含氯氮肥对太湖地区稻麦轮作体系氮素转化及作物产量效应的影响

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中国是世界上氮肥用量最多的国家,氮肥的过量施用不仅导致氮肥利用率的下降,还给环境带了严重的危害。联合制碱工业的主要副产物氯化铵作为化学氮肥在农业上使用广泛。大量研究表明,氯化铵或氯化铵配施在水稻、小麦、玉米等作物上有良好的增产效果,但是由于氯化铵特殊的物理性状导致运输难,施用难,并且高浓度的氯会造成土壤肥力下降,影响农作物产量和品质。含氯脲铵应运而生,它是尿素和氯化铵2种氮肥合成生产的新型氮肥品种。本研究于2013到2015年在中国科学院常熟农业生态试验站进行,首先研究和确定试验区稻麦的适宜施氮量,然后以尿素,氯化铵为对照,研究含氯脲铵对太湖地区稻麦轮作体系氨挥发、产量和氮肥利用率(NUE)的影响,最后探讨氯离子对土壤和植株含氯量和氮素转化的影响,解释含氯脲铵的增产机制。主要研究结果如下:  (1)2013-2015年在中国科学院常熟农业生态试验站乌栅土上进行了不同施氮水平(稻季0,180,240,300 kgN ha1;麦季0,126,168,210 kgNha-1)的田间试验。试验分析得出两季水稻理论最高产量平均施氮量为282 kgNha-1,最佳经济效益施氮量为254 kgNha-1。两季小麦理论最高产量平均施氮量为178 kgNha-1,最佳经济效益施氮量为172 kgN ha-1。综合考虑氨挥发、NUE、产量和经济效益,水稻和小麦适宜施氮量分别为240 kgNha-1和168 kgNha-1。一个稻麦轮作季施氮量可减少102kgNha-1,不仅提高了氮肥利用率,还有效减少了氮肥损失。  (2)以尿素,氯化铵为对照,研究含氯脲铵对太湖地区稻麦轮作体系氨挥发、产量和氮肥利用率的影响。结果表明,稻季氮肥施入后,氨挥发损失主要发生在施肥后5~7天内,含氯脲铵两年氨挥发量均低于尿素和氯化铵,平均氨挥发总量比尿素和氯化铵减少了3.31 kgNha-1和5.98 kgNha-1。麦季氨挥发量仅占施氮量的2.1%~3.5%,且不同氮肥品种间氨挥发总量无显著差异。含氯脲铵增产效果和经济效益都高于尿素和氯化铵,其平均NUE也显著高于二者,分别为14.3%和17.1%,经济效益分别提高了3499元ha-1和887元ha-1。因此,在保证作物产量和农民收益的基础上,含氯脲铵氮肥在减少氨挥发损失,提高氮肥利用率上均显著优于尿素和氯化铵,值得在太湖地区推广使用。  (3)为了更加简便准确的测定植株中氯离子含量,本文对氯离子测定的不同前处理方法进行了比较分析。得出五种前处理方法(1.0%HNO3提取、0.5h沸水浴浸提法、1.5h沸水浴浸提法、0.2 mol L-1 H2SO4提取和2h热水保温浸提)中,1.0%HNO3提取法的准确度和精确度最高,其次是0.2 mol L-1H2SO4提取法,两种沸水浴提取法准确性较差,测得的氯离子含量随水浴时间的延长而升高。  (4)2014-2015年稻麦轮作体系下,不同施氯量处理的土壤表层含氯量变化特征大致相同。表现为在稻季土壤含氯量随着作物的生长而提高,在麦季则出现相反的趋势,一个稻麦轮作季结束后,各处理氯含量均低于100 mg kg-1且无显著差异。施用氯化铵有增加土壤氯含量升高的风险,不建议连续施用。含氯氮肥对土壤硝化作用有抑制效果,其抑硝作用在麦季更为明显,含氯脲铵和氯化铵处理的平均土壤NO3--N含量分别比尿素处理的平均土壤NO3--N含量减少了30.5%和51.3%。施用含氯氮肥处理的土壤脲酶活性低于尿素处理的土壤脲酶活性,施氯量越高土壤脲酶活性越低。作物吸收的60%以上的氯都存在于茎叶中,各处理籽粒含氯量均低于1%。相同施氮量下,含氯脲铵处理的植株含氮量最高,2014年稻季、2015年麦季和2015年稻季分别比尿素处理植株含氮量提高19.7%、17.4%和17.2%。初步研究可以得出,氯能提高植株含氮量。  综上所述,在太湖地区稻麦轮作体系下施用含氯脲铵,并以习惯施氮量减量20%作为施氮量(稻季240 kgNha-1,麦季168 kgNha-1),能获得最高的产量和最佳的经济效益,还能减少氨挥发,提高植株含氮量和氮肥利用率,值得在太湖地区推广使用。
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