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长期不同施肥对稻-麦轮作紫色土麦季N_2O排放的影响

张旦麒  
【摘要】:农业土壤是大气N20的重要人为排放源。土壤排放的N20主要来源于微生物的反硝化和硝化过程,并受土壤、气候、施肥和耕作等因素的综合影响,因而呈现出复杂的时空变异性。紫色土是川渝地区最重要的农业土壤类型之一,但有关其N20排放强度与规律尚不清楚。因此,选择重庆北碚国家紫色土肥力监测基地7个长期不同施肥处理的试验田,采用静态箱法对麦季土壤N20的排放通量进行了连续两年(2008年11月至2009年5月和2009年11月至2010年5月)的原位监测。这7个处理分别为:不施肥+秸秆不还田(以R-表示);不施肥+秸秆还田(R+);施PK肥+秸秆不还田(PKR-);施N肥+秸秆不还田(NR-);NPK正常施肥量+秸秆不还田(FnR-);NPK正常施肥量+秸秆还田(FnR+);1.5倍NPK施肥量+秸秆还田(FhR+)。其中,氮肥的正常施用量为135 kg N·hm-2,秸秆的还田量为7.5 t·hm-2。研究的主要目的是:1)了解稻-麦轮作紫色土在麦季的N20排放动态;2)揭示长期不同施肥与秸秆还田对土壤N20排放的影响;3)估算输入土壤的氮素的N2O排放系数。主要研究结果如下: Ⅰ.土壤N20的排放动态 未施氮肥的处理(R-、R+和PKR_)在两个麦季的N20瞬时排放通量分别小于55或30μgN·m-2·hr-1,并且随时间的波动变化不大;处理间与年际间的平均排放通量也没有显著差异,范围为13.46±6.71-21.11±13.03ggN·m-2·hr-1。 与未施氮肥的对照不同,施氮肥处理土壤N20的排放随时间的波动较大,其排放峰值(120.39~289.25μgN·m-2.hr-1)主要出现在施用基肥和追肥后,即小麦生长期的前两个月内。降雨后土壤水分的增加也导致一些强度较小的排放峰。各处理在第一个麦季的N20平均排放通量范围为35.9±31.77--47.27±62.91μgN·m-2·hr-1,以FnR+最高,FhR+最低;第二个麦季的范围为31.3±14.27-44.28±22.58μgN·m-2·hr-1,以FhR+最高,FnR-最低。除FhR+外,其它施氮处理在第二个麦季的N20平均排放通量均低于第一个麦季,这可能是因为第二个麦季较低的土壤水分减弱了反硝化作用。 Ⅱ.长期不同施肥与秸秆还田对土壤N20排放的影响 未施氮肥且秸秆未还田的R-处理在两个麦季的N20累积排放量分别为0.66和0.60 kgN·hm-2,平均为0.63 kg N·hm-2。PKR-处理在两季的累积排放量与R无显著差异,但是R+的累积排放量两季平均比R-高42.7%,说明秸秆还田有利于N20的产生与排放。化学氮肥的施用对N20排放的促进作用则比秸秆还田更明显,与R+处理相比,只施氮肥的NR-和氮磷钾配施的FnR-处理的两季平均排放量分别高118%和84%。氮磷钾配施且秸秆还田的处理,其N20累积排放量比只有秸秆还田的处理高97%-99%,比只施氮磷钾的处理高8%-13%,说明化学肥料与秸秆配施对N20排放有一定的协同促进作用。 在秸秆未还田条件下,偏施氮肥的NR-处理在第一个麦季的N20累积排放总量(1.97 kgN·hm2)与氮磷钾配施的FnR-处理相差不大,但在第二季,前者比后者高44%(两季平均则高21%)。同样,NR-处理N20的累积排放总量两季平均比氮磷钾配施且秸秆还田的处理高11%~12%。因此,从土壤N20减排的角度考虑,在农业生产活动中,应尽量采用氮磷钾平衡施肥而避免偏施氮肥。 Ⅲ.N20的排放系数 土壤N20排放系数是建立区域或国家N20排放清单的基础。不同处理以外源输入的氮素总量(包括秸秆和化肥)计算的土壤N20排放系数范围为0.50%-0.98%,均值为0.69%±0.20%,明显低于IPCC(2006)的推荐值(1%)。如果分别考虑氮肥或秸秆输入的氮素,则两者的N20排放系数的范围分别为0.54%-0.98%和0.56%-0.66%,均值分别为0.85%±0.21%和0.61%±0.04%。氮肥的N20排放系数与秸秆有明显的差异,说明对于不同来源的氮素,宜采用不同的排放系数进行N20排放量的估算。


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