結(jié)北小麥-玉米滴灌施肥下水氮運移和N2O排放研究.pdf

1、冬小麥-夏玉米輪作是華北平原典型的種植制度，兩種作物產(chǎn)量約占全國小麥、玉米總產(chǎn)量的1/5，水資源短缺和面源污染等環(huán)境污染問題已經(jīng)成為制約該地區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要因素。滴灌施肥技術被公認為是一種具有節(jié)水、節(jié)肥、減少污染等優(yōu)點的水肥一體化田間管理措施，在國內(nèi)外已廣泛應用，但是在華北平原糧食作物的應用研究還很缺乏。本研究采用田間試驗和生物地球化學模型相結(jié)合的研究方法，主要研究了滴灌施肥技術下土壤水氮運移、分布規(guī)律，土壤硝態(tài)氮累積及其對N2O

2、排放的影響，并利用田間實測試驗數(shù)據(jù)校正了DNDC(DeNitrification-DeComposition)模型水肥一體化模塊，應用校正和驗證后的DNDC模型提出了多目標調(diào)控下的華北平原冬小麥-夏玉米輪作系統(tǒng)滴灌施肥優(yōu)化技術。主要研究結(jié)論如下:
　　(1)在滴灌施肥條件下，滴灌量會影響滴灌后水、氮的水平和垂直運移，施氮量主要影響滴灌施氮后氮素的水平運移。灌水量越大，滴灌施肥后水分和硝態(tài)氮運移的垂直深度越大，當灌溉系數(shù)為0.5和1

3、時，水分和硝態(tài)氮主要向下運移至60cm土層和80cm以上土層，減少灌水量可以降低灌溉水深層滲漏損失和硝態(tài)氮深層淋溶的風險。隨施氮量的增加，滴灌施肥后NO3--N水平方向上呈現(xiàn)出在濕潤土體邊緣聚集的現(xiàn)象越來越不明顯的特征。滴灌施肥試驗中N2（冬小麥和夏玉米施氮分別為189和231kg ha-1）處理濕潤土體內(nèi)土壤養(yǎng)分均勻度最高，合理的施肥量有利于提高滴灌后土壤養(yǎng)分的均勻性，垂直方向上硝態(tài)氮沒有出現(xiàn)在濕潤體邊緣聚集的現(xiàn)象。在冬小麥和夏玉米收

4、獲后，0-100cm土壤剖面NO3--N累積量與施氮量呈正相關關系，0-40cm土層的NO3--N增加量顯著高于土壤其他層次。
　　(2)灌溉系數(shù)≥1可以保持冬小麥-夏玉米整個生育期0-80 cm土層含水量在田間持水量的75％-80％以上。冬小麥生長季中，灌溉系數(shù)為1的W3處理水分利用效率最高，達2.28 kgm-3，是測墑補灌試驗篩選出的最優(yōu)灌溉方案。夏玉米生長季由于正值雨季，降水量充足，采用滴灌措施未能提高夏玉米的產(chǎn)量和水分利

5、用效率。在冬小麥季滴灌施肥措施下各處理的氮肥表觀損失量介于0-21.59kg ha-1之間，與施氮量呈正相關關系，而常規(guī)漫灌施肥處理的氮肥表觀損失量高達228.58kg ha1，遠高于滴灌施肥處理。與冬小麥生長季不同，在夏玉米生長季滴灌施肥未能減少氮肥的表觀損失。綜合氮素吸收利用率、生理利用率、農(nóng)學利用率和籽粒氮肥吸收利用率等指標，最優(yōu)施氮量處理為N2處理。
　　(3)滴灌施肥和常規(guī)漫灌施肥相比能夠減少表層土壤水分和氮肥的損失。從

6、冬小麥拔節(jié)期的對比結(jié)果來看，滴灌施肥措施土壤蓄水保墑和保肥效果均優(yōu)于漫灌撒施肥料措施。每次滴灌施氮后土壤硝態(tài)氮含量有所增加，N3（冬小麥和夏玉米施氮分別為270和330kg ha-1）處理增加幅度最大。在降雨量很低的冬小麥生長季，滴灌施肥和漫灌施肥都存在明顯的氮肥表聚現(xiàn)象，而在降雨量大的夏玉米生長季，兩種灌溉施肥方式的表聚現(xiàn)象相對不明顯，常規(guī)漫灌施肥方式下，夏玉米季存在更大的硝態(tài)氮淋失風險。滴灌措施比漫灌措施全年表層土壤水分和硝態(tài)氮含量

7、的波動幅度均更小。
　　(4)滴灌施肥措施下各處理N2O排放通量均較低，滴灌施肥后N2O排放總體呈現(xiàn)上升式波動的態(tài)勢，上升波動時間一般大約為3-5天，但是波動幅度均較小，較大的N2O排放峰出現(xiàn)在降雨較多的7月份。滴灌施肥處理的排放峰強度和持續(xù)時間明顯低于常規(guī)漫灌施肥處理。在相同施氮量情況下，滴灌施肥比常規(guī)漫灌施肥能減少43％的N2O排放量。滴灌施肥措施平均直接排放系數(shù)和排放強度分別比常規(guī)漫灌施肥減少了27％和47％。表層土壤溫度、

8、WFPS值和NO3--N含量都顯著影響滴灌施肥條件下農(nóng)田土壤N2O排放。
　　(5)引入土壤溫度參數(shù)對DNDC模型水肥一體化模塊中NO3-和NH4+庫轉(zhuǎn)化為N2O的比例系數(shù)進行校正，可以提高模型對滴灌施肥措施下土壤N2O排放、土壤NO3-和NH4+庫模擬的準確性。校正后的DNDC模型能夠真實的表達滴灌施肥一體化管理措施下，華北平原冬小麥-夏玉米輪作系統(tǒng)的作物產(chǎn)量、土壤硝態(tài)氮濃度動態(tài)變化和N2O排放通量動態(tài)變化及總量。通過校正后模型