黄土旱塬春玉米不同氮肥管理模式下氮素平衡和经济效益分析

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氮素是制约黄土旱塬春玉米产量的重要因素,为了追求高产,过量施肥现象普遍存在,导致施肥效益降低,土壤氮素残留增加,造成了肥料浪费和土壤污染。因此,研究不同氮肥管理模式下春玉米氮素利用、氮素平衡与经济效益,结合前期土壤氮素淋溶阻控的研究结果,提出科学合理的氮素管理措施,为指导当地春玉米生产提供科学依据。本试验在陕西省长武县境内的中国科学院长武黄土高原农业生态试验站进行了四年(2017年4月到2020年10月),春玉米品种为“先玉335”,一年一熟,半覆膜种植,采用完全随机区组设计,每个处理重复三次。包括四个不同试验:(1)减量施氮试验:在当地农户传统施氮量250 kg·hm-2的基础之上,依次递减20%,共设置七个不同氮量梯度。(2)秸秆深埋试验:在施氮量为200 kg·hm-2和250 kg·hm-2的两个不同水平基础上进行秸秆深埋。(3)硝化抑制剂试验:在施氮量为200 kg·hm-2的基础上加入硝化抑制剂(DCD),其添加量分别为氮肥施用量的1%、5%、10%和15%。(4)缓控释肥试验:在200 kg·hm-2的总施氮量条件下,设置缓控释肥与普通尿素不同配比,比例分别为65%+35%、50%+50%、35%+65%。每季玉米收获期测定玉米产量、植株氮含量和土壤硝铵态氮含量。主要试验结论如下:(1)在0 kg·hm-2~250 kg·hm-2施氮量范围内,随着施氮量的增加,玉米全氮含量、玉米总吸氮量随之显著增加,氮肥利用率呈现先增加后降低的趋势,并在施氮量为200kg·hm-2时达到最大值,其氮肥农学效率和氮肥生产效率并没有与氮肥施用量呈正相关关系,反而在低氮处理时表现较好。当施氮量为200 kg·hm-2时,秸秆还田不能增加玉米的全氮含量,但增加秸秆深埋可以增加玉米的总吸氮量、氮肥利用率、氮肥农学效率和氮肥生产效率。玉米全氮含量在控释尿素50%+普通尿素50%施用量时达到最大值,氮肥利用率在单施普通尿素时效果最佳,氮肥农学效率、氮肥生产效率在控释尿素65%+普通尿素35%处理时效果最佳。当施氮量为200 kg·hm-2时,DCD用量在5%~10%范围内玉米全氮含量显著增加;当DCD浓度为1%~10%时,玉米总吸氮量会随着DCD浓度的增加而增加,继续增加DCD用量玉米总吸氮量则呈现降低趋势,氮肥利用率随着DCD浓度的增加呈现先降低后升高的趋势,当DCD浓度在5%~10%区间时达到最大值,玉米氮肥农学效率、氮肥生产效率呈现先增加后降低的趋势。(2)随着施氮量的增加,作物氮携出量显著增加,当施氮量超过200 kg·hm-2时,土壤残留氮含量显著增加,土壤氮盈余也在施氮量为250 kg·hm-2时,达到最大值。在高施氮量处理前提下,增加秸秆深埋,会增加土壤的氮残留和氮素盈余,氮总输入量随施氮量和上一年残留矿质氮的增加而显著增加。控释尿素50%+普通尿素50%配施比单施普通尿素降低了作物携出氮含量,且降低了表观损失。增施硝化抑制剂没有增加氮素总输入,也没有显著增加作物氮携出量,在一定程度上会降低作物携出氮含量,但土壤硝态氮残留明显减少,当DCD含量在5%~10%之间时,氮盈余量相对较低。(3)在施氮量为0 kg·hm-2~250 kg·hm-2范围时,随着施氮量的增加,春玉米的产量和经济效益都呈现出了先增加后降低的变化,当施氮量为200 kg·hm-2时,产量和经济效益最高。在传统施氮量条件下(N 250 kg·hm-2),秸秆深埋能有效增加玉米产量和经济效益,在施氮量为200 kg·hm-2时增加秸秆深埋也会增加玉米产量和经济效益,但差异不显著。普通尿素配施缓控释肥会导致玉米减产,且显著降低了玉米的经济效益和产投比。当施氮量为200 kg·hm-2时,添加DCD浓度在10%左右时增产效果最好,继续增加DCD用量会造成玉米减产,且随着DCD浓度的增加,会显著降低经济效益和产投比。
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