水氮供應(yīng)對(duì)小麥-玉米輪作農(nóng)田N2O排放的影響及其機(jī)理研究.pdf

1、人類活動(dòng)產(chǎn)生的N2O主要來(lái)源于農(nóng)田土壤，氮素是農(nóng)田N2O排放最主要的驅(qū)動(dòng)因素。為了增加小麥和玉米產(chǎn)量，在華北平原小麥-玉米輪作農(nóng)田，氮肥普遍被過(guò)量施用。近年來(lái)，隨著中國(guó)政府對(duì)秸稈禁燒力度的加大，小麥、玉米秸稈還田面積逐年擴(kuò)大。目前，有關(guān)小麥-玉米輪作農(nóng)田土壤N2O排放的機(jī)理及其影響因素，還沒(méi)有得出一致的結(jié)論。為在小麥-玉米輪作農(nóng)田探索出既能穩(wěn)定作物產(chǎn)量又可減少N2O排放的水氮供應(yīng)模式和秸稈還田方式，本研究設(shè)置了田間和室內(nèi)培養(yǎng)兩個(gè)試驗(yàn)。田

2、間試驗(yàn)設(shè)傳統(tǒng)施肥（250kg.hm-2）和優(yōu)化施肥(200kg.hm-2，)2個(gè)氮水平;開(kāi)溝20cm深施(K)和表面撒施(S)2種施氮方式;傳統(tǒng)灌溉量(C相當(dāng)于90mm.hm-2)和推薦灌溉量(T相當(dāng)于60mm.hm-2)2個(gè)灌水量，共8個(gè)處理，分別為T(mén)K200、TS200、CK200、CS200、TK250、TS250、CS250、CK250，每個(gè)處理3次重復(fù)。室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)以華北平原小麥-玉米輪作農(nóng)田面積較大的潮土和砂姜黑土為供試土壤

3、，每種土壤分別設(shè)置對(duì)照(CK，N0)、施肥200kgNhm-2(N200)，250kgNhm-2(N250)、玉米秸稈+200kgNhm-2氮肥混施(MN200)、玉米秸稈+250kgNhm-2氮肥混施(MN250)、小麥秸稈+200kgNhm-2氮肥混施(WN200)和小麥秸稈+200kgN hm-2氮肥混施(WN250)共8個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)。在保持土壤WFPS為80％的條件下連續(xù)培養(yǎng)30d。
　　田間試驗(yàn)結(jié)果表明:(1

4、)施肥后灌溉或遇強(qiáng)降雨均可導(dǎo)致農(nóng)田土壤N2O排放量短暫急速增加并形成排放峰，兩個(gè)周年試驗(yàn)期間共產(chǎn)生9個(gè)N2O排放峰，其中7個(gè)與施肥后強(qiáng)降雨或灌溉事件有關(guān)。(2)作物各生長(zhǎng)季間、年際間N2O累積排放量差異顯著。在其它條件相同的情況下，撒施處理N2O累積排放量均高于開(kāi)溝施肥處理。在玉米季，N2O累積排放量隨施氮量的增加而增加，而小麥季則未發(fā)現(xiàn)類似的規(guī)律。(3)兩個(gè)灌水量處理間作物籽粒產(chǎn)量和N2O排放均沒(méi)有明顯影響;兩個(gè)氮肥用量處理間小麥、玉

5、米籽粒產(chǎn)量也無(wú)明顯差異。(4)在所有處理中，年均N2O累積排放量以CS250處理最高，達(dá)到3.39kg.hm-2;CK200處理最低（1.9kg.hm-2），較CS250處理減少了44％，而年均籽粒產(chǎn)量則以TK250處理最高（14659kg.hm-2），其次為CK200處理（14379kg.hm-2）。綜合各方面因素考慮，在傳統(tǒng)灌溉條件下按照200kg N hm-2，進(jìn)行開(kāi)溝施肥是華北平原小麥-玉米輪作農(nóng)田較為科學(xué)的水氮供應(yīng)模式，既能保

6、持相對(duì)高產(chǎn)又能減少氮肥用量和N2O排放。
　　室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果顯示:(1)在兩種供試土壤中，施氮處理的N2O累積排放量顯著高于不施氮肥的處理。在砂姜黑土中，當(dāng)施氮量為250kg N hm-2時(shí)，玉米或小麥秸稈與氮肥混施處理的N2O累積排放量，較相應(yīng)僅施用氮肥的處理分別增加60％和30％;當(dāng)施氮量為200kg N hm-2時(shí)，玉米或小麥秸稈與氮肥混施處理的N2O累積排放量，分別較相應(yīng)僅施氮肥的處理減少20％和50％。在潮土中，不管施氮量

7、高低，小麥秸稈與氮肥混施較相應(yīng)僅施氮肥的處理，N2O累積排放量增加40％～50％，而玉米秸稈與氮肥混施較相應(yīng)僅施氮肥的處理，N2O累積排放量減少10％～20％。(2)在兩種土壤中，氮肥與同一種農(nóng)作物秸稈混施時(shí)，施氮量為250kgN hm-2處理的N2O累積排放量較施氮量為200kg N hm-2處理高1.1～3.3倍。(3)對(duì)于兩種土壤來(lái)說(shuō)，所有處理16S rRNA的基因豐度在培養(yǎng)過(guò)程中均沒(méi)有發(fā)生明顯變化，而秸稈與氮肥混施處理的nosZ

8、和nirS基因的平均豐度，均高于對(duì)照和僅施用氮肥的相應(yīng)處理。然而，經(jīng)方差分析發(fā)現(xiàn)，含有nosZ和nirS基因的反硝化細(xì)菌豐度與土壤N2O的排放沒(méi)有顯著相關(guān)性。
　　綜上所述，本研究豐富了水氮供應(yīng)對(duì)華北平原地區(qū)小麥-玉米輪作農(nóng)田N2O排放的影響以及小麥、玉米秸稈與氮肥混施對(duì)此輪作體系下農(nóng)田潮土和砂姜黑土N2O排放、反硝化細(xì)菌豐度影響的理論，探索出了一種在保持周年兩熟作物相對(duì)高產(chǎn)的前提下，減少農(nóng)田N2O排放較為科學(xué)的水氮供應(yīng)模式。若在