减量施氮与间作大豆对甜玉米农田温室气体排放及氮循环的影响

摘要

广东是中国最大的甜玉米（Zea mays L. saccharata sturt）生产区，但一年2~3熟的连作制度及农民超量施用化学氮肥的施肥方式，极易造成氮肥浪费和环境污染。本文通过7季田间定位试验研究了种植模式（甜玉米单作、甜玉米-大豆2:3间作、甜玉米-大豆2:4间作和大豆单作）和甜玉米施氮水平（减量施氮300 kg N·hm-2和常规施氮360 kg N·hm-2）对作物农艺性状和生产力、土壤CO2和N2O排放、系统氮循环和氮平衡、土壤细菌群落结构及其氮转化核心功能基因表达量的影响，旨在为构建高效环保的甜玉米种植模式提供科学依据。主要结论如下：
　　1.间作大豆没有影响甜玉米农艺性状。间作和单作处理中的甜玉米单株生产力（单株籽粒产量和单株生物量产量）没有显著差异。由于间作甜玉米的遮阴和养分竞争作用，间作大豆的单株生产力普遍低于单作大豆。与常规施氮相比，减量施氮对甜玉米的农艺性状和单株生产力没有显著影响，说明300 kg N·hm-2的氮肥用量可以满足甜玉米对氮素的需求。
　　2.7季平均来看，间作系统的籽粒产量、生物量产量和氮、磷、钾吸收量依次为17.53 t·hm-2，9.62 t·hm-2，226.71 kg·hm-2，27.75 kg·hm-2和154.03 kg·hm-2，均显著高于甜玉米单作。正常年份间作系统的土地当量比（TLER=0.87~1.25）大于1，实际产量损失指数（AYL=-0.28~0.49）大于0。说明甜玉米-大豆间作能提高系统生产力与土地利用率，具有间作优势。
　　3.种植模式和施氮水平对土壤CO2排放通量和排放总量均没有显著影响，但间作和减量施氮处理能够降低甜玉米农田土壤 N2O排放，其中甜玉米-大豆2:4间作减量施氮处理的土壤N2O排放量（7季均值为0.56 kg·hm-2）最低。种植模式和施氮水平对 CO2和 N2O的全球增温潜势没有显著影响。减量施氮和间作大豆能降低温室气体排放强度（单位产量温室气体排放量）。其中，甜玉米-大豆2:4间作减量施氮处理的温室气体排放强度（7季均值为0.11 kg·kg-1）小于其它施氮处理，说明该处理既能维持作物生产力，又能最大程度地降低土壤温室气体排放，是一种环境友好型的甜玉米种植模式。
　　4.7季平均来看，甜玉米-大豆间作系统的氨挥发、氮淋溶和 N2O排放量依次为23.71 kg·hm-2，96.83 kg·hm-2和1.01 kg·hm-2，均低于甜玉米单作，说明间作能减少氮素损失，降低了其环境影响。
　　5.甜玉米单作和常规施氮处理下的氮素输入总量分别高于甜玉米-大豆间作和减量施氮处理，氮素输出总量的结果则相反；各个季度不同处理下的氮素平衡均为氮盈余。由于氮肥输入量增加且籽粒氮输出量减少，单作甜玉米的氮盈余大于200 kg N·hm-2，显著高于甜玉米-大豆间作，极易造成氮素浪费与环境污染。而甜玉米-大豆间作减量施氮处理的氮素盈余为100 kg N·hm-2左右，既能维持土壤肥力、保证作物生长，又能降低环境污染。
　　6.种植季度是影响甜玉米根际土细菌群落结构及其氮转化核心功能基因表达量的主要因素。与2013年秋季相比，2016年秋季甜玉米根际土中放线菌门和绿湾菌门的相对丰度降低，土壤pH值、铵态氮、有效磷和总钾显著影响甜玉米根际土壤细菌群落结构。甜玉米根际土壤细菌群落结构的改变对土壤氮转化功能基因（amoA、nirK、nirS、nosZ、nifH和chiA）表达量的影响显著，2016年秋季土壤氮转化功能基因表达量显著高于2013年秋季。

目录

声明

缩写词及中英文对照表

第一章 前言

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目的及研究内容

2.1 引言

2.2 材料与方法

2.3 结果与分析

2.4 讨论与结论

3.1 引言

3.2 材料与方法

3.3 结果与分析

3.4 讨论与结论

4.1 引言

4.2 材料与方法

4.3 结果与分析

4.4 讨论与结论

5.1 引言

5.2 材料与方法

5.3 结果与分析

5.4 讨论与结论

第六章 总体结论

6.1 研究结论

6.2 论文创新点

6.3 研究展望

致谢

参考文献

附录