典型作物根际土壤溶液硝态氮浓度及淋失特征研究

摘要

我国北方典型农田体系田间状态下作物根系区域及不同根际部位土壤溶液氮浓度特征研究甚少,田间原位测定根系土壤溶液技术尚不成熟。本研究选择华北平原棚室蔬菜与小麦／玉米体系为研究对象,采用抖土法和提取法测定根际土壤溶液氮浓度,探讨作物在不同生育期根际与非根际土壤溶液氮浓度变化,同时在氮素最大效率期对不同根系部位土壤溶液氮浓度进行比较,明确不同氮素条件下土壤溶液硝态氮的时空变化规律,并通过分析厚不饱和层土壤氮素淋失特征,为探明两种种植体系氮素淋失机制,降低硝态氮淋溶损失及预防地下水污染提供理论依据。主要研究结果如下：
　　 ⑴玉米在生长季耕层土壤溶液受氮素输入的影响,三叶期与大喇叭口期根际氮浓度显著高于非根际,表明根系对NO3--N吸收较弱,氮素向根表富集；其他时期低于非根际,表明根系对NO3--N吸收较高,NO3--N向根表迁移较低。大喇叭口期土壤剖面根际氮浓度高于非根际,浓度范围分别为0.98-5.34和0.51-0.67 mmol／L;抽雄吐丝期根际、非根际土壤溶液氮浓度均低于2 mmol／L;成熟期根际氮浓度低于非根际,分别在0.62—1.37和0.89-2.35 mmol／L之间波动。在氮素最大效率期,各轮根区域氮浓度随着土壤深度的增加呈降低趋势；不同根际部位变化趋势为:根际>根区>非根际。
　　 ⑵小麦整个生育期耕层土壤溶液随着氮源的补充,苗期、拔节期与孕穗扬花期根际氮浓度高于非根际,表明根际对NO3--N的吸收能力降低；其他时期显著低于非根际,表明根系对氮素的吸收显著高于氮素的迁移,导致氮素在非根际中富集。从整个土壤剖面来看,拔节期根际氮浓度在2.14-6.57 mmol／L之间,高于非根际；孕穗扬花期在0-60 cm根际氮浓度高于非根际,60 cm以下根际、非根际氮浓度逐渐降低且相差不大；成熟期根际氮浓度均低于非根际,范围分别为0.60-1.39和1.02-3.08 mmol／L。
　　 ⑶番茄耕层根际氮浓度除开花期外,苗期、座果期、采收期与成熟期均显著高于非根际,表明根际对NO3--N的吸收能力降低。座果期整个土壤剖面根际氮浓度高于非根际,范围分别为2.46-7.48和2.41-6.44 mmol／L；采收期1根系区域氮浓度均有所上升,范围分别为2.50-15.71和2.55-7.50 mmol／L；成熟期根际浓度在2.54-14.61mmol／L,范围内波动,高于非根际。番茄在氮素最大效率期随着土壤深度的增加,各根系区域氮浓度依次降低；不同根际部位氮浓度高低顺序为:侧根根际>主根根际>根区>非根际。采收期1根系区域氮浓度高于座果期,更具有向深层淋溶的风险。
　　 ⑷小麦／玉米根系在施肥灌水期依赖于低亲和力转运系统,养分存在淋溶风险,多数生育期都是高亲和力转运系统运转,并且随着土壤深度的增加,根系同样以高亲和力转运系统为主,淋溶风险较小；番茄在整个生育期根系主要依赖于低亲和力转运系统,使根系区域保持较高的氮浓度,养分易淋洗移出根区,对地下水造成污染。
　　 ⑸两种种植体系下,棚室蔬菜土壤硝态氮含量显著高于农田,且淋溶到10米以下；小麦／玉米农田土壤剖面硝态氮主要集中0-3 m土层,3 m以下没有明显累积。棚室蔬菜土壤对地下水的威胁性远大于农田,且地下水埋深越浅越容易受硝酸盐污染。

目录

文摘

英文文摘

1 引言

1.1 研究背景

1.2 国内外研究发展

1.2.1 我国氮肥施用现状

1.2.2 土壤硝态氮的累积和淋失

1.2.3 氮素去向及对环境的影响

1.2.4 根际微域氮素营养

1.3 研究目标

1.3.1 研究目标

1.3.2 拟解决的关键性问题

1.4 研究内容和方法

1.4.1 研究内容

1.4.2 研究方法

1.5 技术路线

2 材料与方法

2.1 试验条件概述

2.1.1 研究区域概况

2.1.2 土壤基本理化性质

2.2 试验方案

2.2.1 根际氮浓度试验

2.2.2 深层土壤硝态氮分布与累积试验

2.3 样品测定

2.4 计算公式及统计方法

2.4.1 计算公式

2.4.2 统计方法

3 结果与分析

3.1 玉米根际与非根际土壤溶液氮浓度特征研究

3.1.1 不同生育期耕层根际与非根际土壤溶液硝态氮浓度动态分析

3.1.2 根系区域土壤溶液氮浓度及其与根长密度、根干重的相关性

3.1.3 氮素最大效率期不同根际部位土壤溶液氮浓度比较

3.1.4 小结

3.2 小麦根际与非根际土壤溶液氮浓度动态研究

3.2.1 不同生育期耕层根际与非根际土壤溶液硝态氮浓度动态分析

3.2.2 根系区域土壤溶液氮浓度及其与根长密度、根干重的相关性

3.2.3 小结

3.3 番茄根际与非根际土壤溶液氮浓度动态研究

3.3.1 耕层根际与非根际土壤溶液硝态氮浓度在不同生育期的动态变化

3.3.2 番茄根系区域土壤溶液氮浓度及其与根长密度、根干重的相关性

3.3.3 氮素最大效率期不同根际部位土壤溶液氮浓度的比较

3.3.4 小结

3.4 典型农田体系厚不饱和层土壤硝态氮累积与淋失特征

3.4.1 棚室蔬菜与小麦/玉米体系氮肥施用差异与氮素平衡

3.4.2 棚室蔬菜与小麦/玉米体系厚不饱和层土壤氮素分布特征

3.4.3 土壤剖面氮素淋失和土壤质地的关系

3.4.4 棚室蔬菜与小麦压米体系土壤硝态氮累积特征及对地下水污染潜力分析

3.4.5 小结

4 主要结论与讨论

4.1 主要结论

4.2 讨论

4.2.1 根际土壤溶液提取方法的比较研究

4.2.2 植物根际吸收转运系统临界氮浓度的比较研究

4.2.3 不同种植体系根系区域氮素变化规律的分析

4.2.4 不同种植体系土壤氮素累积运移分析

4.2.5 土壤质地对硝态氮运移的影响

5 展望

参考文献

在读期间发表的学术论文

作者简介

致谢

附件