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我国是氮肥生产和消费大国,氮肥对保证我国粮食安全具有重要意义。但目前氮肥利用率偏低已成为影响氮肥经济效益和环境效益的主要因素。近年来,氮肥增效剂的生产和应用在农业生产中发展迅速,为氮肥施用所带来的负面影响提供了可行的解决途径。本研究采用室内培养和田间小区试验相结合的方法,研究了不同氮肥增效材料对土壤氮素转化、作物产量及氮素利用的影响,并对小麦/玉米轮作体系周年农田氮素平衡盈余状况进行了分析。主要研究结果如下: (1)氮肥增效剂对土壤氮素转化的调控效果显著。适宜用量的沸石和腐植酸与氮肥配合施用均表现出了一定的对土壤氮素的保蓄效果,但腐植酸的添加并没有表现出明显的硝化抑制功能,后期反而提高了土壤硝态氮含量;硝化抑制剂可以显著抑制土壤铵态氮氧化,21d时的抑制强度最大,土壤表观硝化率比对照降低了68.6%,28d试验结束时的土壤表观硝化率仍比对照低51.6%;氮肥增效剂组合则能够有效降低土壤的表观硝化作用强度,表现出了一定的对土壤氮素转化的协同调控效果。 (2)氮肥增效剂的添加使得氮肥释放总量比对照降低了9.61%~27.24%,氮素残留率(NH4+-N+NO3-N)提高了17.12%~73.94%,且淋失氮素中硝态氮占比明显降低。说明沸石、腐植酸与抑制剂的配合使用使肥料的保肥性得到了明显改善。 (3)氮肥增效剂的使用使小麦和玉米产量分别提高了3.04%~13.29%和8.31%~16.08%;小麦季氮肥表观利用率和周年轮作体系两季的氮肥表观利用率分别提高了28.88%~123.05%和11.15%~33.86%。硝化抑制剂的增产效果优于单施沸石和腐植酸,而与脲酶抑制剂、沸石或腐植酸配施,氮肥利用效率进一步提高。说明氮肥增效剂的使用对作物产量形成和氮素吸收具有明显的提高和促进作用。 (4)氮肥施用会明显增加土壤剖面0~100cm土层NO3--N残留,且随种植时间延长,硝态氮下移趋势增强。经过一个小麦/玉米轮作周期后,与对照相比,添加氮肥增效剂处理的土壤NO3--N累积峰上移了40cm,20~40cm土层NO3--N累积量提高了51.15%~82.49%,而80~100cm土层土壤NO3-N累积量降低了5.92%~30.57%。由此可见,氮肥增效剂的使用可以有效阻控NO3--N向土壤深层的淋溶,这样既有利于补充土壤氮库,保证当季作物生育后期的氮素营养,也有利于缓解环境污染,提高氮肥利用效率。 (5)对小麦/玉米轮作体系的氮素收支平衡分析可知,各处理在周年生产中均有盈余,盈余量为103.69~155.33kg/hm2,相当于施肥总量的23.84%~35.71%。在盈余氮素中,除去环境损失的氮素外,有38.67%~67.69%的氮素是以无机氮形式残留在0~100cm土层中,存在较大的环境风险。而与施用尿素相比,氮肥增效剂的使用可以使作物吸氮量和土壤残留氮量分别提高4.34%~9.81%和9.38%~34.71%,相应地使土壤表观损失量降低20.83%~59.45%。因此,氮肥增效剂的使用对优化肥料产品性能、提高氮肥利用效率、缓解氮肥污染方面必将发挥重要作用。