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减氮配施菌剂对稻田活性氮损失的影响

薛淮文  
【摘要】:氮肥施入土壤后,除了被作物吸收之外,还会通过活性氮的形式损失到环境当中去,农田活性氮的损失途径主要包括NH_3挥发、N_2O排放以及NO_3~--N淋溶,这不仅会使氮肥利用效率下降,还会对生态环境造成危害。减少氮肥施用量是绿色农业的必然要求,但这同时会带来减产的风险。本研究利用在肥料上接种具有根际促生效应的N_2O减排细菌,旨在保证水稻产量的同时,在减氮的基础上进一步降低肥料对于环境的负效应。N_2O减排细菌能够直接或者间接的影响N_2O还原微生物的群落组成及丰度,但是接种N_2O减排细菌后对于NH_3挥发和NO_3~--N淋溶的影响尚不清楚,并且在长三角下游地区的稻田中尚未进行过此类研究。因此本研究以长江滁河流域的稻田为研究对象,2019年和2020年共进行了两季的稻季观测试验。试验共设置了9个处理,分别是减氮20%+接种6种N_2O减排细菌、100%N、80%N、0%N,利用密闭式间歇抽气法、静态暗箱法、PVC管测定法分别收集NH_3、N_2O和氮素淋溶液,从而探究了减氮配施菌剂对NH_3挥发、N_2O排放以及氮素淋溶的影响,主要的研究结果如下:(1)减氮20%后水稻产量下降,2019年和2020年分别减产了11%和22%,但在减氮20%的基础上接种具有促生效应的N_2O减排细菌后,所有菌株均有一定程度的促生效应,2019年和2020年分别增产11%-16%、5%-26%,其中TSA2S和NRCB002处理两年的水稻产量均超过或者同100%N相当。(2)氮肥用量和NH_3挥发量呈现正相关关系,减氮20%后,2019年和2020的NH_3挥发累积量分别下降了44%和17%;接种N_2O减排细菌对稻田NH_3挥发没有明显影响;稻田NH_3挥发的峰值大多出现在施肥后的3天内,然后快速下降,一个星期后NH_3挥发通量基本降低到较低水平;稻田NH_3挥发和田面水NH_4~+-N浓度呈显著性强相关,而田面水p H、土壤温度同NH_3挥发相关性较小。(3)氮肥用量和N_2O排放量呈现正相关关系,减氮20%后,2019年和2020年N_2O累积排放量分别减少了59%和81%;接种N_2O减排细菌通过直接或者间接途径促进了N_2O的还原过程减少了N_2O的排放,其中N2、NRCB008、NRCB010、NRCB026四个菌株有较好的减排效果,2019年和2020年N_2O累积排放量分别减少了21%-55%、89%-216%;水分和肥料是影响N_2O排放的主要因素,N_2O排放峰值大多出现在施肥后和灌浆初期,在田面水落干的情况下更易出现N_2O的排放。(4)由于土壤胶体的吸附,稻田氮素淋溶以NO_3~--N为主,NH_4~+-N淋溶量较少;氮肥用量和NO_3~--N淋溶量呈现正相关关系,减氮20%后,不同深度下硝态氮淋溶量都明显下降,2019年和2020年分别下降17%-61%、39%-49%;接种部分N_2O减排细菌促进了反硝化过程,从而降低了NO_3~--N的淋溶量,在60cm和90cm处趋势更为明显,其中NRCB002菌株效果最好;NO_3~--N淋溶受水分影响较大,因此在降雨或者灌溉的情况下会促进NO_3~--N淋溶过程。综上所述,减氮20%后同时减少了NH_3挥发、N_2O排放和NO_3~--N的淋溶,但水稻产量下降;在减氮20%基础上接种部分具有促生效应的N_2O减排细菌后,不但进一步降低了N_2O排放和NO_3~--N的淋溶,还保证了水稻产量。


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