基于盐渍化灌区水土环境安全的优化施肥模式研究

【摘要】内蒙古河套灌区是我国土壤盐渍化的典型地区,由于长时间的不恰当灌溉及施肥模式,导致大量化肥在被淋洗进入地下水,加重了农业面源污染,威胁着黄河水质的安全,已成为制约该地区农业可持续发展的限制因素。合理改善当地的施肥模式,以达到提高肥料利用效率、有效阻控肥料淋溶损失具有重要的意义,为进一步减轻农业面源污染提供理论依据。本研究根据灌区的农业生产现状,选取轻度盐渍化耕地为研究对象,选取小麦玉米套作的种植模式,采用氮、磷二因子的“3414”部分实施方案,设置一个水分胁迫,主要是从盐渍化灌水农田水土安全的角度来诊断施肥水平是否合理。首先,分析氮磷配施条件下作物产量、水肥利用效率、氮素转运及平衡的变化规律；其次,建立临界氮浓度稀释曲线模型,并通过作物植株氮素积累、亏缺及氮营养指数来评价施肥水平,揭示不同氮磷配施条件下土壤氮素残留及灌水过程中的氮素淋洗规律,建立土壤脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶、蔗糖酶等4种土壤酶活性与施肥水平之间的相关关系,初步以4种土壤酶活性作为评价施肥水平的土壤酶学指标；最终,提出基于农田水土环境安全的盐渍化节水灌区最适宜的氮、磷配施模式。具体结论如下：(1)氮、磷配施条件下作物产量效应的研究表明,作物籽粒产量与氮、磷肥之间满足二次型回归模型,氮、磷肥及氮磷交互效应对产量产生显著影响,氮、磷肥交互作用>氮素>磷素；在施肥水平较低时,氮、磷肥表现出较好的协同促进作用,在达到产量的极限值后,则表现为无效及拮抗作用。(2)氮、磷配施条件下作物水肥利用效率的研究表明,氮、磷施量与水分利用效率之间满足二次抛物线型关系,氮磷合理配施能够显著增加土壤贮水量的消耗,提高作物对土壤水分的利用；氮肥利用率表现为随着施氮量的增加而降低,适量的磷肥能够有效增加作物植株吸氮量,从而提高氮肥利用率,过量的磷肥则抑制作物对氮素的吸收,降低氮肥利用率,氮肥的农学效率、偏生产力也表现出类似规律,可见,氮、磷肥料利用效率较低的原因与氮、磷配施比例不均有较大关系。(3)氮、磷配施条件下氮素吸收、转运及平衡的研究表明,作物地上部植株吸氮量随时间的变化规律可以用Logistic模型拟合,达到显著水平；在一定施氮范围时,施氮能够显著提高作物的植株吸氮量、氮素转运量、转运效率及转运贡献率,而施氮过多则出现降低趋势,合理配施磷肥能够较好地协调土壤供氮能力与植株吸氮需求之间的供需平衡,增加氮素转运量、转运效率及转运贡献率,协调花前氮素转运与花后氮素同化之间关系,对作物全生育期的氮素吸收进行合理的分配；氮、磷合理配施能够显著降低作物收获后的氮素盈余。(4)基于作物地上部植株临界氮浓度的施肥诊断研究表明,小麦玉米套作地上部植株干物质量随时间的变化曲线可用Logistic方程拟合,拟合结果较好,表现为(慢-快-慢)S型曲线；建立了内蒙古河套灌区的小麦玉米套作临界氮稀释曲线模型,小麦(Nc=4.50W-0.47),玉米(Nc=34.295W-0.3579),此模型可以用来作为内蒙古河套灌区小麦、玉米氮素营养的诊断曲线；作物植株氮积累亏缺值与氮营养指数可以用来评价作物植株的氮素营养状况,以及监测内蒙古河套灌区的施肥水平。(5)农田土壤剖面中氮素淋溶损失研究表明,在农田生态系统中,作物收获后0～120cm土层的硝态氮残留量随着施氮量的增加而增加,当施氮量超过中氮中磷(N2P2)水平时,土壤硝态氮残留量显著增加；施氮过多及不均衡施肥,导致小麦带在80～120cm、玉米带在60～80cm土层形成一个硝态氮累积峰；作物生育期内.各次灌水产生的淋失量都较小,氮素的淋失主要发生在秋浇后,淋失量随着施氮量的增加也随之增加,玉米带大于小麦带,小麦总渗漏率为3.0%～31.5%,玉米总渗漏率为5.2%～25.2%；中氮水平下,中磷处理(N2P2)相比其余施磷处理,氮素淋失量削减了19.0%～24.8%(小麦)、12.6%～18.0%(玉米)：氮磷合理配施(N2P2)能够有效协调土壤养分供应,增加作物对土壤硝态氮的吸收,对土壤深层硝态氮累积及秋浇后的淋失起到有效的阻控。(6)氮、磷配施条件下土壤酶活性变化规律研究表明,随着氮、磷肥施量增加,农田土壤中的脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶的活性呈现出先增加后降低的趋势,土壤蔗糖酶的活性表现为持续增加的趋势,适量配施磷肥能有效提高4种土壤酶的活性：施氮量与4种酶活性之间具有显著相关性,施磷量仅与碱性磷酸酶之间具有显著相关性,4种土壤酶活性之间也具有显著相关性。可见,能够把土壤脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶、蔗糖酶的活性作为评价氮、磷配施是否合理的指标。
【作者】刘德平；
【导师】史海滨；
【作者基本信息】内蒙古农业大学，农业水土工程，2014，博士
【关键词】施肥模式；氮素转运；临界氮浓度；土壤酶活性；硝态氮淋洗；

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