高志岭[1]2004年在《冬小麦/夏玉米轮作体系农田土壤N_2O排放和CH_4吸收特征》文中提出华北平原是中国重要的粮食产区，氮肥过量投入是目前该地区冬小麦／夏玉米轮作体系中存在的普遍问题。过量的氮肥施用不仅降低了氮肥的利用率，而且会引起N_2O的大量排放并抑制农田土壤对甲烷的吸收。本研究建立了N_2O／CH_4连续自动观测系统，利用该系统在2002-2003年对传统和优化的氮肥管理体系的N_2O排放和CH_4吸收进行了两个轮作周期的连续观测，以明确冬小麦／夏玉米轮作体系的N_2O排放和CH_4吸收的特征及其减排潜力。主要研究结果如下： 本研究构建的N_2O／CH_4连续自动观测系统每天每个处理可分别获得20个N_2O和CH_4的排放通量值，能够准确的捕捉N_2O的日排放变异。 利用N_2O／CH_4连续自动观测系统评价了常用的箱法间歇采样N_2O测定方法。结果表明，不同采样时间对间隔采样的计算结果影响很大，在7：20-18：00的模拟采样时间中，随着采样时间的延后计算的N_2O排放结果具有先升高后降低的趋势，与N_2O的日排放规律相一致。其中，14：30采样计算的排放量最大，比最低值(7：20采样)高254％。 在冬小麦／夏玉米轮作体系农民传统的水肥管理处理中，2001-2002和2002-2003两个轮作周期内测得的N_2O的排放量分别为1959 gN hm~(-2)和1250 gN hm~(-2)，N_2O的排放主要集中在每次施肥和灌水之后的两周内，其中夏玉米十展叶期追肥后两周内N_2O的排放速率最高，2002年和2003年分别达到5.06 mg m~(-2)d~(-1)和5.60 mg m~(-2)d~(-1)。 冬小麦／夏玉米轮作体系农田土壤是CH_4的净吸收库，2001-2002和2002-2003两个轮作周期内测得的CH_4的吸收量分别为2303 g C hm~(-2和)1468 g C hm~(-2)。在本研究中CH_4的背景浓度与土壤对CH_4的吸收密切相关。 应用氮肥实时监控技术进行优化施氮，与传统施氮相比可以降低氮肥用量70.8％-76.4％，但作物产量不减，而N_2O排放量比传统施氮处理降低了61％-71％，CH_4吸收量比传统处理增加7.7％-24.6％。 通过对各种排放源进行温室效应增温潜力(GWP)的计算，优化施氮处理在轮作周期的GWP为1027kg(CO_(2 equ))hm~(-2)，比传统施氮处理降低了72.9％。其中，优化施氮处理氮肥用量降低导致的CO_(2 equ)排放降低贡献率最大(75.0％)，其次是N_2O排放量的降低(24.5％)，促进甲烷吸收的减排效果最小(0.5％)。
马银丽[2]2012年在《华北平原典型农田土壤N_2O产生机理及影响因素研究》文中认为农田土壤是大气N_2O的主要排放源,土壤微生物的硝化和反硝化作用是其产生N_2O的主要途径,土壤理化性质(土壤质地、水分状况、土壤温度、通气状况、土壤pH值等),氮源种类与供应强度,土壤有机碳活性及其C/N等因素影响N_2O排放,农田管理措施可以通过影响上述因子而影响土壤N_2O的释放。本试验通过室内静态培养系统,系统研究土壤水分含量及调节方式、酸性条件、葡萄糖浓度、不同碳源有效性对土壤N_2O排放的影响,探讨华北平原农田土壤N_2O产生机制及其影响因素,为寻求适宜华北地区降低N_2O排放的有效途径提供理论依据。主要结果如下:(1)华北农田土壤N_2O排放受水分含量及调节方式影响。与田间持水量(WHC)调节水分相对比,土壤孔隙含水量(WFPS)调节水分,施肥土壤N_2O排放量较高。并且当WFPS为70%左右,土壤N_2O排放速率最高,达到588.85μg N/kg/d;但是以田间持水量(WHC)调节水分含量,CO_2释放量较高。(2)Norway土壤,施入NH_4~+后N_2O排放较少,主要以反硝化作用产生N_2O,而华北典型农田土壤主要以硝化作用产生N_2O,施入NH_4~+后,有较高N_2O排放;硝化抑制剂可以降低N_2O排放。Norway土壤,对照处理CO_2排放量高于其他处理;处理NO_3~-+Glucose,CO_2释放量低于只添加NO_3~-处理。(3)铵态氮和硝态氮与葡萄糖(Glucose)组合,施入华北农田土壤,N_2O排放量高于只施氮肥;NH_4~+、NO_3~-作为氮源均是在Glucose浓度为0.5 mg/kg,N_2O排放量最高;NO_3~-和Glucose同时施入土壤,在培养第2d时,N_2O排放量出现高峰;NH_4~+和Glucose同时施入土壤,N_2O排放高峰出现在培养第1d,并且N_2O排放量没有先增加后降低的过程。华北土壤在碳条件充足时,发生反硝化作用产生N_2O,并且N_2O排放量会明显增加。对于CO_2释放量,当施入碳源量为2.0mg/kg时,释放量最高;CO_2释放量到培养后期有所增加,可能是发生矿化作用,导致CO_2排放量增加。(4)NH_4~+作为氮源与不同碳源施入华北典型农田土壤,NH_4~+与Glucose结合,N_2O排放量最高,为4039.85μgN/kg/d ,其次是NH_4~+与Pectin结合,N_2O释放量为2533.43μgN/kg/d,均是在培养第1d达到峰值。处理NH_4~++Cellulose和NH_4~++Straw,N_2O排放量低于单施氮源处理,其余处理高于对照处理和单施氮源处理;处理NH_4~++Cellulose,CO_2释放量持续相对较高;施入NH_4~+和碳源的处理,CO_2累积排放通量高于对照处理和单施NH_4~+处理;培养0~3.25d,土壤NH_4~+、NO_3~-含量与N_2O排放量显着相关。(5)NO_3~-作为氮源和不同碳源施入华北地区土壤,NO_3~-与Glucose、Pectin处理,N_2O释放量在培养第1d达到最大值,分别为990.67、1383.42gN/kg-/d;处理NO_3~-+Cellulose,N_2O排放量在培养前期低于对照处理,培养后期高于对照处理;施入NO_3~-和碳源的处理,CO_2累积排放通量高于对照处理和单施NO_3~-处理;处理NO_3~-+Starch,CO_2释放量持续增加;处理NO_3~-+Cellulose和NO_3~-+Straw,CO_2释放量前期增加后期降低;培养第3.25d,土壤pH变化与N_2O排放显着相关。
刘亚男[3]2015年在《冬小麦/夏玉米轮作系统不同氮肥管理方式的生物效应及N_2O排放特征研究》文中认为在我国华北地区,冬小麦/夏玉米轮作是作物的主要种植方式,目前在农业生产活动过程中由于追求高产和高利润,施用氮肥存在很大盲目性和随机性,氮肥施用过量不仅造成作物减产,肥料浪费,还会使土壤、水体和大气等受到严重污染。为了寻求既能够保证作物产量、提高氮素吸收利用又能有效减排N2O的氮肥管理方式,本文以冬小麦/夏玉米轮作体系为研究对象,并结合田间试验与室内分析方法,设置不施氮肥(CK)、农民习惯施氮肥(AN)、优化施氮肥(ON)、优化施氮肥减氮20%+双氰胺(ON80%+DCD)、缓释肥(ON-SR)、缓释肥减氮20%(ON80%-SR)、优化施氮肥减氮20%+纳米碳(ON80%+NC)7个处理,对冬小麦/夏玉米2个轮作系统中的4茬作物生长期间采用静态箱法收集气体,并研究N2O排放通量的季节变化规律;同时,研究轮作体系中不同氮肥管理方式下的作物生物学性状、产量、氮素吸收利用,土壤氮素时空动态变化规律及其氮素平衡等。最后,综合分析作物产量、经济效益、减排N2O效果和土壤氮素表观损失,确定最佳经济效益且减少环境污染的氮肥管理方式。得到的主要结论如下:1.不同氮肥管理方式下的N2O排放具有明显的季节排放特征,各处理N2O的排放主要集中在小麦生长的播种-返青期和玉米生长的播种-拔节期,占两种作物各自全生育期总排放量的54.59%-68.15%和55.45%-76.85%。来自小麦季的N2O排放量占冬小麦/夏玉米两个轮作过程中的N2O总排放量的23.81%-39.69%,玉米季占60.31%-76.19%,说明N2O排放主要集中在玉米季。综合两个轮作体系,与AN比,ON、ON80%+DCD、ON-SR、ON80%-SR和ON80%+NC处理减排率分别为25.70%、53.35%、20.10%、40.61%、39.92%,排放系数降低0.02-0.23个百分点。ON80%+DCD处理减排效果较好,ON80%-SR和ON80%+NC处理次之。因此,可以推荐调整氮肥基追比例,或者根据作物的不同生育阶段的氮素吸收特性,合理分批施氮肥,前氮后移。2.合理施用氮肥有助于提高作物产量及其构成因素。与AN比,ON、ON80%+DCD、ON-SR、ON80%-SR和ON80%+NC处理在小麦季和玉米季氮肥生产效率分别提高20.15%-79.53%和28.68%-74.74%,氮肥农学效率分别提高38.28%-108.18%和14.82%-143.03%,氮素收获指数分别增加1.91-12.78和2.21-6.35个百分点。与AN比,ON、ON80%+DCD、ON-SR、ON80%-SR和ON80%+NC处理第一、二轮作体系的籽粒产量分别提高2.74%-13.50%和0.31%-9.88%,减施氮肥保证作物产量不降低,特别是ON80%+DCD处理增幅最大,分别为13.50%和9.88%,纯收益分别提高32.15%和22.99%,是获得最佳经济效益的优化氮肥管理方式。3.揭示了冬小麦/夏玉米两个轮作体系中土壤硝态氮的时间和空间动态变化规律,不同氮肥管理方式下土壤硝态氮含量随着小麦或玉米生育期的延长和土壤深度的加深均呈现降低趋势。除CK处理外,小麦季和玉米季的氮素表观损失均随着施氮量的减少而降低,因此要科学合理控制氮肥用量,减少氮素向地下水淋失、大气挥发的损失。综合分析表明ON80%+DCD处理的作物产量、经济效益较好,排放N2O量最少,土壤氮素表观损失少,该氮肥管理方式在保证作物稳定高产的同时,有效降低环境污染的风险,可作为推荐农民使用的一种施肥方式。
刘敏[4]2015年在《冬小麦—夏玉米轮作施氮量及施氮方式对N_2O排放的影响》文中认为施氮量及施氮方式对农田土壤N2O排放具有重要影响。本文以华北平原冬小麦-夏玉米轮作体系为研究对象,在中国农业大学曲周实验站,2012年和2013年玉米季设置两种箱体结构及两种计算方法,研究箱体结构及计算方法对N2O排放的影响,为准确定量N2O排放提供依据；2012年到2014年设置不施氮肥、当地农民传统施用氮肥、优化施肥以及优化施肥上调和下调30%五个施氮量处理,研究华北平原冬小麦-夏玉米轮作体系不同施氮量对土壤N2O排放的影响,获得二者关系并计算排放因子；于2013年和2014年玉米季追肥期设置撒施(农民传统方式)、撒施添加10%的硝化抑制剂(DCD)以及条施覆土叁种施肥方式,研究不同施肥方式对土壤NH3挥发、N2O排放及夏玉米产量的影响,探明追氮方式影响两种重要环境气体排放的机制；并于2014年玉米季追肥期,研究模拟强降雨对土壤O2含量影响,揭示旱作土壤WFPS与土壤O2含量之间,以及土壤O2含量与土壤N2O浓度之间的关系。主要结果如下：(1)华北平原玉米季采用大小两种箱体结构结合直线与曲线拟合两种算法得到的N2O排放通量、累积排放量差异不显着,小规格采气箱与曲线拟合计算相结合得到的N2O排放通量、累积排放量最大。(2)华北平原农田土壤N2O排放主要由氮肥施用引起,玉米季N2O排放量大,小麦季N2O排放量小。各施肥处理间N2O排放趋势相同,且施肥量越大,N2O排放越多。干-湿交替,冻-融交替,田问管理措施等也会引起N2O排放的变化。(3)华北平原农田施氮量与N2O累积排放量之间曲线拟合最好,N2O排放量随着施氮量增加呈二次指数增加。优化施肥量相比于传统施肥量既保证了产量,又有效降低了N2O排放。单位产量N20排放量随施氮量增加而增高。玉米季单位产量N2O排放量为0.3g N2O-N kg-1左右；一般年份,小麦季单位产量N2O排放量不超过0.1g N2O-N kg-1。华北平原冬小麦一夏玉米轮作体系2012年N2O排放因子为1.2%；2013年排放因子为0.7%,两年综合N2O排放因子为1.0%。(4)华北平原玉米季高温多雨,施用氮肥会导致N2O的大量排放,氮肥施用是玉米季N2O排放的主要控制因素。小麦季低温少雨,即使施用氮肥N2O排放也较低,温度和水分是小麦季N20排放的主要控制因素。(5)华北平原玉米季农田土壤氮肥撒施后,产生大量N2O排放,同时伴有一定量的亚硝态氮累积。硝化抑制剂(DCD)减少了土壤N2O排放,略微促进土壤NH3挥发。条施覆土能够显着降低土壤NH3挥发,但引起施肥条带上亚硝态氮的大量累积,促进了N2O排放。(6)土壤含水量控制着土壤O2含量,当土壤WFPS大于60%时,土壤O2含量迅速下降,导致大量N2O产生。在施肥及饱和灌水后24小时及7天内,土壤O2含量与土壤N2O浓度呈负直线相关。15天内,土壤WFPS与O2含量呈负指数相关。
张保成[5]2017年在《水肥供应对玉米—小麦轮作系统土壤N_2O排放的影响》文中研究说明N_2O是一种重要的温室气体,N_2O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N_2O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N_2O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N_2O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N_2O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N_2O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、0 kg·hm-2,小麦季分别为210、178.5、147、0 kg·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、0 kg·hm-2,小麦季分别为150、127.5、105、0 kg·hm-2)4个施磷水平,采用灌水量、施氮量和施磷量叁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N_2O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N_2O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N_2O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N_2O排放季节性波动相对较小,有叁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N_2O排放总量变化范围分别为0.24-0.80kg·hm-2、0.19-0.65kg·hm-2;N_2O-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-小麦整个生育期土壤N_2O排放总量有显着影响,其影响会因施肥水平高低而有所不同。玉米季土壤N_2O排放总量表现为:在高肥水平下,高水显着高于低水(P<0.05);而低肥水平下,高水与低水差异不显着(P>0.05)。在中肥(N 255 kg·hm-2,p2o576.5kg·hm-2)水平下,中水显着高于低水(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,高水显着高于低水(p<0.05);中肥水平下,中水显着高于低水(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着增加。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、低肥施肥处理均显着高于不施肥处理(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着水平(p<0.01),水肥交互作用影响显着(p<0.05)。供应水平相差15%时,施肥单一因素达到显着水平(p<0.05),而灌水单因子、水肥交互作用均未达到显着水平(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着水平(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着降低。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着的正相关(p<0.05),与10-20cm的wfps无显着相关性(p>0.05)。与5cm、10cm、15cm、20cm、25cm土层温度均显着相关性(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,显着提高了籽粒产量(p<0.05);低肥水平下,高水比低水显着增加(p<0.05)。中肥与低肥水平下,中水与低水差异性均不显着(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,高肥均显着高于低肥(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,中肥比低肥显着增加;低水条件下,中肥与低肥无显性差异。低水条件下,高肥、中肥、低肥均比不施肥显着增加,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着(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:施氮相比不施氮显着增加了作物产量:不施磷条件下,两者差异性极显着(P<0.01);而施磷条件下,两者差异性显着(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,作物产量显着增加(P<0.05);施氮条件下作物产量无显着差异(P>0.05)。氮肥、磷肥及氮磷交互对作物产量的影响均显着(P<0.05)。
杨凡[6]2018年在《亏缺灌溉对冬小麦—夏玉米轮作农田土壤CO_2和N_2O排放的影响》文中研究说明灌溉通过影响土壤微生物活动和作物根系生长,进而影响土壤温室气体的产生和排放。前人有关节水灌溉对土壤温室气体的研究,大多集中于稻田和棉田,较少涉及冬小麦-夏玉米轮作体系。本研究通过设置不同灌溉量水平,研究亏缺灌溉对冬小麦-夏玉米轮作农田土壤CO_2和N_2O排放特征的影响,并探讨土壤水分,土壤温度,土壤氮素等环境因素对CO_2和N_2O排放的影响,以期优化灌溉管理措施,为农田节水提供科学依据和理论支撑。供试冬小麦品种为“小偃2 2号”,夏玉米品种为“津北288”,于2015年10月~2016年10月在西北农林科技大学中国旱区节水农业研究院农田水分转化试验场,通过小区试验,采用静态暗箱-气相色谱法对土壤温室气体排放进行原位观测。试验设置5个水分处理,分别为CK,T1,T2,T3和T7,CK为充分灌溉,灌水量以实测的蒸发蒸腾量ET为标准,其他灌水水平在CK的基础上按一定比例进行亏水处理,冬小麦的亏水时期为越冬期和拔节至灌浆期,夏玉米的亏水时期为播种至拔节期和拔节至抽雄期,在作物的两个亏水时期内,T1均亏水20%,T2均亏水40%,T3在第一个亏水时期内亏水20%在第二个亏水时期进行充分灌溉,T7在作物的两个亏水时期内分别亏水40%、20%。得到如下结果:1.冬小麦-夏玉米轮作体系下农田土壤CO_2和N_2O排放具有明显的季节变化规律,表现为夏季最高,春秋季相对较低,冬季维持在最低水平。亏缺灌溉下各处理变化趋势基本一致,冬小麦排放主峰值出现在拔节至灌浆阶段,次峰值出现在苗期,越冬期一直处于较低水平。夏玉米生育期内表现为叁个排放高峰,排放主峰值出现在拔节至抽雄期,次峰值出现在播种至拔节期,在抽雄至成熟期处为于较低水平。2.亏缺灌溉对冬小麦-夏玉米轮作体系下土壤CO_2和N_2O在作物生育期内的平均排放通量有一定的影响。冬小麦-夏玉米不同生育阶段内,土壤CO_2和N_2O平均排放通量基本表现为CK>T3>T1>T7>T2。冬小麦生育期,土壤CO_2排放通量平均值表现为:拔节-灌浆阶段>苗期>灌浆-成熟阶段>返青-拔节阶段>越冬期,土壤N_2O排放通量平均值表现为:苗期>拔节-灌浆阶段>越冬期>灌浆-成熟阶段>返青-拔节阶段,夏玉米生育期内不同处理土壤CO_2和N_2O排放通量平均值表现为:播种至拔节期>拔节至抽雄期>抽雄至成熟期。3.亏缺灌溉对冬小麦-夏玉米轮作体系下土壤CO_2和N_2O累积排放量有一定影响,在冬小麦-夏玉米整个生长季,均表现为CK处理最大。不同处理的土壤CO_2和N_2O累积排放量在冬小麦及夏玉米生育期内逐渐增加。小麦季:土壤CO_2累积排放量增长速率在苗期及越冬期较低,返青-拔节期阶段逐渐增大,且在拔节-灌浆期阶段达到最大,进入灌浆-成熟期阶段,又有所下降。土壤N_2O累积排放量增长速率在苗期相对较高,越冬期有所降低,返青-拔节期阶段逐渐增大,且在拔节-灌浆期阶段达到最大,进入灌浆-成熟期阶段,又有所下降。玉米季:土壤CO_2累积排放量在播种-拔节期阶段增加相对缓慢,进入拔节期,又有增加的趋势,在抽雄-成熟期又有所降低。在播种-拔节期阶段,各处理土壤N_2O累积排放量增加相对较快,进入拔节期,土壤N_2O累积排放量增长速率有减缓的趋势,在抽雄-成熟期又有所降低。4.亏缺灌溉下冬小麦-夏玉米轮作农田土壤CO_2排放通量与WFPS(土壤充水孔隙率)间存在一定的正相关关系,且除T1与T7处理外,其余处理的相关关系均达到显着性水平(P<0.05)。土壤CO_2排放通量与0-10 cm土层WFPS的相关系数和10-20 cm土层WFPS的相关系数差别不大。土壤CO_2排放通量与5 cm、10 cm、15 cm、20 cm和25 cm土层土壤温度均存在正相关关系,且相关关系均达到极显着水平(P<0.01),其中15 cm和20 cm相关系数较高。5.亏缺灌溉下冬小麦-夏玉米轮作农田土壤N_2O排放通量与0-10 cm及10-20 cmWFPS均成呈正相关关系,且相关关系均达到极显着水平(P<0.01),除T1处理外,土壤N_2O排放通量与10-20 cm土层WFPS的相关系数较0-10 cm土层WFPS的相关系数大。土壤N_2O排放通量与5 cm、10 cm、15 cm、20 cm和25 cm土层土壤温度均存在正相关关系(P>0.05),土壤N_2O排放通量与土壤硝态氮存在正相关关系,与土壤铵态氮存在负相关关系,相关关系均未达到显着水平(P>0.05)。
陈静[7]2014年在《华北小麦—玉米滴灌施肥下水氮运移和N_2O排放研究》文中进行了进一步梳理冬小麦-夏玉米轮作是华北平原典型的种植制度,两种作物产量约占全国小麦、玉米总产量的1/5,水资源短缺和面源污染等环境污染问题已经成为制约该地区农业可持续发展的主要因素。滴灌施肥技术被公认为是一种具有节水、节肥、减少污染等优点的水肥一体化田间管理措施,在国内外已广泛应用,但是在华北平原粮食作物的应用研究还很缺乏。本研究采用田间试验和生物地球化学模型相结合的研究方法,主要研究了滴灌施肥技术下土壤水氮运移、分布规律,土壤硝态氮累积及其对N2O排放的影响,并利用田间实测试验数据校正了DNDC (DeNitrification-DeComposition)模型水肥一体化模块,应用校正和验证后的DNDC模型提出了多目标调控下的华北平原冬小麦-夏玉米轮作系统滴灌施肥优化技术。主要研究结论如下：(1)在滴灌施肥条件下,滴灌量会影响滴灌后水、氮的水平和垂直运移,施氮量主要影响滴灌施氮后氮素的水平运移。灌水量越大,滴灌施肥后水分和硝态氮运移的垂直深度越大,当灌溉系数为0.5和1时,水分和硝态氮主要向下运移至60cm土层和80cm以上土层,减少灌水量可以降低灌溉水深层渗漏损失和硝态氮深层淋溶的风险。随施氮量的增加,滴灌施肥后N03--N水平方向上呈现出在湿润土体边缘聚集的现象越来越不明显的特征。滴灌施肥试验中N2(冬小麦和夏玉米施氮分别为189和231kg ha-1)处理湿润土体内土壤养分均匀度最高,合理的施肥量有利于提高滴灌后土壤养分的均匀性,垂直方向上硝态氮没有出现在湿润体边缘聚集的现象。在冬小麦和夏玉米收获后,0-100cm土壤剖面N03--N累积量与施氮量呈正相关关系,0-40cm土层的N03--N增加量显着高于土壤其他层次。(2)灌溉系数≥1可以保持冬小麦-夏玉米整个生育期0-80 cm土层含水量在田间持水量的75%-80%以上。冬小麦生长季中,灌溉系数为1的W3处理水分利用效率最高,达2.28 kgm-3,是测墒补灌试验筛选出的最优灌溉方案。夏玉米生长季由于正值雨季,降水量充足,采用滴灌措施未能提高夏玉米的产量和水分利用效率。在冬小麦季滴灌施肥措施下各处理的氮肥表观损失量介于0-21.59kg ha-1之间,与施氮量呈正相关关系,而常规漫灌施肥处理的氮肥表观损失量高达228.58kg ha-1,远高于滴灌施肥处理。与冬小麦生长季不同,在夏玉米生长季滴灌施肥未能减少氮肥的表观损失。综合氮素吸收利用率、生理利用率、农学利用率和籽粒氮肥吸收利用率等指标,最优施氮量处理为N2处理。(3)滴灌施肥和常规漫灌施肥相比能够减少表层土壤水分和氮肥的损失。从冬小麦拔节期的对比结果来看,滴灌施肥措施土壤蓄水保墒和保肥效果均优于漫灌撒施肥料措施。每次滴灌施氮后土壤硝态氮含量有所增加,N3(冬小麦和夏玉米施氮分别为270和330kg ha-1)处理增加幅度最大。在降雨量很低的冬小麦生长季,滴灌施肥和漫灌施肥都存在明显的氮肥表聚现象,而在降雨量大的夏玉米生长季,两种灌溉施肥方式的表聚现象相对不明显,常规漫灌施肥方式下,夏玉米季存在更大的硝态氮淋失风险。滴灌措施比漫灌措施全年表层土壤水分和硝态氮含量的波动幅度均更小。(4)滴灌施肥措施下各处理N20排放通量均较低,滴灌施肥后N2O排放总体呈现上升式波动的态势,上升波动时间一般大约为3-5天,但是波动幅度均较小,较大的N20排放峰出现在降雨较多的7月份。滴灌施肥处理的排放峰强度和持续时间明显低于常规漫灌施肥处理。在相同施氮量情况下,滴灌施肥比常规漫灌施肥能减少43%的N20排放量。滴灌施肥措施平均直接排放系数和排放强度分别比常规漫灌施肥减少了27%和47%。表层土壤温度、WFPS值和N03--N含量都显着影响滴灌施肥条件下农田土壤N20排放。(5)引入土壤温度参数对DNDC模型水肥一体化模块中NO3-和NH4+库转化为N20的比例系数进行校正,可以提高模型对滴灌施肥措施下土壤N20排放、土壤N03-和NH4+库模拟的准确性。校正后的DNDC模型能够真实的表达滴灌施肥一体化管理措施下,华北平原冬小麦-夏玉米轮作系统的作物产量、土壤硝态氮浓度动态变化和N20排放通量动态变化及总量。通过校正后模型的模拟分析,华北平原冬小麦-夏玉米轮作系统,综合作物产量、环境效应和N20排放等多目标的优化滴灌施氮量技术为：冬小麦季滴灌130mm(灌溉系数为1),施氮189 kg Nha-1.夏玉米季滴灌19.2mm(灌溉系数为0.2),施氮231 kg N ha-1,同时玉米生长季将雨季条施取消改为在生长季分4次全部滴灌施肥。
石书静[8]2012年在《不同氮肥管理下典型农田N_2O和CH_4净交换特征研究》文中指出华北平原是我国重要的粮食主产区,氮肥的过量投入是目前该地区夏玉米生产体系中普遍存在的问题,过量的氮肥投入不仅会降低氮肥的利用效率,还会造成N_2O的大量排放并抑制农田土壤对CH_4的氧化吸收。因此,氮肥优化、施用和作物氮素吸收规律相吻合的控释氮肥可能是提高氮素利用率、降低N_2O排放、增加CH_4吸收的重要措施。另外,目前测定痕量气体交换的常规技术是静态箱技术,但在采用该技术时,不同计算方法所获得气体排放通量之间存在较大的差异,这在很大程度上增加了对比不同结果之间的难度。因此,本研究首先对比分析了不同计算方法之间的差异并采用TFU(theoretical flux underestimation)技术进行了检验,在此基础上又进一步对6个不同氮肥管理体系下的N_2O排放和CH_4的氧化吸收进行了观测,以明确夏玉米生产体系的N_2O排放和CH_4的吸收特征,影响因素和减排潜力。6个处理分别为不施肥(CK)、农民传统处理(Nc)、优化氮素处理(No)、CRU(Controlled Release Urea,含氮量46%)1(100%CRU),CRU267%(CRU+33%尿素)和CRU3(33%CRU+67%尿素),以研究华北平原夏玉米生长季土壤与大气之间CH_4,N_2O的交换通量及相应措施的减排潜力。主要研究结果如下:(1)通过观测冬小麦拔节期施肥后1周内N_2O排放,详细比较了采用静态箱技术时,线性回归(LR),Quad回归和HM计算方法对N_2O排放通量的影响,同时也分析了施肥(Nc)和不施肥(CK)对N_2O气体交换的影响。结果表明,通过LR,Quad和HM方法处理相同数据得到的N_2O排放通量及其特征确实存在较大的差异,由叁种方法得到的通量变异系数最高可达到71%;未采用TFU技术校正前,叁种计算方法之间的变异系数平均为29%,而校正后则降低到13%;同时还发现,这叁种技术均在一定程度上低估了N_2O的排放通量,与校正后的排放通量相比,施肥处理中LR、Quad和HM的N_2O排放通量分别偏低了14%-31%,5%-48%和3%-62%,对照则分别偏低了14.9%-16.0%,15.5%-35.2%和8.4%-57.2%.因此,采用TUF校正方法不仅定量分析不同计算方法之间的差异大小,同时也降低了N_2O排放通量的误差。(2)通过设置六个不同的N肥管理措施,即在2011年整个夏玉米生长季,土壤都表现为N_2O的排放源。与Nc处理相比,No处理可以显着降低夏玉米生长季N_2O的排放,缓释尿素也可以显着降低夏玉米季N_2O的排放。夏玉米生长季土壤排放的N_2O总量从大到小依次为Nc>No > CRU3> CRU2> CRU1> CK,对应的排放总量依次为9072.12 g N/ha,4070.12 g N/ha,3628.20 g N/ha,3974.14 g N/ha,4216.00 g N/ ha和1183.79 g N/ha。No,Nc,CRU1,CRU2和CRU3处理的排放系数分别为1.60%,2.63%,1.36%,1.54%和1.68%.(3)在所研究的区域夏玉米生长季内,各处理土壤均表现为大气CH_4的吸收汇,各处理在整个生长季对CH_4吸收总量在19.19 mg C/m2-31.38 mg C/m2之间;施肥会抑制土壤对CH_4的氧化吸收;土壤含水量是该区域夏玉米种植区土壤氧化吸收CH_4的主要限制因素。
姜继韶[9]2015年在《施氮和轮作对黄土高原旱塬区土壤温室气体排放的影响》文中研究指明农田生态系统是温室气体(N2O、CH4和CO2)重要的排放源,其排放量分别占全球N2O、CH4和CO2总排放的60%、50%和10%。全球干旱和半干旱地区农田面积占全球农田总面积的80%,贡献了全球粮食总产量的60%。我国旱地约占国土总面积的70%,干旱半干旱耕地占总耕地面积的43%,主要分布在西北地区。我国西北黄土高原为典型的雨养农业区,面积60万km2,其中农田面积14.58万km2,70%属于雨养农业。施氮和轮作是本地区重要的农田管理措施。自20世纪80年代以来,化肥的投入成为本地区改善土壤肥力和作物产量的重要措施。但是施氮和轮作对土壤温室气体排放的影响尚不完全清楚。本研究共分为2个田间试验:春玉米连作试验和禾本科-豆科轮作试验。在春玉米试验中共设置5个不同的氮肥处理:对照处理(不施用氮肥处理,N0);传统施氮处理(Con);优化施氮处理(Opt);优化施氮添加硝化抑制剂处理(Opt+DCD);优化施氮使用缓控肥处理(Opt+SR)。在轮作系统中,选取小麦-小麦-糜子-豌豆轮作系统作为研究对象,研究不同作物轮作次序对土壤呼吸和温度敏感性的影响。主要获得以下结论:(1)施氮显着提高了春玉米生长季土壤的累积呼吸量(P<0.05),但是四个施氮处理之间土壤呼吸无显着差异。与对照相比,施氮处理累积呼吸量2013年提高了35%,2014年提高了54%,但施氮显着降低了土壤呼吸温度敏感性(Q10)(P<0.05),施氮处理的Q10较对照2013年降低了27%,2014年降低了17%。施氮显着提高了春玉米地上部生物量和根系生物量(P<0.05)。施氮处理根系生物量较对照处理2013年提高了0.32倍,2014年提高了1.23倍。施氮对土壤温度和水分无显着影响,根系生物量是施氮条件下导致土壤呼吸差异的重要生物因素。(2)叁个优化施氮处理显着减少了N2O的年累积排放量,农田温室效应(Global warming potential,GWP),以及总温室气体排放强度(Greenhouse gas intensity,GHGI)。与传统的N2O年累积排放量(1.9 kg N2O-N ha–1)相比,Opt+DCD处理N2O累积排放量下降的最多(48%),其次为Opt+SR处理(38%),下降最少的为Opt处理(28%)。施氮和大于40 mm降雨事件是N2O排放的主要控制因素。其中施氮后10天内的排放量占全年排放量的26%,并与施氮后10天内的硝态氮平均含量呈显着的线性正相关关系。2013年,由降雨诱导的N2O排放量占全年的6.4%,2014年为12.5%。N2O排放因子变化范围为0.12%?0.55%。黄土高原雨养区农田土壤是大气CH4的弱吸收汇,不同施氮模式对大气CH4的吸收没有显着的影响。Con,Opt,Opt+DCD和Opt+SR四个处理的GWP分别为788,536,344,441 kg CO2-eq ha-1。与传统施氮相比,Opt,Opt+DCD和Opt+SR处理的GHGI分别降低了29%,54%和42%。(3)叁种优化施氮模式虽然减少了20%的施氮量,但并没有减少春玉米的产量,各施氮处理的产量在2013年为9.61-10.46 Mg ha-1,2014年为11.41-12.23Mg ha-1。5种施氮模式土壤剖面0-100 cm和100-200 cm的硝态氮残留量分别介于:33.5-148.9、24.8-92.8 N kg ha-1之间。与Con(225.9 N kg ha-1)相比,Opt、Opt+DCD和Opt+SR土壤剖面0-200 cm的硝态氮残留量降幅分别为47.2%、48.5%和45.5%。叁种优化施氮处理之间硝态氮残留差异不显着(P>0.05)。优化施氮处理氮肥农学效率和氮肥偏生产力显着大于传统施氮处理。(4)在小麦-小麦-糜子-豌豆轮作系统中,虽然冬小麦生长阶段土壤呼吸(1.63μmol m-2s-1)显着小于糜子(2.40μmol m-2s-1)和豌豆阶段(2.21μmol m-2s-1),但是冬小麦生长阶段的土壤呼吸温度敏感性(2.76)却显着高于糜子(1.85)和豌豆阶段(1.47)。轮作系统中Q10随着作物生长季的平均温度的升高呈现指数下降的趋势,当温度超过15°C时,Q10趋于稳定(1.8)。此外Q10随着作物生长季的平均水分的增加而增加,但当土壤水分大于14.7%时,Q10却出现下降的趋势。在全球变暖的情况下,模拟农业生态系统土壤呼吸时(特别是耐寒作物)必须考虑作物生长阶段的土壤温度和水分。
杨柳青[10]2017年在《石灰性潮土N_2O产生过程及相关功能基因丰度和表达》文中研究说明深刻理解农田土壤N_2O产生过程及机制对于提出有针对性的减排N_2O措施至关重要。关于土壤N_2O排放通量、土壤微生物中氨氧化细菌和古菌的丰度已有了大量研究,但是将田间N_2O排放、田间原位土壤硝化-反硝化功能基因丰度、田间土壤环境联系到一起的研究还不够深入,华北平原石灰性潮土的研究现状也是如此。为更加深刻理解华北平原石灰性潮土N_2O排放过程和机制,本研究基于一个田间长期定位试验,原位监测N_2O排放通量,原位取土提取土壤DNA,对总菌以及硝化-反硝化过程中的相关功能基因(16SrRNA、编码氨单加氧酶的amoA、硝酸盐还原酶narG、亚硝酸盐还原酶nirS和nirK、N_2O还原酶nosZ基因)进行定量,分析N_2O排放通量、N_2O年排放量、土壤理化性质、功能基因丰度之间的关系,解释该地区施肥事件后土壤强N_2O排放和降水或灌溉后的弱N_2O峰的产生机制;为更加深刻理解田间N_2O的产生过程及主要控制因素,设置不同的碳氮添加和不同初始O_2浓度,结合全自动采样培养系统(Robot系统)和分子生物学技术,实时测定培养瓶内O_2、CO_2、NO、N_2O和N_2动态变化。测定气体的同时设定平行组,用于测定土壤NH4+、N_2O-、NO3-、pH、土壤含水量等性质,提取土壤RNA,反转录合成cDNA,分析在O_2浓度不断下降的过程中土壤氮素和功能基因转录数变化动态。主要研究结果如下:(1)长期施用尿素和/或有机肥显着增加了土壤中氨氧化细菌(AOB)的数量,其每克干土拷贝数在1.4e+7至1.9e+7范围内。施肥事件增加了施肥处理Nopt(施用化肥,玉米和小麦秸秆均不还田,施化肥量根据优化Nmin(NO3-+NH4+)测试)、CNopt(化肥施用和Nopt相同,玉米和小麦秸秆还田)和CM(施用牛粪的同时根据氮平衡计算,不足的氮用化肥补充,玉米和小麦秸秆均还田)的AOB数量,与施肥前相比,分别增加了 14.7%、124.5%和107.6%,从而导致了施肥后近一周的强N_2O排放;长期秸秆还田和施用有机肥增加了土壤中反硝化菌的数量,尤其是有机肥CM处理;年N_2O排放量和反硝化基因narG、nirS和nirK丰度之间有显着的正相关(P<0.05),说明在适合反硝化作用发生的条件下这些基因的丰度和N_2O排放相关;尽管nosZ基因拷贝数也有所增加,但是其将N_2O还原为N_2的效果被以上反硝化基因拷贝数增加造成的N_2O排放增加部分抵消;由amoA基因拷贝数增加导致的施肥后的强N_2O排放峰和与反硝化基因丰度有关的弱N_2O排放峰共同贡献了该土壤的年N_2O排放。(2)初始O_2浓度为21%和3%的加铵处理(AS60,AS200)促进了土壤氨氧化过程,增加了土壤中amoA基因转录数,加大了 O_2的消耗速率,产生大量N_2O,同时累积NO_2-。随着培养瓶内的O_2不断被消耗至2%以下,土壤中反硝化基因转录数开始变大,反硝化作用开始启动,瓶内N_2O浓度继续升高;初始O_2浓度为0%时,培养瓶内主要发生的是反硝化作用,但是在高铵和高硝的浓度下,反硝化作用有被抑制的迹象;当初始O_2浓度为21%和3%时,硝化抑制剂处理中C2H2抑制了氨氧化作用,显着减少了 N_2O的排放,同时避免了NO_2-的累积,但是没有阻断NH4+向NO3-的转化,只是降低了该过程的转化速率;葡萄糖的加入显着增加了土壤nosZ基因的转录数,促进了 N_2O向N_2的转化,N_2的排放量显着高于其他处理;在好氧的条件下(21%-3%),该类型土壤中NH4+含量很低时,即使土壤内有大量的硝酸盐,也不会发生NO3-的还原,也不会有N_2O的排放;而在厌氧条件下,土壤内NH4+浓度基本保持恒定,但是在培养中后期,初始O_2浓度为21%和3%的条件下各处理都出现了不同程度的NH4+浓度的上升和NO3-浓度的下降,可能发生了DNRA(硝酸盐的异化还原)过程。(3)随着O_2的不断消耗,N_2O/(NO+N_2O+N_2)产物比整体呈现上升的趋势。加铵处理混合过程中的N_2O/(NO+N_2O+N_2)产物比在28%至62%之间,且初始O_2浓度为3%的N_2O产物比大于初始O_2浓度为21%的条件。加碳则促进了土壤中N_2O向N_2的转化,将N_2O产物比降为1.7%至3.5%;Spearman相关性分析发现气体产物NO、N_2O、N_2浓度、N_2O产物比及反硝化基因(nirS和nosZ)转录数与O_2浓度之间呈现显着的负相关(P<0.01)。(4)不同处理在O_2浓度变化过程中,细菌群落构成有一定的变化。但是,由于硝化-反硝化菌在土壤中的丰度太低,在门水平并没有找到与硝化-反硝化作用密切相关的细菌种群的变化。综上所述,长期的施肥会增大土壤内的硝化-反硝化功能基因丰度。当外界施肥事件发生时,土壤中硝化作用基因发挥作用引起强烈的氨氧化作用,造成该地区施肥后的强N_2O排放;氨氧化菌的强烈活动导致了土壤O_2浓度降低,可能启动低氧和厌氧条件下发生的硝化细菌的反硝化作用或反硝化作用。本研究探索了 O_2浓度变化与硝化-反硝化过程中的气体变化动态、土壤氮素变化动态和基因转录数之间的关系,发现了 O_2浓度与硝化-反硝化过程中的气态产物以及相关基因转录数之间的相关性;但是,单单考虑O_2浓度是不够的,某一时刻的N_2O排放过程同时受O_2浓度和基质浓度的共同控制。在本研究土壤中,使用硝化抑制剂避免局部高铵浓度下引起强氨氧化作用引起土壤微域厌氧触发反硝化过程这一链锁反应是减少N_2O排放的重要途径。
参考文献：
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[3]. 冬小麦/夏玉米轮作系统不同氮肥管理方式的生物效应及N_2O排放特征研究[D]. 刘亚男. 河北农业大学. 2015
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[5]. 水肥供应对玉米—小麦轮作系统土壤N_2O排放的影响[D]. 张保成. 西北农林科技大学. 2017
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[8]. 不同氮肥管理下典型农田N_2O和CH_4净交换特征研究[D]. 石书静. 河北农业大学. 2012
[9]. 施氮和轮作对黄土高原旱塬区土壤温室气体排放的影响[D]. 姜继韶. 中国科学院研究生院（教育部水土保持与生态环境研究中心）. 2015
[10]. 石灰性潮土N_2O产生过程及相关功能基因丰度和表达[D]. 杨柳青. 中国农业大学. 2017