有机无机氮肥配施下洛阳烟田土壤N2O排放特点及其控制因素

随着农田化肥使用量的逐年增加和土壤退化问题日趋严重,农田温室气体排放关注度持续提高,为研究旱作植烟土壤N_2O排放特征及影响机理,设置6个田间试验处理,分别为CK0(不施肥处理)、CK1(100%无机氮)、T1(50%无机氮+50%饼肥氮)、T2(50%无机氮+50%羊粪肥氮)、T3(25%无机氮+75%饼肥氮)、T4(25%无机氮+75%羊粪肥氮),各处理施氮量均为45 kg/hm²,烟田施用基肥后起142天内测量不同处理土壤N_2O排放通量、硝态氮、铵态氮含量、根层温度和含水率。结果表明:(1)基肥施入后的3~7天内,土壤N_2O排放通量进入高峰,无机肥处理和有机无机肥配施处理的高峰期分别可维持20,9天,追肥后3天再次出现排放峰并持续9天,随后伴随烟株的生长发育,烟地N_2O排放通量逐渐趋向稳定。(2)基肥施用后仅1个月内N_2O累积排放量可达到总排放量的27.4%~32.6%;处理间N_2O排放量和排放系数均表现为无机>有机+无机(1∶1)>有机+无机(3∶1),无机肥配施有机肥明显降低了肥料中氮素以N_2O形态的损失量;与无机肥相比,T1和T2烟叶产量分别增加9.44%和6.37%,T1、T2、T3和T4处理的N_2O排放强度有着不同程度的降低。(3)主成分分析结果显示,在不施肥烟地中0—5 cm土壤温度和含水率是N_2O排放通量主导因子,利用相关性分析此环境下温度和水分分别与N_2O排放通量间呈现显著和极显著正相关关系;施肥后土壤铵态氮含量和土壤含水率是烟地N_2O排放通量的主导因子且相关性分析均呈现极显著正相关关系。综上,旱地植烟土壤N_2O排放受氮肥种类影响较大,施肥后N_2O排放通量对土壤温度响应减弱,主要受土壤铵态氮含量和含水量的影响;在总氮量相同情况下,有机无机肥配施比例为1∶1时明显降低土壤N_2O排放并提高了产量,该比例饼肥和羊粪肥处理分别将烟地N_2O排放强度降低20.4%和23.7%。     

减量施氮与秸秆添加对设施菜田N2O的减排效应

采用静态箱–气相色谱法,在宁夏灌区设施菜田研究了不施肥(CK)、单施有机肥(M)、常规施肥(CON)、减量优化化肥(OPT)、优化化肥+调节土壤碳氮比(OPT+C/N) 5种施肥方式对春茬黄瓜和夏休闲期土壤N_2O排放通量、累积排放量和排放系数的影响。结果表明:各施肥处理土壤N_2O排放通量高峰一般出现在黄瓜滴灌施肥或夏休闲期漫灌后第1天或第3天。春茬黄瓜基肥、追肥和夏休闲期,OPT、OPT+C/N处理土壤N_2O排放通量较CON处理分别降低了3.6%～47.2%、5.9%～49.9%和14.7%～46.6%。春茬黄瓜季和夏休闲期各施肥处理的N_2O累积排放量分别为2.05～9.98kg/hm~2和3.55～7.23 kg/hm~2,OPT、OPT+C/N处理较CON处理分别降低了26.2%～34.3%和29.6%～33.7%。春茬黄瓜当季肥料的N_2O排放系数为0.43%～0.71%,而春茬黄瓜–夏休闲期总排放系数为0.54%～1.04%。N_2O总排放量与施氮量呈显著正相关(R~2=0.778);N_2O排放通量与5cm表层地温呈显著或极显著相关(R~2=0.47～0.68),与0～20cm土壤含水量呈极显著相关(R~2=0.63～0.88)。因此,相对于农民常规施氮方式,减施50%化肥氮量或减氮配合添加7.5 t/hm~2的小麦秸秆来调节土壤碳氮比都能达到设施菜田土壤N_2O的减排目标。     

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。     

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。     

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。     

适宜施氮量降低京郊小麦-玉米农田N2O排放系数增加产量

为明确京郊地区小麦-玉米轮作农田的N_2O排放特征,寻求既能减少N_2O排放又保证粮食产量的切实有效措施,以京郊地区冬小麦-夏玉米轮作农田为研究对象,运用静态箱法对8个施氮水平的农田N_2O交换通量进行了连续一年对比研究,每季作物施肥量分别为N0(0 kg/hm~2),N1(50 kg/hm~2),N2(100 kg/hm~2),N3(150 kg/hm~2),N4(200 kg/hm~2),N5(250 kg/hm~2),N6(300 kg/hm~2),和N7(400 kg/hm~2)。在N0-N7施氮量条件下冬小麦季N_2O排放量为0.08~0.52 kg/hm~2;夏玉米季0.26~3.70 kg/hm~2。整个轮作周期,小麦季各处理N_2O排放损失率为0.05%~0.13%;玉米季0.78%~1.02%。在京郊地区冬小麦-夏玉米轮作体系中夏玉米季氮肥施入农田土壤后,土壤N_2O排放通量高于小麦季。京郊农田土壤N_2O排放通量表现出明显的季节性和日变化规律。综合考虑本试验条件下施肥量、N_2O排放量和京郊地区潮土农田小麦-玉米产量,研究认为该轮作体系中每季作物的施肥量为N4(200 kg/hm~2)比较合理,可为合理施肥及估算中国农田温室气体排放量提供参考。     

有机无机氮肥配施对莴苣土壤N2O排放的影响

采用静态箱–气相色谱法研究不同种类有机无机氮肥配合施用对盆栽莴苣土壤N_2O排放规律及排放量的影响。试验设置不施肥(CK)、不施氮肥(PK)、施纯化肥(NPK)、有机无机肥配施1(20%猪粪氮+80%化肥氮,NPKM1)、有机无机肥配施2(20%沼渣沼液氮+80%化肥氮,NPKM2)和有机无机肥配施3(20%猪粪堆肥氮+80%化肥氮,NPKM3)共6个处理。结果表明:莴苣生育期各处理施肥后土壤N_2O排放出现多个峰值,出峰时间和大小不一;累积排放量随着生育期的进程逐渐增加,处理间差异更为明显。莴苣生育期各处理土壤N_2O平均排放通量及累积排放量范围分别为0.10～0.25 mg/(m2·h)和1.37～3.42 kg/hm2,大小均表现为NPKNPKM2PKNPKM1NPKM3CK。土壤N_2O排放系数范围为0.13%～0.68%,大小表现为NPKNPKM2NPKM1NPKM3。与NPK处理相比,NPKM1、NPKM2和NPKM3处理莴苣土壤N_2O累积排放量均分别降低48.08%、25.75%和48.30%,产量分别增加48.66%、22.13%和53.76%。总之,施用纯化肥会促进菜地土壤N_2O的排放,而不同种类有机无机氮肥配施能有效减少N_2O排放且提高作物产量,以猪粪类配施效果最佳。因此,有机无机配施是菜地N_2O减排、降低蔬菜种植中氮素损失的重要途径。     

有机无机肥料配合施用对设施菜田土壤N2O排放的影响

采用静态箱气相色谱法研究了有机无机肥料配合施用对设施菜田土壤N2O排放的影响。结果表明: 1）设施芹菜和番茄施基肥后57 d（灌溉后13 d）出现土壤N2O排放通量峰值,追肥后（施肥与灌溉同步）1 d出现土壤N2O排放通量峰值; 芹菜季和番茄季施用基肥后20 d内N2O排放量分别占当季总排放量的40%65%左右,是土壤N2O主要排放期。2）施用基肥后至定植灌水前各处理土壤N2O排放量逐渐降低,灌水后N2O排放通量迅速上升。各处理土壤N2O排放通量与土壤含水量之间呈显著相关,相关系数在0.43~0.72之间。3）土壤N2O排放主要发生在番茄季,番茄生育期各处理土壤N2O总排放量是芹菜生育期的3.1倍; 各处理土壤N2O排放通量与5 cm土层温度之间总体上呈显著相关,相关系数在0.40~0.58之间。4）设施菜田大幅减施化肥的有机无机肥配合施用模式可显著降低土壤N2O排放量和肥料损失率,芹菜季和番茄季土壤N2O排放量较习惯施肥处理分别降低66.3%和85.1%,肥料损失率分别降低45.2%和74.9%。5）等氮量投入时,施用秸秆较施用猪粪可有效降低土壤N2O排放,芹菜季和番茄季分别降低43.4%和74.2%。     

长期种植施肥对烤烟产质量和土壤氮素形态的影响

依托在遵义市 2004 年建立的烤烟长期田间定位试验,研究了不同烤烟种植(烤烟连作和烤烟 // 玉米轮 作)和施肥(单施化肥和化肥有机肥配施)制度下,2017、2019 和 2021 年烟叶产质量、肥料农学效率、土壤氮 素和酶活性的变化,解析长期种植及施肥对植烟黄壤氮素形态的影响及其机制,为植烟土壤氮素营养管理提供科 学依据。结果表明,轮作烤烟的产量、中上等烟比例、产值、肥料农学效率分别比连作处理增加 31.4%、6.2%、 37.2%、35.9%,说明烤烟轮作有益于提高烤烟产量和质量。在烤烟连作模式中,化肥配施有机肥使上述参数依次 比单施化肥增高 24.7%、9.1%、28.9% 和 24.8%;在烤烟轮作的土壤上,化肥配施有机肥使烤烟产量产值在 3 季中 2 季增加,总体上改善了烟叶质量。这些现象与轮作减轻烤烟的自毒作用,有机无机配施增加土壤全量和碱解氮、 铵态氮、硝态氮含量,提高土壤酶(蛋白酶、脲酶、硝酸和亚硝酸还原酶)活性,促进土壤氮素转化,改善土壤 氮素供应,以及烤烟 // 玉米轮作和化肥配施有机肥提高土壤硝态氮含量密切相关。因此,在黔北烟区,值得提倡 烤烟 // 玉米轮作和化肥配施有机肥。     

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。