一种提高退化高寒草甸氮素利用率的技术的制作方法

1.本发明涉及提高退化高寒草甸氮素利用率技术领域，具体为一种提高退化高寒草甸氮素利用率的技术。


背景技术：

2.高寒草地是三江源区最主要的生态系统。不仅为当地牧民的生产和生活提供物质基础，同时对调节气候、涵养水源、保持水土、固碳、遗传基因、景观、文化教育等方面具有重要的生态系统服务功能。三江源区草地总面积为28.02
×
106hm2，占三江源区国土面积的70.94％。高寒草地类型主要包括5种草地类型：高寒草甸类、高寒草原类、山地草甸类、温性草原类和高寒荒漠类。但由于气候变化和人类不合理利用导致三江源区草地生态系统出现严重退化，草地退化面积893.32 万公顷，占整个三江源区草地面积的31.88％。其中轻度退化面积为 372.70万公顷，中度退化面积为231.59万公顷，重度退化面积为289.03 万公顷。根据20世纪70年代、80年代和90年代三期卫星图片解译结果，三江源区高寒草甸植被由70-80年代平均3.9％年退化速度上升到90 年代的7.6％。施肥对治理与恢复退化高寒草甸具有重要的作用。目前，我国已成为世界上最大的氮肥生产国和消费国，但氮肥利用率却较低。据统计，世界氮肥的当季利用率为35％-60％，而我国当季氮肥利用率仅为20％-35％，氮的每年损失量相当于1900多万吨尿素，折合人民币380多亿元，这不仅造成资源的浪费，还给生态环境造成严重的负面影响。尿素-n－以气态氮(如nh3、n2o和no
x
)形式损失到大气中。因此，提高氮肥利用效率已成为全球热点问题，尤其在青藏高原脆弱的生态系统中，我们更应该关注与保护。如何降低退化高寒草甸尿素-n－损失，提高尿素-n－利用率一直是三江源区恢复和治理草地的技术难题。
3.目前，脲酶抑制剂和硝化抑制剂对农田生态系统氮肥的调控技术，提高氮肥利用率具有良好的效果。目前，应用较为广泛的脲酶抑制剂主要有苯二酚(hq)和正丁基硫代磷酸三铵(nbpt，c4h
14
n3ps)。脲酶抑制剂可以抑制脲酶的活性，降低尿素中的酰胺态氮向nh
4 -n 的转化速度，进而延缓nh
4 -n向no
3-‑
n的转化速度，最后减少土壤硝酸盐的累积。nbpt是目前最有效的土壤脲酶抑制剂之一，与尿素结合将达到最佳效果。在非酸性和通气性较好的土壤环境中(高寒草甸土壤中性偏碱性)，nbpt可以有效地减弱nh
4 -n的形成，进而提高尿素氮的利用效率。在碱性土壤中，通常施用0.5％至1％的氮的nbpt更有效。一些相关实验也证明了hq对脲酶的抑制作用是时间依赖性的，并且抑制作用会随着时间而逐渐减弱。硝化抑制剂的种类较多，主要有2－氯－6-(三氯甲基)吡啶(cp)，双氰胺(dcd)， 3、4－二甲基吡唑磷酸酯(dmpp)和米基硫脲(asu)等。硝化抑制剂作用直接抑制nh
4 -n氧化为no
3-‑
n，减少no
3-‑
n的淋溶和n2、 n2o及no
x
的气体氮损失。与市场上目前广泛使用的硝化抑制剂相比，dcd具有许多优势。如对植物无毒、对土壤无污染、对人无刺激、硝化抑制效率高等。此外，dcd的施用量仅为施氮量的1％-5％即可获得良好的硝化抑制效果。脲酶抑制剂和硝化抑制剂的组合能够更好提高氮肥的利用效率，降低对经济和环境造成影响。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种提高退化高寒草甸氮素利用率的技术，将植物营养生态学理论、稳定同位素技术协同脲酶/硝化抑制剂引入三江源区退化高寒草甸的恢复与治理中，丰富和发展了恢复与重建退化草地对氮肥的利用率，为恢复与治理退化高寒草地、肥料加工、草畜不平衡和降低氮肥损失产生良好的经济效益和社会效益。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种提高退化高寒草甸氮素利用率的技术包含以下步骤：步骤一、实验设计与处理；
6.试验样地于2018年6月份建立，分别在果洛州玛沁县大武镇，选择典型的退化高寒草甸样地，样地共设计5组处理，每组处理3个重复，共计15个小区；每个小区的面积为2m
×
3m＝6m2，每个小区间隔1.5m；
7.分别设置：
①
不施肥处理，ck；
8.②
单施尿素处理，u；
9.③
尿素 脲酶抑制剂(正丁基硫代磷酰三胺,nbpt)，u nbpt；
10.④
尿素 硝化抑制剂(双氰胺，dcd)，u dcd；
11.⑤
尿素 脲酶抑制剂nbpt 硝化抑制剂dcd，u nbpt dcd；
12.15
n标记的尿素施用氮量为15kg n
·
hm-2
，
15
n丰度为10％；nbpt 施用量为施氮量的0.5％；dcd施用量为施氮量的5％；按照50ml
·
m2的用水量，将称量好的尿素和抑制剂溶解于200ml蒸馏水中，均匀喷洒于小区内，ck处理组只喷洒蒸馏水；
13.步骤二、样品采集与测定；
14.2018年8月底即施肥后的三个月后，从每个处理区收集了地上组织、根和土壤样本；在每个小区样地中收集3个直径为5cm的土核，分为0-10、10-20、20-30和30-40cm土层；每个样地小区中所有相同深度的土壤混合在一起；将土壤样品立即转移到实验室并通过2mm土壤筛去除根系和石砾；根部0-10、10-20、20-30和30-40cm 用自来水冲洗，用0.5mmol
·
l-1
cacl2溶液冲洗10min，然后用蒸馏水冲洗除去附着在其上的
15
n根面；在小区收集地上组织；茎叶和根在80℃下干燥，然后研磨并过100目筛；土壤样品自然风干，研磨后过100目筛；每个样品的δ
15
n值和氮含量通过美国戴维斯分校的元素分析仪－连续流动同位素比率质谱仪进行测定；
15.步骤三、氮素回收率的计算；
16.氮肥利用率是指植物吸收的氮占施肥料总氮量的百分率，基于氮质量、施加的
15
n质量和不同库中回收的
15
n质量计算
15
n回收率；
[0017][0018]
式(1)中，f
sample
：标记样品
15
n原子百分超(％)；f
ref
：未标记样品
15
n原子百分超(％)；f
trace
：示踪剂原子百分超；n
pool
：植物库或土壤库氮质量(g n
·
m-2
)；n
tracer
：施加的氮质量(g n
·
m-2
)；
[0019]
步骤四、通过氮肥利用率的计算结果可验证将脲酶/硝化抑制剂引入三江源区退化高寒草甸的恢复与治理中，丰富和发展了恢复与重建退化草地对氮肥的利用率。
[0020]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：将植物营养生态学理论、稳定同位素技术协同脲酶/硝化抑制剂引入三江源区退化高寒草甸的恢复与治理中，丰富和发展了恢复与
重建退化草地对氮肥的利用率，为恢复与治理退化高寒草地、肥料加工、草畜不平衡和降低氮肥损失产生良好的经济效益和社会效益。
附图说明
[0021]
图1为退化高寒草甸地上不同功能群生产力和总净初级生产力示意图；
[0022]
图2为退化高寒草甸生态系统不同处理下地下生物量示意图；
[0023]
图3退化高寒草甸不同处理下牧草
15
n回收率及四大功能类群占比示意图；
[0024]
图4退化高寒草甸不同处理下根系
15
n回收率及不同土层根系
15
n回收率占比示意图；
[0025]
图5退化高寒草甸不同处理下不同土层土壤
15
n回收率和总的回收率示意图；
[0026]
图6不同处理下退化高寒草甸生态系统尿素
15
n命运示意图。
具体实施方式
[0027]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0028]
实施例：
[0029]
一种提高退化高寒草甸氮素利用率的技术包含以下步骤：步骤一、实验设计与处理；
[0030]
试验样地于2018年6月份建立，分别在果洛州玛沁县大武镇，选择典型的退化高寒草甸样地，样地共设计5组处理，每组处理3个重复，共计15个小区；每个小区的面积为2m
×
3m＝6m2，每个小区间隔1.5m；
[0031]
分别设置：
①
不施肥处理，ck；
[0032]
②
单施尿素处理，u；
[0033]
③
尿素 脲酶抑制剂(正丁基硫代磷酰三胺,nbpt)，u nbpt；
[0034]
④
尿素 硝化抑制剂(双氰胺，dcd)，u dcd；
[0035]
⑤
尿素 脲酶抑制剂nbpt 硝化抑制剂dcd，u nbpt dcd；
[0036]
15
n标记的尿素施用氮量为15kg n
·
hm-2
，
15
n丰度为10％；nbpt 施用量为施氮量的0.5％；dcd施用量为施氮量的5％；按照50ml
·
m2的用水量，将称量好的尿素和抑制剂溶解于200ml蒸馏水中，均匀喷洒于小区内，ck处理组只喷洒蒸馏水；
[0037]
步骤二、样品采集与测定；
[0038]
2018年8月底即施肥后的三个月后，从每个处理区收集了地上组织、根和土壤样本；在每个小区样地中收集3个直径为5cm的土核，分为0-10、10-20、20-30和30-40cm土层；每个样地小区中所有相同深度的土壤混合在一起；将土壤样品立即转移到实验室并通过 2mm土壤筛去除根系和石砾；根部0-10、10-20、20-30和30-40cm 用自来水冲洗，用0.5mmol
·
l-1
cacl2溶液冲洗10min，然后用蒸馏水冲洗除去附着在其上的
15
n根面；在小区收集地上组织；茎叶和根在80℃下干燥，然后研磨并过100目筛；土壤样品自然风干，研磨后过100目筛；每个样品的δ
15
n值和氮含量通过美国戴维斯分校的元素分析仪－连续流动同位素
比率质谱仪进行测定；
[0039]
步骤三、氮素回收率的计算；
[0040]
氮肥利用率是指植物吸收的氮占施肥料总氮量的百分率，基于氮质量、施加的
15
n质量和不同库中回收的
15
n质量计算
15
n回收率；
[0041][0042]
式(1(中，f
sample
：标记样品
15
n原子百分超(％)；f
ref
：未标记样品
15
n原子百分超(％)；f
trace
：示踪剂原子百分超；n
pool
：植物库或土壤库氮质量(g n
·
m-2
)；n
tracer
：施加的氮质量(g n
·
m-2
)；
[0043]
步骤四、实施结果验证，地上生物量，参照图1所示，图1为退化高寒草甸地上不同功能群生产力和总净初级生产力示意图；
[0044]
地下生物量，参照图2所示，为退化高寒草甸生态系统不同处理下地下生物量示意图；
[0045]
牧草氮含量及尿素
15
n回收率；
[0046]
表1退化高寒草甸不同处理下四大功能类群氮含量(g
·
m-2
)及尿素
15
n回收；率(％)。
[0047]
表1
[0048][0049]
参照图3所示为退化高寒草甸不同处理下牧草
15
n回收率及四大功能类群占比图；
[0050]
根系氮含量及尿素
15
n回收率；
[0051]
表2为退化高寒草甸生态系统不同处理下植物根系氮含量 (g
·
m-2
)及尿素
15
n回收率(％)；
[0052]
表2
[0053][0054]
参照图4所示，为退化高寒草甸不同处理下根系
15
n回收率及不同土层根系
15
n回收率占比图；
[0055]
不同土层尿素
15
n回收率；参照图5所示为退化高寒草甸不同处理下不同土层土
壤
15
n回收率和总的回收率；
[0056]
退化高寒草甸生态系统尿素
15
n命运；图6为不同处理下退化高寒草甸生态系统尿素
15
n命运。
[0057]
由此可验证将脲酶/硝化抑制剂引入三江源区退化高寒草甸的恢复与治理中，丰富和发展了恢复与重建退化草地对氮肥的利用率。
[0058]
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。