有机替代下华北平原旱地农田氨挥发的年际减排特征

摘要

[目的]农田氨挥发是大气中氨的重要来源,其减排措施研究已成为国际研究热点.有机肥替代化肥的农田氨挥发减排潜力已得到广泛认可,然而年际间气候变化对其减排能力的影响研究报道较少.通过研究年际间有机替代对作物产量和氨挥发损失量的影响,为华北地区科学减少氨挥发损失提供理论依据[方法]本研究基于华北平原玉米长期田间定位试验(2007年设置),针对不同施肥处理开展了连续3年(2017-2019年)的氨挥发监测,以明确年际间气候变化对有机替代氨挥发减排潜力的影响强度.试验共设置4个处理:不施氮肥处理(PK)、单施化肥处理(NPK)、半量有机肥氮替代化肥氮处理(HONS)、全量有机肥氮替代化肥氮处理(FONS).[结果]有机替代可以提高玉米产量,与NPK处理相比,HONS处理和FONS处理的玉米产量分别提高20.7％和30.9％.不同施氮处理的氮素偏生产力在35.6～46.7 kg/kg,与NPK处理相比,HONS处理和FONS处理的氮素偏生产力分别提高20.8％和30.9％.年际间和各处理间的氨挥发规律基本一致,都是在施肥后的第2～4天出现排放峰值,之后氨挥发速率逐渐降低,并在9天内基本趋于稳定.施肥后前9天是农田氨挥发的主要排放时期,氨挥发量占基肥期氨挥发总量的70.1％;占追肥期的63.7％.华北平原春玉米农田氨挥发损失量较低(10.6kg/hm2),有机替代能够进一步显著降低农田氨挥发损失.与NPK处理相比,HONS和FONS处理对氨挥发损失的减排率平均分别可达33.5％和58.7％.有机替代处理农田氨挥发的年际间变化显著高于单施化肥处理.相比氨挥发损失较低的2019年,2018年NPK处理的氨挥发损失增加了12.3％,而HONS处理和FONS处理分别增加了91.2％和105.0％,相应的HONS处理和FONS处理的减排率,从2019年的54.3％和71.1％,降低到22.1％和47.2％.主成分分析表明,年际间大气温度变化和土壤湿度变化是导致年际间氨挥发损失量差异的主要原因.[结论]相比单施化肥,有机肥替代化肥能够提高作物产量;相比半量有机替代,长期全量有机肥替代化肥对作物产量的提升能力更强.华北平原旱地农田有机替代能有效降低氨挥发损失,但在氨挥发损失较高年份有机替代的减排潜力会减弱,因此,有机替代氨挥发减排潜力的估算需要考虑年际间的变化.