西北旱地雨养区麦田温室气体排放影响因子及控制技术研究

发布时间：2017-12-21 09:22

  本文关键词：西北旱地雨养区麦田温室气体排放影响因子及控制技术研究　出处：《西北农林科技大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：气候变化是全球环境问题,农业是氧化亚氮(N_2O)和甲烷(CH_4)重要排放源,N_2O和CH_4温室效应强度分别是二氧化碳(CO_2)的298和25倍。农田N_2O排放与环境因素、土壤特性与农艺措施有关。当前中国农业生产中,过量施用化学氮肥以及焚烧秸秆是两种非常普遍的措施,近年来,由于焚烧秸秆引发的环境问题日趋突出,中国政府禁止农民焚烧秸秆,积极倡导秸秆还田。然而,旱地秸秆还田后,会激发N_2O的排放,特别是和氮肥同时施用后,N_2O排放非常剧烈。为了降低中国农田温室气体排放,首先要减少氮肥用量,其次使用消化抑制剂或缓释肥料。目前关于旱地温室气体排放研究并不多,为此,本研究在陕西杨凌半干旱雨养区开展冬小麦-夏休闲耕作系统试验,明确该地区温室气体排放规律,并提出相应的控制措施,为西北旱地农田温室气体研究提供理论支持。材料和方法:试验设置在陕西杨凌国家黄土肥力与肥效监测基地,布置了长期和短期2类实验。长期实验为期2年(2013.10~2015.10),共设置了5个处理,分别为不施氮(N0),农民习惯施氮220kg.hm~(-2)(NCon),优化施肥施氮150kg.hm~(-2)+秸秆还田(秸秆和氮肥在播种前同时施入土壤,SN_(Opt)),优化施肥施氮150kg.hm~(-2)+秸秆还田+施氮量5%的DCD(秸秆和氮肥在播种前同时施入土壤,SN_(Opt)+DCD),优化施肥施缓释氮150kg.hm~(-2)+秸秆还田(秸秆和氮肥在播种前同时施入土壤,SSRFOpt);2014年10月补充了2个处理,分别为农民习惯施肥施氮220kg.hm~(-2)+秸秆还田(秸秆和氮肥在播种前同时施入土壤,SN_(Con)),优化施肥施氮150kg.hm~(-2)+秸秆提前还田(秸秆还田2月后施用氮肥,ESN_(Opt))。所有处理施入90kg.hm~(-2)P2O5和47kg.hm~(-2)K2O,磷肥为过磷酸钙,钾肥为硫酸钾,小麦播种前与氮肥一起施入土壤。短期实验在2015年6月~2015年10月进行,主要研究灌溉、秸秆类型、秸秆用量以及使用时间对温室气体排放的影响。研究结果:研究表明,不施氮处理(N0)净温室气体排放(NGHG)和净温室气体排放强度(NGHGI)分别为102 kg CO_2-eq hm~(-2)和23 kg CO_2-eq t~(-1),农民习惯施氮处理(NCon)分别为273 kg CO_2-eq ha~(-1) and 44 kg CO_2-eq t~(-1),农民习惯施氮+秸秆还田处理(SN_(Con))分别为526 kg CO_2-eq hm~(-2)和88 kg CO_2-eq t~(-1),优化施肥施氮处理(SN_(Opt))分别为403 kg CO_2-eq ha~(-1) and 67 kg CO_2-eq t~(-1),优化施肥施氮+DCD处理(SN_(Opt)+DCD)分别为123 kg CO_2-eq ha~(-1) and 18 kg CO_2-eq t~(-1),优化施肥施缓释氮处理(SSRFOpt)分别为280 kg CO_2-eq ha~(-1) and 45 kg CO_2-eq t~(-1),优化施肥+秸秆提前还田处理(ESN_(Opt))分别为251 kg CO_2-eq ha~(-1) and 43 kg CO_2-eq t~(-1)。在农民习惯施氮220kg.hm~(-2)情况下,秸秆还田使得NGHGI增加102%,但当氮肥用量降低32%后,NGHGI降低了24%,在冬小麦生长季,秸秆还田可明显增加N_2O的排放。施氮150kg.hm~(-2)时,ESN_(Opt),SSRFOpt and SN_(Opt)+DCD处理NGHGI分别比SN_(Opt)处理减少38%,32%和73%。NCon,SN_(Con),SN_(Opt),ESN_(Opt),SSRFOpt和SN_(Opt)+DCD处理由施氮引发的N_2O排放分别为0.17%-0.21%,0.22%-0.47%,0.38%-0.65%,0.16%-0.22%,0.22%-0.59%和0.03%-0.11%,平均为0.37%±0.03%,低于IPCC收集的山地排放值。秸秆还田后与施用氮肥的间隔时间(天)与N_2O和CO_2排放呈正相关,决定系数分别为0.8031(p0.01)和0.8799(p0.01),但与CH_4呈负相关(R~2=0.7662,p0.01)。此外,N_2O排放与土壤水分相关性不显著,土壤矿质氮与有机碳含量与秸秆还田关系不显著,所有施氮处理小麦产量差异性也不显著。结论:研究发现本地雨养区冬小麦田氮肥施用30-35天后是N_2O排放关键期,因此,控制这一时期的N_2O排放是降低。秸秆还田可以明显增加N_2O排放,而降低氮肥用量,可以减少N_2O排放,在选择N_2O控制策略时应重点考虑排放关键期。秸秆与氮肥耦合效应是影响减排技术实施的关键因素,降水也是影响N_2O排放的重要因素,作物生长季降水量增加25%(300mm),施氮后N_2O排放增加1-2倍,包衣缓释肥可以降低N_2O排放,但效果并不明显。秸秆还田后再施氮肥可以减少N_2O排放,但增加CH_4排放,而作物产量稳定;DCD与氮肥混施则是本区减少NGHGI、增加小麦产量最有效的措施。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S512.1
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本文编号：1315536