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黑土稻田秸秆还田条件下不同水氮管理模式的CH_4、N_2O排放和影响因素研究

韩羽  
【摘要】:水稻在我国是一种主要的粮食作物,黑龙江省作为我国水稻种植大省,其水稻产量对我国粮食安全至关重要,但大面积的稻田会产生大量的CH_4与N_2O,引发一系列环境问题。近年来,黑龙江省水稻种植土地面积逐年扩大,每年生产大量水稻的同时,CH_4与N_2O的排放量也逐年增加,有关水稻秸秆处理的问题日益凸显,传统的焚烧秸秆不但浪费了秸秆资源还会造成环境污染。秸秆中含有丰富的氮元素,氮元素对植物的生长发育至关重要,将秸秆作为肥料还田是一种经济可行的处理方法,对于水稻的生长、减少CH_4与N_2O的排放有着重要意义,但秸秆还田会改变稻田环境影响水稻产量,应对传统的灌溉施肥方式进行调整。因此,在秸秆还田的条件下探寻合理的灌溉施肥方式,在保证黑龙江省水稻产量的同时,减少稻田CH_4与N_2O的排放,对黑龙江省水稻生产具有重要意义。本试验在秸秆还田的基础上,以常规淹灌配施110kg/hm~2氮素的处理为对照,设置了间歇灌溉和控制灌溉两种灌溉方式,并设置4个氮肥梯度,采用静态箱—气相色谱法观测了各处理的CH_4、N_2O排放通量,计算了温室气体排放强度以及全球增温潜势,分析了水氮耦合下稻田土壤氧化还原电位、各生育阶段土壤铵态氮含量、硝态氮含量、秸秆腐解率的变化,以及各因子对稻田CH_4、N_2O排放的影响。本试验主要研究结果如下:(1)秸秆还田下三种灌溉模式的CH_4与N_2O排放通量的日平均值与9:00~12:00之间的CH_4与N_2O排放通量相近,在9:00~12:00之间采样可以代表当日CH_4与N_2O排放量。相同灌溉模式下各处理的CH_4与N_2O排放变化规律相同,控灌的CH_4排放峰值较淹灌低66.13%~185.78%,间灌的CH_4排放峰值较淹灌低72.16%~106.75%;间灌各处理的CH_4累积排放量平均低于淹灌21.09%,控灌各处理的CH_4累积排放量平均低于淹灌63.63%,相同施氮量下,控灌较间灌CH_4累积排放量低26.06%~44.48%;间灌与控灌模式下增施氮肥会显著增加CH_4累积排放量。相同施氮量下,淹灌处理较控灌生育期CH_4排放通量平均值高出1.20~3.65倍,淹灌处理较间灌与控灌生育期CH_4排放通量平均值高出47.29%~58.20%。(2)控灌下的N_2O日排放通量要明显高于间灌与淹灌,间灌与淹灌的N_2O日排放通量无明显差异。控灌下各处理的N_2O排放峰值较淹灌高出90.78%~128.35%,间灌下各处理的N_2O排放峰值较淹灌高出4.72%~163.29%,间灌模式下水稻整个生育期较控灌出现多次排放高峰。控灌下各处理N_2O的累积排放量平均较淹灌高出78.73%,间灌下各处理N_2O的累积排放量平均较淹灌高出48.28%;控灌与间灌模式下增施氮肥会使N_2O的累积排放量增加14.85%~39.78%。相同施氮量下控灌各处理不同生育期N_2O排放通量平均值较淹灌高出21.45%~30.50%,间灌各处理不同生育期N_2O排放通量平均值较淹灌高出13.67%~18.21%。(3)相同施氮量下间灌较控灌的GWP高出35.80%~85.85%,间灌较淹灌的GWP高出52.43%,控灌较淹灌的GWP高出160.18%;随着施氮量的增加,控灌各处理的GWP增加了19.93%~55.37%,间灌各处理的GWP增加了13.38%~23.89%。相同施氮量下,间灌处理的产量较控灌处理减少了16.02%,淹灌处理的产量较控灌处理减少了18.04%;与常规施氮相比,间灌与控灌下增施氮肥使产量增加了3.34%~4.77%。相同施氮量下,CSN2处理的GHGI较FSN2处理减少了67.88%,淹灌处理的GHGI较间灌处理高出55.08%。(4)土壤铵态氮含量可以显著的影响稻田CH_4的排放,但与N_2O的排放呈不显著的负相关关系;土壤硝态氮含量与稻田CH_4、N_2O排放呈不显著的负相关关系;土壤Eh与稻田CH_4的排放呈显著的负相关关系;秸秆腐解率与稻田CH_4、N_2O排放呈显著的正相关关系;土壤温度与稻田CH_4的排放呈显著正相关,而与N_2O的排放关系不显著。施氮量对稻田CH_4、N_2O排放、铵态氮含量的影响在0.01水平上显著,对硝态氮含量、土壤Eh、秸秆腐解率在0.05水平上显著。灌溉模式对稻田CH_4、N_2O排放的影响在0.01水平上显著,对铵态氮含量、硝态氮含量、土壤Eh、秸秆腐解率在0.05水平上显著;施氮量与灌溉模式二者的交互作用对稻田CH_4、N_2O的排放在0.05水平上显著。综上所述,秸秆还田条件下推荐灌溉模式为控制灌溉,施氮量为110kg/hm~2,可以实现节水、减排、增产的目的。


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