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长期施肥下黑土氮素组分含量及N_2O排放特征

佟帆  
【摘要】:土壤氮素是作物吸取氮素的主要来源,氮素是作物生长所需要的3大营养元素之一,氮素在土壤中主要以有机态存在,土壤的有机氮必须矿化为无机态氮才能被作物吸收。土壤氮矿化后所形成的铵态氮经硝化作用转化为硝态氮,减少了氨挥发损失,但硝态氮易进入地下水并经过反硝化作用而产生温室气体污染环境,所以对土壤氮素组分的研究,具有农学和环境双重意义。同时,研究长期不同施肥条件下,黑土氮素组分含量及氧化亚氮的排放特征,对我国黑土区的生态环境保护、环境污染防治以及资源合理开发利用也具有重要的意义。 本研究以吉林省公主岭市“国家黑土肥力与肥料效益监测基地”为平台,利用连续20年长期不同施肥试验的观测数据,并对历年土壤样品进行测定,系统分析了土壤全氮含量、不同粒径颗粒中的氮组成(颗粒有机氮、可溶性有机氮、微生物生物量氮)在不同施肥条件下的变化特征;并通过室内培养试验分析温室气体N2O的排放特征以及温度、土壤有机质、全氮、微生物生物量氮以及可溶性氮对黑土N2O排放的影响,探讨长期不同施肥对黑土温室气体排放的影响机理,以期为温室气体减排提供理论依据。本研究的主要成果包括: 1)不施肥(CK)和单施化学肥料(N、NP、NPK)各处理相互之间,土壤全氮含量差异不明显;不施有机肥处理的土壤全氮含量始终保持在最低水平,平均为1.49 g/kg;施中量有机肥处理土壤全氮含量居中,平均含量为2.31g/kg;施高量有机肥处理土壤全氮含量处于较高水平,平均含量为2.96 g/kg。 2)可溶性有机态氮含量随有机肥用量的增加而增加,施中量有机肥、高量有机肥和化肥配施显著增加可溶性有机态氮(SON)含量。相对于M0组的CK、N、NP和NPK处理,施中量有机肥(M2)和高量有机肥(M4)后,各个处理的可溶性有机态氮含量增加了131%-548%。 3)砂粒、粗粉粒、细粉粒及粗黏粒中的氮素对增加土壤全氮含量均有显著作用;不同颗粒氮组分中以砂粒氮组分与总氮偏相关性最强,其次为细粉粒氮组分,最后为粗粉粒氮组分。 4)随着施肥量增加,土壤微生物生物量氮并不一直呈升高趋势,不施有机肥条件下:MONPK、MOCK、M0NPM0N;而施用中量或高量有机肥各处理间土壤微生物生物量氮没有显著差异。相对于M0组的CK、N、NP处理,施中量有机肥(M2)和高量有机肥(M4)后,各个处理的微生物生物量氮升高了10.7%-55.2%;而当相对于MO组的NPK处理,施中量有机肥(M2)和高量有机肥(M4)后则反而分别下降了17.7%、13.6%。 5)单施有机肥处理M2CK和M4CK,相比施用化肥下,其各自随着有机肥施入量的增加,N2O的排放总量有显著提高;M4N、M2N处理中,N20排放总量分别比MON处理增长了148.59%、155.27%;M4NP、M2NP处理中,N20排放总量分别比MONP处理增长了55.80%、85.08%;M4NPK、M2NPK处理中,N20排放总量分别比MONPK增长了50.74%、80.2%。 6)不同施肥制度下,土壤全氮和有机质与N20的释放的相关系数达到了显著性相关;微生物量氮与N20排放有较显著性相关,其含量的高低对N20的排放有着直接的关系。


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