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硝化抑制剂对蔬菜地生态系统氮肥响应曲线的影响研究

李巧玲  
【摘要】:随着人们生活水平和需求的提升,蔬菜生产在整个农业生产中占的比重越来越大。蔬菜种植具有的集约程度高、复种指数高、施肥量大等特点,引起菜地土壤N_2O大量排放,导致蔬菜地生态系统成为农田生态系统中重要的N_2O排放源。硝化抑制作为一种减排措施在蔬菜地施用较少,而其施用对于氮肥响应曲线的影响更是鲜有报道。本研究将我国华东地区典型的蔬菜地作为研究对象,于2013.4-2014.4采用静态暗箱-气相色谱法对种植生菜、空心菜、小白菜和香菜四季蔬菜的土壤N_2O排放通量进行周年连续监测,对比研究了不同氮肥水平上施用普通尿素和含硝化抑制剂的尿素(CP氮肥)蔬菜生长情况和蔬菜地土壤N_2O排放规律,探究不同氮肥梯度下硝化抑制剂添加对蔬菜产量与氮肥利用率、蔬菜地土壤N_2O排放量、蔬菜生产净生态效益及其氮肥响应曲线的影响。主要研究结果如下:1、在0-1280kgNha-1yr-1高施氮范围内,随施氮量的增加产量逐渐增大,当超出1280 kgNha-1yr-1氮肥用量时,继续增施氮肥产量不会再增加,反而会有减产的趋势。生菜、空心菜、小白菜和香菜四季蔬菜生长阶段,与CK相比,氮肥的投入分别增加产量 54.1-102.3、36.0-58.6、152.7-195.6 和 200.1-360.8%。与普通尿素比,CP 氮肥体现了良好的增产效果,其施用对四季蔬菜的增产率达6.2-19.2、5.0-11.4、6.1-14.4和6.2-20.0%。四季蔬菜生长期,CP氮肥比普通尿素处理使植株吸氮量分别增加1.8-21.8、7.9-21.6、6.1-30.6和15.6-22.5%。与普通尿素相比,施用CP氮肥使四季蔬菜氮肥利用率分别提高了 0.3-7.3、2.0-12.8、1.1-11.6和3.4-7.7%。总观测期,施用氮肥处理比CK 能提高四季蔬菜总产量 69.3-107.8 t ha-1 yr-1(79-123.0%)。在 640-1920 kg N ha-1 yr-1施氮量范围内,施用CP氮肥比普通尿素使蔬菜总产量提高了 5.7-15.2%,增加总吸氮量8.6-20.5%,使总氮肥利用率提高1.7-8.5%。不论是否添加硝化抑制剂,蔬菜总产量与施氮量之间为开口向下的二次函数关系,氮肥利用率与施氮量之间呈显著负相关,添加硝化抑制剂促进植株对氮素吸收利用并提高产量,使响应曲线上移。2、蔬菜地是重要的N_2O排放源,氮肥的投入增加蔬菜地土壤N_2O排放。蔬菜地各处理N_2O排放通量的季节性变化规律基本一致,不同蔬菜季N_2O排放情况各有所异。N_2O排放通量波动范围在5.5-6200.1 μg N m-2 h-1之间。CP氮肥处理N_2O排放通量低于相同施氮量的普通尿素。CP氮肥对蔬菜地N_2O排放的削减作用显著,在640-1920 kg N ha-1 yr-1施氮量范围内,其施用降低整个观测期N_2O排放量3.7-10.3 kg N ha-1 yr-1减排 12.4-22.5%;将 N_2O 排放系数从 0.84-1.22%显著减少为 0.25-0.56%(p0.05);显著降低单位产量N_2O排放量23.7-27.3%(p0.05),能减少总观测期内N_2O增温潜势1.8-4.8 t CO_2 eq ha-1,削减率达12.4-22.0%。不论是否添加硝化抑制剂,N_2O排放总量均随施氮水平的提高而递增,二者呈指数函数关系,CP氮肥的曲线较普通尿素平缓;并且周年内单位产量N_2O棑放量与施氮量呈三次函数关系,添加硝化抑制剂使响应曲线下移。3、氮肥投入使蔬菜地土壤中NH_4~+-N和NO3--N含量增加,并且对NH_4~+-N浓度增加程度显著(p0.05)。CP氮肥处理NH_4~+-N浓度高于相同施氮水平的普通尿素处理,其施入使NH_4~+-N浓度在640-1920 kg N ha-1 yr-1氮肥水平上显著增加了 23.4-36.7%(p0.05),CP氮肥处理NO3--N浓度却低于普通尿素处理,将NO3--N浓度显著减少30.2-50.7%(p0.05),从而使土壤表观硝化率降低12.8-22.6%,有效地延缓了蔬菜地土壤硝化作用的进程。4、蔬菜地土壤N_2O排放和氮肥生产及运输使蔬菜生产碳成本显著增加(p0.05),并且碳成本随氮肥梯度的增加而增大。640-1920kg N ha-1 yr-1施氮范围内,施用CP氮肥使碳成本降低181.7-501.1元。与CK相比,施用氮肥增加每公顷周年经济效益和净生态效益分别为 10.5-16.5 和 9.2-14.4 万元(p0.05)。在640-1920 kg N ha-1 yr-1 施氮量范围内,施用CP氮肥使周年净生态效益增加1.5-3.5万元(7.2-18.4%),并且在640和960 kg N ha-1 yr-1施氮水平上增加效果显著(p0.05)。周年来看,施用CP氮肥能将产投比提高0.3-1.1个单位。净生态效益与施氮量呈显著的开口向下的二次函数关系,添加硝化抑制剂提高了净生态效益使得响应曲线上移。结合生命周期评价的方法得到蔬菜地普通尿素和CP氮肥最佳用量分别为960 kg N ha-1 yr-1和640 kg N ha-1 yr-1。因此,硝化抑制剂应用于蔬菜地是实现蔬菜生产减排和增产增收的有效措施。


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