施氮量对砂姜黑土小麦-玉米轮作体系N_2O排放的影响

砂姜黑土是黄淮海平原重要的中低产土壤,由于其剖面含有砂姜层,易产生裂隙,影响了氮素在土壤剖面的迁移分布,可能导致砂姜黑土的N_2O排放存在一定的独特性。基于此,本研究以砂姜黑土小麦-玉米轮作体系为研究对象,设置4个处理,分别为不施肥(CK)、传统施肥(TR)、优化施肥(OPT)和再优化施肥(ZOPT),通过静态箱-气相色谱法结合常规土壤参数的监测与分析,探究砂姜黑土不同施氮条件下N_2O排放特征、累积排放量及关键驱动因素。结果显示,砂姜黑土小麦季的N_2O平均排放通量为14.2～21.6μg·m~(-2)·h~(-1),累积排放量为0.82～1.24kg(N)·hm~(-2);玉米季的N_2O平均排放通量为14.4～24.5μg·m~(-2)·h~(-1),累积排放量为0.42～0.71 kg(N)·hm~(-2);不同处理小麦季的N_2O累积排放量均高于玉米季。小麦季追肥期与基肥期的N_2O累积排放量分别为0.27～0.41 kg(N)·hm~(-2)和0.55～0.83 kg(N)·hm~(-2),玉米季分别为0.18～0.30 kg(N)·hm~(-2)和0.24～0.41 kg(N)·hm~(-2),追肥期N_2O累积排放量均高于基肥期。相关性分析结果显示, CK处理的N_2O排放量与土壤温度、含水量和硝酸盐含量均表现出明显的多元线性相关(P0.05), TR、OPT和ZOPT仅与土壤硝酸盐含量呈极显著多元线性相关(P0.01),而与土壤温度和土壤含水量未表现明显的相关性,说明施肥条件下,土壤硝酸盐含量的高低成为影响砂姜黑土农田土壤N_2O排放最关键的影响因素。除此之外,不同施氮量的N_2O累积排放量差别明显(P0.05), TR处理的N_2O排放量最高,小麦玉米季分别为1.24 kg(N)·hm~(-2)和0.71 kg(N)·hm~(-2),显著高于OPT处理[0.99 kg(N)·hm~(-2)和0.51 kg(N)·hm~(-2)]和ZOPT处理[0.82kg(N)·hm~(-2)和0.42 kg(N)·hm~(-2)]。无论小麦季还是玉米季N_2O的累积排放量均随施氮量的增加而呈指数增加趋势,相关性系数分别达0.997和0.977 (P0.05),说明砂姜黑土传统施氮N_2O存在过量排放问题。总而言之,尽管与其他土壤相比,砂姜黑土不属于N_2O高排土壤,但传统施氮量导致的N_2O排放量仍不可忽视。     

不同灌溉施肥措施对夏玉米-冬小麦农田N2O排放和产量的影响

为明确不同灌溉施肥措施下夏玉米-冬小麦轮作农田N_2O的排放特征,寻求既能减少N_2O排放又保证粮食产量的灌溉施肥方法,以华北地区夏玉米-冬小麦轮作农田为研究对象,利用静态暗箱-气相色谱法对土壤N_2O排放特征进行了周年(2015年6月15日-2016年6月12日)观测,探讨了常规施氮量(夏玉米:205.5 kg/hm2;冬小麦:250 kg/hm2)下传统灌溉施肥(FP100%)、滴灌+传统施肥(DN100%)、滴灌水肥一体化(FN100%)以及滴灌水肥一体化下不同施氮量(减氮60%(FN40%)、减氮30%(FN70%)、常规氮量(FN100%)和增氮30%(FN130%))下农田N_2O排放特征及土壤温湿度对农田N_2O排放的影响,另设滴灌+不施氮肥(CK)为对照。结果表明:在夏玉米-冬小麦轮作体系中小麦季农田土壤N_2O排放通量高于玉米季,夏玉米季土壤N_2O阶段排放峰值出现在拔节期和抽雄期;而冬小麦季土壤N_2O阶段排放峰值出现在冬前苗期和拔节期。与FP100%处理相比,FN40%处理在夏玉米和冬小麦季的N_2O平均排放通量分别降低了70.8%和66.7%,N_2O排放总量分别减少了58.7%和66.3%;整个轮作季周年产量没有显著减少,N_2O排放总量显著降低了62.9%(P0.05)。FN40%处理夏玉米季和冬小麦N_2O排放系数分别为0.06和0.01,显著低于其他施肥处理(P0.05)。土壤温湿度均影响农田N_2O排放,但不同处理在夏玉米和冬小麦生长季与土壤温度和土壤湿度的相关性并不相同。综合考虑N_2O排放量和作物产量,研究认为,在华北地区夏玉米-冬小麦轮作系统下,若采用滴灌,则根据作物需肥规律同时采用水肥一体化方式进行施肥才既有增产,又减少农田N_2O排放的效果,并且在滴灌水肥一体化技术下,减少60%施氮量在保障粮食产量的同时,可以有效地减少N_2O排放,是兼顾作物产量及大气环境的推荐管理措施。     

施肥方式对紫色土农田生态系统N2O和NO排放的影响

依托紫色土施肥方式与养分循环长期试验平台(2002年—),采用静态箱-气相色谱法开展紫色土冬小麦-夏玉米轮作周期(2013年10月至2014年10月)农田生态系统N_2O和NO排放的野外原位观测试验。长期施肥方式包括单施氮肥(N)、传统猪厩肥(OM)、常规氮磷钾肥(NPK)、猪厩肥配施氮磷钾肥(OMNPK)和秸秆还田配施氮磷钾肥(RSDNPK)等5种,氮肥用量相同[小麦季130 kg(N)×hm~(-2),玉米季150 kg(N)×hm~(-2)],不施肥对照(CK)用于计算排放系数,对比不同施肥方式对紫色土典型农田生态系统土壤N_2O和NO排放的影响,以期探寻紫色土农田生态系统N_2O和NO协同减排的施肥方式。结果表明,所有施肥方式下紫色土N_2O和NO排放速率波动幅度大,且均在施肥初期出现峰值;强降雨激发N_2O排放,但对NO排放无明显影响。在整个小麦-玉米轮作周期,N、OM、NPK、OMNPK和RSDNPK处理的N_2O年累积排放量分别为1.40 kg(N)×hm~(-2)、4.60 kg(N)×hm~(-2)、0.95 kg(N)×hm~(-2)、2.16kg(N)×hm~(-2)和1.41 kg(N)×hm~(-2),排放系数分别为0.41%、1.56%、0.25%、0.69%、0.42%;NO累积排放量分别为0.57 kg(N)×hm~(-2)、0.40 kg(N)×hm~(-2)、0.39 kg(N)×hm~(-2)、0.46 kg(N)×hm~(-2)和0.17 kg(N)×hm~(-2),排放系数分别为0.21%、0.15%、0.15%、0.17%、0.07%。施肥方式对紫色土N_2O和NO累积排放量具有显著影响(P0.05),与NPK处理比较,OM和OMNPK处理的N_2O排放分别增加384%和127%,同时NO排放分别增加3%和18%;RSDNPK处理的NO排放减少56%。表明长期施用猪厩肥显著增加N_2O和NO排放,而秸秆还田有效减少NO排放。研究表明,土壤温度和水分条件均显著影响小麦季N_2O和NO排放(P0.01),对玉米季N_2O和NO排放没有显著影响(P0.05),土壤无机氮含量则是在小麦-玉米轮作期N_2O和NO排放的主要限制因子(P0.01)。全量秸秆还田与化肥配合施用是紫色土农田生态系统N_2O和NO协同减排的优化施肥方式。     

优化施肥下华北冬小麦/夏玉米轮作体系农田反硝化损失与N2O排放特征

在田间条件下,应用乙炔抑制-原状土柱培养法测定优化施肥下华北冬小麦/夏玉米轮作体系土壤反硝化和N2O的排放特征。研究表明:冬小麦和夏玉米整个生育期反硝化速率和N2O排放通量均表现出明显的季节性变化,且均与土壤水分和无机氮浓度呈显著正相关。小麦季和玉米季的反硝化损失量及N2O排放量均表现出随施肥量的降低而降低,夏玉米季的反硝化损失量和N2O排放量均高于小麦季。小麦季的反硝化损失量和N2O排放量习惯施肥处理是氮肥减量后移处理的1.62和1.67倍,玉米季分别为2.01和2.00倍。氮肥减量后移可能是通过改变土壤无机氮浓度而降低反硝化损失量和N2O排放量。     

氮肥与氮转化调控剂配施降低夏玉米-冬小麦农田N2O排放

针对农业生产中氮肥施用不合理导致氮肥利用率低、N_2O排放增加及经济效益下降等问题,采用田间试验法研究了不同氮肥与氮转化调控剂配施模式的夏玉米-冬小麦一年两作农田N_2O排放特征及经济效益。结果表明:与农民施氮肥处理(FN)相比,各推荐施氮处理在夏玉米季和冬小麦季的N_2O平均排放通量分别降低29.2%~65.4%(P0.05)和26.9%~74.9%(P0.05),N_2O排放总量分别降低1.05~2.72(P0.05)和1.10~2.47(P0.05)kg/hm~2;整个轮作季纯收益增加967.5~3 887.0元/hm~2。同等施氮量条件下,与推荐施氮处理(RN)相比,夏玉米季推荐施氮配施双氰胺处理(RN+DCD)和推荐施氮配施吡啶处理(RN+CP)分别使N_2O平均排放通量降低41.5%(P0.05)和31.2%(P0.05);而在冬小麦季则分别下降63.0%(P0.05)和65.7%(P0.05);整个轮作季RN+DCD和RN+CP处理N_2O排放总量分别降低了52.5%(P0.05)和49.0%(P0.05),纯收益分别增加312.6和708.9元/hm~2。夏玉米季,土壤N_2O阶段排放峰值出现在三叶期-拔节期和大喇叭口期-抽雄期;而冬小麦季土壤N_2O阶段排放峰值出现在播种-冬前苗期和返青-拔节期。考虑作物产量、N_2O排放以及经济效益,RN+DCD和RN+CP处理经济效益较高,N_2O排放总量较少,是兼顾作物产量、农民收入及大气环境的推荐氮肥管理措施。     

施肥方式对冬小麦—夏玉米轮作土壤N_2O排放的影响

氧化亚氮(N_2O)是一种重要的农田温室气体,本研究利用紫色土长期施肥试验平台,采用静态箱/气相色谱法对紫色土旱作农田冬小麦—夏玉米轮作系统的N_2O排放进行了定位观测(2012年11月至2013年9月),研究单施氮肥(N)、常规氮磷钾肥(NPK)、猪厩肥(OM)、猪厩肥配施氮磷钾肥(OMNPK)和秸秆还田配施氮磷钾肥(ICRNPK)等施肥方式对紫色土N_2O排放特征的影响;不施肥(NF)作为对照计算排放系数,以探寻紫色土地区可操作性强、环境友好的施肥方式。结果表明,所有施肥方式的N_2O排放均呈现双峰排放,峰值出现在施肥初期;玉米季N_2O排放峰值显著高于小麦季(p0.05)。在相同的施氮水平(小麦季130 kg hm~(~(-2)),玉米季150 kg hm~(~(-2)))下,施肥方式对N_2O排放和作物产量均有显著影响(p0.05)。N、OM、NPK、OMNPK和ICRNPK处理的土壤N_2O周年累积排放量分别为1.93、1.96、1.12、1.50和0.79 kg hm~(~(-2)),排放系数分别为0.62%、0.63%、0.33%、0.47%和0.21%,全年作物产量分别为4.35、11.95、8.39、9.77、10.93 t hm~(~(-2))。施用猪厩肥显著增加N_2O排放量,而秸秆还田在保证作物产量的同时显著降低N_2O排放量,可作为紫色土地区环境友好的施肥方式。土壤无机氮(NO_3~--N和NH_4~+-N)是N_2O排放的主要限制因子。因此,在施氮水平相同时,施肥方式对紫色土活性氮含量的影响导致N_2O排放差异显著,是土壤N_2O排放差异的根本原因。土壤孔隙充水率也是影响N_2O排放的重要环境因子,并且其对N_2O排放的影响存在阈值效应。     

不同氮肥管理方式对华北粮田N_2O排放和作物产量的影响分析

通过华北小麦和玉米田已发表文献分析,明确不同施氮量、氮肥基追比及氮素调控措施对土壤N_2O排放和作物产量的影响。结果表明:高氮水平下减少氮肥用量并调整基追比有助于减少土壤N_2O排放;添加硝化抑制剂双氰胺(DCD)对小麦和玉米产量的提高和土壤N_2O的减排效果均较好。兼顾华北粮田N2O减排和作物产量,小麦季推荐合理施氮量167~174 kg·hm~(-2),基追比1∶1,添加DCD,土壤N_2O总排放量为0.31 kg·hm~(-2),籽粒产量6 200 kg·hm~(-2)以上;玉米季推荐合理施氮量177~181 kg·hm~(-2),基追比2∶3~1∶2,添加DCD,土壤N_2O总排放量1.70 kg·hm~(-2),籽粒产量9 000 kg·hm-2以上。     

不同耕作措施下小麦–玉米轮作农田温室气体 交换及其综合增温潜势

研究不同耕作措施下小麦-玉米轮作农田N_2O、CO_2和CH4等温室气体的综合增温潜势,有助于科学评价农业管理措施在减少温室气体排放和减缓全球变暖方面的作用,为制定温室气体减排措施提供依据。基于2001年开始的位于华北太行山前平原中国科学院栾城农业生态系统试验站的不同耕作与秸秆还田方式定位试验,应用静态箱/气相色谱法于2008年10月冬小麦播种时开始,连续两个作物轮作年动态监测了秸秆整秸覆盖免耕播种(M1)、秸秆粉碎覆盖免耕(M2)、秸秆粉碎还田旋耕(X)、秸秆粉碎还田深翻耕(F)和无秸秆还田深翻耕(CK,代表传统耕作方式)5种情况下冬小麦-夏玉米轮作农田土壤N_2O、CO_2和CH4排放通量,并估算其排放总量。试验期间同步记录每项农事活动机械燃油量、灌溉耗电量、施肥量,依据燃油、耗电和单位肥料量的碳排放系数统一转换为等碳当量,测定作物产量、地上部生物量,估算农田碳截存量,根据每个分支项对温室效应的作用估算了5个处理的综合增温潜势。结果表明,华北小麦-玉米轮作农田土壤是N2O和CO2的排放源,是CH4的吸收汇,每年M1、M2、X、F和CK农田土壤N2O排放总量依次为2.06 kg(N_2O-N)·hm~(-2)、2.28 kg(N_2O-N)·hm~(-2)、2.54 kg(N_2O-N)·hm~(-2)、3.87 kg(N2O-N)·hm~(-2)和2.29 kg(N2O-N)·hm~(-2),CO_2排放总量依次为6904 kg(CO_2-C)·hm~(-2)、7 351 kg(CO2-C)·hm~(-2)、8 873 kg(CO_2-C)·hm~(-2)、9 065 kg(CO2-C)·hm~(-2)和7 425 kg(CO2-C)·hm~(-2),CH4吸收量依次为2.50 kg(CH4-C)·hm~(-2)、1.77 kg(CH4-C)·hm~(-2)、1.33 kg(CH4-C)·hm~(-2)、1.38 kg(CH4-C)·hm~(-2)和1.57kg(CH4-C)·hm~(-2)。M1和M2处理农田生态系统综合增温潜势(GWP)均为负值,表明免耕情况下农田生态系统为大气的碳汇,去除农事活动引起的直接或间接排放的等当量碳,每年农田生态系统净截留碳947~1 070 kg(C)·hm~(-2);其他处理农田生态系统的GWP值均为正值,表明温室气体是由系统向大气排放,CK、F和X每年向大气分别排放等当量碳3 364 kg(C)·hm~(-2)、989 kg(C)·hm~(-2)和343 kg(C)·hm~(-2)。故华北小麦-玉米轮作体系中,秸秆粉碎还田旋耕是最优化的耕作措施,其温室效应相对较低,而又能保证较高的经济产量。     

林地转变为耕地对紫色土N2O排放的影响

土地利用方式变化是造成大气中温室气体浓度变化的主要原因之一,但土地利用方式转变,如林地转变为耕地过程对土壤氧化亚氮(N_2O)排放的影响还缺乏系统研究。本研究于2016年7月中旬在四川盆地丘陵区将林地转变为耕地,并按照耕地冬小麦-夏玉米轮作方式,采用静态暗箱-气相色谱法,对比分析了耕地翻耕不施肥(CL-T)、翻耕施肥(CL-TF)和邻近林地(CK)的土壤N_2O排放过程特征。结果表明,试验期间CL-T、CL-TF土壤N_2O排放通量较CK均显著增加(P0.01),且二者的N_2O排放通量在林地转变为耕地初期均有明显的排放峰。小麦季和玉米季土壤N_2O排放通量[μg(N)·m-2·h-1]均值CK分别为2.52和4.60,CL-T分别为3.55和11.63,CL-TF分别为6.26和22.16,N_2O排放通量玉米季显著高于小麦季。CK、CL-T和CL-TF的土壤N_2O全年累积排放量[mg(N)·hm-2]分别为0.271、0.515和0.957,CL-T、CL-TF较CK分别显著增长89.8%、253.0%,说明林地转变为耕地,紫色土N_2O排放迅速增加。首先翻耕改变土壤结构并显著增加土壤无机氮含量(P0.05),其次施肥大幅增加土壤无机氮含量导致土壤N_2O的激发排放。而土壤温度和水分未发生显著改变(P0.05),种植作物短时间内也未显著改变土壤的N_2O排放。结果表明,林地转变为耕地激发土壤N_2O排放的根本机制可能是提高了土壤有机氮矿化速率。但土地利用转变对土壤氮转化过程的影响以及进而改变土壤N_2O的排放特征的机理有待进一步研究。     

华北平原冬小麦/夏玉米轮作田土壤N2O通量特征及影响因素

采用静态箱/气相色谱法对华北平原冬小麦/夏玉米轮作田土壤N2O通量进行周年观测,研究轮作田土壤N2O源的大小及其变化规律,分析土壤温度、水分、有效氮含量对土壤N2O通量的影响。结果表明,土壤N2O通量季节变化明显且变化主要是由施肥引起的。麦田土壤N2O通量变化范围为-36~835μg.m-2.h-1,玉米田为-1~263μg.m-2.h-1,麦季土壤N2O排放强度(80.5μg.m-2.h-1)低于玉米季(90.5μg.m-2.h-1)。轮作田土壤N2O年总排放量为6.9kg.hm-2,麦季(4.2kg.hm-2)高于玉米季(2.7kg.hm-2)。土壤N2O通量随地温升高呈指数增长(通过0.01显著水平检验),季节Q10值为2.2,单日的Q10值在3.8~4.5;作物主要生长季(4-10月)土壤N2O通量随土壤中NH4 -N含量的增加呈线性增长(通过0.05显著水平检验),而与土壤含水量和NO3--N含量均未表现出明显数量关系。在作物主要生长季,上述各因子对土壤N2O通量的综合影响极显著(通过0.01显著水平检验),其中土壤含水量和NH4 -N含量是主导因素。     

长期连续秸秆还田和生物质炭施用对稻田N2O排放的影响

为了评估麦季多年连续秸秆还田和生物质炭施用对稻麦轮作系统下稻田N₂O排放的影响，于2010年麦季开始开展了为期11 a的麦季秸秆还田和生物质炭施用定位试验。试验共包括5个处理：无玉米秸秆还田和生物质炭施用(CK);6 t/(hm²·a)玉米秸秆还田(CS);2.4 t/(hm²·a)生物质炭施用(BC1);6 t/(hm²·a)生物质炭施用(BC2)和12 t/(hm²·a)生物质炭施用(BC3)。结果表明，BC2和BC3处理较CK均显著提高了土壤碱解氮、有效磷、速效钾、易氧化碳、可溶性有机氮和土壤微生物生物量氮含量。CS、BC1和BC2处理水稻生长季N₂O总排放量与CK没有显著差异，但是BC3处理的N₂O总排放量比CK提高了245.31%，并显著高于其他处理。BC3处理的N₂O总排放量和施氮肥后N₂O排放高峰期的累积排放量分别比CK提高了3.84 kg/hm²和3.3...     

减氮和施生物炭对华北夏玉米-冬小麦田土壤CO2和N2O 排放的影响

2013年6月-2014年6月,在河南省新乡夏玉米-冬小麦试验田设置四种处理即农民常规施肥（F处理,250kg·hm^-2）、减氮20%（LF处理,200kg·hm^-2）、减氮20%+黑炭（LFC）,以不施肥处理为对照（CK）,采用静态箱-气相色谱法,对夏玉米-冬小麦生长季土壤CO_²和N_²O排放通量动态进行测定。结果表明：（1）夏玉米-冬小麦田的土壤CO₂排放通量为21.8～1022.7mg·m^-2·h^-1,土壤CO_²排放通量主要受土壤温度和水分的影响,在夏玉米季受土壤水分的影响更为显著,而在冬小麦季则为5cm土层处的温度对其影响更为突出。减施氮肥20%处理和减氮加生物黑炭共同作用使土壤CO_²累积排放量显著降低,小麦生长季的减排作用尤为显著。（2）施肥和灌溉是影响土壤N_²O排放的最主要因素,施肥期间N2O排放量分别占夏玉米季和冬小麦季累积排放量的73.9%～74.5%和40.5%～43.6%;施肥量主要影响排放峰的强度,灌溉主要影响排放峰出现时间的早晚且会影响不同措施的减排效果。在每季作物250kg·hm^-2施氮水平下减施氮肥20%使夏玉米季和冬小麦季的N₂O累积排放量分别降低15.7%～16.8%和18.1%～18.5%,是高产集约化农田减排N₂O的有效措施。在适宜施氮水平（200kg·hm^-2）下施用生物黑炭,短期内对土壤N₂O排放无显著影响。（3）夏玉米-冬小麦田农民常规施肥水平的N₂O排放系数为0.60%,减氮施肥的N₂O排放系数为0.56%。在华北平原高产集约化农田适当减氮施肥不仅能降低农田土壤温室气体排放,且对作物产量无影响,是适宜的温室气体减排措施。     

不同有机肥与化肥配施对作物产量及农田氮肥气态损失的影响

【目的】探讨本地区主要类型有机肥与化肥配施对作物产量及农田氮肥气态损失的影响,为不同类型有机肥的科学施用提供理论依据。【方法】2014年10月—2015年9月在山东省中国农业科学院禹城试验基地进行了冬小麦–夏玉米田间小区试验,供试小麦品种为‘济麦22’,玉米品种为‘郑单958’。在常规施氮量 (N 225 kg/季) 基础上,设化肥 (CF)、鸡粪 (CHM)、猪粪 (PM) 和牛粪 (CM) 单施以及化肥分别与3种有机肥配施处理 (化肥氮分别占25%、50%、75%),13个处理;加倍施氮量下,有机肥和化肥单施 (DCF、DCHM、CPM、DCM) 4个处理;1个不施肥处理 (CK),共计18个处理。测定了小麦和玉米产量、N₂O排放通量和NH₃挥发通量。【结果】常规施氮量 (N 225 kg/hm2) 下,单施鸡粪或猪粪的小麦、玉米产量与化肥相当,单施牛粪比化肥处理减产。分别与CF、CHM、PM、CM相比,DCF、DCHM、DPM处理无增产效果,DCM处理玉米表现为增产。猪粪和鸡粪与化肥各配施比例处理的小麦、玉米产量间无显著差异,且均与单施化肥处理相当;牛粪与化肥配施处理的小麦产量随化肥配施比例的提高而提高,玉米产量各配施比例处理间无显著差异。CF处理周年NH₃挥发量为39.63 kg/hm2,是单施有机肥处理的37～53倍;单施化肥处理的NH₃排放系数接近9%左右,单施有机肥处理的NH₃排放系数只有0.2%左右。有机肥与化肥配施的处理周年NH₃挥发总量随化肥配施比例增加而明显增加,当化肥配施比例达到75%时,周年NH₃挥发总量与单施化肥处理相当。CF处理的周年N₂O排放总量为2.85 kg/hm2,高于单施有机肥处理,三种有机肥N₂O周年排放量由大到小依次为猪粪 (2.51 kg/hm2)>鸡粪 (1.91 kg/hm2)>牛粪 (1.85 kg/hm2) 处理;加倍施用化肥和有机肥的N₂O排放量平均为常规施氮量的1.5倍以上。有机肥与化肥配施的处理周年N₂O排放总量随化肥配施比例增加而明显增加,当化肥配施比例达到50%时,周年N₂O排放总量达到或超过了单施化肥处理。CF处理N₂O排放系数为0.4%左右,有机肥处理N₂O排放系数为0.3%左右。有机肥处理的NH₃挥发和N₂O排放主要发生在小麦季,化肥处理主要发生在玉米季。加倍施肥均会明显增加NH₃挥发总量和N₂O排放总量,但不影响二者的排放系数。【结论】不同粪肥与化肥配施对作物产量、田间N₂O排放和NH₃挥发的影响有明显差异。推荐施肥量下,鸡粪或猪粪不配施或配施少量化肥 (< 50%) ,牛粪配施75%左右的化肥可实现与化肥相当的作物产量,同时减少农田氮肥气态损失。     

减氮条件下砂壤质潮土区小麦–玉米轮作体系氨挥发特征及排放系数

  【目的】  氮肥施用量影响农田氨挥发量和氮肥利用效率。研究减量施氮后土壤的氨挥发特征及排放系数,为科学评估化肥减施对环境的影响提供依据。  【方法】  选取华北砂壤质潮土农田,进行小麦–玉米轮作周年土壤氨挥发监测研究。试验包括不施氮磷钾化肥 (CK)、常规施氮肥 (N)、优化施肥 (OPT)、减量优化 (LOPT) 和优化加有机肥 (mOPT) 5个施肥处理。小麦季常规、优化和减量优化处理施氮量分别为315、225和135 kg/hm2,玉米季分别为330、240和150 kg/hm2。试验采用密闭海绵法,在小麦、玉米基肥和追肥后,定期取样测定不同处理的氨挥发量,并计算氨排放系数。  【结果】  不同施氮量下,供试农田玉米季土壤氨挥发总量在12.8～20.4 kg/hm2,占总施氮量的5.9%～8.5%;小麦季氨挥发总量在6.8～12.0 kg/hm2,占总施氮量的3.3%～5.0%,玉米季氨总挥发量明显高于小麦季。4个施氮处理相比,N和LOPT处理的氨排放系数较高,小麦季分别为3.8%和5.0%,玉米季分别为6.2%和8.5%,而OPT和mOPT处理的氨排放系数相对较低,小麦季分别为3.6%和3.3%,玉米季均为5.9%。除此之外,OPT和mOPT处理小麦和玉米产量显著高于N和LOPT处理(P<0.05),说明过量或过少施氮不利于砂壤质潮土作物产量的提高,适当添加有机肥不仅增产还可以降低氨挥发量。对不同施氮量进行拟合,发现潮土小麦和玉米季常规施氮量处理的氨挥发量在施肥后均呈极显著指数增加趋势 (P<0.01)。  【结论】  华北砂壤质潮土区小麦–玉米轮作体系中,玉米追肥期的氨挥发量高于基肥期,小麦基肥期的氨挥发量高于追肥期,玉米季的总氨挥发量高于小麦季。优化氮肥施用不论是否配合有机肥,均可显著降低小麦季和玉米季的氨挥发量和氨排放系数,提高两季作物的产量,而过量减施氮肥虽然减少了氨挥发量,但大大增加了氨排放系数。     

Nitrous oxide emissions in a winter wheat – summer maize double cropping system under different tillage and fertilizer management

An accurate estimation of nitrous oxide (N₂O) emission from 110 million ha of upland in China is essential for the adoption of effective mitigation strategies. In this study, the effects of different tillage practices combined with nitrogen (N) fertilizer applications on N₂O emission in soils were considered for a winter wheat (Triticum aestivum L.) – summer maize (Zea mays L.) double cropping system. Treatments included conventional tillage plus urea in split application (CTF1), conventional tillage with urea in a single application (CTF2), no‐tillage with straw retained plus reduced urea in a split application (NTSF1) and no‐tillage with manure plus reduced urea in a split application (NTMF1). The amounts of N input in each treatment were 285 and 225 kg N/ha for wheat and maize, respectively. Both NTSF1 and NTMF1 were found to reduce chemical N fertilizer rates by 33.3% (wheat) and 20% (maize), respectively, compared to CTF1 and CTF2. N₂O emissions varied between 3.2 (NTSF1) and 9.9 (CTF2) kg N₂O‐N/ha during the wheat season and between 7.6 (NTFS1) and 14.0 (NTMF1) kg N₂O‐N/ha during the maize season. The yield‐based emission factors ranged from 21.9 (NTSF1) to 60.9 (CTF2) g N₂O‐N/kg N for wheat and 92.5 (NTSF1) to 157.4 (NTMF1) g N₂O‐N/kg N for maize. No significant effect of the treatments on crop yield was found. In addition to reducing production costs involved in land preparation, NTSF1 was shown to decrease chemical fertilizer input and mitigate N₂O emissions while sustaining crop yield.     

农田土壤N2O排放的连续自动测定方法

本文介绍了农田N2O排放连续自动测定系统的方法原理、系统整体构造和气路配置,并通过对华北平原旱地土壤夏玉米季N2O排放的连续观测,比较了连续自动测定方法与传统手动间歇取样测定方法的差异。结果表明,夏玉米季N2O排放具有明显的日排放规律,且在三叶期和十叶期施肥后存在明显的释放高峰;通过选取7:20、8:30、9:40、10:50、12:00、13:20、14:30、15:40、16:50和18:00不同采样时间的测定结果,分别模拟了间隔为3d和6d的排放总量,结果表明,间隔取样的累积排放结果与连续观测结果的差异,与采样当天中具体的采样时间紧密相关,间隔估算结果随着采样时间的延后具有先升高后降低的趋势,与N2O的日排放规律相一致。本研究中,不同时间间隔对估算结果影响不明显。     

土壤N2O排放量和小麦、玉米效益俱佳的吡啶喷涂尿素适宜用量研究

【目的】 粮田过量施用氮肥造成土壤向大气排放N₂O增多,土壤氮素表观损失提高,为实现粮田安全生产,研究吡啶喷涂尿素对冬小麦/夏玉米轮作系统内土壤N₂O排放和氮素表观损失、籽粒产量和净收益的影响。【方法】 按照1.1‰的比例将2-氯-6-三氯甲基吡啶喷涂在尿素表面制成吡啶喷涂尿素,进行了玉米、小麦田间试验。在磷、钾养分用量相同的条件下,设置4个吡啶喷涂尿素施用水平,玉米分别为0、180、270和360 kg/hm2,小麦分别为0、150、225和300 kg/hm2,调查作物产量和施肥效益;在2茬作物生长期间采用静态箱法收集气体,测定土壤N₂O排放量和排放强度。【结果】 各处理玉米和小麦季基肥和追肥后均出现显著的N₂O排放峰,土壤N₂O排放、氮素表观损失、N₂O排放强度等均随施氮量增加而增加。玉米季,吡啶喷涂尿素用量270和360 kg/hm2间无显著差异,2处理玉米分别较不施氮肥净增收5208.0和5425.4 yuan/hm2;小麦吡啶喷涂尿素用量为225 kg/hm2时,籽粒产量和净收益均最大。整个轮作季,与N₃处理（玉米和小麦季分别施用吡啶喷涂尿素360和300 kg/hm2）相比,N₂（玉米和小麦季分别施用吡啶喷涂尿素270和225 kg/hm2）处理的作物产量相当,但土壤N₂O排放量减少1.51 kg/hm2,土壤氮素表观损失减少39.4 kg/hm2,施氮肥量减少165 kg/hm2,净增收提高405.3 yuan/hm2。【结论】 玉米-小麦轮作季吡啶喷涂尿素用量分别为270和225 kg/hm2时增产增收,且土壤N₂O排放和氮素表观损失较少。     

土壤地力和长期施肥对潮土区小麦和玉米产量演变趋势的影响

为潮土区合理施肥管理提供依据,对32个长期定位点、24年（1987～2010）不施肥和化肥配施秸秆（农民常规施肥）处理的小麦和玉米产量及其与土壤地力和施肥量间的关系进行了分析。结果表明:潮土区土壤地力对小麦和玉米产量的平均贡献率分别为51.4%和54.0%,变异系数分别为39.0%和41.2%。不施肥处理小麦和玉米产量每年分别下降4.1 kg/hm2和96.6 kg/hm2;常规施肥处理的小麦和玉米每年分别增产61.5 kg/hm2和26.8 kg/hm2。施化肥量与作物增产量（常规施肥产量－不施肥产量）呈显著正相关。通过通径分析进一步证明,施氮量对小麦产量具有显著直接作用。同时,磷肥对提高小麦和玉米的产量具有重要作用。总之,在农民习惯耕作施肥管理水平下,潮土区不施肥处理的产量下降缓慢（含品种对产量的贡献）,常规施肥区产量表现出缓慢增加的趋势。