的關(guān)系具有重 要意義。氮素礦化的研究方法可分為室內(nèi)培養(yǎng)法和田間原位法兩種。近年來，國內(nèi)關(guān)于長期 施肥研究土壤氮素礦化的報(bào)道較多，但研究結(jié)果不盡一致。王斯佳等認(rèn)為有機(jī)肥與無機(jī)肥 配施可使土壤礦化率顯著提高，礦化率高低取決于土壤礦質(zhì)氮含量和土壤pH;白潔冰、秦子 嫻等認(rèn)為，氮素輸入是提高土壤供氮潛力及改善氮素品質(zhì)的有效手段。此外，也有關(guān)于花生 覆膜對沂蒙山區(qū)土壤氮素礦化及淋失的影響、不同草地土壤原位礦化過程中氮素的變化特 征等方面的研究。總的看來，長期施肥條件下，土壤氮素礦化已有較多研究，但非石灰性潮 土上的長期施肥土壤氮素礦化研究鮮見，且其與作物吸氮、產(chǎn)量之間的關(guān)系尚未有報(bào)道。另 外，徐陽春等研究表明，室內(nèi)淋洗培養(yǎng)試驗(yàn)培養(yǎng)過程礦化釋放的氮明顯高于同期盆栽試驗(yàn) 土壤的供氮量，認(rèn)為在使用礦化氮評價(jià)土壤供氮能力時(shí)必須加以矯正。因此，本發(fā)明利用始 于1978年且已連續(xù)不間斷進(jìn)行38年的萊陽長期定位施肥試驗(yàn)，采用田間原位-陰陽離子交 換樹脂法，研究長期施用氮肥及其配施磷鉀肥對非石灰性潮土氮素田間原位礦化特性及作 物吸氮、產(chǎn)量的影響，并進(jìn)一步探究了其與作物吸氮、產(chǎn)量等之間的關(guān)系，旨在為該地區(qū)農(nóng) 田生態(tài)系統(tǒng)中土壤氮素養(yǎng)分庫的持續(xù)發(fā)展、調(diào)控該區(qū)域土壤氮素供應(yīng)及實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)提供 理論依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種長期定位施肥對潮土氮素礦化特性及作物產(chǎn)量影響 的方法，旨在研究長期施用氮肥及其配施磷鉀肥對非石灰性潮土氮素田間原位礦化特性及 作物吸氮、產(chǎn)量的影響，研究其與作物吸氮、產(chǎn)量之間的關(guān)系。
[0005] -種長期定位施肥對潮土氮素礦化特性及作物產(chǎn)量影響的方法，所述的長期定位 施肥對潮土氮素礦化特性及作物產(chǎn)量影響的方法采用田間原位-陰陽離子交換樹脂法，得 到了長期施用氮肥及其配施磷鉀肥對非石灰性潮土氮素田間原位礦化特性及作物吸氮、產(chǎn) 量的影響以及與作物吸氮、產(chǎn)量之間的關(guān)系;主要包括：
[0006] 定位施肥試驗(yàn)共設(shè)6個(gè)處理，3次重復(fù)，隨機(jī)排列，共計(jì)18個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積 33.3m2，小區(qū)間用1.0 m深玻璃鋼板隔開，互不滲漏且能獨(dú)立排灌;試驗(yàn)實(shí)行冬小麥-夏玉米 輪作制，每年2作；
[0007] 布設(shè)田間原位氮素礦化裝置，每個(gè)處理各3次重復(fù);在冬小麥、夏玉米收獲時(shí)取出 并檢測土芯及離子交換樹脂袋內(nèi)氮素含量，在布設(shè)裝置附近區(qū)域測耕層土壤養(yǎng)分含量作背 景值；
[0008] 土壤、植物全氮采用凱氏定氮法測定，土壤、離子交換樹脂袋中N(V-N、NH4+-N用 2mol/L的KCl溶液浸提，過濾后分別用雙波長紫外分光光度法和納氏試劑比色法測定。
[0009] 進(jìn)一步，礦化裝置由內(nèi)置一個(gè)樹脂袋和和一個(gè)蛭石袋的PVC管組成，樹脂袋內(nèi)陰、 陽離子交換樹脂各25. Og，在土芯底部放兩層濾紙，濾紙之間放離子交換樹脂袋，土注不種 作物。
[0010] 進(jìn)一步，與長期不施肥相比，長期施肥使土壤全氮、礦質(zhì)氮含量分別增加60.2 %~ 130.9 %和65.4%~307.8 % ;在施等量氮肥情況下，氮磷鉀配施較氮肥單施使土壤全氮降 低 8.0% ~8.6%〇
[0011] 進(jìn)一步，在冬小麥和夏玉米生長季，低氮處理，N1,138kg N/hm2,凈氮礦化量分別為 35 · 2mg/kg和76 · 7mg/kg;高量氮肥，N2，276kg N/hm2，處理氮凈礦化量分別為76 · 6mg/kg和 105.411^/1^，他較沁分別增加117.8%和37.5%，高氮配施磷鉀，1^1(，1^，吣1(，與吣氮凈礦化 量差異不顯著。
[0012] 進(jìn)一步，在冬小麥和夏玉米生長季,N2PK處理作物吸氮量較長期不施肥分別增加 320.0 %和155.2 % ; N2土壤表觀淋失最嚴(yán)重，氮磷鉀配施有利于滯緩氮素淋失；
[0013] 與長期不施肥相比，長期施肥使夏玉米、冬小麥產(chǎn)量分別提高136%~327%和 56%~317% ;
[0014] N2PK夏玉米、冬小麥產(chǎn)量均最高。
[0015] 作物吸氮量據(jù)收獲后作物各部位氮素含量計(jì)算;作物產(chǎn)量則通過小區(qū)產(chǎn)量進(jìn)行換 算；
[0016] 土壤氮凈礦化量、土壤氮凈礦化率、0-20cm 土層土壤氮素表觀淋失量通過以下公 式計(jì)算：
[0017] 土壤氮凈礦化量(mg/kg)=培養(yǎng)后土芯中礦質(zhì)氮量+培養(yǎng)后離子交換樹脂袋中礦 質(zhì)氮量-培養(yǎng)前土壤中礦質(zhì)氮量；
[0018] 土壤氮凈礦化率（％ )=土壤氮凈礦化量/土壤全氮量*100% ;
[00?9 ] 0-20cm 土層土壤氮素表觀淋失量(kg/hm2)=
[0020] (培養(yǎng)后離子交換樹脂袋中礦質(zhì)氮量+培養(yǎng)后土芯中礦質(zhì)氮量)-(作物吸氮量+作 物種植區(qū)域土壤礦質(zhì)氮量）。
[0021] 本發(fā)明為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中土壤氮素養(yǎng)分庫的持續(xù)發(fā)展、調(diào)控該區(qū)域土壤氮素供應(yīng) 及實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)提供了理論依據(jù)。
【附圖說明】
[0022] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的田間原位氮素礦化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的長期定位施肥夏玉米、冬小麥的產(chǎn)量圖；
[0024] 圖中：1、樹脂袋;2、蛭石袋;3、PVC管；4、土芯。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖 詳細(xì)說明如下。
[0026] 1材料與方法
[0027] 1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)
[0028]試驗(yàn)設(shè)于山東省萊陽市青島農(nóng)業(yè)大學(xué)萊陽長期定位施肥試驗(yàn)基地，地處東經(jīng)120° 42'，北煒36° ，屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候，年均氣溫11.2°C，年降雨量約780mm，年蒸發(fā)量 約2000mm，無霜期209~243天。供試土壤為非石灰性潮土，發(fā)育于沖積母質(zhì)，表土質(zhì)地輕壤。 土壤耕層(0_20cm，下同）有機(jī)質(zhì)含量4.10g/kg，全氮(N)0.50g/kg，全磷(P)0.46g/kg，速效 磷(P2O5) 15mg/kg，速效鉀(K2O) 38mg/kg，陽離子交換量11 · 80cmol/kg，pH(H2〇)為6 · 8。
[0029]從1978年秋始定位施肥試驗(yàn)共設(shè)6個(gè)處理，3次重復(fù)，隨機(jī)排列，共計(jì)36個(gè)小區(qū)，每 個(gè)小區(qū)面積33.3m2,小區(qū)間用1.0m深玻璃鋼板隔開，互不滲漏且能獨(dú)立排灌。試驗(yàn)實(shí)行冬小 麥-夏玉米輪作制，每年2作，冬小麥品種為煙優(yōu)361，夏玉米品種為魯玉16號。本研究涉及的 處理包括不施肥對照（CK)、單施低量(Ni)或高量(N2)氮肥、高量氮肥與磷肥(N2P)或鉀肥 (N 2K)配施和氮磷鉀配施(N2PK)。其中氮肥用尿素，磷、鉀肥用過磷酸鈣和氯化鉀，施用量見 表1。
[0030] 表1試驗(yàn)處理施肥量/(kg · hm-2)
[0032]礦化裝置由內(nèi)置一個(gè)樹脂袋1(陰、陽離子交換樹脂各25.Og)和一個(gè)蛭石袋2的PVC 管3組成（圖1 )，在土芯4底部放兩層濾紙，濾紙之間放離子交換樹脂袋，土注不種作物。在連 續(xù)進(jìn)行37年的長期定位試驗(yàn)基礎(chǔ)上，2014年布設(shè)田間原位氮素礦化裝置，每個(gè)處理各3次重 復(fù);在冬小麥、夏玉米收獲時(shí)取出并檢測土芯及離子交換樹脂袋內(nèi)氮素含量。同時(shí)，在布設(shè) 裝置附近區(qū)域測耕層土壤養(yǎng)分含量作背景值。
[0033] 1.2測定項(xiàng)目及方法
[0034] 土壤、植物全氮采用凱氏定氮法測定[12]。土壤、離子交換樹脂袋中N〇r-N、NH4+-N用 2mol/L的KCl溶液浸提，過濾后分別用雙波長紫外分光光度法和納氏試劑比色法測定。 [0035] 1.3計(jì)算公式及數(shù)據(jù)處理
[0036]作物吸氮量據(jù)收獲后作物各部位氮素含量計(jì)算;作物產(chǎn)量則通過小區(qū)產(chǎn)量進(jìn)行換 算。土壤氮凈礦化量、土壤氮凈礦化率、0-20cm 土層土壤氮素表觀淋失量通過以下公式計(jì) 算：
[0037] 土壤氮凈礦化量(mg/kg)=培養(yǎng)后土芯中礦質(zhì)氮量+培養(yǎng)后離子交換樹脂袋中礦 質(zhì)氮量-培養(yǎng)前土壤中礦質(zhì)氮量；
[0038] 土壤氮凈礦化率（％ )=土壤氮凈礦化量/土壤全氮量*100% ;
[0039] 0-20cm 土層土壤氮素表觀淋失量(kg/hm2) = (培養(yǎng)后離子交換樹脂袋中礦質(zhì)氮量 +培養(yǎng)后土芯中礦質(zhì)氮量)-(作物吸氮量+作物種植區(qū)域土壤礦質(zhì)氮量）。
[0040]方差分析，多重比較方法，表中數(shù)據(jù)為平均值土標(biāo)準(zhǔn)差(n = 3)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)運(yùn)用DPS 7.05進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
[0041 ] 2結(jié)果與分析
[0042] 2.1長期定位施肥對潮土全氮、礦質(zhì)氮的影響
[0043] 連續(xù)37年不施肥處理土壤全氮最低（表2)，Νι較CK土壤全氮在冬小麥季和夏玉米 季種植前分別顯著提高60.2%和65.4% ;隨著施氮量的增加，土壤中全氮含量顯著上升，與 N1相比，N2、N2PK、N2P和N2K全氮在冬小麥季和夏玉米季種植前分別顯著增加37.0 %~43.5 % 和26.2 %~38.1 %。礦質(zhì)氮變化趨勢與全氮基本一致，在冬小麥季和夏玉米季種植前他較 〇(分別顯著提高93.3%和66.9%小2、吣？1(、％?、％1(較沁分別顯著增加46.7%~72.0%和 73.3%~145.6%。在施等量氮肥情況下，氮磷鉀配施(N 2PK)較氮肥單施(N2)使土壤全氮、礦 質(zhì)氮在兩季培養(yǎng)前分別顯著降低8.0%~8.6%和11.4%~29.6%。施用磷肥和鉀肥對土壤 全氮和礦質(zhì)氮含量影響程度不同，增施磷肥使土壤全氮降低4.8%~5.2%，而增施鉀肥使 全氮含量降低2.6%~3.6%，可見，與增施鉀肥相比，增施磷肥對土壤氮素影響大。
[0044]表2作物種植前土壤全氮及礦質(zhì)氮含量
[0046]冬小麥季指冬小麥生長季，夏玉米季指夏玉米生長季；同一列不同字母表示在5 % 水平上差異顯著(P<〇. 05)。表3-5同
[0047] 2.2長期定位施肥對潮土氮凈礦化的影響
[0048]表3長期定位施肥