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不同氮肥管理下典型农田N_2O和CH_4净交换特征研究

石书静  
【摘要】:华北平原是我国重要的粮食主产区,氮肥的过量投入是目前该地区夏玉米生产体系中普遍存在的问题,过量的氮肥投入不仅会降低氮肥的利用效率,还会造成N_2O的大量排放并抑制农田土壤对CH_4的氧化吸收。因此,氮肥优化、施用和作物氮素吸收规律相吻合的控释氮肥可能是提高氮素利用率、降低N_2O排放、增加CH_4吸收的重要措施。另外,目前测定痕量气体交换的常规技术是静态箱技术,但在采用该技术时,不同计算方法所获得气体排放通量之间存在较大的差异,这在很大程度上增加了对比不同结果之间的难度。因此,本研究首先对比分析了不同计算方法之间的差异并采用TFU(theoretical flux underestimation)技术进行了检验,在此基础上又进一步对6个不同氮肥管理体系下的N_2O排放和CH_4的氧化吸收进行了观测,以明确夏玉米生产体系的N_2O排放和CH_4的吸收特征,影响因素和减排潜力。6个处理分别为不施肥(CK)、农民传统处理(Nc)、优化氮素处理(No)、CRU(Controlled Release Urea,含氮量46%)1(100%CRU),CRU267%(CRU+33%尿素)和CRU3(33%CRU+67%尿素),以研究华北平原夏玉米生长季土壤与大气之间CH_4,N_2O的交换通量及相应措施的减排潜力。主要研究结果如下: (1)通过观测冬小麦拔节期施肥后1周内N_2O排放,详细比较了采用静态箱技术时,线性回归(LR),Quad回归和HM计算方法对N_2O排放通量的影响,同时也分析了施肥(Nc)和不施肥(CK)对N_2O气体交换的影响。结果表明,通过LR,Quad和HM方法处理相同数据得到的N_2O排放通量及其特征确实存在较大的差异,由三种方法得到的通量变异系数最高可达到71%;未采用TFU技术校正前,三种计算方法之间的变异系数平均为29%,而校正后则降低到13%;同时还发现,这三种技术均在一定程度上低估了N_2O的排放通量,与校正后的排放通量相比,施肥处理中LR、Quad和HM的N_2O排放通量分别偏低了14%-31%,5%-48%和3%-62%,对照则分别偏低了14.9%-16.0%,15.5%-35.2%和8.4%-57.2%.因此,采用TUF校正方法不仅定量分析不同计算方法之间的差异大小,同时也降低了N_2O排放通量的误差。 (2)通过设置六个不同的N肥管理措施,即在2011年整个夏玉米生长季,土壤都表现为N_2O的排放源。与Nc处理相比,No处理可以显著降低夏玉米生长季N_2O的排放,缓释尿素也可以显著降低夏玉米季N_2O的排放。夏玉米生长季土壤排放的N_2O总量从大到小依次为NcNo CRU3 CRU2 CRU1 CK,对应的排放总量依次为9072.12 g N/ha,4070.12 g N/ha,3628.20 g N/ha,3974.14 g N/ha,4216.00 g N/ ha和1183.79 g N/ha。No,Nc,CRU1,CRU2和CRU3处理的排放系数分别为1.60%,2.63%,1.36%,1.54%和1.68%. (3)在所研究的区域夏玉米生长季内,各处理土壤均表现为大气CH_4的吸收汇,各处理在整个生长季对CH_4吸收总量在19.19 mg C/m2-31.38 mg C/m2之间;施肥会抑制土壤对CH_4的氧化吸收;土壤含水量是该区域夏玉米种植区土壤氧化吸收CH_4的主要限制因素。


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