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施肥模式对玉米—小麦农田温室气体排放的作用
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  • 编辑:若诗
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  • 论文编号:el2021072016200622500
  • 日期:2021-07-25
  • 来源:上海论文网
本文是农学论文,1.不同施肥模式下夏玉米—冬小麦农田土壤N2O的排放表现为在施肥、灌水降雨事件之后排放迅速升高,并在一定时间内维持较高水平。土壤CO2排放与作物生育阶段相关,在夏玉米拔节到喇叭口期的累积排放量最高,冬小麦返青到拔节期最高。三种施肥模式中,农户模式的N2O和CO2平均排放通量和累积排放总量均最高,改良模式一次之,改良模式二最低。夏玉米—冬小麦农田土壤表现为大气CH4的“汇”,改良模式一和改良模式下土壤氧化吸收CH4的能力显著高于农户模式。2.环境因子对温室气体排放的影响主要表现为0-10Cm的土壤温度对CO2排放的影响,对N2O排放的影响次之,对CH4排放影响最小。3.在周年尺度上,改良模式一和改良模式二的产量分别比农户模式增产7.78%和20.71%,改良模式二的増产效果最佳。玉米季分层施用缓释肥结合小麦季施用有机肥的增产效果最好。探究在增加作物产量的同时实现减少温室气体排放的适宜的农田施肥模式,以期为实施髙产、高效且具有良好生态环境效益的施肥管理措施提供理论依据。
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1引言

 

已有研究表明,农业生产上施用缓释肥料和生物有机肥料可以明显提高植株的肥料利用效率,替代或配合施用部分常规速效肥,可以在减少氣肥施用量,节约肥料投入和保证作物产量的同时影响温室气体的排放。目前,针对大田生态系统中温室气体的研究,其研究对象大多是单一作物,且关于小麦、玉米农田施用缓释氮肥以及生物有机月巴料后对土壤温室气体排放特征的影响暂不明确,并且没有统一的结论。本试验以黄淮海地区夏玉米—冬小麦为主要种植制度的两熟农田为试验探究对象,采用静态箱—气相色谱法,研究肥料在不同的施用模式下农田温室气体排放的季节动态变化特征和累积排放状况,以及气体释放变化与土壤环境的水热因子之间的关系,探明不同施肥模式下的产量效果和综合温室效应,运用生命周期法评价不同施肥模式下夏玉米—冬小麦生产的碳足迹和温室气体的差异来源。从具体数据来看,FP的平均排放通量在各生育期间均最高,S1次之,S2最低。播种到越冬期和返青到开花期间,显著降低了14.53%-18.78%,31和52模式之间差异不显著。越冬到返青期、开花期到成熟期各施肥模式之间的土壤CO2平均排放通量表现为FP>S1>S2,但各模式之间的差异不显著。
农学论文范文
实验期间日均温和降雨量变化

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2材料与方法

 

2.1试验田基本情况
冬小麦各生育阶段农田土壤的N2O平均排放通量见表5。整个生育期各施肥模式均呈现先升高再降低的趋势。播种到越冬期的平均排放量较高;越冬到返青期土壤的平均排放通量最低,较上一阶段减少64.30%-67.49%;返青到拔节期的平均排放通量是全生育期中最高的阶段;拔节到开花期N2O平均排放量减少,较返青到拔节期减少了36.64%-38.69%;开花到灌浆仍呈减少趋势;灌浆到成熟期的平均排放通量最低。播种到越冬期FP的平均排放量最高,较FP显著降低22.35%、24.22%;越冬到返青阶段各模式之间的表现与越冬前相似,SdNS2较FP显著降低14.74%、18.56%;返青到拔节期FP最高,为S2显著低于FP;拔节到灌浆期间,FP的平均排放通量最高,S1和S2较FP显著减少10.43%-16.04%;灌浆到成熟期各模式之间无明显差异。表7为冬小麦各生育阶段农田土壤的CO2平均排放通量。生育前期的CO2平均排放通量高于生育中后期。播种到越冬期的平均排放通量较高;越冬到返青期较越冬前减少了66.54%-69.96%;返青到拔节期为全生育期中最高的阶段;拔节到开花的平均排放通量明显减少,较返青到拔节期减少14.82%-15.95%;开花到灌浆期平均排放量仍呈减少趋势,较上一阶段明显减少了17.26;灌浆到成熟期平均排放量与开花到灌浆阶段相当,无明显差异。不同施肥模式比较,生育期间FP的平均排放通量波动较大,大于31和82。
农学论文格式
夏玉米-冬小麦生产碳足迹计算边界

 

2.2试验材料和试验设计
由图10可以看出,冬小麦生育前期的土壤CO2累积排放量高于生育中后期。播种到越冬期的累积排放通量占全生育期的19.62%-20.70%;越冬到返青期较越冬前减少了4.14%-14.82%;返青到拔节期的累积排放量为全生育期中最高的阶段,占全生育期总量的28.32%-28.75%,并且比越冬到返青期增加了50.34%-63.03%;拔节到开花阶段较返青到拔节期迅速降低,减少了约一半,占全生育期排放总量的14.53%-14.92%;开花到灌浆期累积排放量最少,仅占全生育期7.38%-8.07%;灌浆到成熟期的累积排放量有小幅增加,占全生育期总量的9.93%-10.38%。不同施肥模式间比较,生育期间FP的累积排放量均最高,S1次之,S2最低。播种到越冬期、返青到开花期S1和S2较FP显著降低了14.91%-19.69%,SJPS2之间差异不显著。越冬到返青期、开花期到成熟期CO2累积排放量表现为FP>S1>S2,但处理之间差异不显著。就冬小麦整季的CO2排放总量而言,显著降低13.69%,S2较FP显著降低14.31%,31与32之间无显著差异。图13为夏玉米—冬小麦生育期内农田土壤CH4排放通量的动态变化特征。喇叭口期灌水后CH4吸收降低,排放通量增加。7月底至夏玉米收获为止,各施肥模式CH4排放通量出现不同程度的波动,但无明显规律可循。不同施肥模式之间比较,土壤的CH4排放以FP模式最局,S2最低。

 

3结果与分析.................15
3.1施肥模式对土壤水热变化的影响..................15
3.2不同施肥模式农田土壤N2O排放.................16
4讨论.................35
4.1不同施肥模式对N2O排放通量的影响.................35
4.2不同施肥模式对CO2排放通量的影响.................36
4.3不同施肥模式对CH4排放通量的影响.................37
4.4土壤水热因子对温室气体排放的影响.................37
4.5不同施肥模式对作物产量和综合温室效应的影响.................38
4.6不同施肥模式对农田碳足迹的影响.................39
5结论.................40

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4讨论

 

4.1不同施肥模式对N2O排放通量的影响
众多研究表明,土壤N2O排放主要发生在肥料施用后两周到三周内,且土壤的干湿变化对N2O排放的变化具有十分显著的影响在灌溉或降雨事件后排放通量通常出现增多的现象。本研究亦显示,在夏玉米和冬小麦生育期施肥后,各模式的土壤N2O排放通量都出现增加现象,在施肥后3—4天内出现排放高峰,且在两周内维持在较高水平,这与前人的研究结果一致。这是因为施肥增加了温室气体产生的基质,为土壤微生物的活动提供了丰富底物,促进了硝化和反硝化过程中的N2O生成和排放农田灌溉会提高土壤水分含量,营造的相对的厌氧环境导致反硝化速率加快,进而促进土壤中N2O的排放,这解释了本研究在追肥后的排放通量明显高于施用基肥后的排放通量的原因。说明了施肥结合灌水对土壤N2O排放通量的共同作用大于单独施用基肥。土壤N2O排放的大小不仅仅受施肥和雨水的影响,还与生育时期有关。本研究结果表明,土壤N2O排放的季节性变化规律大致相同,夏玉米生育前期N2O排放通量较高,生育中后期的N2O排放量维持在较低水平。原因是播后田间土壤水分和温度条件适宜,施入土壤中的肥料分解速率加快,而玉米幼苗的养分吸收能力较弱,不能及时吸收土壤中的氮素,从而导致氮素剰余,造成大量的N2O释放,玉米进入旺盛生长期后对养分需求较大,且生育期内无追肥,土壤微生物可利用的氮源变少,导致生育后期的N2O排放逐渐下降,并保持在较低的排放水平。

 

4.2不同施肥模式对CO2排放通量的影响
施氮对土壤CO2排放产生的作用研究结果存在不同观点。单施氮肥或磷钾肥对稻田土壤呼吸具有一定的抑制作用,氮磷钾肥纟昆合使用则能促进土壤CO2排放[115]。不同施氮量的小麦农田温室气体监测结果表明,在减氮30%条件下,土壤CO2排放量显著降低了36.5%。而李平等[117]研究发现,施用氮肥后对土壤呼吸所释放的CO2程度没有明显影响。本研究发现,在夏玉米季施用基肥、冬小麦季施基肥和追后均出现CO2的排放高峰,这与高洪军等-的研究结果一致。原因是施肥导致土壤原有碳氮比发生改变,为玉米和小麦植株生长发育及微生物生存提供了所需氮素营养,微生物活性明显提高,作物根系的呼吸程度增强,进而导致了CO2排放通量的迅速升高。土壤CO2的排放受到作物生育阶段特征的影响。土壤呼吸强弱与作物生长变化相互协调和统一,在作物生长期间土壤呼吸的能源来源于根系部转至地下部的同化产物,当地上部同化产物较多时,土壤的呼吸作用旺盛,CO2排放通量变大[121]。当作物生长接近成熟时,植株进入生殖生长,根系中转移所得的同化物减少,根系分泌物相应减少,土壤微生物活性降低及活动范围变小,土壤CO2排放通量呈现总体降低的趋势[123]。施肥模式的不同影响土壤CO2排放通量.张俊丽等研究指出,缓释氮肥相比常规尿素能明显的降低农田土壤的碳排放量。与尿素处理相比,控释氮肥配施处理下可显著降低10%左右的CO2周年排放总量m。

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5结论

 

改良模式一和改良模式二的全球增温潜势无明显区别,二者显著低于农户模式。农户模式的碳排放强度、碳足迹最高,改良模式一次之,改良模式二最低。综合夏玉米—冬小麦农田周年的作物产量、全球增温潜势、碳排放强度、温室气体直接排放和间接排放结果以及碳足迹指标,玉米季分层施用缓释肥结合小麦季施用有机肥的施肥模式是提高作物产量、降低温室气体排放和碳足迹的最佳模式。本研究取得相同结果,夏玉米生育期累积排放通量的最高阶段主要出现在拔节到喇叭期,此阶段作物的生长发育较旺盛,源自根系的自养呼吸和微生物的异养呼吸显著增强,促进了土壤CO2生成和排放。冬小麦生育CO2排放通量最高的阶段发生在返青到拔节期,这是因为返青后气温和地温回升,土壤微生物数量增加和活性增强,植株生长发育迅速,并在此阶段进行了追肥和灌溉农事活动,土壤的呼吸作用增强和呼吸速率增大,导致了土壤大量CO2排放。冬小麦播后出现排放,高峰,而后到返青期以及生育后期阶段的N2O排放通量较低。生育前期排放通量较低是因为冬前和越冬期土壤温度较低,土壤微生物活性减弱,生育后期则是因为硝化和反硝化作用底物较少。这验证了土壤的N2O排放通量变化程度与作物的需肥特点以及生长状况有关的观点
参考文献(略)