不同施肥模式对东北春玉米氮素利用与农田温室气体排放的影响

摘要

以东北黑土区春玉米种植体系为研究对象，通过2013至2014年连续两年田间定位试验，研究了农民习惯施肥（施氮量210kg·hm-2，100％速效氮，简称N210）、农民习惯施肥的基础上减施20％化肥氮（施氮量165kg·hm-2，100％速效氮，简称N165），减氮基础上配施有机肥+缓释肥（施氮量165kg·hm-2，60％速效氮+20％有机肥氮+20％缓释肥氮，简称NOS）和减氮基础上配施有机肥+缓释肥+秸秆炭(NOS+2t·hm-2秸秆炭，简称NOSB)等不同施肥模式对氮素农学效应、土壤肥力效应和环境效应的影响，并提出了东北黑土区氮素养分持续高效利用的优化施肥模式。主要结果如下:
　　1.连续两年试验研究结果表明，与N210处理相比，N165和NOSB处理玉米产量在2013年分别提高了6.6％和13.8％，2014年分别提高了2.7％和9.0％;N165、NOS和NOSB处理氮肥利用率(UEN)在2013年分别提高了47.7％、61.6％和67.9％，2014年分别提高了48.5％、53.1％和74.6％，差异均达显著水平(P＜0.05);N165、NOS和NOSB处理氮肥偏生产力(PFPN)2013年分别提高了35.9％、75.5％和81.2％，2014年分别提高了30.6％、58.2％和73.4％，均达到显著水平(P＜0.05);N165、NOS和NOSB处理氮素农学效率(AEN)在2013年分别提高了66.7％、135.2％和162.0％，2014年分别提高了35.4％、56.9％和94.4％，其中NOSB较N210处理两年间差异均达显著水平（P＜0.05）;N165和NOSB处理氮肥经济效益(EBN)在2013年分别提高了56.8％和76.4％，2014年分别提高了14.4％和19.8％，其中在2013年差异均达显著水平(P＜0.05)。研究表明减氮结合配施有机肥+缓释肥+秸秆炭模式(NOSB)在提高氮素农学效应方面具有明显优势。
　　2.与N210处理相比，N165、NOS和NOSB处理在2013年和2014年土壤全氮(TN)、碱解氮(AN)、有机质(OM)和速效磷(AP)含量均没有显著差异，NOSB处理土壤速效钾(AK)含量在2014年成熟期显著提高了11.5％(P＜0.05)。土壤微生物量碳(SMBC)结果表明，与N210处理相比，2013年，N165处理成熟期显著降低了29.6％(P＜0.05)，NOS处理灌浆期显著提高了34.6％(P＜0.05)，NOSB处理灌浆期显著提高了37.3％(P＜0.05);在2014年成熟期，NOSB处理较N210处理显著提高了28.1％(P＜0.05)。土壤微生物量氮(SMBN)结果表明，与N210处理相比，2013年，NOSB处理抽雄期和灌浆期显著提高了30.9％和47.6％(P＜0.05)，2014年成熟期显著提高了21.9％（P＜0.05）。土壤脲酶活性(URE)结果表明，与N210处理相比，NOSB处理在2013年大喇叭口期和抽雄期显著提高了130.3％和38.4％(P＜0.05)。土壤蔗糖酶(SUC)结果表明，与N210处理相比，2013年成熟期，NOSB处理显著提高了56.2％;2014年成熟期，N165、NOS和NOSB处理分别提高了44.1％、69.6％和71.2％，差异均达显著水平(P＜0.05)。结果表明减氮结合配施有机肥+缓释肥+秸秆炭的施肥模式(NOSB)在提高土壤肥力效应方面具有明显优势，其优势主要体现在土壤微生物和酶活性上。
　　3.与N210处理相比，N165处理的CO2累积排放量显著提高33.4％(P＜0.05)，NOS处理提高了2.3％，而NOSB处理则降低了2.9％;N165、NOS和NOSB处理的N2O累积排放量分别降低了27.2％、17.5％和171.5％，NOSB处理显著降低(P＜0.05);N165和NOS处理的CH4累积排放量分别提高了138.2％和276.2％，NOSB则降低了195.5％，表现为净吸收，且显著低于N165和NOS处理(P＜0.05)。
　　4.对东北黑土区春玉米种植体系农田温室气体排放贡献最大的是CO2，N2O次之，CH4的贡献最小。NOSB处理全球增温潜势最小，与N210、N165和NOS处理相比分别降低了8.1％、40.2％和9.7％，结果表明减氮结合配施有机肥+缓释肥+秸秆炭的施肥模式(NOSB)在农田温室气体减排方面可发挥重要作用，是东北黑土农田温室气体减排的理想施肥模式。
　　5.灰色关联度法对不同施肥模式综合评价结果可知，2013年N210、N165、NOS和NOSB处理的关联度分别为0.5105、0.6201、0.6665和0.9343，2014年分别为0.5311、0.4639、0.5844和0.9413。可持续性指数评价不同施肥模式可持续，结果表明，NOSB处理的可持续性指数最大，东北春玉米种植体系的可持续性最强。说明减氮结合配施有机肥+缓释肥+秸秆炭模式在东北春玉米种植体系氮素农学效应、土壤肥力效应和环境效应方面总体优于其他施肥模式，且具有可持续性，是氮素养分持续高效利用的优化模式。
　　综上所述，减氮基础上配施有机肥+缓释肥+秸秆炭的施肥模式可作为东北黑土区春玉米种植体系氮素养分持续高效利用的优化施肥模式，在解决东北地区秸秆资源全量还田高效利用的技术难题同时提高土壤肥力、作物持续增产及提高氮素农学效应方面具有重要理论意义和实践指导作用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 不同施氮模式对氮素农学效应的影响

1．2．2 不同施氮模式对土壤肥力效应的影响

1．2．3 不同施氮模式对农田温室气体排放的影响

1．2．4 秸秆炭对氮素农学效应、土壤肥力效应和环境效应的影响

1．3 研究内容及目标

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究目标

1．4 技术路线

第二章 材料与方法

2．1 试验点概况

2．2 试验设计

2．3 供试作物及肥料

2．4 测定指标及方法

2．4．1 土壤样品的采集

2．4．2 土壤基本理化性质的测定

2．4．3 土壤微生物量碳、氮含量的测定

2．4．4 土壤酶活性的测定

2．4．5 土壤温室气体排放的监测

2．4．6 植株样品采集与测定

2．5 数据统计分析

第三章 不同施肥模式对氮素农学效应的影响

3．1 对作物产量及其构成因素的影响

3．2 对作物氮素养分吸收的影响

3．3 对氮肥利用效率和经济效益的影响

3．4 讨论

3．5 小结

第四章 不同施肥模式对土壤肥力的影响

4．1 对土壤养分的影响

4．1．1 对土壤全氮和有效氨含量的影响

4．1．2 对土壤有机质含量的影响

4．1．3 对土壤速效磷、速效钾含量的影响

4．2 对土壤微生物量碳氮的影响

4．2．1 对土壤微生物量碳含量的影响

4．2．2 对土壤微生物量氮含量的影响

4．3 对土壤酶活性的影响

4．3．1 对土壤脲酶活性的影响

4．3．2 对土壤蔗糖酶活性的影响

4．4 不同施肥模式影响土壤肥力构成因素的分析

4．4．1 对土壤肥力构成因素的主成分分析

4．4．2 产量与土壤肥力构成因素的相关分析

4．5 讨论

4．6 小结

第五章 不同施肥模式对温室气体排放的影响

5．1 对农田CO2排放的影响

5．1．1 不同施肥模式下CO2排放通量

5．1．2 不同施肥模式下CO2累积排放量

5．2 对农田N2O排放的影响

5．2．1 不同施肥模式下N2O排放通量

5．2．2 不同施肥模式下N2O累积排放量

5．3 对农田CH4排放的影响

5．4．1 不同施肥模式下CH4排放通量

5．3．2 不同施肥模式下CH4累积排放量

5．4 不同施肥模式对全球增温潜势的影响

5．5 讨论

5．6 小结

第六章 综合评价不同施肥模式

6．1 灰色关联度法综合评价不同施肥模式

6．1．1 灰色关联度分析方案

6．1．2 灰色关联度法对不同施肥模式的综合评价结果

6．2 可持续性指数评价不同施肥模式

6．2．1 可持续性指数的计算方案

6．2．2 不同施肥模式的可持续性指数

6．3 小结

第七章 全文总结

7．1 结论

7．2 研究展望

参考文献

致谢

作者简历