下辽河平原玉米农田水肥交互作用研究

利用持续16年的长期田间试验与气象观测资料，对下辽河平原不同降水年景作物对施肥的增产反应及水分对肥料增产的促进作用、不同水肥条件下玉米对养分的吸收与分配以及玉米农田土壤养分收支进行了研究；并估算了该地区水肥交互作用对作物增产的贡献；同时，利用沈阳地区近50年气象与玉米单产历史资料，建立趋势—随机预测模型，以预测该地区不同气候年景玉米产量。 研究结果表明，该地区玉米蒸散耗水与其生育期内降水之间关系密切，且不同的施肥处理对玉米消耗水分量影响不大。过少或过多的降水均会降低玉米产量；在高肥力水平下平水年（降水400～550mm）玉米产量最高，水肥交互作用对作物增产的贡献亦达最大，可占总增产量的44.9%。 玉米体内养分浓度及养分在籽实与秸秆中的分配比例明显受施肥、降水及作物生长状况的影响。在平水年条件下，养分在籽实内累积的比例最高；同时，作物生长状况愈好，形成单位籽实产量所需养分量有减少的趋势，有利于提高作物体内养分的转化利用效率。 施肥条件差异可使玉米收获移出农田的养分量相差2～3倍。水分条件对养分移出量的作用不如施肥明显；N肥施用加剧了土壤P的赤字，而N、P肥施用可加剧土壤K收支赤字；水分条件的改善也会明显加快养分收支赤字过程。 通过对沈阳地区玉米单产与气象因子的分析，建立趋势—随机预测模型，发现热量因素对玉米产量形成有着重要作用；而养分均衡供给可提高玉米对不利气象条件的耐抗能力，具有稳产作用；同时，利用长期定位试验结果对模型加以验证，发现模型预测结果与长期定位试验结果非常吻合。

CO2浓度升高对三种树木叶片化学和舞毒蛾幼虫取食及生长的影响

探讨全球气候变化的生物学和生态学效应是当今生态学中的热点，研究大气CO2浓度升高对植物-昆虫相互作用关系的影响具有重要的理论和实践意义。本文使用开顶式气室（Open-top chamber，OTC）在野外条件下研究了CO2浓度升高对三种树木（小青杨、白桦和蒙古栎）叶片化学成分含量的影响，以及树木叶片品质变化对一种广食性森林昆虫（舞毒蛾）幼虫取食、生长发育和取食偏嗜性的影响。得出如下结果：（1）CO2浓度升高对3个受试树种叶片中的营养成分及次生代谢物含量均有显著影响，总体表现为氮含量降低，而碳氮比、非结构性碳水化合物、总酚和缩合丹宁含量增加。叶片中的化学成分含量可随时间发生显著变化，不同树种、甚至同一树种不同冠层高度的叶片对CO2浓度升高的响应强度也是不同的。叶片的干物质含量和比叶重对CO2浓度升高的响应不显著。（2）室内非选择性取食实验、室内选择性取食实验以及上树取食饲养方式下的多龄期取食实验，均发现高浓度CO2处理组内舞毒蛾幼虫的生长发育受到显著抑制。但对四龄舞毒蛾幼虫所进行的短期生物测定并未发现不同CO2浓度处理下幼虫的生长发育速率、对食物的取食率和转化率等昆虫营养指标存在显著差异。（3）叶片品质的降低是导致舞毒蛾幼虫生长发育受抑制的主要原因。但是总体上，CO2浓度升高导致的叶片品质变化并未显著影响幼虫的取食率和取食量。（4）舞毒蛾幼虫对不同叶片种类表现出清晰的取食选择性，这种选择性在其幼龄期就可表现出来。幼虫对小青杨上层叶片有最显著的偏嗜性，对蒙古栎下层叶片有最明显的拒食性。但是CO2浓度升高导致的叶片品质变化对舞毒蛾幼虫的取食选择性和寄主偏嗜行为并未产生显著影响。（5）检测出高浓度CO2处理组内舞毒蛾幼虫虫粪中含有浓度更高的植物次生代谢物质（总酚和缩合单宁），这很可能是昆虫整体生长发育受抑制的重要原因之一。

肥料氮在土壤-作物系统中的转化与释放规律

本文以公主岭市长期定位监测基地的黑土为研究对象，通过15N同位素标记盆栽试验，系统研究了化肥及其配施玉米秸秆处理土壤不同形态氮库的容量特性、释放规律及其对作物的持续供氮能力。结果表明： 标记化肥氮施入土壤，连续三个生长季主要以有机氮的形式残留于土壤中，其次是固定态铵，无机氮最小。新形成土壤有机氮和“新固定”的固定态铵活性较高，极易释放供作物吸收利用，连续三季作物土壤固定态铵的净释放率最高，氨基酸氮次之，有机氮最低。与土壤有机氮库相比，土壤无机氮库中标记肥料氮的残留率较低，高量氮肥处理残留率高于低量氮肥处理，与单施化肥相比，化肥配施玉米秸秆降低了标记肥料氮在土壤无机氮库中的残留，说明高量氮肥的施用会增加其在无机氮库中的残留，化肥与有机物料配合施用能够促进无机氮肥向土壤有机氮的转化，从而避免无机氮大量积累而造成氮素损失。 标记氮肥在土壤中的残留率随作物生长季的增加而降低，经过连续三季作物的吸收利用，其在土壤中的残留率平均为15.8%；而作物对标记肥料氮的利用率和标记肥料氮的损失率随着作物生长季的增加而增加，至第三季作物成熟期，作物对标记肥料氮的利用率平均为61.1%，标记肥料氮的损失率平均为23.1%。在单施化肥处理中，高量氮肥的施用降低了标记肥料氮在土壤中的残留率，增加了氮素损失率；与单施化肥处理相比，化肥配施玉米秸秆能明显增加标记肥料氮在土壤和作物中的回收率，降低氮素损失率，从而说明通过施入有机物料玉米秸秆合理调节土壤中C源和N素营养的施用比例可以达到增加氮肥在土壤中的残留率，提高氮肥利用率的目的。

自交联材料在肥料养分控释上的应用研究

目前在包膜控释肥料方面的研究热点是采用树脂型包膜材料制备包膜肥料，并且取得了一定的成绩，控释效果比较良好，但由于树脂材料需用大量有机溶剂，给生产成本和工艺都带来了新的问题。本试验针对此问题，选用水性聚氨酯（PU）和水性丙烯酸（PA）作为包膜材料，应用旋转包膜工艺和流化床包膜工艺制备包膜肥料，采用水培法、淋溶法、土培法、电镜观察等方法对其进行释放性能评价，最终确定水性聚氨酯和水性丙烯酸在肥料中应用的效果。结果表明： 以旋转包膜工艺、用水性聚氨酯（PU）为膜材料制备的9种包膜肥料，并做了封闭处理，通过扫描电镜观察都形成了致密连续的控释膜，经评价都具有一定的控释效果，其中CRF-6（水性聚氨酯用量6%，封闭剂用量3%）、CRF-9（水性聚氨酯用量9%，封闭剂用量3%）两种包膜肥料控释性能较优，水培条件下其氮素初期溶出率分别为29.11%和19.48%，钾素初期溶出率分别为33.15%和24.93%。各种评价方法结果表明：同一材料不同包膜量控释效果比较：6%用量优于9%用量，优于3%用量。封闭剂用量在2%时效果相对较好。 以流化床包膜工艺、用水性聚氨酯（PU）和水性丙烯酸（PA）为膜材料制备的15种包膜肥料，经检测FCRF-9（PA:PU=1:2，9%）、FCRF-11（PA:PU=1:1，6%）和FCRF-12（PA:PU=1:1，9%）这3种肥料控释效果最为突出，在水培条件下其氮素初期溶出率分别为12.58%、15.62%和16.02%。材料组合以水性聚氨酯（PU）和水性丙烯酸（PA）以1：2复合包膜最理想。对于同一包膜材料不同用量控释效果顺序：9%用量优于6%用量，优于3%用量。与普通肥料肥料相比，包膜肥料吸湿率大幅下降。 旋转包膜工艺与流化床包膜工艺比较表明：在低用量时，水性包膜材料在流化床包膜工艺与旋转包膜工艺制备肥料控释性能没有差异；在高用量时，流化床包膜工艺比旋转包膜工艺更适合应用于水性高分子材料肥料包膜。

长期施肥对农田土壤N、P转化酶活性的影响

本试验利用国家黑土肥力与肥料效益长期定位监测基地为平台，研究了多种施肥方式（包括休闲、不施肥、氮、氮钾、氮磷钾、秸秆配施化肥、猪粪配施化肥等）对参与土壤氮转化过程的蛋白酶 、脲酶、硝酸还原酶、氨氧化酶以及参与土壤有机磷矿化的磷酸三酯酶、磷酸二酯酶和磷酸单酯酶活性和动力学特性的作用，以探讨不同施肥方式对氮磷转化酶活性的影响，得出如下结果： 1. 不同施肥处理对土壤氮转化酶促过程影响不同，有机肥配施化肥处理显著增强了蛋白酶、脲酶、氨氧化酶活性。有机肥配施化肥处理土壤速效氮含量高于化肥处理，硝态氮积累量较大，铵态氮含量差异不显著，有机肥配施化肥能够显著促进尿素水解和硝态氮的积累，表明有机肥配施化肥有机氮的矿化强度及硝化作用强于化肥处理。施肥对硝酸还原酶活性没有显著影响。相关分析表明，土壤蛋白酶、脲酶和氨氧化酶活性与微生物量碳呈显著正相关，氨氧化酶活性与脱氢酶呈显著正相关。 2. 有机肥配施化肥处理显著提高了土壤速效磷的含量，增强了土壤磷酸二酯酶和中性磷酸单酯酶活性，土壤速效磷含量过高的情况下，速效磷对中性磷酸单酯酶产生一定程度的抑制作用。与对照相比，化肥处理显著增高了中性磷酸单酯酶活性，但是对磷酸二酯酶有一定的抑制作用。相关分析表明，土壤磷酸二酯酶活性与土壤脱氢酶、速效磷呈显著正相关，中性磷酸单酯酶与速效磷含量呈负相关。

章古台沙地人工林树木养分再吸收与利用效率

以科尔沁沙地章古台地区人工林树种樟子松（Pinus svlvestris var．mongolica）、油松（Ptabulaeformis）、赤松（Pdensora）和彰武小钻杨（Populusxiaozhuanica）以及11、20、29、45四个年龄樟子松树木为材料，从植物N、P、K、Ca、Mg养分方面探讨了树木对贫痔生境的适应能力。结果表明：针叶树樟子松、赤松、油松叶片N、P、K含量的季节特征相似。叶片N含量各季节变化较小，而叶片P、K含量在2003年总体表现出逐渐增加的趋势。四个年龄樟子松叶片的养分含量季节特征相似。樟子松叶片的平均N和P含量显著（P＜0.05）高于赤松，油松最低，而三者N：P比和K含量无显著差别。彰武小钻杨叶片的N、P、K含量显著高于针叶树。樟子松叶片N、P、K的再吸收效率与能力及利用效率均低于油松和赤松，而Mg的再吸收效率与能力及利用效率均高于两种树种。反映了樟子松对N、P、K养分的保存·利用和减少损失量的能力均低于油松和赤松，而对Mg的保存和利用能力则强于两种树种。结合叶片凋落造成的年养分损失量大小差异，对N、P、K供应不足生境的适应能力大小为：油松＞赤松＞樟子松。针叶树N、P、K、ca、Mg的再吸收能力和利用效率都显著高于落叶树彰武小钻杨，反映出针叶树更能适应贫瘠环境的特点。随着樟子松年龄的增加，叶片的N、P、K、Mg再吸收效率和能力都表现出了下降的趋势，反映了樟子松对贫瘩生境的适应能力随着年龄的增加而下降。同时，随着年龄的增加樟子松叶片单位N、P、K、Mg养分的生产力水平下降，表现了在养分利用上的衰退特征。对树木叶片N:P比、养分再吸收效率与能力及利用效率进行分析和比较，表明研究区最限制树木生长的养分可能为N，P的限制作用还不突出。人为干扰造成大量N、P、K养分从森林生态系统中损失。树木叶片N的年再吸收量与总的N年损失量相当，反映了在剧烈人为干扰条件下，养分再吸收对于树木的生长和生存具有更加重要的作用。

缓效肥料研制及其养分释放特性研究

本文主要是采用亲水性聚合物来研制缓效复合肥。首先对十几种亲水性材料进行筛选，选择出粘性适中、材料成膜质量好并且所研制肥料的氮素的初期溶出率相对较低的材料为控释材料。通过以上方法选择出两种控释材料：聚乙烯醇溶液和聚乙烯醇与聚丙烯酸钠的混合溶液。将聚乙烯醇配制成3个浓度（1％、2％、3％）并在这3个浓度中加入一定量的聚丙烯酸钠（100鲍聚乙烯醇加入4g聚丙烯酸钠）也配制成3个浓度梯度的溶液。然后用所配制的溶液研制出6种肥料：SRF-A1、SRF-A2、SRF-A3、SRF-B1、SRF-B2、SRF-B3（A1、A2、A3分别代表聚乙烯醇1％、2％、3％3个浓度；B1I、B2、B3代表聚乙烯醇与聚丙烯酸钠混合溶液的1％、2％、3％3个浓度）。利用水浸法和土柱淋溶法对所研制的6种肥料进行缓效性的评价，结果表明所研制的肥料与对照相比都有明显的缓释效果。并且通过测定结果发现SRF-A3和SRF-B3具有较好的缓释效果。通过水浸法和土柱淋溶法得知SRF-A3对N、K2O、P2O5的缓释效果要劣于SRF-B3肥料。通过这两种方法测定控释材料对磷的缓释效果最好，其次是氮素和钾素。试验继续通过肥料和上壤培养来检验缓释效果相对较好的SRF-A3和SRF-B3的缓效性，根据测定数据再一次证明了水浸法和土柱淋溶法的结果即SRF-A3和SRF-B3具有较好的缓释效果，SRF-B3的缓释效果好于SRF-A3。论文最后研究了温度和土壤水分对SRF-A3和SRF-B3的养分释放影响。结果表明：土壤水分对各个肥料养分释放影响显著，而温度对肥料养分释放影响不大，在所设置温度梯度内各个养分的释放差别不明显。

有机无机培肥对褐土养分库容和供给力的影响

本文采用中长期田间的小区试验、微区试验以及室内培养试验相结合的方法，研究有机肥和无机肥配合施用对辽宁褐土若干土壤肥力因素的影响以及由此产生的土壤养分库容和供给力的变化。结果表明：不同的培肥处理对褐土养分库容和供给力的变化。结果表明：不同的培肥处理对褐土养分库如N、P的总量以及表观供给力的速效养分含量都有同不程度的增长，土壤有机质、阳离子代换量孔度等也都发生相应的变化，各处理的秸杆配合化肥的施用效果最好，而且在一定范围内有随施用量增加的趋势。秸杆的施用对土壤K的作用也是明显的。有机－无机配合施肥对增加土壤无机P库中的速效性P及缓效性P效果显著，对氮的矿化势（No值）的影响也是十分显著的。由于有机－无机培肥提高了土壤肥力，使以此为基础的作物产量有明显提高。