寒地稻田土壤供氮及氮素利用特征的研究

我国稻田南北跨度大、土壤性质迥异，寒地稻田具有氮投入低（习惯施肥氮量为150 kg/ha，优化管理氮量可减少到100 kg/ha），氮效率高的特点（习惯施肥氮肥偏生产力（PFP）为40-50 kg/kg，优化氮肥管理后PFP平均可以达到90-100 kg/kg）。但是寒地稻田为什么实现氮高效的机制还不清楚，揭示这一机理对温带寒温带地区稻田施氮具有重要的指导意义。根据我们先期的研究推测，土壤供氮和施氮的协调可能是寒地稻田氮素高效利用的关键。本项目采用室内培养和田间原位培养相结合的方法，研究不同阶段寒地稻田土壤氮素矿化特征；并采用同位素示踪技术，通过15N微区试验和田间小区试验，研究不同阶段寒地稻田土壤氮素供应特点，稻田氮素的吸收、利用和分配规律及施用氮肥的去向，能够填补寒地稻田土壤供氮与氮素利用特征研究的不足，对深入认识和评价寒地稻田氮素循环过程具有重要的理论和现实意义。

在寒地稻田土壤供氮和水稻需氮的关系还不清楚。项目采用室内培养试验和田间原位培养试验相结合的方法，研究寒地稻田土壤供氮过程及供氮特征，并采用15N示踪技术研究土壤供氮和水稻吸氮的关系，以及施用氮肥的去向。研究结果表明，与南方稻田相比，寒地稻田土壤供氮前期较慢，后期较快，这种氮素供应特征与水稻吸氮规律更加协调，有利于减少氮素损失，这是寒地稻田氮素高效利用的原因之一。同时，寒地水稻100公斤籽粒吸氮量低，收获指数高，氮素响应高，因此氮肥施用量低，这也是寒地稻田氮素利用效率高的原因；项目利用改进的原位培养方法测定土壤氮素矿化量，研究发现该方法测定的土壤供氮曲线与无氮区水稻吸氮曲线基本相符，且土壤供氮与无氮区水稻吸氮有很好的相关性，相关系数达到了0.846和0.948，均达到1%的显著水平。阶段田间原位培养的方法测定的土壤矿化氮能解释土壤供氮能力的70%-90%，可以作为评价土壤供氮能力的指标；15N示踪试验显示，插秧后3周水稻吸收的肥料氮和土壤氮约各占50%；到穗分化期，水稻吸收的肥料氮比例降低为40%，但是如果大量施氮可使肥料供氮比例提高到55%；抽穗期以后，水稻吸氮以土壤氮为主，占水稻吸氮的70%以上，而肥料供氮不足30%。无论生育前期还是生育后期，施氮都会增加肥料供氮所占比例，而相应的降低土壤供氮所占比例，过量施氮的影响更大。在分蘖期，基肥和蘖肥供氮各占肥料供氮的50%左右；抽穗期，基蘖穗肥供氮比例分别约为30%、20%和50%；成熟期，肥料供氮仍然是穗肥所占比例最大，蘖肥供氮比例最低；基肥和蘖肥氮的作物回收为18-22%，加上土壤残留的项后总回收率仍然不到30%；穗肥氮的作物回收接近40%，总回收接近50%。寒地稻田氮素表观损失比较高，50-70%的氮通过各种途径损失掉了。习惯施氮以基蘖肥为主，并且氮素用量过高，因此氮肥利用率低，损失量大。优化施氮处理氮肥回收率比习惯施肥增加了46%，氮素损失降低了40%。这是因为优化氮肥管理（适宜的氮量和氮肥追施比例）能够促进抽穗后水稻对土壤氮和肥料氮的吸收，降低氮素损失，提高氮效率。这些研究结果，对于深入认识稻田氮素循环过程具有重要意义。