CN110261532A - 田间原位研究作物地上部分吸收农田追肥后挥发氮的方法 - Google Patents

田间原位研究作物地上部分吸收农田追肥后挥发氮的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110261532A
CN110261532A CN201910496261.XA CN201910496261A CN110261532A CN 110261532 A CN110261532 A CN 110261532A CN 201910496261 A CN201910496261 A CN 201910496261A CN 110261532 A CN110261532 A CN 110261532A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nitrogen
crop
crops
aerial part
farmland
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910496261.XA
Other languages
English (en)
Inventor
田玉华
尹斌
周伟
曾科
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Soil Science of CAS
Original Assignee
Institute of Soil Science of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Soil Science of CAS filed Critical Institute of Soil Science of CAS
Priority to CN201910496261.XA priority Critical patent/CN110261532A/zh
Publication of CN110261532A publication Critical patent/CN110261532A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/62—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N31/00—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods
    • G01N31/002—Determining nitrogen by transformation into ammonia, e.g. KJELDAHL method

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Fertilizers (AREA)

Abstract

田间原位研究作物地上部分吸收农田追肥后挥发氮的方法，在作物种植之前，把金属箱体插入土层中，箱内种植农作物，箱外作物成行种植，在农作物需氮高峰期追施氮肥时，在箱内施稳定性同位素15N标记氮肥，箱外施普通14N氮肥，氮肥类型和单位面积施用量相同，作物收获时，对箱体外农作物进行逐行采样，采用凯氏定氮法及同位素质谱仪分析测定氮含量和15N百分超，植株采样范围为收获时15N标记区外的至少5行农作物，分别测定每行农作物的生物量、氮含量以及15N原子百分超，计算各行作物15N吸收量，15N标记区外的15N吸收量总和即是15N标记区施肥后挥发的气态氮被作物地上部分吸收的量。

Description

田间原位研究作物地上部分吸收农田追肥后挥发氮的方法
技术领域
本发明属于农业生产中农田追肥后挥发损失的气态氮被作物地上部分吸收的技术领域，具体涉及一种田间原位研究农作物地上部分吸收追施氮肥挥发氮的方法。
背景技术
我国以世界9％的耕地养活了全球22％的人口，氮肥在我国粮食生产中做出了巨大贡献，我国是世界上最大的化学氮肥消耗国，目前占世界消耗总量的33％，随着化学氮肥的大量及不合理的施用，导致大量的气态含氮物质进入大气，引起一系列的环境问题，如大气PM2.5污染、温室效应、水体富营养化等。化学氮肥施入农田后一部分以气态途径溢出土表，然而，若氮肥作为追肥施用在作物生长旺盛期，氮肥挥发损失的气态氮也可作为植物的氮素营养被作物地上部分吸收利用。但是，目前在国际国内还没有适合的方法可以在田间原位研究氮肥施用后挥发的气态氮被作物地上部分吸收的程度及吸收量，这不仅阻碍了化肥氮的真实去向和农田大气污染物实际排放量的科学评估，还影响到农田化科学施用技术的制定与评价。因此，采用科学定量的方法在田间原位研究氮肥施入农田后逸出土表的气态氮被农作物地上部分的吸收利用尤为重要。
稳定性同位素15N示踪技术在农田氮素研究中主要用于研究施入的氮肥在土壤内部的迁移转化，被作物根系吸收利用、以及土壤残留的比例；在植物地上部分对含氮气体(主要是氨)吸收方面，仅有少数采用高浓度15NH3气在密闭室内饲喂植物的研究，这类研究改变了植物的生长环境，在气体浓度上与实际情况差异甚远。目前国内外还没有采用稳定性同位素15N氮肥在田间正常施肥情况下对施肥后作物冠层对施肥后气态氮的吸收利用的相关研究。
目前为止，已有的研究植物地上部分吸收气态氮的方法主要包括(1)微气象学法,是国外研究大面积农场氮肥气态迁移通常采用的方法，该方法对气象条件以及周边环境背景值要求较严，该法仅能根据气态氮浓度梯度定性判断作物冠层是否吸收了土表挥发的某种含氮气体，而且不能区分是来自土壤自身氮素还是施入的氮肥；(2)高浓度含氮气体(如NH3)饲喂法，即将植物置于密闭箱内，往箱内注入高浓度气体，一定时间后对植株进行分析，确定吸收量，这对于确认作物地上部分具有吸收气态氮的现象有意义，但该方法的研究环境与田间现实相差太大，不能用于现实中的作物在施肥后地上部分吸收土表挥发的气态氮的研究； (3)动态箱法，即采用真空泵负压法将土壤-作物地上部分整个系统排放的气态含氮物质抽进相应吸收液中，由于该法的动态箱需包含全部植株，因箱体较大，抽气量难以解决箱内温度湿度升高的问题，而且测定时间一般不能超过半小时，难以连续监测施肥后作物地上部分的吸收挥发氮量。因此，已有的方法要么不能在田间原位进行，要么不能连续监测，导致农田氮肥施用后农作物地上部分吸收挥发氮的程度及吸收量仍然未知。针对现有方法存在的问题，经过实地研究验证，提出该发明，实现田间原位研究农田氮肥施用后农作物地上部分吸收气态氮的定量评估。
发明内容
所解决的技术问题：本发明的目的在于提供一种研究农作物地上部分吸收施肥后挥发损失的气态氮的方法，尤其适用于粮食作物追肥后地上部分吸收气态氮的研究。
技术方案：一种田间原位研究农作物地上部分吸收农田追肥后挥发氮的方法，步骤为：在作物种植之前，把金属箱体插入土层中，箱内种植农作物，箱外作物成行种植，在农作物需氮高峰期追施氮肥时，在箱内施稳定性同位素15N标记氮肥，箱外施普通14N氮肥，氮肥类型和单位面积施用量相同，作物收获时，对箱体外农作物进行逐行采样，采用凯氏定氮法及同位素质谱仪分析测定氮含量和15N百分超，植株采样范围为收获时15N标记区外的至少5 行农作物，分别测定每行农作物的生物量、氮含量以及15N原子百分超，计算各行作物15N 吸收量，15N标记区外的15N吸收量总和即是15N标记区施肥后挥发的气态氮被作物地上部分吸收的量，即
，
其中Nuptake为作物地上部分吸收挥发气态氮总量，i为箱外作物行数，k为箱体外的作物最大行数，一般为5，Mi为第i行农作物生物量，ci为第i行农作物氮含量，15N％为第i行农作物15N原子百分超。
上述金属箱体为长60厘米、宽20厘米、高38厘米且上下两端开口，金属箱体一端嵌入农田土层30厘米，另一端在土层上方保留8厘米；箱体长边方向与施肥期间农田中盛行风向相垂直。
上述金属箱体嵌入土壤的一端磨为锋利刀片状。
嵌入农田的金属箱体在施肥后20天内，下雨前在其上方1.2米处设置遮雨板，至雨停时取下，遮雨板材料透明。
有益效果：发明人提出的研究农田追肥后农作物地上部分吸收挥发氮的技术及方法，使得田间原位研究农作物追肥后其地上部分吸收挥发氮的定量评价得以实现，克服了饲喂法不能田间原位、微气象学法不能区分土壤自身氮素及施入肥料氮的贡献、以及动态箱法不能连续监测的缺陷。
本发明中的防雨棚的高度可根据施肥时农作物的高度进行调整，农作物追肥的氮肥一般为尿素、复合肥或其他速效氮肥。本发明不仅能够研究水田，也可研究旱地作物追肥后地上部分吸收挥发氮的评估。研究期间施入稳定性同位素15N标记氮肥的箱内与箱外农田作物生长及收获量无明显差异，结果的重复性好，装置容易操作。
运用该方法可对不同种类农作物追施氮肥后地上部分吸收气态氮开展广泛的研究，在此基础上提出促进农作物高产优质生产，节约劳动成本，又可减少农业氮肥污染、增加肥效的技术措施，服务于现代农业发展。
附图说明
图1为：采用本发明研究稻田追施尿素后水稻地上部分对土表挥发氮的吸收示意图。
图2为：本发明装置结构示意图，图中：1-金属箱体；2-防雨棚；3-箱内稳定性15N标记尿素施用区；4-箱外采样区。
具体实施方式
以下通过具体实施方案介绍本发明的实现及所带来的有益效果，但不对本发明保护范围构成任何限定。
实施例1
监测实例
水稻孕穗期尿素施用后水稻地上部分吸收挥发氮的研究
选择3个面积为40平方米的水稻田间试验重复小区，每个小区中央嵌入一个长60厘米、宽20厘米、深38厘米(土层上方留8厘米)不锈钢箱体，试验地水稻追肥期间盛行南风，因此，箱体为东西方向，插秧时将水稻秧苗移栽于的不锈钢箱体内，箱内外水稻秧苗、水分管理及基蘖肥施用等均与箱外水稻完全一致。在水稻孕穗期进行追肥，施氮量为81公斤N/公顷，氮肥品种为尿素。箱内施入丰度为20％的15N标记尿素，同时在箱外施入普通尿素，施肥方法为傍晚撒施，施肥后第3天有雨，雨开始时将防雨棚插入箱体上方。
在水稻收获时，对箱外水稻植株进行逐行收获，按照籽粒、茎杆分别存放，70度烘干至恒重并分别称重，采用凯氏定氮法测定水稻籽粒及茎秆氮含量，之后采用稳定性同位素质谱仪测定各部分15N百分超，根据公式计算出箱外植株体内15N总量，同时计算出水稻地上部分吸收的15N量占追肥施氮量的比例。收获时需采集箱体外土壤样品，测定其15N原子百分超，箱体外土壤15N原子百分超接近土壤背景值时才可确定箱体内所施15N没有渗出箱体，箱外植株体内15N是来自气态挥发-再吸收的途径。
该研究中，箱体内外的水稻生长及收获量无明显差异，结果的重复性好。附图1即是该监测实例的结果，水稻追肥后，箱外水稻地上部分对箱内水稻孕穗期追肥后挥发氮有明显吸收，而且吸收量随距离箱体行数的增加呈指数下降，至第5行基本不再吸收。根据权利要求 1中的公式经计算箱体外第1、2、3、4和5行水稻地上部分吸收箱体内挥发的15N的量分别为2.33、1.26、0.85、0.50以及0.37毫克，箱内施入15N标记氮肥的15N含量为90毫克15N，因此可计算出箱外植株地上部分吸收箱内挥发的15N量占箱内施入15N总量的6％，证实了虽然水稻追肥施用的氮肥会有一部分逸出稻田土水表面，但该部分气态氮并没有进入大气损失掉，而是被水稻地上部分再次吸收。
在该项研究进行的同一块田块里，水稻施氮量与施用时间均与以上试验相同，孕穗肥施用后采用微气象学法和密闭室抽气法分别对水稻冠层上方以及稻田土-水表面的氨挥发进行监测，微气象学法需要试验地的半径为20米，要求在监测期间上风口200米处不能有明显的氨排放源，密闭室抽气法与微气象学法监测的量之差可认为是水稻地上部分吸收挥发氨的量，微气象学法和密闭室抽气法监测结果经过计算，得出水稻地上部分吸收了施氮量的6.2％。
该发明中提出的方法与公认的微气象学法结合密闭室抽气法的结果一致，但该发明研究需要面积小，不需要大面积均一的试验地以及试验地周围严格的背景值要求，不干扰水稻生长，同时避免了密闭室抽气法一系列繁琐的操作，该发明提出的方法在田间原位研究农作物追肥后地上部分吸收挥发氮是可行的，可做到完全不干扰作物生长以及养分吸收。不同类型农作物不同生育期的吸收能力有待进一步研究，这些研究结果对深入认识农田追肥的行为去向以及作物地上部分对于追施氮肥挥发损失的阻控赋予了新的认识和研究方向。

Claims (4)

1.一种田间原位研究农作物地上部分吸收农田追肥后挥发氮的方法，其特征在于步骤为：在作物种植之前，把金属箱体插入土层中，箱内种植农作物，箱外作物成行种植，在农作物需氮高峰期追施氮肥时，在箱内施稳定性同位素15N标记氮肥，箱外施普通14N氮肥，氮肥类型和单位面积施用量相同，作物收获时，对箱体外农作物进行逐行采样，采用凯氏定氮法及同位素质谱仪分析测定氮含量和15N百分超，植株采样范围为收获时15N标记区外的至少5行农作物，分别测定每行农作物的生物量、氮含量以及15N原子百分超，计算各行作物15N吸收量，15N标记区外的15N吸收量总和即是15N标记区施肥后挥发的气态氮被作物地上部分吸收的量，即
，
其中Nuptake为作物地上部分吸收挥发气态氮总量，i为箱外作物行数，k为箱体外的作物最大行数，Mi为第i行农作物生物量，ci为第i行农作物氮含量，15N％为第i行农作物15N原子百分超。
2.根据权利要求1所述田间原位研究农作物地上部分吸收农田追肥后挥发氮的方法，其特征在于所述金属箱体为长60厘米、宽20厘米、高38厘米且上下两端开口，金属箱体一端嵌入农田土层30厘米，另一端在土层上方保留8厘米；箱体长边方向与施肥期间农田中盛行风向相垂直。
3.根据权利要求2所述田间原位研究农作物地上部分吸收农田追肥后挥发氮的方法，其特征在于所述金属箱体嵌入土壤的一端磨为锋利刀片状。
4.根据权利要求2所述田间原位研究农作物地上部分吸收农田追肥后挥发氮的方法，其特征在于嵌入农田的金属箱体在施肥后20天内，下雨前在其上方1.2米处设置遮雨板，至雨停时取下，遮雨板材料透明。
CN201910496261.XA 2019-06-10 2019-06-10 田间原位研究作物地上部分吸收农田追肥后挥发氮的方法 Pending CN110261532A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910496261.XA CN110261532A (zh) 2019-06-10 2019-06-10 田间原位研究作物地上部分吸收农田追肥后挥发氮的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910496261.XA CN110261532A (zh) 2019-06-10 2019-06-10 田间原位研究作物地上部分吸收农田追肥后挥发氮的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110261532A true CN110261532A (zh) 2019-09-20

Family

ID=67917285

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910496261.XA Pending CN110261532A (zh) 2019-06-10 2019-06-10 田间原位研究作物地上部分吸收农田追肥后挥发氮的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110261532A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113324870A (zh) * 2021-06-18 2021-08-31 河北省农林科学院粮油作物研究所 一种定量作物非根器官氮素吸收及其氮营养贡献的方法
CN113671156A (zh) * 2021-08-25 2021-11-19 河北省农林科学院粮油作物研究所 一种定量土壤有效氮对作物氮营养贡献率的方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106651613A (zh) * 2016-10-14 2017-05-10 河北省农林科学院粮油作物研究所 一种还田作物秸秆氮去向的定量测定方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106651613A (zh) * 2016-10-14 2017-05-10 河北省农林科学院粮油作物研究所 一种还田作物秸秆氮去向的定量测定方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DENG MEI-HUA等: "Optimizing Nitrogen Fertilizer Application for Rice Production in the Taihu Lake Region, China", 《 SOIL SCIENCE SOCIETY OF CHINA》 *
周伟等: "太湖地区水稻追肥的氨挥发损失和氮素平衡", 《中国生态农业学报》 *
彭玉净: "太湖地区稻田氮肥利用及冠层的氨吸收和氨排放对策研究", 《道客巴巴》 *
陈能场等: "植物地上部氮素损失及其机理研究现状与展望", 《植物生态学报》 *
马晓林等: "植物对有机氮源的利用及其在生态系统中的意义", 《青海草业》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113324870A (zh) * 2021-06-18 2021-08-31 河北省农林科学院粮油作物研究所 一种定量作物非根器官氮素吸收及其氮营养贡献的方法
CN113324870B (zh) * 2021-06-18 2022-02-01 河北省农林科学院粮油作物研究所 一种定量作物非根器官氮素吸收及其氮营养贡献的方法
CN113671156A (zh) * 2021-08-25 2021-11-19 河北省农林科学院粮油作物研究所 一种定量土壤有效氮对作物氮营养贡献率的方法
CN113671156B (zh) * 2021-08-25 2023-02-03 河北省农林科学院粮油作物研究所 一种定量土壤有效氮对作物氮营养贡献率的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Fan et al. Improving nutrient and water use efficiencies using water-drip irrigation and fertilization technology in Northeast China
Liu et al. Responses of yield and water use efficiency to irrigation amount decided by pan evaporation for winter wheat
Xu et al. Ammonia volatilization losses from a rice paddy with different irrigation and nitrogen managements
Zheng et al. Evapotranspiration partitioning and water productivity of rainfed maize under contrasting mulching conditions in Northwest China
Wijeratne et al. Assessment of impact of climate change on productivity of tea (Camellia sinensis L.) plantations in Sri Lanka
Behera et al. Effect of fertilization and irrigation schedule on water and fertilizer solute transport for wheat crop in a sub-humid sub-tropical region
Chen et al. Recovery efficiency and loss of 15N-labelled urea in a rice-soil system under water saving irrigation in the Songnen Plain of Northeast China
Guo et al. Tracking nitrogen losses in a greenhouse crop rotation experiment in North China using the EU-Rotate_N simulation model
Xu et al. Improved water management to reduce greenhouse gas emissions in no-till rapeseed–rice rotations in Central China
Li et al. Ecosystem water use efficiency for a sparse vineyard in arid northwest China
Yao et al. Water-saving ground cover rice production system reduces net greenhouse gas fluxes in an annual rice-based cropping system
Zhang et al. Characteristics of the water–energy–carbon fluxes of irrigated pear (Pyrus bretschneideri Rehd) orchards in the North China Plain
Louwerse Effects of CO2 concentration and irradiance on the stomatal behaviour of maize, barley and sunflower plants in the field
Becker et al. Effects of transition season management on soil N dynamics and system N balances in rice–wheat rotations of Nepal
Lu et al. Sustainable high grain yield, nitrogen use efficiency and water productivity can be achieved in wheat-maize rotation system by changing irrigation and fertilization strategy
Xu et al. Gaseous losses of nitrogen by ammonia volatilization and nitrous oxide emissions from rice paddies with different irrigation management
Sun et al. Hydraulic lift by Juglans regia relates to nutrient status in the intercropped shallow-root crop plant
Swain et al. Greenhouse gas emissions and energy exchange in wet and dry season rice: eddy covariance-based approach
Zhang et al. Effects of cotton field management practices on soil CO 2 emission and C balance in an arid region of Northwest China
CN110261532A (zh) 田间原位研究作物地上部分吸收农田追肥后挥发氮的方法
Shi et al. Modeling ammonia volatilization following urea and controlled-release urea application to paddy fields
Pacholski et al. Comparison of different methods for the measurement of ammonia volatilization after urea application in Henan Province, China
CN106613810A (zh) 一种铁皮石斛的种植方法
CN111316803A (zh) 一种农作物微喷施肥栽培方法
CN107409682B (zh) 一种光伏架下人工草地的建植方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190920