施氮和轮作对黄土高原旱塬区土壤温室气体排放的影响

发布时间：2018-05-29 12:46

  本文选题：黄土高原 + 施氮　； 参考：《中国科学院研究生院（教育部水土保持与生态环境研究中心）》2015年博士论文

【摘要】：农田生态系统是温室气体(N2O、CH4和CO2)重要的排放源,其排放量分别占全球N2O、CH4和CO2总排放的60%、50%和10%。全球干旱和半干旱地区农田面积占全球农田总面积的80%,贡献了全球粮食总产量的60%。我国旱地约占国土总面积的70%,干旱半干旱耕地占总耕地面积的43%,主要分布在西北地区。我国西北黄土高原为典型的雨养农业区,面积60万km2,其中农田面积14.58万km2,70%属于雨养农业。施氮和轮作是本地区重要的农田管理措施。自20世纪80年代以来,化肥的投入成为本地区改善土壤肥力和作物产量的重要措施。但是施氮和轮作对土壤温室气体排放的影响尚不完全清楚。本研究共分为2个田间试验:春玉米连作试验和禾本科-豆科轮作试验。在春玉米试验中共设置5个不同的氮肥处理:对照处理(不施用氮肥处理,N0);传统施氮处理(Con);优化施氮处理(Opt);优化施氮添加硝化抑制剂处理(Opt+DCD);优化施氮使用缓控肥处理(Opt+SR)。在轮作系统中,选取小麦-小麦-糜子-豌豆轮作系统作为研究对象,研究不同作物轮作次序对土壤呼吸和温度敏感性的影响。主要获得以下结论:(1)施氮显著提高了春玉米生长季土壤的累积呼吸量(P0.05),但是四个施氮处理之间土壤呼吸无显著差异。与对照相比,施氮处理累积呼吸量2013年提高了35%,2014年提高了54%,但施氮显著降低了土壤呼吸温度敏感性(Q10)(P0.05),施氮处理的Q10较对照2013年降低了27%,2014年降低了17%。施氮显著提高了春玉米地上部生物量和根系生物量(P0.05)。施氮处理根系生物量较对照处理2013年提高了0.32倍,2014年提高了1.23倍。施氮对土壤温度和水分无显著影响,根系生物量是施氮条件下导致土壤呼吸差异的重要生物因素。(2)三个优化施氮处理显著减少了N2O的年累积排放量,农田温室效应(Global warming potential,GWP),以及总温室气体排放强度(Greenhouse gas intensity,GHGI)。与传统的N2O年累积排放量(1.9 kg N2O-N ha 1)相比,Opt+DCD处理N2O累积排放量下降的最多(48%),其次为Opt+SR处理(38%),下降最少的为Opt处理(28%)。施氮和大于40 mm降雨事件是N2O排放的主要控制因素。其中施氮后10天内的排放量占全年排放量的26%,并与施氮后10天内的硝态氮平均含量呈显著的线性正相关关系。2013年,由降雨诱导的N2O排放量占全年的6.4%,2014年为12.5%。N2O排放因子变化范围为0.12%?0.55%。黄土高原雨养区农田土壤是大气CH4的弱吸收汇,不同施氮模式对大气CH4的吸收没有显著的影响。Con,Opt,Opt+DCD和Opt+SR四个处理的GWP分别为788,536,344,441 kg CO2-eq ha-1。与传统施氮相比,Opt,Opt+DCD和Opt+SR处理的GHGI分别降低了29%,54%和42%。(3)三种优化施氮模式虽然减少了20%的施氮量,但并没有减少春玉米的产量,各施氮处理的产量在2013年为9.61-10.46 Mg ha-1,2014年为11.41-12.23Mg ha-1。5种施氮模式土壤剖面0-100 cm和100-200 cm的硝态氮残留量分别介于:33.5-148.9、24.8-92.8 N kg ha-1之间。与Con(225.9 N kg ha-1)相比,Opt、Opt+DCD和Opt+SR土壤剖面0-200 cm的硝态氮残留量降幅分别为47.2%、48.5%和45.5%。三种优化施氮处理之间硝态氮残留差异不显著(P0.05)。优化施氮处理氮肥农学效率和氮肥偏生产力显著大于传统施氮处理。(4)在小麦-小麦-糜子-豌豆轮作系统中,虽然冬小麦生长阶段土壤呼吸(1.63μmol m-2s-1)显著小于糜子(2.40μmol m-2s-1)和豌豆阶段(2.21μmol m-2s-1),但是冬小麦生长阶段的土壤呼吸温度敏感性(2.76)却显著高于糜子(1.85)和豌豆阶段(1.47)。轮作系统中Q10随着作物生长季的平均温度的升高呈现指数下降的趋势,当温度超过15°C时,Q10趋于稳定(1.8)。此外Q10随着作物生长季的平均水分的增加而增加,但当土壤水分大于14.7%时,Q10却出现下降的趋势。在全球变暖的情况下,模拟农业生态系统土壤呼吸时(特别是耐寒作物)必须考虑作物生长阶段的土壤温度和水分。
[Abstract]:This study was divided into two field trials : ( 1 ) nitrogen application significantly increased the soil respiration and root biomass ( P 0.05 ) . 涓庝紶缁熺殑N2O骞寸疮绉�鎺掓斁閲�(1.9 kg N2O-N ha 1)鐩告瘮,Opt+DCD澶勭悊N2O绱�绉�鎺掓斁閲忎笅闄嶇殑鏈，

本文编号：1950925