冬小麦-夏玉米轮作节水体系土壤硝态氮的周年变异与利用特性

华北地区主要种植方式冬小麦-夏玉米轮作体系中，由于长期过量施肥，导致硝态氮在土壤剖面不同层次大量累积，浅层地下水硝酸盐污染日益严重。但由于缺少土壤氮素有效标记方法，有关其定量研究难以进行。本研究利用15N同位素"补偿平衡法"对土壤硝态氮进行标记，在控制及大田生产条件下，从冬小麦-夏玉米轮作体系出发，通过土柱模拟大田、灌水模拟降雨等方法，定量研究不同降水年型玉米季、不同水分管理小麦季累积于土壤剖面不同层次的硝态氮在整个轮作周期中的去向及运移特性，小麦节水栽培对后茬玉米季不同土壤层次硝态氮运移的影响，揭示冬小麦-夏玉米轮作体系中土壤硝态氮的运移规律及其作物有效性，阐明小麦节水栽培在抑制玉米季土壤硝态氮向深层移动/损失中的作用。有关研究结果对于提高华北地区冬小麦-夏玉米轮作体系土壤硝态氮的利用效率，减轻硝酸盐淋洗对环境的压力，实现该地区水氮管理优化与水氮利用效率协同提高具有重要的理论与实践意义。

本项目针对华北地区主要种植方式冬小麦-夏玉米轮作体系中，由于长期过量施肥，导致硝态氮在土壤不同层次大量累积，浅层地下水硝酸盐污染日益严重等问题，利用15N同位素“补偿平衡法”对土壤硝态氮进行标记，在控制及大田条件下，通过土柱模拟大田、灌水模拟降雨等方法，定量研究了冬小麦-夏玉米轮作体系土壤硝态氮周年变异与利用特性。结果表明，①冬小麦可吸收2m土体土层中残留的硝态氮，吸收率变幅在0.21%～33.46%之间；夏玉米可吸收0-140 cm土壤剖面残留硝态氮，变幅在0.44%～24.93%之间。两作物吸收率均随着土层的加深而减小。②残留土壤硝态氮在冬小麦和夏玉米季都发生了上、下移动，夏玉米播前土壤残留硝态氮有在玉米季整体下移后，在小麦季整体上移的趋势。冬小麦季向上移动的最大距离为40 cm，向下移动的最大距离为100 cm，并且土壤深层的硝态氮上下移动幅度相对较小。③经过一个轮作周期后，夏玉米播前各土层硝态氮的土壤残留率在36.48%～44.99%之间，整个轮作周期损失率在25.97%～59.05%之间。④土柱模拟条件下，冬小麦和夏玉米氮营养来源中，播前土壤剖面累积的硝态氮、当季施入的肥料氮和其他氮素来源分别所占的比例依次为17.70%、42.65%、39.66%与12.99%、43.88%、43.13%。三年来，项目投入研究人员7名，按计划完成了研究任务，已发表论文5篇，获得省部级奖励和发明专利各1项，培养研究生3名。