結(jié)北小麥-玉米滴灌施肥下水氮運(yùn)移和N2O排放研究.pdf_第1頁(yè)
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1、冬小麥-夏玉米輪作是華北平原典型的種植制度,兩種作物產(chǎn)量約占全國(guó)小麥、玉米總產(chǎn)量的1/5,水資源短缺和面源污染等環(huán)境污染問(wèn)題已經(jīng)成為制約該地區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要因素。滴灌施肥技術(shù)被公認(rèn)為是一種具有節(jié)水、節(jié)肥、減少污染等優(yōu)點(diǎn)的水肥一體化田間管理措施,在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用,但是在華北平原糧食作物的應(yīng)用研究還很缺乏。本研究采用田間試驗(yàn)和生物地球化學(xué)模型相結(jié)合的研究方法,主要研究了滴灌施肥技術(shù)下土壤水氮運(yùn)移、分布規(guī)律,土壤硝態(tài)氮累積及其對(duì)N2O

2、排放的影響,并利用田間實(shí)測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)校正了DNDC(DeNitrification-DeComposition)模型水肥一體化模塊,應(yīng)用校正和驗(yàn)證后的DNDC模型提出了多目標(biāo)調(diào)控下的華北平原冬小麥-夏玉米輪作系統(tǒng)滴灌施肥優(yōu)化技術(shù)。主要研究結(jié)論如下:
  (1)在滴灌施肥條件下,滴灌量會(huì)影響滴灌后水、氮的水平和垂直運(yùn)移,施氮量主要影響滴灌施氮后氮素的水平運(yùn)移。灌水量越大,滴灌施肥后水分和硝態(tài)氮運(yùn)移的垂直深度越大,當(dāng)灌溉系數(shù)為0.5和1

3、時(shí),水分和硝態(tài)氮主要向下運(yùn)移至60cm土層和80cm以上土層,減少灌水量可以降低灌溉水深層滲漏損失和硝態(tài)氮深層淋溶的風(fēng)險(xiǎn)。隨施氮量的增加,滴灌施肥后NO3--N水平方向上呈現(xiàn)出在濕潤(rùn)土體邊緣聚集的現(xiàn)象越來(lái)越不明顯的特征。滴灌施肥試驗(yàn)中N2(冬小麥和夏玉米施氮分別為189和231kg ha-1)處理濕潤(rùn)土體內(nèi)土壤養(yǎng)分均勻度最高,合理的施肥量有利于提高滴灌后土壤養(yǎng)分的均勻性,垂直方向上硝態(tài)氮沒(méi)有出現(xiàn)在濕潤(rùn)體邊緣聚集的現(xiàn)象。在冬小麥和夏玉米收

4、獲后,0-100cm土壤剖面NO3--N累積量與施氮量呈正相關(guān)關(guān)系,0-40cm土層的NO3--N增加量顯著高于土壤其他層次。
  (2)灌溉系數(shù)≥1可以保持冬小麥-夏玉米整個(gè)生育期0-80 cm土層含水量在田間持水量的75%-80%以上。冬小麥生長(zhǎng)季中,灌溉系數(shù)為1的W3處理水分利用效率最高,達(dá)2.28 kgm-3,是測(cè)墑補(bǔ)灌試驗(yàn)篩選出的最優(yōu)灌溉方案。夏玉米生長(zhǎng)季由于正值雨季,降水量充足,采用滴灌措施未能提高夏玉米的產(chǎn)量和水分利

5、用效率。在冬小麥季滴灌施肥措施下各處理的氮肥表觀損失量介于0-21.59kg ha-1之間,與施氮量呈正相關(guān)關(guān)系,而常規(guī)漫灌施肥處理的氮肥表觀損失量高達(dá)228.58kg ha1,遠(yuǎn)高于滴灌施肥處理。與冬小麥生長(zhǎng)季不同,在夏玉米生長(zhǎng)季滴灌施肥未能減少氮肥的表觀損失。綜合氮素吸收利用率、生理利用率、農(nóng)學(xué)利用率和籽粒氮肥吸收利用率等指標(biāo),最優(yōu)施氮量處理為N2處理。
  (3)滴灌施肥和常規(guī)漫灌施肥相比能夠減少表層土壤水分和氮肥的損失。從

6、冬小麥拔節(jié)期的對(duì)比結(jié)果來(lái)看,滴灌施肥措施土壤蓄水保墑和保肥效果均優(yōu)于漫灌撒施肥料措施。每次滴灌施氮后土壤硝態(tài)氮含量有所增加,N3(冬小麥和夏玉米施氮分別為270和330kg ha-1)處理增加幅度最大。在降雨量很低的冬小麥生長(zhǎng)季,滴灌施肥和漫灌施肥都存在明顯的氮肥表聚現(xiàn)象,而在降雨量大的夏玉米生長(zhǎng)季,兩種灌溉施肥方式的表聚現(xiàn)象相對(duì)不明顯,常規(guī)漫灌施肥方式下,夏玉米季存在更大的硝態(tài)氮淋失風(fēng)險(xiǎn)。滴灌措施比漫灌措施全年表層土壤水分和硝態(tài)氮含量

7、的波動(dòng)幅度均更小。
  (4)滴灌施肥措施下各處理N2O排放通量均較低,滴灌施肥后N2O排放總體呈現(xiàn)上升式波動(dòng)的態(tài)勢(shì),上升波動(dòng)時(shí)間一般大約為3-5天,但是波動(dòng)幅度均較小,較大的N2O排放峰出現(xiàn)在降雨較多的7月份。滴灌施肥處理的排放峰強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間明顯低于常規(guī)漫灌施肥處理。在相同施氮量情況下,滴灌施肥比常規(guī)漫灌施肥能減少43%的N2O排放量。滴灌施肥措施平均直接排放系數(shù)和排放強(qiáng)度分別比常規(guī)漫灌施肥減少了27%和47%。表層土壤溫度、

8、WFPS值和NO3--N含量都顯著影響滴灌施肥條件下農(nóng)田土壤N2O排放。
  (5)引入土壤溫度參數(shù)對(duì)DNDC模型水肥一體化模塊中NO3-和NH4+庫(kù)轉(zhuǎn)化為N2O的比例系數(shù)進(jìn)行校正,可以提高模型對(duì)滴灌施肥措施下土壤N2O排放、土壤NO3-和NH4+庫(kù)模擬的準(zhǔn)確性。校正后的DNDC模型能夠真實(shí)的表達(dá)滴灌施肥一體化管理措施下,華北平原冬小麥-夏玉米輪作系統(tǒng)的作物產(chǎn)量、土壤硝態(tài)氮濃度動(dòng)態(tài)變化和N2O排放通量動(dòng)態(tài)變化及總量。通過(guò)校正后模型

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