稻田中N15標記硫酸銨的氮素平衡的研究初報

稻田中N15標記硫酸銨的氮素平衡的研究初報稻田中N15標記硫酸銨的氮素平衡的研究初報

引言

氮素是植物生長不可或缺的重要營養(yǎng)元素之一。在農田中，氮素的充分供應是保證作物高產的關鍵。然而，氮素的利用率卻不盡如人意，大量的氮素被浪費或者產生污染。穩(wěn)定同位素標記技術是研究氮素循環(huán)的有效方法之一，利用N15標記氮源可以定量追蹤氮素在土壤-植物系統(tǒng)中的轉移和轉化過程。本研究旨在利用N15標記硫酸銨，通過全面考察稻田中氮素的各種轉化和流失過程，揭示田間氮素平衡和肥料利用效率的機理。

材料與方法

本研究選擇典型的冬種稻田作為研究對象，在稻田中施加N15標記的硫酸銨作為氮源。研究期為一個稻季，以每15天為一個觀測周期，采用土壤-植物系統(tǒng)平衡方法，對氮素的各種轉化和流失過程進行追蹤記錄，并計算田間氮素平衡和肥料利用效率。具體實驗過程如下：

1.土壤采樣和分析：在每次觀測時，采集稻田表層土壤（0-20cm）和深層土壤（20-40cm）樣品，分別分析其有機質、全氮和全N15含量；

2.水分和氮素含量監(jiān)測：每周記錄土壤水分條件、田間流失水和稻株的生長狀況，并采集稻株、秸稈和落葉等植物部位樣品，測定其總氮和總N15含量；

3.氮素平衡計算：根據(jù)土壤-植物平衡法，計算碳酸根、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有機氮、吸收氮及氮流失等次數(shù)，以求出田間氮素平衡；

4.統(tǒng)計分析：采用經典統(tǒng)計方法對數(shù)據(jù)進行分析，得出各項氮素流失和肥料利用效率指標的均值和標準差，并對結果進行顯著性分析。

結果

1.土壤全N15含量：施加硫酸銨標記的土壤全N15含量顯著高于未施肥的土壤

2.稻株和土壤中氮素含量：隨著生長周期的延長，稻株和土壤中總氮和總N15含量均呈增長趨勢，其中以稻株中氮素的分配比例最高

3.氮素平衡和肥料利用效率：在研究期內，稻田中氮素的總平衡為負值，表明該冬稻田存在氮素的流失現(xiàn)象，肥料利用效率僅為30.8%，其中以硝態(tài)氮流失和氨揮發(fā)最嚴重

結論

本研究顯示，通過N15標記技術的應用，可以明確地揭示冬稻田中氮素的流失和利用效率。研究結果表明，稻田氮素流失和肥料利用效率低的主要原因是硝態(tài)氮流失和氨揮發(fā)，而土壤固氮作用表現(xiàn)欠佳，肥料利用率低下。因此，在種植稻田時應注意加強化肥管理，科學運用有機肥和生物肥料，促進土壤中的固氮作用，提高氮素的利用效率，減少氮素污染。影響氮素循環(huán)的因素很多，如土壤類型、氣候條件、土壤微生物群落等，這些因素相互作用，共同影響著氮素的循環(huán)。在實際生產中，農民通常采用化肥強化施用的方式來補充作物所需的氮素，但這種做法有時會導致土壤中的氮素濃度過高，引起土壤酸化、地下水及水體污染等問題。因此，探究稻田中氮素的循環(huán)機制，制定合理的農業(yè)生產措施以提高氮素利用率和減少氮素的流失和污染，對于保證農田生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定，提高糧食產量和質量，具有極其重要的意義。

在種植稻田的過程中，氮素循環(huán)主要包括以下幾個過程：氮肥的輸入、硝化-脫氫作用、氨揮發(fā)、硝態(tài)氮流失、固氮作用、全根吸收、秸稈還田等。其中，氮肥的輸入是稻田中氮素循環(huán)的重要來源，正確選擇施肥方式和施肥時間，有利于提高氮素的利用效率和減少氮素流失。硝化-脫氫作用是氮素的主要生物轉化過程，在這個過程中，土壤中的銨離子通過硝化-脫氫反應轉化成硝離子，從而使硝態(tài)氮的濃度逐漸增加。氨揮發(fā)是導致氮素流失的重要因素，氨通常是由于硝化-脫氫作用和固氮作用發(fā)生時土壤中的微生物產生的，未能被根部吸收或土壤顆粒吸附便會逸失。硝態(tài)氮的流失是稻田中主要的氮素來源，其流失形式有通過土壤到達地下水和流入河流等途徑。固氮作用是維持土壤氮平衡的重要途徑，這個過程是通過植物根部的根瘤菌吸收空氣中的氮氣后，將其轉化為銨離子來實現(xiàn)的。當植物根系有相應的根瘤菌存在時，它們能夠將氮氣轉化為表觀含氮化合物，從而增加土壤中銨態(tài)氮的濃度。全根吸收是指作物在生長過程中吸收土壤中所有可利用氮素的能力，這個過程受到多種因素的影響，如根系結構、植物物種、土壤類型等。秸稈還田是一種有效的農田經濟育種措施，能夠通過增加土壤中的有機質量和改善土壤性狀來促進稻田中的氮素循環(huán)。

本研究發(fā)現(xiàn)，冬種稻田中氮素的流失主要存在于硝態(tài)氮和氨揮發(fā)這兩個方面，肥料利用率很低，其中硝態(tài)氮流失的現(xiàn)象尤其嚴重。因此，在冬種稻田的管理過程中，應該調整施肥方式和時間，控制硝化過程的速度和程度，采用盡量少的氮肥和有機肥及化學修復劑等措施來提高土壤中氮素的利用率；同時，加強根瘤菌的管理，提高固氮作用的效率，可以有效地促進土壤中的氮素循環(huán)；此外，球根吸入劑、硫酸酸性處理等技術也可促進根系吸收。還田秸稈可增加土壤中有機質含量，改善土壤肥力，加強土壤結構的性質，從而有利于保持稻田中平衡的氮素環(huán)境。

總之，通過N15標記技術的應用，本研究提出了一系列