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作物吸收的氮素至少有50%来自于土壤,因此对土壤供氮能力进行评价和预测是合理施用氮肥和对土壤肥力进行管理必不可少的前提条件。江苏中南部地区地处长江三角洲,农业集约化程度高,水稻是该区主要的种植作物,氮肥用量高,损失严重。以往对该地区稻田氮肥利用率提高的研究大多从施肥本身着手,对土壤供氮能力的差异考虑不足,其原因之一是一直未建立可有效预测土壤供氮能力的简单化学指标,无法快速估计土壤供氮量,进而指导氮肥施用。为此,在本研究中,我们在该地区采集了成土条件和基础产量具有一定差异的九种水稻土,通过盆栽试验、淹水生物培养和化学提取试验,同时结合矿化模型对其供氮能力进行了系统评价;以植株吸收氮为反映土壤供氮能力的标准方法,通过分析生物培养氮指标、模型参数、化学指标与植株吸收氮的相关性,寻求可精确预测供试土壤供氮能力的简单、快速的化学指标;最后,基于有效化学指标对稻季土壤供氮量的预测,同时结合田间肥料效应试验获得了斯坦福推荐施氮方程所需参数,对供试土壤稻季施氮总量进行确定,分析其节氮效率。主要结果如下:
1.试验土壤供氮能力具有较大的差异性:以无氮条件下盆栽水稻成熟期累积吸氮量表征土壤稻季基础供氮量,将其结果转换为每公顷表层(0～20cm)土壤供氮量,其变化范围为78.2～127.9kghm-2,据此可将试验土壤供氮能力划分为高、中、低三个等级:三个供氮能力等级土壤基础供氮量变化范围分别为119.0～127.9kghm-2、95.3～105.9kghm-2、78.2～82.9kghm-2。
2.淹水生物培养结果显示,试验土壤在培养前期矿化能力较强,培养14天累积矿化NH4+-N占112天累积矿化NH4+-N的比例变化范围为54.5～75.6%,均值达68.3%;试验土壤氮的矿化主要受到土壤碳氮比的影响。生物培养氮指标可有效预测土壤供氮量,短期培养(培养3天和14天)和长期培养(培养28天和112天)累积矿化NH4+-N和矿质NH4+-N均与各生育时期水稻累积吸氮量和花前各阶段氮累积量显著相关(P＜0.05),但相对于短期培养,长期培养氮指标可显著提高对全生育期土壤供氮量的预测精度(P＜0.05)。
3.在有效积温模型、One-pool指数模型、Two-pool指数模型中,Two-pool指数模型对土壤矿化氮的模拟效果最好,其矿化势参数(Na+Nr)与有效积温模型参数(K)和One-pool指数模型矿化势参数(N0)相比,对各生育时期水稻累积吸氮量的预测效果也最好。
4.不同化学试剂提取态土壤NH4+-N数值具有较大的差异,相当于每公顷土壤供氮11.0～396.4kghm-2,表征的土壤供氮能力也具有较大的差异。供试化学指标中,土壤碳氮比、化学氧化法提取NH4+-N(acidKMnO4-NH4+-N、acidKMnO4-NH4+-NplusnativesoilNH4+-N、alkalineKMnO4-NH4+-N)、热KCl提取NH4+-N(HKCl-NH4+-N)及磷酸-硼酸缓冲液提取NH4+-N(PB-NH4+-N)、磷酸-硼酸缓冲液提取水解NH4+-N(PBHYDR-NH4+-N)均与各生育时期水稻累积吸氮量及长期培养矿质氮指标表现出显著相关性,是预测供试土壤供氮能力的有效化学指标。土壤碳氮比是最好的可有效预测供试土壤供氮能力的简单快速的化学指标,其对全生育期土壤供氮量的预测效率同长期生物培养法相当,且成熟期水稻累积吸氮量和长期生物培养累积矿质NH4+-N与土壤碳氮比的相关系数均显著高于其与其它有效化学指标的相关系数(P＜0.05)。
5.利用土壤碳氮比预测土壤稻季供氮量在斯坦福推荐施氮法的应用研究结果表明,在获取目标产量(8300kghm-2)时,在单施尿素和尿素配施肥料添加剂两种条件下,试验土壤稻季推荐施氮量均值分别为177.7kghm-2之和146.5kghm-2,与当前常规施氮量(300.0kghm-2)相比,节氮效率均值分别达到40.8%和51.2%。