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秸秆还田方式及施氮水平对小麦-玉米轮作系统土壤N_2O排放的影响

许宏伟  
【摘要】:N_2O作为三大温室气体之一,其对气候变化的影响不容忽视,而农业生产作为大气中N_2O的主要排放源,因此研究农田土壤N_2O的排放以应对全球气候变化具有重要的意义。本研究以关中地区冬小麦-夏玉米轮作土壤为研究对象,试验采用裂区设计,主区为常规施氮(G)和70%施氮(70%G),副区为为秸秆不还田(N),秸秆还田(S)和秸秆还田+生物炭(SB)。分析了各处理对土壤N_2O排放和土壤理化性质的影响,并且探讨了土壤N_2O排放和土壤理化性质间的相关性。得出以下结果:(1)在作物生育期内各处理土壤N_2O排放通量呈现出相同的变化趋势,在施肥和降水后均出现了N_2O排放峰值。(2)玉米季各处理N_2O排放总量高于小麦季。同一施氮水平,秸秆还田可提高土壤N_2O排放总量,而秸秆还田+生物炭可降低N_2O排放总量,氮肥减量也可抑制N_2O的排放。(3)秸秆还田对土壤具有一定的保温保墒作用,秸秆还田+生物炭也具有保墒作用。秸秆还田和秸秆还田+生物炭相比于无秸秆,土壤中SOC和DOC含量大大提升,却降低了小麦季MBC含量。秸秆还田下土壤中TN、DON以及无机氮含量明显增高,秸秆还田+生物炭同样能增加土壤TN和NO_3~--N含量,但NH_4~+-N含量却比秸秆还田低,甚至在小麦季低于无秸秆处理。氮肥减量可有效降低土壤TN和无机氮含量,在小麦季增加DOC含量,降低微生物量碳氮含量,在玉米季降低SOC含量,增加微生物量碳氮含量。(4)各处理对玉米季酶活性没有造成显著影响。在小麦季,秸秆还田在常规施氮下的各种酶的活性相较于减量施氮更低。常规施氮下秸秆还田的脲酶活性显著低于其他处理,秸秆还田和秸秆还田+生物炭均可增加硝酸还原酶活性,而对亚硝酸还原酶活性并没有产生太大的影响。(5)N_2O排放通量和土壤水热状况之间具有较为显著的正相关关系。在小麦季,土壤N_2O排放通量和土壤MBC、SOC、DON、MBN含量以及土壤SOC:TN呈正相关关系,和土壤TN、DOC含量以及土壤DOC:DON和土壤MBC:MBN呈负相关关系。在玉米季,土壤N_2O排放通量和土壤DON、SOC、TN、DOC含量以及SOC:TN和MBC:MBN呈正相关关系,而和土壤MBC、MBN含量以及土壤DOC:DON呈负相关关系。借助于线性拟合得出,在小麦季生育期内土壤中的NO_3~--N和NH_4~+-N含量N_2O排放通量之间存在显著或极显著的正相关关系,而在玉米季生育期内土壤N_2O排放通量和土壤NH_4~+-N含量以及硝化和反硝化酶活性均具有极显著正相关关系。综上所述,氮肥减量配合秸秆+生物炭的投入是实现关中地区资源合理高效利用以及温室气体减排的有效措施。


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