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基于试验与模型的C、N循环研究

潘志勇  
【摘要】:本论文以桓台县高产农田生态系统为例,研究了不同秸秆还田模式和施氮量对农田N_2O与CO_2排放以及土壤硝态氮含量的影响,并通过对引进DAISY模型的参数调整对其进行模拟校验,从而为评价农业生产对环境的影响提供理论依据与分析方法。田间试验于2002年9月-2003年11月进行,主要结果如下: 1N_2O排放量和施氮量呈正相关关系;在作物生长旺盛期,由于温度较高导致N_2O排放量也较高;施用有机肥可显著增加N_2O排放量,并且有N_2O排放的突发;而秸秆还田与氮肥合理配施在一定程度上有助于降低农田生态系统向大气排放N_2O。 2农田氮的丢失(以N_2O气体排放形式)率以麦秸还田配施高氮量(N3S1)为最低,仅为0.21%,其次是麦秸还田配施中等氮量(N2S1)和麦秸全部还田加玉米秸秆部分还田配施中等氮量(N2S2);而施用有机粪肥氮的丢失率最高,达到1.61%以上。 3施氮量超过400kg/hm~2·a时,土壤铵态氮短期内含量较高,达10—25mg/kg,土壤硝态氮含量迅速上升,且上下层硝态氮比例受灌溉的影响较大,冬前有65%的硝态氮淋溶到下层土壤;施氮量低于400kgN/hm~2时,土壤铵态氮含量水平较低,硝态氮含量受降雨或灌溉的影响较大;麦秸还田不施氮(NOS1)条件下,土壤下层硝态氮含量呈上升趋势,这与秸秆的腐熟过程相关。施氮量过高(600kg/hm~2·a)对作物生产产生负效应,与施氮量400Kg/hm~2·a比较,籽粒吸氮量降低23.0%、总生物量降低11.74%。 4氮肥施用量与秸秆还田模式都是影响土壤CO_2排放的重要因素,玉米秸秆部分还田加麦秸全部还田的处理土壤CO_2排放通量高于其它中低氮处理,而麦秸还田与不还田的各处理间差别不大。麦秸还田配施高氮处理的CO_2排放通量普遍高于其它处理;施用粪肥对土壤CO_2排放影响不显著。 5通过对DAISY模型作物参数的调整,其预测的作物生长过程和各器官产量与实际试验结果相关性达到了显著或极显著水平,在此基础上对试验数据进行了模拟,结果显示:在施氮量低于400kg/hm~2·a时,土壤剖面硝态氮含量可得到理想的模拟结果,模型可以较好的模拟和预测作物吸氮量及田间N_2O和CO_2的排放状况,但当施氮量超过400kg/hm~2·a时,土壤CO_2排放的模拟值普遍高于实测值。 结合桓台县实际存在的情况,以N1S1和N2S1处理较为理想,控制施氮量不高于400kg/hm~2·a,以达到经济效益、生态效益两得的效果。


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