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。     

施氮水平对太行山前平原冬小麦-夏玉米轮作体系土壤温室气体通量的影响

应用静态明箱-气相色谱法对4 个施氮肥水平N0 [0 kg(N)·hm^-2]、N200 [200 kg(N)·hm^-2]、N400 [400kg(N)·hm^-2]、N600 [600 kg(N)·hm^-2]的夏玉米-冬小麦季轮作体系2008~2010 年的土壤温室气体(CH₄、CO₂ 和N₂O)排放通量进行研究, 同时观测5 cm 土层土壤温度并记录降水量。结果表明: 太行山前平原冬小麦-夏玉米轮作农田生态系统为CH₄ 吸收汇, CO₂ 和N₂O 排放源。随着氮肥施入量的增加土壤对CH₄ 的吸收速率降低, 而CO₂ 和N₂O 的排放速率增加。冬小麦季施氮处理土壤对CH₄ 的吸收速率显著低于无氮肥的N0 处理, 而N600处理土壤CO₂ 和N₂O 排放速率显著高于N0 处理(P<0.05)。施肥和灌溉会直接导致土壤CO₂ 和N₂O 的排放通量增加, 同时土壤对CH₄ 的吸收峰值减小。土壤温度升高和降水量增加以及干湿交替加剧均会造成N₂O 和CO₂排放速率增加。同时在持续干燥和低温条件的冬季不施氮处理观测到土壤对N₂O 的吸收现象。N0、N200、N400 和N600 处理土壤CH₄ 年排放总量(kg·hm^-2·a^-1)分别为-1.42、-0.75、-0.82、-0.92(2008~2009 年)和-2.60、-1.47、-1.35、-1.76(2009~2010 年), N0、N200、N400 和N600 处理土壤CO₂ 年排放总量(kg·hm^-2·a^-1)分别为15 597.6、19 345.6、21 455.9、29 012.5(2008~2009 年)和10 317.7、11 474.0、13 983.5、20 639.3(2009~2010年), N0、N200、N400 和N600 处理土壤N₂O 年排放总量(kg·hm^-2·a^-1)分别为1.05、2.16、5.27、6.98(2008~2009年)和1.49、2.31、4.42、5.81(2009~2010 年)。     

施氮水平对稻田土壤温室气体排放的影响

该研究以江西稻田为研究对象,设置了不施氮对照(N0)、减氮40%(N1)、常规施氮(N2)、增氮50%(N3)等4个处理,采用静态箱-气相色谱法研究了稻田温室气体(N_2O、CH4、CO_2)的排放通量和速率,并计算了温室气体排放强度及全球增温潜势。结果表明:在晚稻栽培过程中,N_2O和CO_2的排放通量均出现3次峰值,且都表现为增施氮肥处理高于其他处理,而CH4排放通量仅出现一次峰值;N0、N1、N2的N_2O和CO_2的总排放量无显著差异(P0.05),但N3处理下的N_2O和CO_2的排放量显著高于其他处理(P0.05);与对照比,N1、N2和N3的CH4总排放量分别提高了58.70%、69.63%、96.15%,净增温潜势分别增加了22.34%、25.34%、52.92%;N3的温室气体排放强度最高,达1.12kg/kg,显著高于N1和N2。     

优化施氮下稻-麦轮作体系土壤N_2O排放研究

采用了静态箱法研究优化施氮下湖北稻-麦轮作体系农田N2O排放特征。结果表明,农田N2O排放量随施氮量增加而增加。N2O排放通量峰值大约发生在施氮后的第37~d。小麦季土壤N2O排放量范围为N2O 2.43~4.84kg/hm2,肥料氮通过N2O排放的损失率为0.54%0~.74%。水稻季土壤N2O排放量为N2O 0.892~.45 kg/hm2,肥料氮通过N2O排放的损失率为0.39%0~.47%。小麦季和水稻季施氮后01~5 d N2O排放量占当季总排放量的百分比分别为62.79%6~6.72%和87.97%9~3.14%。与习惯施氮相比,基于作物阶段氮素吸收增加追肥比例和施氮次数的优化施氮能有效减少土壤N2O排放。     

碳源和巨大芽孢杆菌添加对土壤微生物环境及N2O、CH4排放的影响

2014年9-10月设计小麦盆栽试验,设置常规施氮处理（CK）、氮肥添加葡萄糖（G）、氮肥添加葡萄糖和巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium,GY）、氮肥添加秸秆（S）、氮肥添加秸秆和巨大芽孢杆菌（SY）5种处理,通过观测小麦苗期温室气体排放、土壤碳氮环境以及微生物菌群等变化,以分析研究不同碳源和巨大芽孢杆菌对土壤温室气体排放和微生物的影响。结果表明：（1）在施氮的同时增施葡萄糖（G）以及葡萄糖和巨大芽孢杆菌处理（GY）,对土壤微生物碳含量变化影响不显著,但降低土壤观测物种数与物种多样性;明显抑制硝态氮和铵态氮的增加,继而抑制N2O排放量的增加,同时促进了旱地土壤对CH4的吸收。（2）若用秸秆代替葡萄糖,在施氮的同时增施秸秆（S）,显著减少小麦苗期土壤硝态氮含量,但对N2O排放影响不显著。与秸秆相比,葡萄糖能快速提供有机碳,作为碳源更能体现巨大芽孢杆菌改善土壤微生物菌群、减少硝态氮生成及N2O气体排放的效果。     

田间管理对华北平原冬小麦产量土壤碳及温室气体排放的影响

选取华北平原冬小麦为研究对象,针对（1）秸秆移除;（2）秸秆表覆;（3）免耕;（4）秸秆深施;（5）施农家肥这5种典型的田间管理,使用农田自动温室气体测定系统对冬小麦农田全生育期进行了原位长期观测,并采用^13C自然丰度法对土壤碳的转化进行了监测,同时对冬小麦产量及生物量、土壤有机碳的变化进行了监测。结果表明,冬小麦产量及生物量高低顺序为施农家肥、秸秆深施、秸秆表覆、秸秆移除和免耕,而且土壤有机碳的更新也有同样的趋势;施农家肥能显著增加土壤有机碳而秸秆移除和免耕则会导致土壤有机碳的轻微下降;冬小麦甲烷的排放或吸收只占总增温潜势的不到1％,在进行统计总排放当量时基本可以忽略,N2O在总排放当量中的比例在2．55％-11．62％范围内;N2O的大量排放主要来自于拔节期及开花期,秸秆移除、施农家肥和秸秆深施会导致N2O排放在总当量中的份额增加至10％左右,而秸秆覆盖和免耕N2O排放在总排放当量中的份额只有3％左右,冬小麦农田总的温室气体排放88％以上来自于CO2的排放,特别是秸秆表覆和免耕95％以上来自土壤碳的损失而释放的CO2。总体来看,秸秆深施能保证较高的产量,减少碳的损失,增加土壤碳并产生相对较少的总温室气体排放量,是较好的固碳减排方式。     

长期不同施肥措施对雨养条件下陇东旱塬土壤氮素的影响

基于1978年开始的陇东旱塬定位试验,分析雨养条件下麦田0~100 cm剖面土壤氮素状况。设计6种试验处理:不施肥、氮肥、氮磷肥、氮磷配施秸秆、有机肥、氮磷配施有机肥。结果表明:有机肥、氮磷配施有机肥处理改善土壤氮素肥力效果优于其他施肥措施,0~40 cm土层全氮、碱解氮、无机氮含量均显著增加,其中0~20 cm土壤全氮较36年前平均提高了26.2%;氮磷配施秸秆处理土壤全氮及碱解氮显著高于对照,全氮与试验前持平或略有提升;氮肥、氮磷肥处理的耕层土壤全氮较试验前分别降低了13.1%和6.4%。氮肥处理深层土壤硝态氮明显较高,其他各施肥处理均能减少硝态氮下移。不同施肥处理改变了土壤的无机氮构成,有机肥与秸秆的作用有较大差异。结果说明不同施肥显著影响农田土壤氮素状况,施用有机肥是培育土壤氮库、而无机氮磷肥配合及有机无机配施是减少NO3--N下移的有效手段。     

不同氮水平下黄瓜-番茄日光温室栽培土壤N_2O排放特征

为探讨日光温室黄瓜—番茄种植体系内N2O排放动态变化及其对不同氮水平的响应规律,采用密闭静态箱法,研究了常规氮量(黄瓜季1 200 kg/hm2,番茄季900 kg/hm2)、比常规氮量减25%(黄瓜季900 kg/hm2,番茄季675 kg/hm2)、减50%(黄瓜季600 kg/hm2,番茄季450 kg/hm2)以及不施氮对日光温室土壤N2O排放的影响。结果表明,温度是影响日光温室土壤N2O排放强度的重要因素,4-10月(平均气温为27.4℃)的N2O排放通量最高达818.4μg/(m2·h);而2-3月(平均气温15.1℃)以及11-12月(平均气温14.7℃)期间的N2O排放通量最高仅为464.5μg/(m2·h),比4-10月的N2O排放峰值降低了43.2%。N2O排放峰值在氮肥追施后5 d内出现,N2O排放量集中在氮肥施用后7 d内,可占整个监测期(271 d)排放量的64.7%~67.8%。施氮因增加了土壤硝态氮含量而引起N2O排放爆发式增长,0~10 cm土壤硝态氮含量与N2O排放量呈指数函数关系(P0.01)。日光温室黄瓜—番茄种植体系内的N2O排放量为0.99~9.92 kg/hm2,其中75.6%~90.0%由施氮造成。与常规氮用量相比,氮减量25%和50%处理的N2O排放量分别降低了40.4%和59.3%,总产量却增加4.9%和7.4%。综上所述,合理减少氮用量不仅可显著降低日光温室土壤N2O排放,而且不会引起产量的降低。该研究为日光温室蔬菜生产构建科学合理的施氮技术及估算中国设施农田温室气体排放量提供参考。     

沼液替代化肥对麦季CH4、N2O排放及温室效应的影响

采用遮光密闭箱和气相色谱法,研究了化肥、化肥＋稻草、50%沼液＋50%化肥、100%沼液4个处理下麦季CH4和N2O的排放特征,并运用全球增温潜势（GWP）对麦季CH4和N2O排放的温室效应进行了估算。研究结果表明,与化肥处理相比,化肥＋稻草处理显著（P〈0.05）提高了麦季CH4和N2O排放通量,使其所产生的GWP及单位产量的GWP显著（P〈0.05）增加,分别提高了57.90%和52.00%;而100%沼液、50%沼液替代化肥处理减少了麦季GWP及单位产量的GWP,分别降低了25.39%、10.88%和24.16%、10.97%,主要是由于沼液处理降低了麦季N2O排放总量。可见,稻麦轮作条件下沼液替代化肥措施会降低稻茬麦季的综合温室效应。     

夏闲期复播绿肥对旱地麦田土壤团聚体碳氮含量的影响

为探究不同绿肥品种翻压条件下晋南旱地麦田土壤团聚体稳定性以及有机碳(SOC)和全氮(TN)在不同粒径团聚体的分布特征,深入了解不同种类绿肥的增碳保氮机制。已连续3年(2018—2021年)不同绿肥品种(对照休闲、大豆、绿豆、油葵、玉米)翻压还田后冬小麦收获期0-10,10-20,20-30 cm土壤为研究对象,采用湿筛法进行土壤粒径分级,并分析粗大团聚体(>2 mm)、细大团聚体(0.25~2 mm)、微团聚体(0.053~0.25 mm)和粉黏粒组分(<0.053 mm)中SOC和TN含量,测算团聚体的构成与稳定性(R_0.25,>0.25 mm团聚体含量;MWD,平均重量直径;GMD,几何平均直径),并测定各粒径团聚体SOC和TN及其对土壤总有机碳和总氮的贡献率。结果表明:不同绿肥处理下旱地麦田土壤团聚体质量占比均以细大团聚体0.25~2 mm为主(占22.77%~39.71%)。复播绿肥显著增加0-30 cm土层>2 mm粒径团聚体质量占比,以大豆绿肥增加最明显,0.25~2,0.053~0.25 mm粒径团聚体质量占比降低,对<0.053 mm粉黏粒的影响不明显;大豆绿肥对各土层R_0.25、MWD和GMD值提高作用明显。大豆和玉米对0-30 cm各土层土壤总有机碳含量具有显著提高作用,分别提高27.83%和25.71%。大豆绿肥进一步提高土壤各粒径团聚体有机碳含量。复播绿肥降低土壤全氮含量,大豆绿肥处理的降低程度最小,且对<0.053 mm粉黏粒全氮含量具有增加作用。0.25~2,>2 mm大团聚体对0-10 cm土层土壤有机碳和全氮的贡献率最高;复播绿肥提升土壤碳氮比(平均21.39),较对照休闲(平均13.71)提高7.68,其中玉米提升效果最佳,大豆次之。综合土壤增碳固氮效果,连续3年翻压大豆绿肥可有效提高旱地麦田土壤团聚体稳定性,提升土壤肥力。     

秸秆与氮肥调节C/N比对潮土CH_4,CO_2和N_2O排放/吸收的影响

为了探讨秸秆还田与氮肥配施对砂质潮土CH_4,CO_2和N_2O排放/吸收规律及土壤碳、氮含量的影响,采用恒温培养的方法,在土壤中添加定量秸秆情况下,通过尿素调节不同C/N比(分别为9、12.5、25、40、71),并设单施氮肥处理(N),同时以原土(不施肥)为对照(CK),研究了玉米秸秆与氮肥调节C/N比对砂质潮土不同形态碳、氮含量的变化以及对CH_4,CO_2和N_2O等温室气体动态排放特征。结果表明,培养结束时,随着配施C/N比的增加,土壤可溶性有机碳(DOC)呈先增加后降低趋势,以C/N比为25时最高,可溶性有机氮(DON)呈增加趋势,以C/N比为9时最高;秸秆添加后对土壤NH_4^+-N和NO_3^--N含量具有一定的抑制作用,但随着配施氮肥量的增加NH_4^+-N和NO_3^--N含量呈增加趋势。同时发现,在37 d室内培养试验中,各处理土壤整体表现为对CH_4的吸收,单施N肥较CK对CH_4的排放无显著影响,C/N比为71(单独添加秸秆)促进了CH_4的吸收,而秸秆与氮肥配施抑制了土壤对CH_4的吸收。CO_2排放通量整体上随时间呈现出"上升-下降-稳定"的过程;各处理均在培养的第3 d达到排放峰值,且在添加秸秆情况下C/N比越小CO_2排放通量越高,最高达5.47mg kg^-1h^-1。不同处理N_2O的排放通量随时间变化具有不同的变化趋势,C/N比为71、40和25的3个处理在培养第1 d即达到排放最大值,而C/N比为12.5和9及单施N等3个处理排放峰值则出现在培养的第3 d,且排放峰值随氮肥用量的增加而增高,C/N比为9时达到最高,为2.64滋g kg^-1h^-1。CO_2和N_2O累积排放量最大的处理为C/N比为9,分别为1551.3 mg kg^-1和240.5 mg kg^-1。由此得出,秸秆与氮肥的配施促进了砂质潮土CO_2和N_2O的排放以及对CH_4的吸收,随着配施C/N的减小,砂质潮土对CO_2和N_2O的排放以及CH_4的吸收增强。     

绿肥压青粉垄保护性耕作对稻田土壤温室气体排放的影响

2016-2018年,在广西农业科学院试验田设置粉垄耕作与常规耕作2种耕作模式,并设不施肥、常规施用化肥、单倍绿肥压青+化肥和双倍绿肥压青+化肥4种施肥处理开展连续田间定位实验,2018年早稻插秧5d后开始采用分离式静态箱-气象色谱法连续对稻田温室气体排放通量进行测定,研究绿肥压青下不同耕作模式和施肥处理稻田主要温室气体排放特征及其定位累积效应,分析温室气体累积排放量和增温潜势,以期为粉垄保护性耕作方式和施肥管理模式提供参考依据。结果表明：粉垄耕作模式下常规施用化肥处理中CO2排放通量是常规耕作模式下的2.3倍,施用双倍绿肥处理稻田CH4排放峰值是化肥处理中的2.5～3.9倍。各处理中,粉垄耕作下单倍绿肥加化肥处理稻田CO2和N2O累积排放量均最少,分别为1469.29kg·hm-2和36.61g·hm-2。两种耕作模式下施用单倍绿肥加化肥CH4累积排放量均低于双倍绿肥加化肥的处理。可见,合理配施绿肥加化肥对粉垄耕作下水稻温室气体CO2和N2O减排有一定积极作用,稻田CH4排放量与绿肥压青量相关,温室气体的增温潜势也相应受到影响。在一定时间尺度上,绿肥压青下粉垄保护性耕作是一种减少和遏制农业温室气体排放的有效措施。     

旱地冬小麦宽幅匀播光合效应研究

宽幅匀播技术优化了作物群体结构,使小麦显著增产。为了给大面积推广宽幅匀播技术提供理论支撑,以常规条播为对照,采用田间试验研究了旱地冬小麦宽幅匀播的光合效应。结果表明,从拔节期到灌浆期,旱地宽幅匀播冬小麦旗叶叶绿素SPAD值较常规条播高3.1～6.3;盛花期较常规条播小麦旗叶净光合速率(Pn)提高13.4%、气孔导度(Gs)增加34.84%、胞间CO₂浓度(Ci)降低16.05%、蒸腾速率(Tr)提高8.47%。宽幅匀播能显著提高小麦叶片叶绿素含量,改善冬小麦光合特性,使小麦叶片能更有效利用胞间CO₂,提高光合和运输能力,从而显著增加产量。     

耕作方式对旱地麦田土壤蓄水变化特征及小麦产量的影响

为探讨不同耕作方式对山西晋南旱地土壤蓄水变化特征及小麦产量的影响,以“晋麦92号”为试验材料,连续2年研究休闲期免耕+常规条播、休闲期免耕+探墒沟播、休闲期深松+常规条播和休闲期深翻+常规条播4种耕作模式对麦田土壤蓄水量及变化特征、小麦产量和水分利用效率的影响。结果表明:休闲期免耕条件下,沟播较常规条播更有利于提高100-200 cm土层蓄水量。沟播对旱地小麦产量的增加效果不明显或略有降低,2个年份水分利用效率分别降低3.6%和9.3%。休闲期深松和深翻比免耕均能提高旱地小麦播前和返青期0-200 cm土壤蓄水量,以深翻效果最佳,这种增加作用主要集中在0-100 cm土层。小麦产量在2个年度均表现为休闲期深翻+常规条播处理最高(较休闲期免耕+常规条播处理增产44.6%和147.2%)。产量增加与地上部干物重和穗粒数呈显著正相关。深松和深翻使2个年度水分利用效率分别增加12.7%和46.74%,53.70%和94.91%,且在较干旱年份(2018—2019年)增加效果越明显。可见,休闲期连续2年深松和深翻均能提高土壤蓄水量,提高旱地小麦产量和水分利用效率。免耕条件下,沟播对小麦产量影响因年份不同而异,仍需进一步探讨。     

秸秆还田替代施钾对旱地玉-麦轮作体系作物生产力和土壤硝态氮的影响

为探明秸秆还田替代施钾对旱地玉—麦轮作体系的影响,2015—2020年,基于中国农业科学院洛阳旱农试验基地始于2007年的长期定位试验,选取不施肥(CK)、施氮磷肥(NP)、施氮磷钾肥(NPK)、施氮磷肥+秸秆还田(NPS)4个处理,研究了夏玉米—冬小麦轮作体系的产量、水肥利用效率,以及2020年小麦成熟期0—60 cm土层的土壤有机质、全氮、速效磷钾含量和0—260 cm土层土壤硝态氮累积量。结果表明：与NP相比,NPK可显著提高0—60 cm各土层的土壤速效钾含量,但对夏玉米和冬小麦的产量和水肥利用效率均无影响,而NPS不仅利于改善土壤养分,而且可显著提高夏玉米和周年的产量、水肥利用效率。与NPK相比,NPS的0—20 cm土层土壤有机质含量显著提高10.68%,夏玉米和周年的产量、水分利用效率、氮(磷)肥农学效率分别显著提高20.91%,33.77%,114.39%和13.60%,13.63%,65.41%,但0—20 cm土层土壤速效磷含量和0—60 cm土层土壤速效钾含量分别显著降低7.43%和14.31%。NPS较NP和NPK,土壤硝态氮累积量在0—100 cm土层分别提高...     

低锌旱地土施锌肥对小麦产量和锌利用的影响

土壤有效锌含量低是制约西北旱地冬小麦籽粒锌营养品质的关键问题。采用连续两年的田间定位试验,设0、10、25、50、100、150kg·hm。6个锌肥（ZnSO4·7H2O）水平,研究了施锌对小麦产量、籽粒锌含量和土壤有效锌含量的影响,分析了西北旱地冬小麦土施锌肥的可行性。结果表明,随锌肥用量增加,土壤有效锌含量显著提高,但小麦产量无明显变化,小麦籽粒锌含量两季最高值分别为19．8、32.1mg·kg^-1,比不施锌提高32％和44％,却依然低于40-60mg·kg^-1的推荐含量,总锌利用率不到1％。因此,在西北旱地,不建议通过土施锌肥来提高小麦籽粒锌含量。     

稻草覆盖对旱地小麦产量与土壤环境的影响

江苏淮北丘陵岗岭地区光热资源充足，但水资源匮乏，季节性干旱突出，严重制约了农业生产的发展。为寻求适合于该区农业可持续发展的合理农艺措施，在东海县岭沙土上进行稻草覆盖田间试验，结果表明：稻草覆盖可明显减少土壤水分蒸发，土壤含水率增加13.5%～59%，小麦平均增产12.5%，而且对提高后茬作物产量和改善土壤物理性状，均具有一定作用。