氮肥后移与玉米间作豌豆对土壤温室气体减排的协同效应

发布时间：2018-04-27 03:44

本文选题：禾/豆间作 + 氮肥后移　；参考：《甘肃农业大学》2017年博士论文

【摘要】：禾/豆间作具有高产、高效、减排、可持续等多种优点,氮肥管理技术是诸多优点能否发挥的决定因素。单作生产中,氮肥后移作为优化作物氮素供需关系的措施而广泛应用,但将氮肥后移技术集成于禾/豆间作模式,能否强化两种作物的种间互补关系,实现节氮、减排和稳产,缺乏理论和实践依据。2014-2016年,在河西绿洲灌区,设置不施氮(N0),基肥和追肥比例不同的三种施氮模式:氮肥后移(N1)、均匀配施(N_2)和传统施氮(N3),研究不同施氮制度对玉米、豌豆单作和间作模式温室气体排放特征、种间关系和氮素利用特征的影响,以期揭示施氮制度调控禾/豆间作氮素利用特征和温室气体排放的基本机理,为进一步优化禾/豆间作氮肥管理技术提供理论依据。主要结论如下:(1)氮肥后移和间作显著降低了玉米、豌豆生育期内温室气体排放量,两者集成应用减排温室气体的效果优于单项措施的加和作用。整个作物季节,间作系统土壤碳排放量较单作玉米平均降低20.5%,氮肥后移碳排放比传统施氮减少26.4%,且氮肥后移集成玉米/豌豆间作对土壤碳排放的协同减排量达8.9%。土壤N_2O-N排放量玉米间作豌豆比单作玉米降低26.9%,氮肥后移较传统施氮降低29.1%,氮肥后移与玉米/豌豆间作相集成对土壤N_2O-N排放量的协同减排量为7.2%。玉米间作豌豆系统的增温潜势(GWP)较单作玉米降低20.6%,氮肥后移GWP较传统施氮降低26.6%,且氮肥后移集成玉米/豌豆间作对GWP的协同减排量为8.8%。(2)氮肥后移和间作降低了豌豆、玉米田土壤N_2O排放速率对无机氮变化的敏感性,削弱了N_2O排放对土壤WFPS的响应程度,抑制了两作物农田土壤呼吸对温度的敏感性,使温室气体排放得到有效控制。豌豆、玉米田CO_2排放与土壤含氮量的相关性主要表现在豆收前,该阶段较高的土壤含氮量是导致CO_2排放增大的直接原因;两作物农田N_2O排放速率与土壤无机氮含量间存在显著的指数增长关系,间作和氮肥后移下土壤N_2O排放速率对无机氮含量变化的敏感性明显降低。豌豆田土壤呼吸与WFPS的相关性表现在整个作物季节,而玉米田主要表现在豆收后;两作物农田N_2O排放与WFPS的关系符合二次回归曲线,间作和氮肥后移下土壤N_2O排放速率对0-30 cm WFPS的响应程度明显减小。豌豆、玉米田土壤呼吸速率和土壤温度符合指数回归方程,间作和氮肥后移下土壤呼吸对温度的敏感性明显降低;两作物农田N_2O排放与土壤温度呈负相关关系,低温可增强土壤N_2O排放,高温则会使其受到抑制。(3)氮肥后移对玉米间作豌豆氮素累积速率的促进,显著增大了组分作物土壤呼吸速率但减小了N_2O排放速率。氮肥后移使玉米氮素最大累积速率出现的天数有所延迟,但其最大累积速率比传统施氮提高13.4%,且其高累积速率持续的天数比传统施氮延长4.4 d。豌豆氮素累积速率与土壤呼吸速率在前期呈线性增长关系,在后期则表现为开口向上的抛物线关系;玉米土壤呼吸速率对作物氮素累积速率的响应比较一致,随累积速率的增大而增大,且在低累积速率时所受影响更大。豌豆氮素累积速率与N_2O排放量呈显著负相关,增大豌豆氮素累积可有效抑制N_2O排放;玉米氮素累积速率与N_2O排放量呈显著正相关,这与豌豆收获前传统施氮引起玉米高氮素累积与高N_2O排放发生同步有关,而该现象则掩盖了玉米氮素累积与N_2O排放的真实关系。(4)间作系统中,豌豆相对于玉米竞争力增强使豌豆带CO_2排放增大,N_2O排放减少,使玉米带CO_2排放降低,N_2O排放增多。共生阶段,豌豆相对于玉米的竞争比率大于1,表明豌豆竞争强于玉米。氮肥后移增大了共生期种间竞争力,与传统施氮相比,氮肥后移平均竞争力增大了6.9%。种间竞争力增强显著促进了豌豆干物质和氮素累积速率,从而增大了土壤呼吸速率但降低了N_2O排放速率;玉米干物质和氮素累积速率与种间竞争力呈开口向下的抛物线关系,种间竞争力增强会抑制玉米干物质和氮素累积,从而抑制土壤呼吸速率,但使N_2O排放速率增强。(5)氮肥后移集成玉米间作豌豆显著提高了产量和氮肥利用率,降低了温室气体排放强度,且两者集成表现出明显的协同效应。籽粒产量上,玉米间作豌豆比单作加权平均提高31.0%,氮肥后移比传统施氮提高26.6%,两者结合的协同增产量为10.1%,其中,间作效应是系统产量提高的主要原因。氮肥利用率上,间作系统比单作加权平均提高12.8%,氮肥后移比传统施氮提高89.1%,两者的协同提高幅度为24.5%,氮肥的后移效应对提高系统氮肥利用率起到了主导作用,而间作效应的贡献相对较小。尽管间作增大了两种组分作物的温室气体排放强度,但在系统水平上,玉米间作豌豆的温室气体排放强度(GHGi)要明显低于单作玉米,在不同施氮制度下较单作玉米降低26.8%,采用氮肥后移使玉米间作豌豆的GHGi比传统施氮降低34.4%,两者集成的协同作用使系统GHGi降低6.5%。
[Abstract]:In 2014 - 2016 , N _ 2O - N ratio of N _ 2O - N and N _ 2O - N decreased by 20 . 5 % , and that of N _ 2O - N was significantly lower than that of traditional N _ 2O - N . The correlation between N _ 2O emission rate and N _ 2O emission rate of N _ 2O _ 2 decreased significantly . The correlation between N _ 2O emission rate and N _ 2O emission rate in maize field showed a significant negative correlation with the increase of N _ 2O emission rate . ( 4 ) In intercropping system , the increase of CO _ 2 emission and the decrease of N _ 2O emission of pea were increased with the increase of N _ 2O emission .

【学位授予单位】：甘肃农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S513;S643.3

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