水氮供應對小麥-玉米輪作農田N2O排放的影響及其機理研究.pdf

1、人類活動產生的N2O主要來源于農田土壤，氮素是農田N2O排放最主要的驅動因素。為了增加小麥和玉米產量，在華北平原小麥-玉米輪作農田，氮肥普遍被過量施用。近年來，隨著中國政府對秸稈禁燒力度的加大，小麥、玉米秸稈還田面積逐年擴大。目前，有關小麥-玉米輪作農田土壤N2O排放的機理及其影響因素，還沒有得出一致的結論。為在小麥-玉米輪作農田探索出既能穩(wěn)定作物產量又可減少N2O排放的水氮供應模式和秸稈還田方式，本研究設置了田間和室內培養(yǎng)兩個試驗。田

2、間試驗設傳統(tǒng)施肥（250kg.hm-2）和優(yōu)化施肥(200kg.hm-2，)2個氮水平;開溝20cm深施(K)和表面撒施(S)2種施氮方式;傳統(tǒng)灌溉量(C相當于90mm.hm-2)和推薦灌溉量(T相當于60mm.hm-2)2個灌水量，共8個處理，分別為TK200、TS200、CK200、CS200、TK250、TS250、CS250、CK250，每個處理3次重復。室內培養(yǎng)試驗以華北平原小麥-玉米輪作農田面積較大的潮土和砂姜黑土為供試土壤

3、，每種土壤分別設置對照(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個處理，每個處理3次重復。在保持土壤WFPS為80％的條件下連續(xù)培養(yǎng)30d。
　　田間試驗結果表明:(1

4、)施肥后灌溉或遇強降雨均可導致農田土壤N2O排放量短暫急速增加并形成排放峰，兩個周年試驗期間共產生9個N2O排放峰，其中7個與施肥后強降雨或灌溉事件有關。(2)作物各生長季間、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)兩個灌水量處理間作物籽粒產量和N2O排放均沒有明顯影響;兩個氮肥用量處理間小麥、玉

5、米籽粒產量也無明顯差異。(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，進行開溝施肥是華北平原小麥-玉米輪作農田較為科學的水氮供應模式，既能保

6、持相對高產又能減少氮肥用量和N2O排放。
　　室內試驗結果顯示:(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，當施氮量為250kg N hm-2時，玉米或小麥秸稈與氮肥混施處理的N2O累積排放量，較相應僅施用氮肥的處理分別增加60％和30％;當施氮量為200kg N hm-2時，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，氮肥與同一種農作物秸稈混施時，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)對于兩種土壤來說，所有處理16S rRNA的基因豐度在培養(yǎng)過程中均沒有發(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，均高于對照和僅施用氮肥的相應處理。然而，經方差分析發(fā)現(xiàn)，含有nosZ和nirS基因的反硝化細菌豐度與土壤N2O的排放沒有顯著相關性。
　　綜上所述，本研究豐富了水氮供應對華北平原地區(qū)小麥-玉米輪作農田N2O排放的影響以及小麥、玉米秸稈與氮肥混施對此輪作體系下農田潮土和砂姜黑土N2O排放、反硝化細菌豐度影響的理論，探索出了一種在保持周年兩熟作物相對高產的前提下，減少農田N2O排放較為科學的水氮供應模式。若在