水肥供应对玉米-小麦轮作系统土壤N2O排放的影响

摘要

N2O是一种重要的温室气体，N2O导致的全球气候变暖和臭氧层破坏越来越来越引起人们的重视。而大气中的N2O主要来自于土壤。农业生产中的灌水施肥等因素很大程度上影响了农田土壤N2O的排放。在我国陕西关中地区，冬小麦—夏玉米轮作的作物种植模式被普遍采用。目前农业生产过程中，普遍存在为了追求高产而盲目投入较多的肥料和灌水，势必导致肥料浪费、加剧土壤N2O的排放。因此，本研究针对夏玉米-冬小麦轮作体系，采用静态箱-气相色谱法对不同水肥处理土壤N2O排放进行原位连续观测，结合田间试验和室内分析，研究夏玉米-冬小麦农田系统土壤N2O排放对水肥供应的动态响应。设高水、中水、低水（即W1、W0.85、W0.7，玉米季分别为90、76.5、63mm，小麦季分别为140、119、98mm）3个灌水水平;高氮、中氮、低氮、无氮（即N1、N0.85、N0.7和N0，玉米季分别为300、255、210、0kg·hm-2，小麦季分别为210、178.5、147、0kg·hm-2)4个施氮水平;高磷、中磷、低磷、无磷即(P1、P0.85、P0.7和P0，玉米季分别为90、76.5、63、0kg·hm-2，小麦季分别为150、127.5、105、0kg·hm-2)4个施磷水平，采用灌水量、施氮量和施磷量三因素四水平不完全随机区组设计，以期为估算当地夏玉米农田土壤N2O排放量、探索适宜的减排措施提供依据。索温室气体减排措施，为通过水肥管理改善环境质量提供理论依据。如下:
　　1.不同水肥处理下，夏玉米—冬小麦轮作体系农田土壤N2O排放具有明显的季节变化规律，主要表现为夏季出现最高值，春秋季较低，冬季降为最低。由于夏秋季降雨量较多，玉米季土壤N2O排放出现了多个峰值，其中主峰值出现在出苗至拔节阶段(2015年7月22日)，次峰出现在拔节期至抽雄期（2015年8月11日）、抽雄期至灌浆期(2015年8月21日和9月19日)，其他时期排放水平较低。小麦季土壤N2O排放季节性波动相对较小，有三个相对明显的排放高峰，主峰出现在拔节至灌浆阶段（2016年4月17日），次峰出现在苗期（2015年10年28日）及越冬期(2016年1月15日)。
　　2.不同水肥处理下玉米季和小麦季的土壤N2O排放总量变化范围分别为0.24-0.80kg·hm-2、0.19-0.65kg·h m-2;N2O-N排放系数变化范围分别为0.08％-0.22％、0.17％-0.26％;尿素损失率的变化范围分别为0.16％-0.31％、0.25％-0.33％。
　　3.灌水量对玉米-、麦整个生育期土壤N2O排放总量有显著影响，其影响会因施肥水平高低而有所不同。玉米季土壤N2O排放总量表现为:在高肥水平下，高水显著高于低水(P＜0.05);而低肥水平下，高水与低水差异不显著(P＞0.05)。在中肥(N255kg·hm-2，P2O576.5kg·hm-2)水平下，中水显著高于低水(P＜0.05);而低肥水平下，中水与低水无明显差异（P＞0.05）。低肥水平下，高水、中水和低水间无明显差异。小麦季土壤N2O排放总量表现为:高肥水平下，高水显著高于低水（P＜0.05）;中肥水平下，中水显著高于低水(P＜0.05);而低肥水平下，高水、中水和低水间无明显差异。
　　4.施肥量对玉米-小麦整个生育期土壤N2O排放总量的影响因灌水水平升高显著增加。玉米在高水条件下，高肥比低肥增加65.2％(P＜0.01);中水条件下，中肥比低肥增加41.6％(P＜0.01);而低水条件下，高肥、中肥、低肥施肥处理均显著高于不施肥处理（P＜0.01）。而各施肥水平间无明显差异(P＞0.05)。小麦季表现出与玉米季一致的变化趋势。
　　5.水肥用量对玉米—小麦全生育期土壤N2O排放总量的交互作用因供应水平变化而变化。玉米季、小麦季均表现为，供应水平相差30％时，灌水和施肥单一因素影响均达到极显著水平(P＜0.01)，水肥交互作用影响显著(P＜0.05)。供应水平相差15％时，施肥单一因素达到显著水平（P＜0.05），而灌水单因子、水肥交互作用均未达到显著水平（P＞0.05）。
　　6.氮磷肥施用对夏玉米、冬小麦季土壤N2O排放总量的影响表现出一致的变化规律。氮肥、磷肥单施均促使玉米全生育期土壤N2O排放总量增大，氮肥、磷肥单因子效应均达到显著水平（P＜0.05），二者间存在明显的负交互作用（P＜0.05），导致氮磷肥配施的增加幅度显著降低。
　　7.土壤水分和土壤温度是影响土壤N2O排放的主要因子。相关性分析表明:土壤N2O排放通量与土壤无机氮含量（硝态氮、铵态氮）无明显的相关性（P＞0.05），与0-10cm的土壤充水孔隙度有显著的正相关（P＜0.05），与10-20cm的WFPS无显著相关性(P＞0.05)。与5cm、10cm、15cm、20cm、25cm土层温度均显著相关性（P＜0.05）。
　　8.灌水量对玉米-小麦整个生育期籽粒产量的影响会因施肥水平高低而有所不同。玉米在高肥水平下，高水相比低水，显著提高了籽粒产量(P＜0.05);低肥水平下，高水比低水显著增加(P＜0.05)。中肥与低肥水平下，中水与低水差异性均不显著(P＞0.05)。低肥水平下，高水＞中水＞低水(P＞0.05)。灌水对小麦季的籽粒产量的影响有着相同的结果。
　　9.施肥量对玉米-小麦作物产量的影响因灌水水平变化而变化。玉米和小麦表现出一致的变化规律:高水与低水条件下，高肥均显著高于低肥(P＜0.05)。而小麦在低水条件下，高肥相比低肥，籽粒产量都无明显差异（P＞0.05）。中水条件下，中肥比低肥显著增加;低水条件下，中肥与低肥无显性差异。低水条件下，高肥、中肥、低肥均比不施肥显著增加，而施肥间差异性不明显。水肥用量供应水平相差15％和30％时，灌水、施肥、水肥交互对玉米和小麦产量的影响均达到显著（P＜0.05）。
　　10.氮磷肥配施对小麦和玉米季产量的影响表现出相同的规律:施氮相比不施氮显著增加了作物产量:不施磷条件下，两者差异性极显著(P＜0.01);而施磷条件下，两者差异性显著(P＜0.05)。磷肥的影响因氮肥用量而变:不施氮条件下，施磷较不施磷处理，作物产量显著增加(P＜0.05);施氮条件下作物产量无显著差异(P＞0.05)。氮肥、磷肥及氮磷交互对作物产量的影响均显著(P＜0.05)。

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

1．2．1 农田土壤N2O排放的影响因素

1．3 存在问题

第二章 研究内容与方法

2．1 研究内容与技术路线

2．1．1 研究内容

2．1．2 技术路线

2．2 研究方案

2．2．1 试验区概况

2．2．2 试验方案与实施

2．3 测定项目及方法

2．3．1 土壤排放N2O样品采集

2．3．2 土壤理化性质

2．3．3 植株生物量的测定

2．4 计算方法

2．4．2 土壤N2O累积排放量

第三章 不同水肥用量下土壤N2O排放的动态变化

3．1．2 施肥量对土壤N2O排放通量季节变化的影响

3．1．3 氮磷肥配施对土壤N2O排放通量季节变化的影响

3．2 小麦季土壤N2O排放的季节变化

3．2．1 灌水量对土壤N2O排放通量季节变化的影响

3．2．2 施肥量对土壤N2O排放通量季节变化的影响

3．1．3 氮磷肥配施对小麦季土壤N2O排放通量季节变化的影响

3．3 讨论

3．3 小结

第四章 水肥供应对玉米-小麦轮作系统土壤N2O排放总量的影响

4．1．1 灌水量对玉米季土壤N2O平均排放通量和累计排放量的影响

4．1．2 施肥量对玉米季土壤N2O平均排放通量和累计排放量的影响

4．1．3 水肥用量对玉米季土壤N2O排放的耦合效应

4．1．4 氮磷肥用量对玉米季土壤N2O排放的耦合效应

4．2水肥用量对小麦生育期土壤N2O排放的影响

4．2．2 施肥量对小麦季土壤N2O平均排放通量和累计排放量的影响

4．2．3 水肥用量对冬小麦季土壤N2O排放的耦合效应

4．2．4 氮磷肥用量对冬小麦季土壤N2O排放的耦合效应

4．3 讨论

4．4 小结

第五章 土壤N2O排放与土壤环境因子的关系

5．1 不同水肥处理下土壤环境因子的动态变化

5．1．1 土壤水分的变化

5．1．2 土壤无机氮的变化

5．2 不同水肥处理下土壤N2O排放与土壤环境因子的关系

5．2．2 土壤N2O与土壤地温间的关系

5．2．3 土壤N2O与土壤无机氮含量间的关系

5．3 讨论

5．4 小结

第六章 不同水肥处理对小麦-玉米轮作系统作物产量影响

6．1 不同水肥处理对夏玉米产量的影响

6．1．1 灌水对玉米产量的影响

6．1．2 施肥量对玉米产量的影响

6．1．3 水肥用量对玉米产量的耦合效应

6．1．4 氮磷肥用量对玉米产量的影响

6．2 不同水肥处理对冬小麦产量的影响

6．2．1 灌水量对冬小麦产量的影响

6．2．2 施肥量对冬小麦产量的影响

6．2．3 水肥交互对冬小麦产量的影响

6．1．4 氮磷肥用量对冬小麦产量的影响

6．3 小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 本研究创新点

7．3 不足之处与展望

参考文献

致谢

作者简介