水稻葉片氮素營(yíng)養(yǎng)快速診斷及稻田溫室氣體排放特征研究.pdf

1、氮素是影響水稻生長(zhǎng)發(fā)育的重要營(yíng)養(yǎng)元素之一，合理的施氮水平有助于水稻的增產(chǎn)，過(guò)量施氮不僅導(dǎo)致氮素利用率降低，而且多余的氮素流失，增加溫室氣體排放、加劇水體富營(yíng)養(yǎng)化等環(huán)境問(wèn)題。本文研究不同施氮水平下水稻冠層葉片SPAD(Soil and Plant Analyzer Development)值變化規(guī)律及其與植株氮素營(yíng)養(yǎng)診斷的關(guān)系;稻田CO2、CH4、N2O三種溫室氣體排放特征;肥料中氮素在稻田系統(tǒng)植株、土壤、氣體中的遷移轉(zhuǎn)化及分配比。通過(guò)氮

2、素營(yíng)養(yǎng)快速診斷保證產(chǎn)量的同時(shí)，減少溫室氣體排放，提高氮肥利用率，達(dá)到農(nóng)業(yè)效益和環(huán)境效益的共贏。研究結(jié)果可為稻田生態(tài)系統(tǒng)的肥料管理、溫室氣體的減排提供理論依據(jù)和實(shí)際指導(dǎo)，對(duì)緩解全球氣候變化，可持續(xù)利用與管理稻田生態(tài)系統(tǒng)具有重要意義。
　　通過(guò)3年（2013-2015年）在水稻田的6個(gè)施氮水平(0、75、150、225、300、375kg N/ha)及不同施肥方案（2015年）的田間實(shí)驗(yàn)，對(duì)水稻冠層不同葉位的SPAD值動(dòng)態(tài)變化及其與水

3、稻葉片氮含量的相關(guān)性、臨界氮濃度曲線和氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)(Nitrogen nutrient index，NNI)的關(guān)系、水稻全生育期內(nèi)溫室氣體排放特征和排放強(qiáng)度、肥料氮素在植株-土壤-大氣系統(tǒng)中的歸趨及分配比進(jìn)行研究，得出的主要結(jié)論如下:
　　(1)水稻的冠層4張葉片的SPAD值在整個(gè)水稻生育期內(nèi)經(jīng)歷“兩升兩降”的變化過(guò)程，該規(guī)律是水稻生長(zhǎng)特性決定，不隨施氮量變化而改變。低施氮處理組的葉片SPAD值低于高施氮處理組，低施氮處理組的SPA

4、D值在水稻生育后期變化較為劇烈，高施氮處理組的SPAD變化趨勢(shì)更為平緩。L3(頂三葉)和L4（項(xiàng)四葉）的SPAD值與葉片含氮量的相關(guān)性隨生長(zhǎng)階段呈現(xiàn)先降低后升高的變化趨勢(shì)，在分蘗期擬合的回歸系數(shù)最高(0.80-0.80)，抽穗期次之(0.68-0.69)，孕穗期最低(0.41-0.57)。水稻的L3和L4對(duì)氮素養(yǎng)分的響應(yīng)程度較高，是用于植株氮營(yíng)養(yǎng)診斷的理想葉位。
　　(2)水稻臨界氮濃度曲線可通過(guò)模型Nc=aW-b擬合，2013年

5、臨界氮濃度為Nc=5.38W-0.49(R2=0.81)、2015年為NC=4.29W-0.55(R2=0.78)。水稻臨界氮濃度下的施氮量范圍為225-300kg N/ha(NNI=1)。在此情況下，L3和L4葉位的理想SPAD值變化曲線分階段可由一元二次方程擬合。第一階段（0-60天）L3和L4的擬合系數(shù)0.56-0.68，SPAD值變化范圍為45-50;第二階段（60-120天）L3和L4的擬合系數(shù)均大于0.9，SPAD值變化范圍

6、為35-47.5。
　　(3)2013-2014年不同施氮水平下溫室氣體排放實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，施氮水平的提高促進(jìn)了CO2和N2O的排放，對(duì)CH4排放無(wú)顯著影響。CO2的排放峰出現(xiàn)在水稻生長(zhǎng)的中期，其排放速率與溫度呈顯著正相關(guān)，排放速率范圍26.85-2841.81mg/m2·h，排放總量范圍1337.12-3263.51g/m2; CH4的排放峰出現(xiàn)在水稻生長(zhǎng)的前期，與田面水顯著相關(guān)，排放速率范圍19.62-32.95mg/m2·h，

7、排放總量范圍145.38-404.63g CO2-eq/m2; N2O的排放峰出現(xiàn)在水稻生長(zhǎng)的中后期，排放量與施氮水平呈顯著正相關(guān)，最高排放速率發(fā)生在高施氮水平下達(dá)到99.91μg/m2·h，排放總量范圍2.29-51.85g CO2-eq/m2。不同施氮處理組溫室氣體排放總量范圍為1514.31-3512.13g CO2-qe/m2，全球變暖潛能值貢獻(xiàn)率CO2＞CH4＞N2O。田間實(shí)測(cè)的SPAD值與理想SPAD曲線聯(lián)用可以用于判斷N2

8、O排放速率峰的出現(xiàn)。
　　(4)溫室氣體排放強(qiáng)度(GHGI)范圍為1.91-4.57kg CO2-qe/kg rice，排放強(qiáng)度與施氮水平的關(guān)系呈現(xiàn)“U”型，即在低施氮量和高施氮量的情況下，溫室氣體排放強(qiáng)度較高，適度施氮量下排放強(qiáng)度較低。兩年的最低排放強(qiáng)度都出現(xiàn)在225kg N/ha施氮水平下，2013年為3.69 kg CO2-qe/kg rice、2014年為2.23 kgCO2-qe/kg rice，兩年平均值為2.96 k

9、g CO2-qe/kg rice。結(jié)合農(nóng)業(yè)產(chǎn)量和溫室氣體減排，225kgN/ha施氮水平是稻田的最佳施氮水平，保障水稻產(chǎn)量的同時(shí)排放較少的溫室氣體，達(dá)到農(nóng)業(yè)效益和環(huán)境效益的雙贏。
　　(5)通過(guò)15N標(biāo)記的氮肥追蹤氮素在稻田系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化和分配比。氮肥被植株吸收利用率和土壤殘留率隨施氮水平的升高反而降低，植株吸收的氮素占氮肥總量的24.02％-44.23％、土壤殘留占6.88％-21.82％、植物和土壤總利用率范圍30.90％-

10、66.05％;揮發(fā)氨是氮肥損失的主要途徑，揮發(fā)氨的損失占氮肥比例隨施氮水平升高而增高，損失比例范圍29.49％-58.01％。N2O是另一種氮肥的氣態(tài)損失形式，N2O損失量占氮肥的比例隨施氮水平升高而升高，損失比例范圍0.14％-0.94％。氮肥主要?dú)埩粼谕寥赖?-20cm，殘留量隨施氮水平的增加而增加。不同施氮水平40-60cm土層的氮肥殘留量并無(wú)顯著性差異。過(guò)多的氮肥輸入并不能有效的保留在土壤中，反而以揮發(fā)氨和N2O的形式損失污染環(huán)