氮肥用量及管理模式对冬小麦—夏玉米体系碳氮足迹的影响

来源 :河北农业大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:jiyhgniewvlfdjtoopre
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在全球变暖、水体富营养化等环境问题日益严峻且陆地生态系统占比突出的形势下,量化农田生态系统的碳氮排放,找到减排途径,显得尤为重要,而华北平原又是冬小麦夏玉米最主要的生产基地,不合理的施肥及不恰当的管理模式带来了严重的环境问题,因此,本文以华北平原8年定位试验的冬小麦、夏玉米为研究对象,研究了不同氮肥用量(N0、N100、N180、N255和N330,下标为每公顷氮用量)和不同管理模式(农民习惯、高产高效、再高产和再高产高效)对冬小麦夏玉米产量的影响,建立了碳氮足迹参数库及评价模型,量化了不同处理下冬小麦夏玉米碳氮足迹,比较了冬小麦夏玉米、年际间的差异以及不同处理下冬小麦夏玉米的经济效益,以期为该地区实现作物高产、节能减排、高效益提供理论支撑。主要研究结果如下:(1)N100、N180、N255、N330四个处理冬小麦夏玉米产量均高于N0处理,冬小麦季平均增产分别为53.7%、86.2%、81.2%和65.3%,夏玉米季平均增产为36.6%、44.3%、36.5%和31.2%。与农民习惯模式相比,高产高效、再高产、再高产高效三种模式冬小麦夏玉米产量均有不同程度的增高;冬小麦季平均增产11.6%、18.7%和12.8%,夏玉米季平均增产分别为14.5%、26.5%和18.7%。不同氮肥用量试验中,综合8年的产量,冬小麦夏玉米均以N180处理为最优;不同管理模式中20172018季冬小麦除外,冬小麦夏玉米均以再高产模式增产率最高,高产高效模式增效最多,得出作物产量与施氮量有关的同时,又与播种量、氮肥追施时期等氮肥的运筹模式有关。(2)冬小麦夏玉米农田系统均表现为碳源,且冬小麦季普遍高于夏玉米季,单位面积和单位产量碳足迹均存在年际间的差异,冬小麦夏玉米在不同氮肥用量试验中,单位面积碳足迹均表现出N330>N255>N180>N100>N0的规律;从单位产量碳足迹来看,冬小麦季N100和N180处理为最低,夏玉米季以N100处理为最低;在四种不同管理模式下,均以高产高效模式表现最佳,碳足迹最低,再高产模式和农民习惯模式碳足迹较高;20172018季各处理冬小麦单位面积碳足迹最高,且农民习惯模式最高,为4398 kg ce/hm2(ce:CO2 equal)。(3)从碳足迹的组成来看,碳排放中,在不同氮肥用量试验中,除N0处理外,其余4个处理均表现为氮肥施用和在灌溉用电占比较高,不同管理模式中也表现氮肥施用和灌溉用电占比突出,且为冬小麦季>夏玉米季;碳固定中,冬小麦夏玉米季均以秸秆还田产生的SOC占比最高。(4)氮足迹存在年际间的差异。不同氮肥用量下,氮足迹随施氮量的增加依次增加,除N0处理,冬小麦季以N100处理和N180处理氮足迹表现较低,夏玉米季以N100处理表现最低,两季作物均在N330处理氮足迹表现最高;四种管理模式下,冬小麦夏玉米单位面积和单位产量氮足迹均以高产高效模式表现最低,冬小麦均值分别为116.8 kg N-eq/hm2、17.6 kg N-eq/t,夏玉米均值分别为122.5 kg N-eq/hm2和12.9 kg N-eq/t。以再高产模式和农民习惯模式为最高。(5)从氮足迹的构成来看,上游排放占比较小,除N0处理外,其余各个处理,均低于5%;冬小麦季以氨挥发占比最高,夏玉米季以硝态氮淋洗贡献最大,两季作物均以氧化亚氮占比最小,均低于2%。(6)冬小麦季净收益低于夏玉米季,不同氮肥用量中,两季冬小麦均在N180处理下,2017季夏玉米以N180处理达到最高净收益,而2018季夏玉米虽然在N180处理下实现最高产量,但是最高净收益却在N100处理,因此,净收益并不与产量呈现绝对的正相关。在四种不同管理模式下,除2018季夏玉米季再高产高效模式14822元/hm2略高于高产高效模式14740元/hm2以外,其他三季作物均以高产高效模式净收益最高。综上,冬小麦季以N180处理和高产高效模式表现最好,夏玉米季以N100处理和高产高效模式表现最佳。
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