长期定位施肥对关中农田一氧化氮气体排放和总硝化速率的影响

发布时间：2020-07-31 18:45

【摘要】：一氧化氮(NO)是光化学活性气体,可调控大气氧化能力并间接影响气候变化。农田土壤是NO重要人为排放源之一,其年排放量大致为4~21 Tg N,存在极大的不确定性。土壤NO主要来源于微生物硝化、反硝化过程。硝化作用是一切可能产生NO的生化反应的第一步。土壤温度、水分含量、氮底物浓度等因素强烈影响总硝化速率及NO的产生。秸秆、牛粪还田是目前广泛推行的保护性耕作措施,其对土壤总硝化速率及NO排放的影响已有部分研究,但因研究区域的土壤性质、气候条件、田间管理方式及有机物料种类和还田量等因素不同而具有较大差异。定量研究关中农田土壤总硝化速率、NO排放对长期定位施肥的响应,对阐明NO排放变化规律及其发生机制具有重要意义。本论文以陕西省杨陵区五泉镇26年长期定位施肥试验基地夏玉米-冬小麦轮作农田为研究对象,田间试验设对照(CK,处理全年不施肥)及三个施肥处理。冬小麦季施肥处理分别为全化肥[NPK,165 kg N hm~(-2)]、化肥加秸秆[NPKS,(165+40)kg N hm~(-2)]和化肥加牛粪[NPKM,(50+115)kg N hm~(-2)];夏玉米季所有施肥处理均施用化肥[188 kg N hm~(-2)]。采用静态暗箱法,对试验地土壤NO排放通量和相关环境因子进行周年观测(2016年6月至2017年6月),目的是揭示NO排放的季节变化规律,阐明其主要调控因子,并讨论施肥措施的减排效率;采用乙炔抑制技术,通过室内控制条件培养实验,定量分析不同施肥处理土壤总硝化速率及NO产生速率,阐明NO排放变异性的发生机制。结果表明:(1)CK处理NO排放通量较小[12.2 g N(hm~2·d)~(-1)];施肥处理NO排放通量的变化范围为-1.7~112.0 g N(hm~2·d)~(-1),夏玉米播种、施肥和冬小麦施肥后出现排放峰,其中NPK处理峰值最高[112.0 g N(hm~2·d)~(-1)]。土壤温度、硝态氮含量对NO排放的影响最大,土壤温度范围20~30℃和空隙含水率(WFPS)0.4~0.8时NO排放较高。在冬小麦季11月至次年3月普遍存在NO吸收现象。(2)各处理NO年排放总量介于0.13~0.57 kg N hm~(-2)之间,年排放系数介于0.04~0.12%之间,低于全球施肥农田NO排放的平均值(0.70%)。(3)NPKS和NPKM处理NO年排放总量较NPK分别减少17.6%和增加68.0%(P0.05)。与NPK处理相比,NPKS和NPKM冬小麦季排放总量降低41.1~60.0%(P0.05);但夏玉米季增加25.2~292.1%(P0.05)。(4)培养实验中,CK处理的总硝化速率[2.2~7.9 mg N(kg·d)~(-1)]及NO产生速率[0.1~85.6μg N(kg·d)~(-1)]较低,施肥处理的变化范围分别为0.2~36.4 mg N(kg·d)~(-1),0.1~198.0μg N(kg·d)~(-1),在培养第一天总硝化速率和NO产生速率最高。(5)施肥处理累积总硝化量及NO产生总量显著高于CK处理(P0.05),其中秸秆还田处理土壤总硝化量(37.9~93.5 mg N kg~(-1))及NO产生总量(14.8~214.3μg N kg~(-1))最高。(6)田间小麦季NO排放峰值与培养实验中WFPS 0.4、0.6时硝化过程NO产生速率呈显著正相关关系(P0.05);田间玉米季NO排放峰值与培养实验反硝化过程NO产生速率呈显著正相关关系(P0.05)。主要得出以下结论:(1)冬小麦季添加有机物料有效降低NO排放,主要是由于有机物料的分解矿化较弱限制了氮底物的供给;而夏玉米季NO排放增加与土壤有机质含量有关。(2)NO年排放总量和直接排放系数处于较低水平,与较高的pH和较低的土壤有机碳含量有关。(3)冬小麦季NO主要来源于微生物硝化过程;而夏玉米季反硝化作用是NO的主要来源。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S513;S512.11;X144
【图文】：

图 2-1 乙炔的注入（左）及 NO 气体采集（右）e methods of adding acetylene to the culture bottles (left) and the nitric oxide coll处理与分析放通量为单位时间、单位体积排放的 NO 质量的变化。田间 NO = × × × × × 气体排放通量[g N（hm2·d）-1]；k为单位换算系数；P和T分别为采和温度（K）；H为采样箱高度（m）；ρ为标准状态下（T0=273 K，P0=密度（g·L-1）；dc/dt为气体浓度随时间的变化率。观测得到的NO排放通量为全天平均值，忽略其日变化。利用线性内的排放通量，逐日累加，估算NO年排放量。同期观测的来自施肥处理的NO排放量占氮施用总量的百分比。公 (％) = 氮肥用量× %

图 4-21 NO 排放峰值时水分含量（WFPS）Fig.4-21 The WFPS variations of maximal NO fluxes for all fertilized treatments.0 30 60 90 1200102030400 30 60 90 120ON生速率产ug/N（gk d）1-itrNcixodeipodrucitonraety=0.013x+12.2P<0.01 r2=0.99WFPS 0.4Nitric oxide fluxesWFPS 0.6y=0.1x+19.5P<0.05 r2=0.90NO排放通量/g N（hm2.d）-1

【参考文献】

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本文编号：2776856