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期刊：Field Crop Ressearch 1区TOP/IF=5.6![]() 硝化抑制剂减少了N2O排放，但没有减少NH3排放；![]() 脲酶抑制剂减少N2O和NH3的排放；![]() 深度施肥减少了N2O和NH3的排放；![]() 利用抑制剂进行深层施肥可以在降低环境成本的同时获得较高的玉米产量。 |
创新肥料管理是提高作物产量和减少环境污染的最有效策略。深度施肥减少了NH3排放，提高了作物产量，但对N2O排放的影响尚不清楚。硝化作用或脲酶抑制剂触发N2O和NH3的交叉污染。关于创新的肥料管理策略是否可以在保持较高产量的同时减少氮排放，人们知之甚少。本研究于2019 - 2021年在中国黄土高原半湿润和干旱易发地区进行了玉米田间试验。为进一步验证研究结果，分别于2022年和2023年在半干旱和干旱易发地区进行了地面施肥(SF)、表面施肥加硝化作用(SNI)或脲酶抑制剂(SUI)、深度施肥(DF)和深度施肥加脲酶和硝化抑制剂(DUN)的试验处理。本研究的目的:(1)明确抑制剂和化肥对黄土高原旱地玉米产量和气态氮损失的影响，并确定影响的关键因素;(2)确定黄土高原地区旱作玉米种植最优肥料管理策略，为黄土高原地区稳定和提高玉米产量、减少氮素流失提供理论指导。春玉米旱作大田试验于2019 - 2023年进行，共设3个试验点(图1)。试验在中国陕西省咸阳市杨陵区西北农林科技大学曹新庄试验农场(杨凌，YL;34°17镑,108°)。试验场地位于黄土高原中部，海拔521 m。该地属于温带季风气候，处于半湿润和干旱易发地区。2022年，试验在甘肃省定西市安定区旱作节水示范园(Dingxi, DX;35°47个稀烂104°31)。实验场地位于黄土高原西部，海拔1822 m，属大陆性季风气候，被定义为半干旱、干旱易发地区。2023年，该实验在黄土高原东部的山西省太谷山西农业大学实验基地(太谷，TG;37°25镑,112°36)。实验场地位于黄土高原东部，海拔785 m，属于暖温带大陆性气候，被定义为半干旱区。![]()
图1 2019-2023年试验地点为杨凌(YL)、定西(DX)和太谷(TG)。3个试验点的试验处理一致，采用随机区组试验设计。每个处理在3个小区重复，每个小区测量7 m × 6 m。试验分为5个处理:(1)SF:地面施肥;(2) SNI:硝化抑制剂表面施肥;(3) SUI:脲酶抑制剂表面施肥;(4) DF:深度施肥;(5) DUN:硝化和脲酶抑制剂深度施肥。此外还准备了一个不施肥的地块来计算肥料的利用效率。SNI、SUI和DUN处理下，硝化抑制剂和脲酶抑制剂的添加量为施氮量的1%。硝化和脲酶抑制剂为双氰胺和N-(正丁基)硫磷三酰胺。DF和DUN下的施肥深度为25 cm。氮肥和磷肥用量分别为225 kg ha–1和105 kg ha–1。氮肥和磷肥的种类分别为普通尿素(N≥46%)和过磷酸钙(P2O5≥12%)，所有肥料和抑制剂在播种前条施一次。试验场地均富钾，试验场地未施钾肥。播种前，所有地块用深土机深埋至40 cm，然后施用所有肥料。所有处理均在黄土高原地区平栽模式下进行。春玉米品种“郑单958”的种植密度为7.5plants ha–1 ，行距为60 cm。播种日期为2019年4月15日、2020年5月4日、2021年4月22日、2022年4月26日和2023年4月17日。收获日期为2019年9月8日、2020年9月24日、2021年9月20日、2022年10月3日和2023年9月17日。收获后，将试验田中的所有稻草清除。所有试验田的作物生长完全依赖于试验期间的自然降水，不采用人工灌溉。试验田对杂草、病虫害的控制措施与当地农民的控制措施完全一致。试验开始前，所有试验田均未进行其他试验，因此土壤养分平衡对试验结果没有显著影响。其余方法见原文。
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图8 土壤硝态氮、铵态氮、脲酶活性、硝酸还原酶活性(NR)、亚硝酸盐还原酶活性(NiR)及羟胺活性(HyR)、N2O、NH3排放、氮素吸收、氮素利用效率(NUE)与玉米产量的关系
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图9 土壤NO3--N, NH4+-N与土壤N2O、NH3排放的关系。SF:地表施肥;SNI:硝化抑制剂表面施肥;SUI:脲酶抑制剂表面施肥;DF:深度施肥;DUN:硝化抑制剂和脲酶抑制剂深度施肥。
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图10 基于随机森林模型，各变量对土壤N2O排放(A)、NH3排放(B)、氮素利用效率(NUE, C)和玉米产量(D)的相对重要性。建立了土壤NO3--N, NH4+-N、脲酶活性、硝酸还原酶活性(NR)、亚硝酸盐还原酶活性(NiR)、羟胺活性(HyR)、N2O、NH3排放、氮素利用效率(NUE)与玉米产量之间的关系结构方程模型。黑线中带箭头的数值为自变量对因变量的标准化直接效应。矩形(R2)旁边的值是决定系数，表示因变量中总变量被自变量解释的比例。
5年3个场地的田间试验结果表明，抑制剂的添加和深度施肥通过调节土壤酶活性影响土壤无机氮含量，从而影响N2O和NH3的排放。DF处理下玉米减少NH3和N2O排放的能力与SUI和SNI处理相当，但DF处理下玉米产量增加更多。在DUN下，DF、SUI和SNI的优势组合使玉米产量、经济效益和NUE最高，N2O、NH3排放和GNLI最低。因此，利用硝化和脲酶抑制剂深度施肥可以以最低的环境成本获得黄土高原地区最高的玉米产量，以平衡生态效益和经济效益。(欢迎大家投稿、转发和建议，也希望与您共同讨论相关知识，共同进步！)
