东北黑土区春玉米控释肥施用的生态环境效应研究

摘要

“乡村振兴”战略对乡村生态文明建设作出了全面部署，当前，我国发展不平衡不充分问题在乡村最为明显，表现在:农村环境和生态问题比较突出，乡村发展整体水平亟待提升。农田土壤属于农村寸与区域发展的自然资源可持续利用、生态环境建设范畴，是农业生态的重要组成部分。但是现代农业通过施用大量化肥、农药、机械动力等作业，造成了农田土壤系统有机质和养分的亏损，使农田生产力下降。2016年中国环境公报也指出我国现有耕地总体质量偏低，存在土壤养分失衡、肥效下降、环境恶化等突出的生态问题。东北地区土壤为典型黑土，当地雨养玉米单作系统最为普遍，约65％的耕地种植了玉米，占据全国玉米种植面积的33％和全国玉米产量的36％，一次性施肥在该地区非常普遍。
　　控释肥作为新型肥料，对提高资源利用效率，减少氮素损失具有积极作用，目前针对控释肥的研究多集中在作物产量水平及作物性状等方面，但对其施用下生态环境效应并不明确，土壤N2O排放与氨挥发特征研究尚不明晰。因此，本研究以东北春玉米种植模式为例，以N2O排放和氨挥发研究为重点，采用静态箱-气相色谱法和德尔格氨管法（DTM法）研究了不同处理(对照处理(CK)，农民常规施肥处理（施氮量为180kg N/hm2，FP）、控释肥施氮量180kg N/hm2处理(CRF180)和控释肥施氮量144kg N/hm2处理(CRF144))下土壤N2O排放和氨挥发动态变化特征及总量，探讨了土壤肥力及变化，并分析了其经济效益和劳动力成本，为控释肥的推广应用及施用下环境效应评价提供科学依据。主要研究结果如下:
　　(1)东北春玉米农田土壤N2O排放峰主要出现在施肥事件后，基肥施用后持续6天左右，追肥施用后持续13～15天，基肥施用后农民习惯施肥处理N2O排放通量最高峰值为0.061mg·N·m-2·h-1，控释肥处理N2O排放通量最高峰值为0.086mg N·m-2·h-1;追肥施用后农民习惯施肥处理N2O排放通量明显升高并且大于控释肥处理。玉米生长季内氨挥发峰值均出现在施肥后（基肥和追肥）第1～2天、第11～12天左右，施基肥后氨挥发平均速率CRF180＞FP＞CRF144（1.00＞0.93＞0.92kg·hm-2·d-1），施用追肥后氨挥发平均速率表现为FP＞CRF180＞CRF144(2.61＞2.39＞2.34kg·hm-2·d-1)。
　　(2)土壤温度、土壤含水量(WFPS)及土壤无机氮含量(NO3--N、NH4+-N)是影响N2O排放和氨挥发的主要环境因素。春玉米生长季土壤温度、土壤含水量与CK处理N2O排放存在显著性相关(P＜0.05);但由于温度、水分、氮素等因子的交互作用掩盖了其对施肥条件下土壤N2O排放和氨挥发的影响，因此，4个环境因素与各个施肥处理土壤N2O排放及氨挥发的相关性不显著。
　　(3)控释肥施用能够减少N2O排放总量，在相同氮肥施用量的条件下，CRF180处理能减少N2O排放总量19.21％，而CRF144处理，在减少20％氮肥施用量条件下能在保持农作物产量的同时，显著减少土壤N2O排放总量33.89％(P＜0.05);氨挥发总量则表现为CRF180＞FP＞CRF144，等氮量控释尿素处理相对农民习惯施肥处理虽然氨挥发总量略有增加，但不显著(P＞0.05)，在相同氮肥种类不同施氮水平下，CRF144较CRF180处理降低土壤氨挥发总量17.65％。
　　(4)本试验条件下，控释肥处理能够保障作物产量，与FP处理差异不显著(P＞0.05)，CRF144较FP处理显著提高了氮肥农学效率13％和氮肥生产效率17.47％(P＜0.05);CRF144处理比农民习惯施肥处理每公顷增加农民收入254.6元，且在减少追肥劳动力方面较有优势。
　　综合考虑作物产量、环境效益（N2O排放、氨挥发）、氮肥利用效率及劳动力投入状况、经济效益，在现有施氮量基础上减量20％，并且施用控释肥是该地区春玉米农田减肥增效适宜的推广技术。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究进展

1．2．2 N2O排放、氨挥发影响因素

1．2．3 控释肥及其生态环境效应研究进展

2．1 研究目标

2．2 研究内容

2．3 技术路线

2．4 试验区概况

2．5 材料与方法

2．5．1 田间试验设计

2．5．2 土壤N2O的采集与测定

2．5．3 土壤氨挥发的采集与测定

2．5．4 数据计算与分析

2．5．5 土壤样品采集与分析

2．5．6 作物产量的测定

第三章 控释肥条件下土壤N2O排放特征

3．1 土壤N2O排放特征

3．2 土壤N2O排放总量

3．3．2 土壤无机氮对N2O排放的影响

3．4 本章讨论

3．4．3 控释肥条件下东北春玉米农田土壤N2O排放总量及减排贡献

3．5 本章小结

第四章 控释肥条件下土壤氨挥发特征

4．1 土壤氨挥发释放特征

4．2 土壤氨挥发总量

4．3 土壤温度和水分对氨挥发的影响

4．4 本章讨论

4．4．1 不同处理对土壤氨挥发速率的影响

4．4．2 不同处理对土壤氨挥发总量的影响

4．4．3 环境因素对土壤氨挥发的影响

4．5 本章小结

第五章 不同处理对春玉米产量、氮肥效率及N2O排放强度的影响

5．1 春玉米产量

5．2 春玉米氮肥效率、土壤有机质含量及含量对比

5．3 春玉米农田土壤N2O排放强度

5．4 本章讨论

5．4．1 各处理对春玉米产量及氮素效率的影响

5．4．2 各处理对春玉米农田土壤N2O排放系数及排放强度的影响

5．4．3 对控释肥施用下劳动力及经济效益的分析

5．5 本章结论

6．1 主要结论

6．2 研究展望

参考文献

致谢

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