不同轮作制度和硝化抑制剂DCD对菜地氧化亚氮排放的调控

摘要

温室气体氧化亚氮(N2O)被认为是21世纪破坏臭氧层的最大影响因子(Ravishankara et al.，2009)而受到国内外众多专家学者的广泛关注。越来越多的研究表明农业生态系统是N2O的重要排放源，且随着氮肥施用量的增加而越来越明显。近年来关于农田系统粮食作物生产过程N2O排放的研究很多，但是菜地土壤N2O排放的研究较少，尤其是在华中地区更为少见。本文主要结合原状土柱试验和大田试验，以武汉市城郊地区典型的菜地土壤(黄棕壤)为研究对象，以茄子、苋菜、芹菜、辣椒、萝卜、菠菜、空心菜、小白菜、生菜、西葫芦、毛豆等11种常见蔬菜为供试蔬菜，深入探讨武汉菜地常见的5种轮作制度下菜地土壤N2O排放规律以及硝化抑制剂双氰胺(DCD)对蔬菜种植过程中菜地土壤N2O排放量的影响。在轮作制度的优化完善、蔬菜品种的合理选择以及DCD的经济高效施用上为蔬菜的可持续生产以及菜地土壤N2O控制与减排提供了科学依据。主要研究结果如下：
　　 1.采用原状土柱试验研究了武汉城郊菜地土壤N2O排放日、季变化。秋季，菜地N2O日排放速率总体上呈现先增高后降低的趋势，24小时排放总量为1723.20μg·m-2，平均排放速率为71.80μg·m-2·h-1，最佳采样时段为7:00～8:00之间。夏季，菜地24小时排放总量为2286.72μg·m-2，平均排放速率为95.28μg·m-2·h-1，最佳采样时段为4:00～5:00之间。夏季菜地N2O排放速率整体上高于秋季，温度的剧烈变化对菜地N2O排放速率的影响较温度本身更为明显；菜地N2O排放速率会因为温度的骤升或是骤降发生剧烈变化，且这种影响有一定的滞后性。施加DCD后，菜地N2O排放速率依旧表现为夏季整体高于秋季，最佳采样时间仍为：秋季7:00～8:00，夏季：4:00～5:00。
　　 2.采用原状土柱试验研究了5种轮作制度菜地N2O排放。武汉蔬菜种植常见的5种轮作制度N2O年排放总量平均为：6.58 kg·ha-1·y-1。相同的施肥情况下，轮作制度的不同显著影响着N2O年排放总量和排放系数，最优为轮作制度3(空心菜-苋菜-小白菜-生菜-小白菜)，再依次是轮作制度5(茄子套中苋菜-萝卜-小白菜-小白菜)、轮作制度2(辣椒-萝卜-菠菜)、轮作制度4(西葫芦-毛豆-萝卜-菠菜)、轮作制度1(茄子-苋菜-芹菜)。硝化抑制剂DCD对不同轮作制度菜地N2O均有减排作用，且呈现出N2O年排放量越高，施加DCD后其减排量越大的趋势。且菜地休耕期N2O排放量也较大，不容忽视。
　　 3.研究不同轮作制度中各蔬菜对N2O排放的影响。种植菠菜和芹菜的菜地土壤虽然日排放量与其它蔬菜之间没有显著差异，但是无论是其N2O排放总量还是其单位鲜或干物质重N2O排放量都明显高于其它各类蔬菜，并在各自轮作制度总排放量中占据极高比例。相反，空心菜和生菜其N2O排放总量、日排放量以及其单位鲜或干物质重N2O排放量都明显较低。且菜地茄子-苋菜的套种中，N2O总排放量、日排放量以及单位鲜或干物质重N2O排放量都低于这两种蔬菜单独种植时的各项数值，显著低于它们的数值之和。不同蔬菜品种N2O排放总量大小依次是茄子、萝卜、毛豆、小白菜、辣椒、西葫芦、苋菜、空心菜、生菜。N2O日排放量大小依次为苋菜、茄子、菠菜、芹菜、萝卜、小白菜、毛豆、西葫芦、辣椒、生菜、空心菜。
　　 4.采用土柱试验和大田试验相结合的方式研究了硝化抑制剂对菜地N2O排放的影响。在菜地种植施用氮肥的同时施加硝化抑制剂DCD会显著减缓尿素转化为NH4+-N的速度，并同时减缓一部分NH4+-N转化成NO3--N。对维持土壤中NH4+-N含量并减缓其骤降以及土壤中硝酸盐的淋失和温室气体N2O的排放有显著作用。对于不同轮作制度中的蔬菜来说，硝化抑制剂DCD的施加的确能减少大部分蔬菜在种植过程中菜地温室气体的N2O排放，无论是从其排放总量、日平均量、还是单位鲜或干物质重N2O排放量来看，减排效果都较明显。并且N2O减排量与蔬菜自身种植周期内菜地排放的N2O排放总量成一定的正相关。

目录

文摘

英文文摘

基金项目

缩略词表(ABBREVIATION)

1.前言

1.1 N2O的危害和来源

1.1.1 N2O的主要危害

1.1.2 N2O的主要来源

1.2 农业系统N2O排放研究

1.2.1 农业系统N2O排放的时、空变化

1.2.2 菜地土壤N2O的排放及影响因素

1.2.3 不同作物对土壤N2O排放的影响

1.3 轮作制度与土壤N2O的排放

1.3.1 轮作制度对农业N2O排放的影响

1.3.2 轮作制度与生态系统呼吸作用的关系

1.4 硝化抑制剂DCD及其应用

1.4.1 硝化抑制剂DCD的作用原理

1.4.2 硝化抑制剂DCD对N2O排放的影响

1.5 研究目的与意义

1.6 研究目标

1.7 研究内容

1.8 技术路线

2.不同轮作制度对菜地土壤N2O排放的调控

2.1 前言

2.2 材料与方法

2.2.1 土柱试验

2.2.2 测定项目及方法

2.3 结果与分析

2.3.1 菜地土壤N2O排放的日、季变化

2.3.2 不同轮作制度菜地N2O年排放总量

2.3.3 不同轮作制度菜地休耕期N2O的排放

2.4 讨论与小结

3.不同轮作制度中各蔬菜与对菜地土壤N2O排放的影响

3.1 前言

3.2 材料与方法

3.2.1 土柱试验

3.2.2 测定项目与方法

3.3 结果与分析

3.3.1 不同轮作制度中各蔬菜种植土壤N2O排放总量

3.3.2 不同轮作制度中各蔬菜种植土壤N2O日排放量

3.3.3 不同轮作制度中各蔬菜单位鲜物质重土壤N2O排放量

3.3.4 不同轮作制度中各蔬菜单位干物质重土壤N2O排放量

3.4 讨论与小结

4.硝化抑制剂DCD对菜地土壤N2O排放的影响

4.1 前言

4.2 材料与方法

4.2.1 土柱试验

4.2.1 大田试验

4.2.3 测定项目及方法

4.3 结果与分析

4.3.1 硝化抑制剂DCD对不同轮作制度菜地N2O排放的影响

4.3.2 硝化抑制剂DCD对不同蔬菜种植土壤N2O排放的影响

4.3.3 硝化抑制剂DCD对菜地土壤硝态氮、铵态氮以及N2O排放量的影响

4.4 讨论与小结

5 总结

5.1 主要结论

5.2 创新之处

5.3 不足之处及展望

参考文献

致谢