本發(fā)明屬于農(nóng)田營養(yǎng)循環(huán)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種還田作物秸稈氮去向的定量測定方法。

背景技術(shù)：

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中每年都要產(chǎn)生大量的作物秸稈，最近幾年中國主要作物的秸稈年產(chǎn)量都在7億t以上，秸稈還田是處理作物秸稈的最有效的方式之一。一方面，秸稈還田可以顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)，改善土壤孔隙、團(tuán)聚、吸附、緩沖等理化性狀，提高土壤蓄水保肥能力，最終提升耕地質(zhì)量和土壤生產(chǎn)力；另一方面，秸稈還田還可以使秸稈中含有的礦質(zhì)營養(yǎng)返還到土壤中，補(bǔ)償作物的吸收，促進(jìn)養(yǎng)分平衡。因此，秸稈還田已成為提高作物產(chǎn)量、實(shí)現(xiàn)資源可持續(xù)利用和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)十分重要的農(nóng)藝措施。例如在我國華北平原，冬小麥、夏玉米作物收獲后秸稈還田是秸稈處理的主要方式，小麥?zhǔn)斋@后秸稈一般拋灑覆蓋地面還田，玉米收獲后秸稈一般粉碎旋耕翻壓還田。在中等產(chǎn)量水平下，每年就有8500-11000kg·hm^-2的小麥秸稈、7500-10500kg·hm^-2的玉米秸稈還田，高產(chǎn)條件下秸稈還田量更大，一般生產(chǎn)條件下，小麥玉米收獲后每年大約有90-120kg·hm^-2的氮素隨秸稈還田，還田秸稈氮現(xiàn)已成為該輪作體系土壤氮素的重要來源之一。

還田秸稈中氮素大致可分為貯存性氮素和結(jié)構(gòu)性氮素，貯存性氮素包括滯留在秸稈中的硝態(tài)氮、銨態(tài)氮等無機(jī)氮和一些小分子有機(jī)氮，結(jié)構(gòu)性氮素包括葉綠素、蛋白質(zhì)、蛋白酶、嘌呤、嘧啶、胺類、氨基化合物和各種維生素中的氮。貯存性無機(jī)氮從秸稈中釋放后就能直接被作物和微生物吸收，而結(jié)構(gòu)性氮和貯存性有機(jī)氮必須先被微生物礦化為無機(jī)氮才能被利用。國內(nèi)外很多研究對(duì)還田秸稈本身的降解規(guī)律進(jìn)行了大量報(bào)道，但對(duì)還田秸稈中氮素的釋放、礦化特征與作物利用特性尚未有清晰的認(rèn)識(shí)，以往有關(guān)還田作物秸稈降解和秸稈氮素去向的研究中，一般都是采用尼龍網(wǎng)袋法，即將特定量的秸稈裝入尼龍網(wǎng)袋直接埋到一定深度的土壤中，一定時(shí)間后取出測定秸稈腐解程度，首先，這種方法中秸稈集中在一起，與土壤的實(shí)際接觸面積小，進(jìn)而減少了土壤微生物接觸秸稈的機(jī)會(huì)，從而影響其分解，其次，由于尼龍網(wǎng)袋的存在勢必會(huì)影響作物根系的生長，從而影響作物對(duì)秸稈釋放的氮素的吸收，總之，由于尼龍網(wǎng)袋法之下的還田秸稈與實(shí)際還田秸稈所處的環(huán)境不一致，因此不能真實(shí)客觀地反映秸稈氮的礦化釋放規(guī)律及作物利用特性，而且，以前的研究往往只關(guān)注秸稈本身的降解規(guī)律，對(duì)秸稈有機(jī)氮如何礦化、秸稈無機(jī)氮的組分及如何向土壤中釋放、還田秸稈氮各種去向的定量研究尚處于空白階段。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種還田作物秸稈氮去向的定量測定方法，該測定方法借助氮肥的形式將可追蹤的¹⁵N輸送至秸稈中，在秸稈還田、分解的過程測定殘留秸稈、土壤及后茬作物中¹⁵N的含量，從而實(shí)現(xiàn)氮去向的定量測定，測定結(jié)果較為直觀地反映還田秸稈中氮的去向，測定方法穩(wěn)定可靠，可參考性較強(qiáng)。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案是：

一種還田作物秸稈氮去向的定量測定方法，關(guān)鍵點(diǎn)是，所述的定量測定方法包括以下步驟：

A、獲取標(biāo)記秸稈

在田間設(shè)置第一實(shí)驗(yàn)地塊，在第一實(shí)驗(yàn)地塊中種植作物，在作物生長期內(nèi)向第一實(shí)驗(yàn)地塊中施入¹⁵N標(biāo)記氮肥，¹⁵N標(biāo)記氮肥為酰胺態(tài)、銨態(tài)或者硝態(tài)氮肥，選用酰胺態(tài)或銨態(tài)氮肥時(shí)，其¹⁵N豐度不低于30％，選用硝態(tài)氮肥時(shí)，其¹⁵N豐度不低于90％，經(jīng)過一個(gè)生長期的吸收，作物秸稈中含有¹⁵N標(biāo)記氮素，作物收獲后剩余的秸稈即為¹⁵N標(biāo)記秸稈，取樣測定¹⁵N標(biāo)記秸稈中的有機(jī)氮、無機(jī)氮的含量及其中的¹⁵N豐度；

B、標(biāo)記秸稈還田

在大田中設(shè)置第二實(shí)驗(yàn)地塊，將第一實(shí)驗(yàn)地塊中獲取的¹⁵N標(biāo)記秸稈放置于第二試驗(yàn)地塊中并進(jìn)行秸稈還田；

C、測定氮素動(dòng)態(tài)

在第二實(shí)驗(yàn)地塊中種植的后茬作物，在作物的每個(gè)生育時(shí)期檢測殘留的¹⁵N標(biāo)記秸稈以及土壤中的¹⁵N含量，即可獲得還田后的¹⁵N標(biāo)記秸稈中有機(jī)氮、無機(jī)氮釋放的動(dòng)態(tài)規(guī)律；

D、測定標(biāo)記秸稈中氮的去向

在第二實(shí)驗(yàn)地塊中種植的后茬作物收獲后，測定后茬作物吸收的、殘留的¹⁵N標(biāo)記秸稈中的以及土壤中的¹⁵N含量，即可確定標(biāo)記秸稈還田后氮的去向。

所述的步驟A中，酰胺態(tài)或銨態(tài)氮肥中¹⁵N豐度為40％，硝態(tài)氮肥中¹⁵N豐度為95％。

所述的步驟A和步驟B中，第一實(shí)驗(yàn)地塊和第二實(shí)驗(yàn)地塊四周與外界土壤之間設(shè)置有隔離板，隔離板深入土壤中的深度為1-2m，上端露出土壤的高度為5-10cm。

所述的步驟A和步驟B中，第一實(shí)驗(yàn)地塊和第二實(shí)驗(yàn)地塊均為面積是1-2m²的矩形微區(qū)。

所述的步驟B中，第二實(shí)驗(yàn)地塊中種植有作物，在第二實(shí)驗(yàn)地塊中的作物秸稈及其根茬移除后將第一實(shí)驗(yàn)地塊中的¹⁵N標(biāo)記秸稈及其根茬放入第二實(shí)驗(yàn)地塊中，然后再進(jìn)行秸稈還田。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明中的測定方法采用可追蹤的¹⁵N作為標(biāo)記因子，以氮肥的形式使¹⁵N被作物吸收并形成用于還田的標(biāo)記秸稈，在該過程中通過第一實(shí)驗(yàn)地塊到第二實(shí)驗(yàn)地塊的位置轉(zhuǎn)換形成氮的流通去向目標(biāo)位置，且該目標(biāo)位置中不含有¹⁵N，最大限度確保了變量唯一，測定結(jié)果準(zhǔn)確可靠，在作物的各個(gè)生長時(shí)期以及每一季作物收獲時(shí)進(jìn)行¹⁵N檢測，可以較為直觀地反饋¹⁵N標(biāo)記秸稈中氮在每個(gè)生長時(shí)期的流通動(dòng)態(tài)、在不同生長季間隔后氮的去向，真實(shí)客觀地反映秸稈氮的礦化釋放規(guī)律及作物利用特性，對(duì)秸稈有機(jī)氮如何礦化、秸稈無機(jī)氮的組分及如何向土壤中釋放、還田秸稈氮各種去向的定量分析提供較為準(zhǔn)確的指導(dǎo)。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明涉及一種還田作物秸稈氮去向的定量測定方法，該測定方法包括用¹⁵N獲取標(biāo)記秸稈、標(biāo)記秸稈還田、測定氮素動(dòng)態(tài)及測定氮去向等步驟，在田間選取具有代表性的地塊作為實(shí)驗(yàn)地塊，實(shí)驗(yàn)地塊為兩個(gè)，一個(gè)用于獲取標(biāo)記秸稈，另一個(gè)用于標(biāo)記秸稈的還田及其后期測定工作，下面對(duì)測定方法的具體過程進(jìn)行介紹。

具體實(shí)施例，所述的定量測定方法包括以下具體步驟：

A、獲取標(biāo)記秸稈

在田間設(shè)置與外界土壤隔離的第一實(shí)驗(yàn)地塊和第二實(shí)驗(yàn)地塊，第一實(shí)驗(yàn)地塊和第二實(shí)驗(yàn)地塊四周與外界土壤之間設(shè)置隔離板，四個(gè)隔離板均采用鍍鋅鐵板，能夠減緩?fù)寥缹?duì)隔離板產(chǎn)生的銹蝕作用，保證其正常使用，延長使用壽命，四個(gè)隔離板構(gòu)成一個(gè)上下相通的鐵框，鐵框的橫截面積根據(jù)作物的類型進(jìn)行選擇，如果是小麥等較為低矮作物，那么為1m²，如果是玉米等較高的作物，則其面積可以設(shè)置在2m²，隔離板在土壤中的設(shè)置深度為1m，該深度能夠限制大部分作物根系生長在第一實(shí)驗(yàn)地塊中，而且避免了隔離板設(shè)置深度繼續(xù)增加導(dǎo)致的成本增加，排除了外界土壤和作物對(duì)第一實(shí)驗(yàn)地塊和其中的標(biāo)記秸稈的影響，隔離板露出土壤的高度為5cm，保證灌溉水不流失到外界土壤中，在第一實(shí)驗(yàn)地塊中種植作物，在作物生長期內(nèi)向第一實(shí)驗(yàn)地塊中施入高豐度¹⁵N標(biāo)記氮肥，¹⁵N標(biāo)記氮肥為酰胺態(tài)、銨態(tài)或者硝態(tài)氮肥，當(dāng)選用酰胺態(tài)或銨態(tài)氮肥時(shí)，其¹⁵N豐度為40％，當(dāng)選用硝態(tài)氮肥時(shí)，其¹⁵N豐度為95％，該¹⁵N豐度數(shù)值的選取能夠避免¹⁵N含量低造成的較大誤差，保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性，而且避免了¹⁵N豐度過高造成的浪費(fèi)，經(jīng)過一個(gè)生長期的吸收，作物秸稈中含有¹⁵N標(biāo)記氮素，作物收獲后剩余的秸稈即為¹⁵N標(biāo)記秸稈，取樣測定¹⁵N標(biāo)記秸稈中的有機(jī)氮、無機(jī)氮的含量及其中的¹⁵N豐度；

B、標(biāo)記秸稈還田

第二實(shí)驗(yàn)地塊中種植有作物，在第二實(shí)驗(yàn)地塊中的作物秸稈及其根茬移除后將第一實(shí)驗(yàn)地塊中的¹⁵N標(biāo)記秸稈及其根茬放入第二實(shí)驗(yàn)地塊中，并進(jìn)行秸稈還田；

C、測定氮素動(dòng)態(tài)

在第二實(shí)驗(yàn)地塊中種植后茬作物，在作物的各個(gè)生育時(shí)期檢測殘留的¹⁵N標(biāo)記秸稈以及土壤中的¹⁵N含量，為了避免工作量大以及間隔時(shí)間太短導(dǎo)致的氮釋放量差異不大的問題，只選擇在作物的關(guān)鍵生育時(shí)期進(jìn)行檢測，沒有必要在每個(gè)生育時(shí)期進(jìn)行檢測，例如冬小麥分別在越冬、返青、拔節(jié)、開花、灌漿、成熟等各個(gè)關(guān)鍵的生育時(shí)期進(jìn)行檢測，即可獲得還田后的¹⁵N標(biāo)記秸稈中有機(jī)氮、無機(jī)氮釋放的動(dòng)態(tài)規(guī)律，為真實(shí)反映作物中氮素的釋放、礦化特性提供了可靠的數(shù)據(jù)支持；

D、測定標(biāo)記秸稈中氮的去向

在第二實(shí)驗(yàn)地塊中種植的后茬作物收獲后，測定該后茬作物吸收的、殘留標(biāo)記秸稈中的以及土壤中的¹⁵N含量，即可確定標(biāo)記秸稈還田后氮的去向；在測定過程中，經(jīng)過測定后茬作物對(duì)¹⁵N的吸收量即可確定標(biāo)記作物中氮的作物有效性，后茬作物吸收的氮素中¹⁵N所占的比例即為標(biāo)記秸稈中氮對(duì)后茬作物氮營養(yǎng)的貢獻(xiàn)率，有助于正確認(rèn)識(shí)作物利用特性和指導(dǎo)農(nóng)田營養(yǎng)循環(huán)工作。

本發(fā)明提供的方法可以定量監(jiān)測還田作物秸稈中氮的釋放動(dòng)態(tài)及其去向，測定結(jié)果能夠較為直觀地反映氮去向，測定方法穩(wěn)定可靠，避免了外界因子的干擾，為還田秸稈中氮素的釋放、礦化特征與作物利用特性的認(rèn)識(shí)和研究提供了技術(shù)支撐。