黄河上游灌区麦后复种油葵田N2O排放特征研究

来源 :中国农业科学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:littlev19
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N2O已成为引起全球气候变化和平流层臭氧损耗的主要气体之一,其在100年内的增温潜势约是CO2和CH4的310倍和13.5倍,且在大气中的滞留时间长,约达114年,被认为是导致全球变暖的重要因素之一。同时,N2O经排放进入大气反应生成NOx,最终可导致臭氧层破坏。目前,宁夏黄灌区N2O排放量较大,该区以盐碱土为主,油葵因具有耐碱、耐旱、耐瘠薄且生长快、秆叶盘产量高等特点,已成为冬小麦收获后复种的首选作物。但该地区有关温室气体排放的研究较少,尤其缺乏对稻麦轮作后复种油葵农田N2O的排放特征和排放通量的研究。本研究针对目前宁夏引黄灌区典型轮作制度下农田N2O排放量的估算存在较大不确定性的问题,通过大田观测并结合室内模拟,研究麦后复种油葵农田N2O通量和影响因素,为准确估计宁夏灌区农田生态系统的N2O排放提供一定的数据支持。2009-2011年种植作物为水稻-水稻-冬小麦,设置不同施肥处理,研究在此基础上开展,研究对象为麦后复种油葵田,在整个生长季不施入肥料。采用静态箱-气相色谱法,对长期不同施肥处理下形成不同肥力的油葵农田生态系统,进行N2O通量日变化与季节变化特征研究,分析长期不同施肥处理对后茬油葵田N2O通量的影响,并分析土壤湿度、温度、pH值、无机氮(NO3--N和NH4+-N)含量、降雨等因素对N2O通量的影响,揭示稻麦轮作后复种油葵农田N2O通量与单个及综合因子的关系。研究主要得出以下结果:(1)有机肥与化学氮肥的长期配合施用对后茬作物油葵生长季N2O排放通量有较大影响。不同处理(N300-OM、N240-1/2OM、N300、N240、N0)条件下N2O平均排放通量和季节排放通量差异显著,且长期有机肥与化学氮肥的配合施用显著高于单施化学氮肥处理(P<0.05),各施肥处理均显著高于不施肥处理。土壤N2O平均通量分别为44.82±15.07μg·m-2·h-1、47.58±15.20μg·m-2·h-1、20.25±9.10μg·m-2·h-1、18.05±8.38μg·m-2·h-1、7.58±5.94μg·m-2·h-1,即N240-1/2OM>N300-OM>N300>N240>N0。(2)受土壤温度、含水量、pH、无机氮及降雨等的交互影响,油葵生长季N2O通量随季节变化不明显。在油葵整个生长季总体上有从高到低的趋势,各处理在油葵播种后的第一个月出现较高的N2O排放通量,在8月底各处理出现次高峰。在播种后第一个月内N300-OM、N240-1/2OM、N300、N240、N0各处理的N2O平均排放通量分别为116.51±33.16μg·m-2·h-1、113.92±37.25μg·m-2·h-1、97.09±25.23μg·m-2·h-1、60.75±10.06μg·m-2·h-1、21.06±22.82μg·m-2·h-1,其他阶段N2O平均通量分别为20.93±6.27μg·m-2·h-1、25.47±7.96μg·m-2·h-1、7.98±17.95μg·m-2·h-1、3.81±13.10μg·m-2·h-1、5.3±15.06μg·m-2·h-1。在油葵生长的第一个月N2O平均排放量显著高于其他阶段N2O平均排放通量(P<0.05),之后随着油葵对土壤氮的吸收利用和温度的降低N2O通量逐渐降低,在较小的范围内上下波动。(3)长期不同施肥处理后油葵田N2O通量日变化未表现出明显的昼高夜低趋势,但日变化在不同生长季受不同施肥处理影响显著。油葵苗期,N300-OM处理N2O通量日变化出现两个峰值,分别在11:00-13:00和18:00-22:00前后;N300和N0处理N2O通量变化相似,呈现单峰曲线,排放高峰出现在上午9:00前后。油葵开花期,N300-OM处理N2O通量日变化呈现两个峰值,峰值出现在11:00和22:00前后。N300和N0处理日变化通量相似,呈现出多峰曲线,峰值分别出现在11:00、18:00和2:00左右。(4)在油葵生长的不同时期,土壤含水量、土壤温度、土壤pH以及土壤中无机氮含量均对N2O通量存在影响作用,且在不同施肥处理下作用大小不同。土壤含水量在7.5%46.8%之间时,各处理下N2O通量与土壤含水量有显著正相关关系;土壤pH为6.510.0时,各处理N2O通量与其呈显著负相关。降雨会引起N2O大量排放,多是在降雨量不太大或降雨后一段时间,短时间内有水分积存时土壤-植物系统N2O呈吸收状态。生长季油葵田N2O通量和土壤硝态氮、铵态氮的相关性受有机肥配施影响显著。N300-OM处理下N2O通量随铵态氮含量的增加而增长,达到0.05的显著水平。其他处理土壤铵态氮含量与N2O通量没有明显的关系。土壤硝态氮含量与N2O通量也没有明显的关系。拟合油葵田生长季N2O通量与各因子间的关系,5cm地温、土壤湿度、pH、NO3--N、NH4+-N含量,5种因子可以解释油葵田整个观测期52.5%的N2O排放通量的变化。(5)室内模拟条件下土壤N2O排放积累量随着温度的升高而增加,并随着培养时间的不断延长而逐渐减小,约在第7天后均达到最低值,几乎接近于0。土壤N2O排放积累量与温度和培养天数之间的拟合方程为:Y=(-2.15T2+108.87T-1041.9)+[403.38ln(T)-984.36] ln(t),其中T表示温度,t表示培养时间。
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