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冬小麦/夏玉米轮作体系中肥料氮的硝化—反硝化作用研究

邹国元  
【摘要】:硝化-反硝化作用是农田氮素损失的重要途径之一。N_2O作为硝化-反硝化作用的中间产物,是主要的温室效应气体,近年也备受关注。本研究采用乙炔抑制静态土柱培养法直接定量农田土壤不同施氮、秸秆还田、不同灌溉方式等多因素影响下反硝化损失。主要研究结果如下: 通过连续两年的田间原位研究发现,京郊冬小麦夏玉米轮作体系下农田土壤氮素反硝化作用发生的高峰期在夏玉米生育期。其中尤以氮肥施用后的1-2周内为硝化反硝化氮素损失的最剧烈阶段。 夏玉米生育期采用优化施氮方法,其反硝化损失氮量接近于不施氮处理。根据土壤Nmin方法进行氮肥的优化推荐在降低氮的反硝化损失中有明显作用。而传统施氮方法所损失的反硝化氮量则相当于优化施氮处理的2-3倍。秸秆还田对氮的硝化作用没有发现明显的影响,但显然促进了施肥后的反硝化损失。 综合夏玉米全生育期结果来看,影响反硝化作用的因素在前期主要是受到土壤水分供应状况的制约,到玉米生育后期土壤水分供应及土壤温度的下降共同限制了反硝化作用的进行。 冬小麦生育期施肥后1-2周土壤硝化作用基本完成。氮的反硝化作用较弱,反硝化损失氮量很低。土壤含水量偏低,同时该期相对较低的温度是制约反硝化氮素损失的重要因素。在受到土壤水分制约的条件下,氮肥施用对土壤氮素反硝化损失没有造成明显的影响。 土壤反硝化作用的时空变异是土壤无机氮、水分等多因素时空分布不均匀所共同作用的结果。在冬小麦生育期,土壤反硝化作用相对较弱,限制反硝化作用的主要土壤因素是孔隙含水量。在夏玉米生育期,土壤温度与孔隙含水量都相对有利于反硝化作用的进行,但反硝化作用的时空变异仍是明显存在的。夏玉米三叶期氮肥条施,导致了土壤无机氮分布的空间梯度,因而引起反硝化氮素损失也存在类似的空间差异。这种效应一直维持到三叶期施肥后20天左右的时间,直到玉米十叶期施肥为止。 随着土壤层次的加深,反硝化量显著下降。但在亚表层土壤(15-30cm)反硝化值仍保持了较高的量,约相当于表层的10.7%~33.5%。如果将土壤分为表层(0-15cm)与下层(15-60cm)两部分来考虑反硝化损失状况,那么下层土壤的总反硝化量约相当于表层土壤的14%~51%。加入碳源无论对表层土壤还是下层土壤,其反硝化损失氮量大大增加,尤其是对下层土壤增加的趋势更为明显。研究确证了表层土壤是反硝化作用的主要土层。但是,如果忽略下层土壤的反硝化作用,在计算夏玉米季土壤反硝化损失氮量时,肯定会低估其数值。 无论是在冬小麦生育期还是夏玉米生育期,土壤反硝化作用与N_2O的生成、排放有相似的规律性。冬小麦夏玉米轮作体系下,夏玉米生育期是土壤反硝化损失氮量的关键阶段,同时也是N_2O生成与排放的关键阶段。尤其是在氮肥施用后的1-2周内是土壤反硝化与N_2O排放的高峰。土壤硝化-反硝化作用均是N_2O产生排放的源,在某些时期如玉米追肥后土壤硝化作用可能是N_2O产生与排放的主要来源。


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