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《西南大学》 2018年
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地膜覆盖、氮肥及不同种类抑制剂的使用对菜地生态系统N_2O排放的影响

冯迪  
【摘要】:近年来我国的蔬菜种植面积逐年增加,且复种指数和化肥使用量较高,导致菜地生态系统温室气体排放增多。氮肥施用是影响土壤氧化亚氮(N_2O)排放的重要因素,应用硝化抑制剂能够有效地提高氮肥利用率和农作物的产量。地膜覆盖与施氮是两种重要的农业措施,对作物的生长和产量及土壤理化性质的影响已有大量的研究报道,关于地膜覆盖和施氮及抑制剂的使用对农田生态系统N_2O排放的影响研究并不多见,而且以菜地生态系统为研究对象的报道更加鲜有。本研究选取西南地区常见的菜地(辣椒-萝卜轮作)为研究对象,采用静态暗箱/气相色谱法,进行为期三年(2014年5月-2017年3月)的野外观测实验,设置覆膜和不覆膜两种种植方式,在两种种植方式下均设有四个氮肥浓度梯度(高氮、中氮、低氮及无氮),研究地膜覆盖及施氮对N_2O排放通量、土壤剖面N_2O浓度和土壤环境因子的影响,探讨地膜覆盖和施氮对N_2O排放的影响机制;通过室内盆栽实验研究不同种类的抑制剂对菜地N_2O排放的影响,为我国农田温室气体的减排提供理论依据。主要的研究结果如下:(1)在整个观测期内,高氮条件下覆膜处理的N_2O平均排放通量显著大于常规处理(p0.05)(覆膜:433.23μg·m~(-2)h~(-1),常规:411.45μg·m~(-2)h~(-1));中氮条件下覆膜处理N_2O平均排放通量显著小于常规处理(p0.05)(覆膜:148.44μg·m~(-2)h~(-1),常规:242.47μg·m~(-2)h~(-1));低氮条件下覆膜处理的N_2O平均排放通量显著小于常规处理(p0.05)(覆膜:123.07μg·m~(-2)h~(-1),常规:143.45μg·m~(-2)h~(-1))。说明在中氮和低氮条件下覆膜处理能够显著减少N_2O的排放。在整个观测期内,辣椒季覆膜处理N_2O平均排放通量都显著低于常规处理(p0.05),萝卜季刚好与之相反,说明春夏季地膜覆盖会减少N_2O排放,秋冬季则会促进其排放。(2)在整个观测期内,不管常规还是覆膜处理,土壤不同深度处(10、20、30cm)N_2O浓度间均存在极显著正相关关系(p0.01)。对覆膜和常规处理土壤同一深度处N_2O浓度进行相关性分析可知,不同处理相同深度处的土壤N_2O浓度间也存在极显著相关关系(p0.01)。常规处理下N_2O的排放通量与地下10、20、30cm土壤剖面的N_2O浓度呈极显著相关关系(p0.01);覆膜处理下N_2O的排放通量与20cm土壤剖面的N_2O浓度存在显著性相关关系(p0.05),与10、30cm土壤剖面的N_2O浓度呈极显著相关关系(p0.01)。(3)在第一年的萝卜季,覆膜垄沟N_2O的平均排放通量是三年中最高,为65.96μg·m~(-2)h~(-1),覆膜垄沟和覆膜垄上N_2O的累积排放量并无显著性差异(p0.05);在第二年的萝卜季,覆膜垄上N_2O平均排放通量显著高于覆膜垄沟(p0.05);到了第三年的萝卜季两者之间无显著差异(p0.05);第二年和第三年的辣椒季,覆膜垄上N_2O平均排放量都远高于覆膜垄沟,覆膜垄沟和常规垄沟排放无显著性差异(p0.05),说明覆膜对菜地土气间N_2O的主要传输方式并无明显的影响。(4)在常规处理下,当2-氯-6-三氯甲基吡啶(CP)和双氰胺(DCD)联合使用时,N_2O的减排率最高,为90.12%;在覆膜处理下,添加脲酶抑制剂(NBPT)对N_2O的排放没有起到减排作用,其他的抑制剂均能减少N_2O的排放,当CP和DCD联合使用时,N_2O的减排率最高,为55.72%。通过比较发现,每种抑制剂在常规处理下均比覆膜处理N_2O的减排率高,说明抑制剂在不覆膜处理下效果更好。(5)在整个观测期内,覆膜处理土壤平均含水率显著高于常规处理(覆膜:18.21%常规:17.53%)(p0.05)。进一步进行分析发现,在整个辣椒季,覆膜处理土壤平均含水率显著小于常规处理(覆膜:16.06%常规:16.68%)(p0.05),常规处理比覆膜处理增加了3.86%;在整个萝卜季,覆膜处理土壤平均含水率显著高于常规处理(覆膜:20.01%常规:18.13%)(p0.05)覆膜处理比常规处理增加了10.37%,说明覆膜处理的保水作用在秋冬季更加明显。在整个辣椒季,覆膜处理下10、20和30cm处土壤的温度比常规处理平均增加了3.34%、3.01%、3.54%;在整个萝卜季,覆膜处理下10、20和30cm处土壤的温度比常规处理平均增加了2.46%、1.72%、3.11%,说明覆膜处理在夏季的增温效果更为突出。覆膜处理能够显著提高土壤中铵态氮(NH_4~+-N)和硝态氮(NO_3~--N)的含量,土壤中的NH_4~+-N在辣椒季覆膜处理比萝卜季覆膜处理时提高的更为显著(辣椒季:67.09%、10.49%、45.14%;萝卜季:7.64%、48.04%、5.92%);土壤中的碱解氮和全氮(TN),除了第一年外,第二年和第三年的覆膜处理均能提高其在土壤中的含量。在本研究中第一年和第三年萝卜季覆膜处理能够显著提高土壤中微生物量碳(SMBC)含量(25.49%、30.33%);覆膜处理对于土壤中微生物量氮(SMBN)含量的影响不大。除第二年的辣椒季外,其余种植季覆膜处理土壤脲酶活性显著大于常规处理(p0.05),而且在萝卜季覆膜处理下土壤脲酶活性的增长率显著高于辣椒季(p0.05)。(6)在本研究中,辣椒季的增产与覆膜无关,但是施氮可以提高辣椒的产量;在三年的萝卜季,覆膜处理使萝卜产量分别提高了42.39%、33.70%和17.96%,而且只有在高氮条件下,覆膜处理对萝卜产量的促进作用明显。(7)分别对覆膜和常规处理的土壤N_2O排放通量进行因子分析,在常规处理下,4个主因子的方差贡献率分别为29.51%、18.84%、16.13%、14.12%,累积贡献率为74.60%;在覆膜处理下,3个主因子的方差贡献率分别为28.14%、24.47%、18.06%,累积贡献率为70.67%。为了进一步说明因子分析的各个主因子与N_2O排放之间的关系,采用多元逐步回归分析方法,建立一个最优的回归方程,从而找出与N_2O排放关系最密切的因子,发现土壤氮素分布情况是决定农田N_2O排放的最重要因素。
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