菜地土壤溫室氣體氧化亞氮排放及其控制研究.pdf

1、氧化亞氮(N2O)是一種重要的溫室氣體,它既有產(chǎn)生溫室效應(yīng)的作用,又可以破壞臭氧層?，F(xiàn)有研究表明農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是產(chǎn)生N2O的主要來源。目前,關(guān)于糧食作物如水稻、小麥等生態(tài)系統(tǒng)中N2O排放的研究較多,而關(guān)于蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)中N2O排放的研究較少,尤其是華中地區(qū)尚鮮見報導(dǎo)。因此,本文在總結(jié)國內(nèi)外產(chǎn)生N2O的主要來源及其影響因素的研究基礎(chǔ)上,通過室內(nèi)模擬試驗、原狀土柱試驗和大田試驗,以武漢市城郊典型菜地土壤(黃棕壤)為研究對象,以小白菜、辣椒、莧菜

2、、菠菜、蘿卜和萵苣為供試蔬菜,深入探討氮肥施用對武漢城郊菜地土壤N2O排放的影響,揭示菜地系統(tǒng)土壤N2O排放規(guī)律及其與環(huán)境因子如土壤水分和溫度的關(guān)系。同時,在新西蘭牧草地系統(tǒng)施用硝化抑制劑雙氰胺(DCD)顯著減少土壤N2O排放的基礎(chǔ)上,研究了DCD施用至菜地系統(tǒng)對N2O排放的減排效果,總結(jié)提出了武漢城郊菜地控制土壤N2O排放的主要方法和措施,為蔬菜的可持續(xù)生產(chǎn)和土壤N2O減排提供了科學(xué)依據(jù)。主要研究結(jié)果如下:
　　 1.采用室內(nèi)

3、培養(yǎng)試驗和原狀土柱試驗研究了不同施氮水平對武漢市城郊區(qū)菜地系統(tǒng)土壤N20排放的影響。室內(nèi)培養(yǎng)試驗結(jié)果表明:施氮顯著提高土壤N2O排放速率和排放總量。N2O排放隨著施氮量的增加而增加,N0、N1和N2處理土壤N2O排放總量分別是0.2、6.41、10.40 mg kg-1土。土柱試驗研究結(jié)果表明:土壤N2O排放通量、N2O排放總量和N2O排放系數(shù)均隨著施氮水平的增加而增加,土壤N2O平均年排放總量分別為0.8 kg N ha-1(N0)、

4、1.68 kg N ha-1(N1)、5.44 kg N ha-1(N2)和13.51 kg N ha-1(N3),各施氮處理土壤N2O排放系數(shù)年平均值為0.36％(N1)、0.54％(N2)和1.21％(N3)。此外,高施氮水平(N2和N3)下土壤N2O排放通量與土壤硝態(tài)氮含量以和銨態(tài)氮含量呈顯著線性關(guān)系,而在低施氮水平(N1)和未施氮處理時,土壤N2O排放通量與土壤中無機態(tài)氮含量之間無顯著線性關(guān)系。同時,土壤N2O排放總量與不同施氮

5、量間呈顯著的指數(shù)函數(shù)關(guān)系。大田試驗驗證了土柱試驗研究結(jié)果,其研究結(jié)果與土柱試驗一致。
　　 2.采用原狀土柱試驗和大田試驗研究了種植不同種類蔬菜土壤N2O排放的差異。原狀土柱試驗結(jié)果表明:土壤N2O平均日排放量大小排序依次為:莧菜>辣椒>蘿卜>小白菜>萵苣>菠菜；除N3處理,同一施氮水平下,連續(xù)兩年同一時間種植同種蔬菜(辣椒和莧菜)土壤N2O平均日排放量相似。大田試驗結(jié)果表明種植辣椒期間土壤N2O平均日排放量最大,其排放量范圍為

6、2.29～55.40 g ha-1d-1,而種植菠菜期間土壤N2O平均日排放量最小,排放范圍為1.43～7.86 g ha-1d-1；土壤N2O平均日排放量大小順序依次為辣椒>蘿卜>小白菜>菠菜。
　　 3.采用室內(nèi)培養(yǎng)試驗和原狀土柱試驗研究了土壤水分對土壤N2O排放的影響。結(jié)果表明:土壤水分由WFPS35％提高至WFPS85％時,土壤N2O排放總量隨著土壤水分的提高而增加,而當土壤水分為WFPS110％時,土壤N2O排放總量反

7、而下降。N2O排放總量最大是WFPS85％,最小的是WFPS35％。排放系數(shù)變化范圍是0.02～3.11％(N1)和0.02～2.25％(N2)。此外,原狀土柱試驗結(jié)果也表明,土壤N2O高排放通量集中在降雨量大的4月份至9月份,占總排放量的77％,且未施氮處理,土壤N2O排放通量與土壤水分呈極顯著線性相關(guān)關(guān)系。
　　 4.采用室內(nèi)培養(yǎng)試驗和原狀土柱試驗研究了土壤溫度對N2O排放的影響。室內(nèi)培養(yǎng)試驗結(jié)果表明:同一施氮水平下,且當土

8、壤水分變化較小時,土壤N2O日排放變化主要受溫度的影響,土壤N2O釋放速率隨土壤溫度的升高而增加,隨著溫度的降低而減小,在溫度最高時達到排放峰。同一施氮水平下,當土壤水分變化較大時,N2O釋放速率峰值出現(xiàn)在適宜的水分且溫度較高時,說明土壤N2O釋放速率受土壤溫度和水分共同影響。原狀土柱試驗結(jié)果表明,土壤溫度影響N2O排放季節(jié)變化規(guī)律,表現(xiàn)為N2O高排放通量集中在4月份至9月份,而在溫度較低的冬季,各施氮處理N2O的排放量都較小(<64.

9、5μg m-2 h-1),且當溫度低于5℃時,N20排放通量幾乎接近于0。未施氮處理下土壤N2O排放通量與土壤溫度呈極顯著線性關(guān)系。
　　 5.本文采用原狀土柱試驗研究了種植蔬菜地與裸地N2O排放差異。結(jié)果表明,裸地土壤N2O排放量遠大于種植蔬菜地土壤,裸地土壤N2O平均排放通量為193μgm-2 h-1,種植蔬菜后土壤N2O平均排放通量減少至60μg m-2 h--。同時,低施氮量(T1,500 kg N ha-1)下裸地N2

10、O排放量比高施氮量(T2,750 kg N ha-1)種植蔬菜時大,即2007年10月至2008年9月試驗期間,T1處理下裸地總N2O-N排放量為9.54 kgha-1,而12處理下總N2O-N排放量僅為4.21 kg ha-1。此外,未種植作物時裸地土壤N2O排放系數(shù)遠大于種植蔬菜時,T1種植蔬菜時為0.39％,而未種植蔬菜時裸地土壤為1.76％。
　　 6.采用原狀土柱試驗和大田試驗研究了氮肥施用對蔬菜產(chǎn)量的影響及其與土壤N

11、2O排放量的關(guān)系。試驗結(jié)果表明蔬菜產(chǎn)量隨著氮肥用量的增加先上升再下降,氮肥利用率隨著施氮量的增加而降低,氮肥利用率與氮肥用量呈顯著的指數(shù)函數(shù)相關(guān)關(guān)系。相反,各季蔬菜土壤N2O排放總量卻隨施氮量的增加而增加。因此說明適宜的氮肥施用量不僅可以保證蔬菜高產(chǎn)量,還會減少土壤N2O排放,減輕氮肥施用對環(huán)境的影響。
　　 7.采用土柱試驗研究施用硝化抑制劑雙氰胺(DCD)對減少牧草地系統(tǒng)土壤N2O排放的影響。結(jié)果表明:施用DCD在夏季和冬季

12、均顯著減少土壤N2O排放。夏季N2O排放總量為7.8 kg N2O-N ha-1(氮肥施用量:1000 kg N ha-1),而冬季比夏季排放量高為12.3 kg N2O-N ha-1。而當施入DCD后,夏季N2O排放總量則減少至4.8 kg N2O-N ha-1,冬季則減少至3.9 kg N2O-N ha-1,相當于DCD減少了40％(夏季)和69％(冬季)N2O排放。因此說明,新西蘭牧草地系統(tǒng)中N2O在冬季的排放遠高于夏季排放,同時

13、,DCD在冬季的減排效果也遠高于夏季。
　　 8.采用原狀土柱試驗研究施用硝化抑制劑DCD對菜地土壤N2O排放的影響。結(jié)果表明:施用DCD顯著降低菜地系統(tǒng)土壤N2O排放通量和N2O排放總量,施氮處理下施用DCD減少了49.33％(小白菜)和50.9％(辣椒)的土壤N2O排放:未施氮處理時,土壤N2O排放總量較低,但施用DCD依然減少了33.5％(小白菜)和33.4％(辣椒)N2O排放。同時,DCD降低了土壤N2O排放系數(shù),小白菜