黄土高原旱地农田生态系统N素循环及其环境效应研究

本文对1984年建立的黄土高原旱地长期肥料定位试验2004年到2007年试验资料进行总结分析,阐明了该区农业生态系统中氮素的来源、去向、数量特征及其对环境的影响,为黄土区旱地今后合理施肥,提高利用率,减少环境污染提供科学的依据。 结果表明,该区粮食产量受降水量波动影响显著,单施P肥在干旱年份增产,丰水年减产;单施N肥两年平均产量1916.7 kg/hm2,增产显著;NP、NPM配施的小麦抗逆能力增强,两年平均达4000 kg/hm2以上。中等施磷水平,N肥用量和小麦产量的关系为:y =-0.1242 x2 + 44.039x + 1793.3。 合理施用化肥不但增产幅度大,还在一定程度上增加了小麦中N浓度。单施N肥氮素利用率低、且波动幅度大(7.7%～13.8%);施有机肥的利用率为26.6%～36.0%,而NP的肥料利用率为57.8%,高于当前的观点35%～40%。 施化肥明显改变了耕层土壤养分的含量,也影响了养分在土壤剖面的分布。长期施用化肥不会导致耕层土壤有机质下降;耕层土壤磷素累积明显,全磷增加了8.3%～45.2%,施肥对40cm以下磷素变化影响较小;有机肥和氮磷肥培肥效果显著,NPM处理比CK的土壤有机质、全氮、速效氮分别增加了69.0%、57.5%、73.1%。 氨挥发损失是该区土壤氮素损失的重要途径之一,施肥后第5～10天进入挥发最严重的时期,速率维持在0.471～0.523 mg/h*m2,15天后趋于稳定。施有机肥的挥发速率与CK变化不大。单施N肥的挥发量最大为30.01 kg/hm2 ,损失率达25.05%;化肥的施入对有机肥的挥发有激发效应,NPM的挥发总量比单施N肥减少了34.31%,但比NP配施增加了45.53%。 氮肥施入土壤当天氧化亚氮排放通量高达283.9 ug/m2*hour,最高通量出现在第5天,达372.3ug/m2*hour,13天后稳定(降低至15.0 ug/m2*hour左右);施NP、NPM的变化趋势与单施N肥一致,但一直小于单施N。对N2O排放损失量估计,不施肥全年损失0.48 kg/hm2,单M的氮素损失率仅为0.02%,施N、NP、NPM、0.68%、0.52%、0.30%。 施NP、NPM和N在200 cm土层以下硝酸盐含量增加,表现出向更深的土层淋失的趋势,有引起环境问题的潜在危险性。 施肥是农田生态系统氮素的主要输入方式,干、湿沉降年输入N量在12.3 kgN/hm2和0.2 kg/hm2;小麦种子输入N量为3.7 kg/hm2;根茬残留量在1.2kg/hm2～5.9 kg/hm2。 在旱地每年施N量为120kg/hm2,受最小因子P的影响,作物不能正常生长,氮素的损失高达104.5 kg/hm2;而配施NP的氮肥损失率减少到38.1%;单施N和NP处理的氮肥损失以硝酸盐淋溶为主。NPM产量稳定在4000 kg/hm2左右,产量受年际间降水影响波动幅度小,还能有效的减少硝酸盐的淋溶,但有机肥本身的利用率不高,其它途径损失的氮约占50%。