作物管理 | 春季氮的可用性

• 氮（N）可以从多种来源，以多种形式获得，但并非所有氮都对植物有用。

• 春季氮的可用性取决于氮的损失和补充，受到许多因素的影响，如土壤类型、天气条件、微生物活性、使用的肥料类型、施用的特定营养化合物以及是否使用氮稳定剂。

• 确定春季可供植物吸收的氮量，并规划季节所需的氮管理步骤，有助于最大限度地提高作物的产量潜力。

氮（N）在环境中以多种化学形式存在，所有氮在这些化学形式之间都通过一个称为氮循环的过程发生变化。所有植物都需要氮才能生长。然而，并非每种形式的氮都是植物化学上可用的，因为植物只能分解和吸收某些形式的氮。可用氮可以通过多种方式为植物生长提供。

大气氮是氮循环的主要组成部分，但植物无法获得。豆类，如大豆和苜蓿，与根部的特定细菌有共生关系，这些细菌可以通过一种称为固氮的过程从空气中吸收氮气。一旦共生细菌吸收了氮气，它们就会将其分解成氨，这是一种植物可以利用的氮。其中一些氨被豆类吸收，另一些则释放到土壤中。少量的大气氮也通过降雨沉积到土壤中。

当某些土壤微生物将植物无法获得的几种有机形式的氮转化为植物可用的铵时，就会发生矿化。土壤有机质是植物生长的重要氮源。这种有机物的分解过程缓慢，土壤中每百分之一的有机物含量每年每公顷释放22公斤氮。

商业氮肥也可以作为氮的主要来源，以促进植物生长、提高产量和维持利润。

反硝化作用是土壤细菌将硝酸盐和亚硝酸盐转化为氮气（N2和N2O）的过程，这些氮气随后会逸散到大气中。大多数反硝化作用发生在土壤饱和时，硝酸盐的流失量主要受饱和持续时间和土壤温度的影响。伊利诺伊大学的估计表明，当土壤饱和时，如果土壤温度低于13°C，反硝化作用可能导致每天流失1%至2%的土壤硝酸盐；如果土壤温度在13至18°C之间，流失量为2%至3%；如果土壤温度高于18°C，流失量则为4%至5%。

当水将硝酸盐（NO3）在土壤剖面中向下移动并移出根区时，饱和土壤中会发生淋溶。在沙质土壤中，淋溶可能会导致硝酸盐污染地下水，但在质地较重的土壤中，浸出的硝酸盐通常会到达排水管道，最终可能污染地表水。

当尿素基肥料（或其他氨源，如NH3）施用于土壤表面而未混入土壤时，可能会发生挥发。土壤和植物残体中的脲酶会将尿素转化为游离的氨气。

挥发作用在以下条件下会加剧：土壤表面有过多的植物残体、温暖且多风的天气，以及土壤pH值大于7.0。为了减少氮因挥发而损失，应在施肥后3至4天内通过耕作、降雨或灌溉，或使用脲酶抑制剂将肥料混入土壤中。在温暖、阳光充足的条件下，施用尿素基肥料后一周内，多达20%的氮可能会挥发损失。

氮肥含有一种或多种形式的氮：氨（NH3）、铵（NH4）、硝酸盐（NO3）或尿素（CO【NH2】2）。无水氨是一种注入土壤的压缩气体，可以最大限度地减少氮肥的损失，可以在秋季、春季或追肥。当施用无水氨时，氨几乎立即在土壤中转化为铵。铵与土壤中的粘土和有机物结合，防止其浸出。

通过硝化作用，土壤微生物将铵转化为硝酸盐，这是植物可以吸收的氮的主要形式。有利于硝化的条件是土壤pH值为7.0，土壤湿度为持水能力的50%，土壤温度约为27°C。在太湿或太干的土壤上施用无水氨会导致氮因密封不良而流失到大气中。为了减少种子和幼苗的伤害，在施用无水氨后应推迟三到五天种植。对于种植前应用，考虑以一定角度将无水氨施加到行上，以通过减少直接接触来帮助减少幼苗伤害。

当土壤湿度和温度适宜时，尿素在施用后两到四天转化为氨。较低的温度会减缓这一过程。尿素首先转化为氨，然后转化为铵，最后转化为硝酸盐，硝酸盐很容易被植物利用，但有浸出或脱氮的风险。无论使用哪种形式的氮肥，土壤中的大部分氮都会转化为硝酸盐。

氮添加剂可用于延迟氮的转化并延长氮的可用性。如果氮肥施用中使用氮稳定剂，即使天气条件不理想，氮损失也可能减少。

常用的氮稳定剂有两类：硝化抑制剂和脲酶抑制剂。硝化抑制剂抑制了负责反硝化的土壤细菌，减缓了铵向硝酸盐的转化。脲酶抑制剂可以处理尿素，以减少氮因氨挥发而损失。其他氮稳定剂可以包括聚合物包覆的尿素，用于缓慢释放氮，以及含有尿素、脲酶抑制剂和硝化抑制剂的产品。

确定田间有多少氮是具有挑战性的，因为氮的可用性受到施用氮肥的类型、施用的时间和方法、土壤类型、以前的作物、氮稳定剂的使用和天气条件等因素的影响。有几种氮含量测试可以帮助种植者确定他们田地里的氮可用性。哪些测试最有用取决于每个领域的独特条件。

硝酸盐和铵态氮土壤测试可以帮助估算降雨或洪水造成的氮损失量。为了进行这些测试，应收集至少30cm深的土芯。在容易淋溶的沙质土壤中，在更大的深度取样可能有助于在土壤剖面中更深层地识别植物可用氮。

如果在秋季或早春施肥，每个样本收集20到30个土芯。如果之前施用的肥料是带状的，样品应包含15至20个土芯。应垂直于施肥方向采集样本。每个样本不应超过60亩。应尽快干燥或冷藏样本，以防止土壤微生物活性改变氮水平，从而降低测试的准确性。结果表明，如果最近施用无水氨、使用氮稳定剂或土壤pH值为5.5或更低，则更有可能出现大量土壤铵。在这种情况下，低水平的土壤硝酸盐可能意味着铵很少转化为硝酸盐，而不是硝酸盐因淋溶或反硝化而从土壤中流失。

种植前土壤硝酸盐测试（PPNT）可以在玉米连作且干旱天气减少了氮素流失的田地中提供有用的信息。该测试可用于早春时节，根据土壤测试结果调整春季施氮的总量。由于样本是在早春采集的，该程序主要测量的是来自前茬作物残留的氮素以及前一个秋季施用的任何氮素。然而，晚春或测试后的大量降雨、前茬为豆科作物，或前一个夏季或秋季施用粪肥，可能会降低该测试的实用性。

追肥前硝酸盐测试（PSNT）适用于最近施用粪便或其他有机肥料的田地，或种植苜蓿等豆类作物的田地。种植者可能还希望将这项测试用于秋季已施氮肥且怀疑因淋溶和反硝化作用导致氮素流失的田地。

该测试提供了从有机氮矿化产生的氮量加上土壤中仍存在的残留氮量的测量值。然而，如果春末温度低于正常值，该测试可能会低估土壤氮含量，因为较低的温度会导致矿化速率较慢。PSNT采样应在玉米高度为5至30厘米或5月下旬至6月初时进行。采样深度应为30厘米，每个样品应包含15至20个土芯。尽管各大学对PSNT结果的解释建议存在一些差异，但一般经验法则是，如果土壤测试结果超过23至25 ppm，可能不需要额外施用氮肥。

在季节中检测氮素缺乏的其他可用工具包括叶绿素计（SPAD计）、作物传感器和遥感/航空影像。遥感需要在中季有良好的冠层发育，可以通过使用搭载在无人机上的NDVI（归一化植被指数）相机或安装在高空氮肥施用设备上的传感器来有效完成。遥感测试的工作原理是将田间某一部分的NDVI或NDRE（归一化红边指数）读数与田间最高读数区域进行比较，这些最高读数区域可能是通过额外施用氮肥有意创建的小参考区。通过这些比较，种植者可以为田间表现出氮素缺乏的区域提供可变率的氮肥调整。这些工具中的任何一种都可以为种植者提供更多信息，以帮助确定晚季氮肥的施用量。