秸秆还田下减施氮肥对麦田碳、氮、水利用及生态服务价值的影响

摘要

针对中原经济区农业生产中水资源短缺、氮肥用量大、农业秸秆循环利用率低、农业可持续发展能力弱等突出问题。通过秸秆直接还田、过腹还田（牛粪）、发酵后还田（沼液）3种方式替代部分氮肥还田处理（氮肥减量10％或15％），并对各处理小麦不同生育期土壤的理化生特性与小麦的生理、生态特性及产量进行测定，在此基础上研究了三种秸秆还田方式和减量施肥对小麦田土壤碳储量、产量及水氮利用效率的影响，并对不同处理的麦田生态系统碳足迹、生态服务价值进行评估，该研究为提高土壤的固碳能力和作物水氮利用效率，实现农田生态系统中碳氮良性循环，促进农业环境的可持续发展提供理论依据，研究主要结论如下:
　　1.麦田土壤呼吸速率越冬期最低，随生育期推进土壤呼吸速率逐渐增大，开花期达到最大。秸秆直接还田整个生育期显著提高土壤呼吸，过腹还田和发酵后还田拔节期后显著提高呼吸作用。土壤脲酶活性先升高后降低，开花期达到最大。三种秸秆还田显著提高了拔节期后脲酶活性，秸秆发酵还田显著提高了拔节、开花期蔗糖酶活性，秸秆过腹还田显著提高了拔节、成熟期蔗糖酶活性，秸秆直接还田显著提高了返青到开花期蔗糖酶活性。
　　2.秸秆直接还田和发酵还田整个生育期都提高了作物群体，秸秆过腹还田拔节期后开始提高作物群体。开花期后三种秸秆还田均显著提高了叶面积指数。三种秸秆还田方式均显著提高了叶片SPAD值，同时提高了拔节到开花期Fv/Fm值和Pn。三种秸秆还田方式显著提高了小麦穗粒数、千粒重和产量。
　　3.三种秸秆还田措施提高了土壤的保水能力，尤其是深层土壤的含水量，显著提高了水分利用效率及灌溉水利用效率，其中秸秆直接还田处理效果最好。秸秆还田能显著提高0-60cm土壤含氮量，且开花期后显著提高小麦对氮素的吸收利用。开花期前秸秆还田显著提高植株氮含量，秸秆还田显著提高了氮素偏生产力，秸秆直接还田和过腹还田显著提高了氮素利用效率。秸秆还田对提高耕层0-40cm土层的有机碳含量效果明显。
　　4.秸秆直接还田从返青期开始、秸秆过腹还田和发酵还田从拔节期开始对净初级生产力(NPP)有明显影响。麦田生态系统苗期表现为碳的弱源，越冬期开始到花后表现为碳汇。农田生态系统农药、灌溉、农业机械化和化肥等外界投入中，农田灌溉所占碳足迹比例最大，且秸秆还田显著增加了系统总的碳排放量。三种秸秆还田方式显著提高了生态系统的营养循环价值、涵养水分价值、土壤积累有机质功能价值;秸秆直接还田显著提高了系统的农产品服务价值和气候调节价值;发酵还田显著提高了系统的农产品服务价值。
　　总之，秸秆还田和减量施肥改善了土壤特性，提高了土壤中有机碳含量、全氮含量，提高了土壤的酶活性，改善了作物的光合特性，提高小麦的水氮素利用效率，也显著提高麦田生态系统的多种生态服务价值。因此，研究结果对于发展循环农业，促进农业可持续发展具有重要意义。

目录

摘要

缩略语表

1 引言

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．2．1 农田生态系统中水循环及影响因素

1．2．2 农田生态系统中氮循环及影响因素

1．2．3 农田生态系统中碳循环及影响因素

1．3 研究目的与意义

1．4 技术路线

2 材料与方法

2．1 试验设计

2．2 测定方法

2．2．1 土壤肥力的测定

2．2．2 土壤-小麦系统碳素的测定

2．2．3 土壤-小麦系统氮素的测定

2．2．4 土壤性状的测定

2．2．5 植株生长及光合生理特性的测定

2．2．6 小麦水分利用效率测定

2．2．7 小麦农田生态系统碳收支估算

2．2．8 碳足迹及生态服务价值估算

2．2．9 小麦测产及考种

2．3 数据处理

3 结果与分析

3．1 秸秆还田和减量施肥下麦田土壤生物特性的变化

3．1．1 土壤呼吸速率

3．1．2 土壤酶活性

3．2 秸秆还田和减量施肥下小麦生长发育的变化

3．2．1 小麦群体数量

3．2．2 小麦叶面积指数

3．2．3 小麦光合生理特性

3．2．4 小麦产量及产量指标

3．3 秸秆还田和减量施肥下土壤-作物水分利用变化

3．3．1 土壤含水量

3．3．2 耗水量和水分利用效率

3．4 秸秆还田和减量施肥下土壤-作物氮素利用变化

3．4．1 土壤全氮

3．4．2 植株氮含量

3．4．3 冬小麦氮素利用效率

3．5 秸秆还田和减量施肥下麦田生态系统碳收支初步估算

3．5．1 土壤有机碳

3．5．2 小麦生物量和系统净初级生产力

3．5．3 麦田生态系统碳收支动态

3．5．4 麦田生态系统碳收支估算

3．6 秸秆还田和减量施肥下麦田生态系统碳足迹及生态服务价值估算

3．6．1 麦田碳足迹分析

3．6．2 农产品服务价值分析

3．6．3 气候调节价值分析

3．6．4 养分循环价值分析

3．6．5 涵养水分价值分析

3．6．6 土壤积累有机质功能价值分析

4 结论与讨论

4．1 讨论

4．1．1 秸秆还田和减量施肥对麦田生态系统水氮利用的影响

4．1．2 秸秆还田和减量施肥对麦田生态系统碳平衡的影响

4．1．3 秸秆还田和减量施肥对麦田生态系统碳足迹的影响

4．1．4 秸秆还田和减量施肥对麦田生态系统生态服务价值的影响

4．2 结论

5 展望

参考文献

致谢

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