（环境科学专业论文）长期不同施肥对稻麦轮作紫色土麦季n2o排放的影响.pdf

西南大学硕士学位论文 摘要 未施氮肥且秸秆未还田的i l 处理在两个麦季的n 2 0 累积排放量分别为o 6 6 和o 6 0k g n h 一，平均为0 6 3k gn 1 | l n - 2 。p k i 乙处理在两季的累积排放量与i 乙无显著差异，但是艮的累 积排放量两季平均比r 高4 2 7 ，说明秸秆还田有利于n 2 0 的产生与排放。化学氮肥的施用 对n 2 0 排放的促进作用则比秸秆还田更明显，与处理相比，只施氮肥的n & 和氮磷钾配施 的f n r 处理的两季平均排放量分别高1 1 8 和8 4 。氮磷钾配施且秸秆还田的处理，其n 2 0 累积排放量比只有秸秆还田的处理高9 7 母9 ，比只施氮磷钾的处理高8 p 1 3 ，说明化学 肥料与秸秆配施对n 2 0 排放有一定的协同促进作用。 在秸秆未还田条件下，偏施氮肥的n & 处理在第一个麦季的n 2 0 累积排放总量( 1 9 7k g n l m l - 2 ) 与氮磷钾配施的f r 风处理相差不大，但在第二季，前者比后者高4 4 ( 两季平均则 高2 l ) 。同样，n r - 处理n 2 0 的累积排放总量两季平均比氮磷钾配施且秸秆还田的处理高 l l 尸1 2 。因此，从土壤n 2 0 减排的角度考虑，在农业生产活动中，应尽量采用氮磷钾平衡 施肥而避免偏施氮肥。 n 2 0 的排放系数 土壤n 2 0 排放系数是建立区域或国家n 2 0 排放清单的基础。不同处理以外源输入的氮素 总量( 包括秸秆和化肥) 计算的土壤n 2 0 排放系数范围为0 5 0 加9 8 ，均值为0 6 9 加2 0 ， 明显低于p c c ( 2 0 0 6 ) 的推荐值( 1 ) 。如果分别考虑氮肥或秸秆输入的氮素，则两者的 n 2 0 排放系数的范围分别为0 5 4 加9 8 和0 5 6 加6 6 ，均值分别为0 8 5 士0 2 1 和 0 6 l 士0 0 4 。氮肥的n 2 0 排放系数与秸秆有明显的差异，说明对于不同来源的氮素，宜采用 不同的排放系数进行n 2 0 排放量的估算。 关键词：紫色土；小麦；n 2 0 ； 排放系数；长期施肥； 秸秆还田 2 西南大学硕士学位论文abs仃act a b s t r a c t a 鲥c u l t u r a ls o i l si sa ni m p o r t 锄a i ：i t l l r o p o g 面cs o u r c e so f 舳o s p h 耐cn 2 0 t h e e i i l i s s i o no fn 2 0m a i l l l yc o m e s 舶ms o i lm i c r o b i a ld e n i t r i f i c a t i o n 锄dn i t r i f i c a t i o n p r o c e s s ，a n da 侬斌e db yc o n 耻e h e 船i v ee 虢c to fs o m ef a c t o r ss u c h 嬲s o i l ，d i i i l a t e ， f e n i l i z a t i o n 孤d 伽【l t i v a t i o 玛e ta 1 t h e r e f o r e ，t l l e 即缸s s i o no fn 2 0p r e s e l l t sa 1 1c o m p l e x s p a c e 血n ev a r i a b i l i 何p u r p l es o i li sm em o s t 脚o n a m ta 鲥c u l t u r a ls o i lt y p eo f s i 曲啪na i l dc h o n g q i i 培a r e a ，b u ti t sn 2 0e m i s s i o ni n t e l l s i t ya n dm l ea r es t i l ln o tc l e a r t l l i s 咖d yb a s e do ns e v e nd i 鼬向叶i l i z a t i o nl e v e l s 仃e a 咖饥t s 逾n a t i 伽l a lp u r p l e s o i lf e r t i l i 够m o n i t 0 血gs t a t i o n a tb e i b e io fc h o n g q i n 蜀c l l i i l a c l a u 1 9 e so f n 2 0n u xi n 铆ow h e a ts e a s o n s 舶mn o v 锄曲e r2 0 0 8t om a y2 0 0 9a n dn o v 即：l ：b c r2 0 0 9t om a y2 0 10 ) a m o n gd i 行的l t 廿e 锄朗t sw e r em o i l i 锄血gi i ls i t l lb yc l o s ec h a m e rm e n l o d t h es e v e l l 骶删a r er e s p e c t i v e l y ：n o 五锄l i z a t i o n + n oc r o pr e s i d l l e ( ) ，n of 矾h z a t i o n + a 0 p r e s i d u e ( r + ) ；p kf 缸i l i z a t i o n + n 0c r o pr e s i d u e ( p i i r ) ；n 触i l i z a t i o n + n 0c r o p r e s i d u 印叮& ) ；n p kn 0 吼a l 蠡锕l i z a t i o n + n 0c r o pr e s i d u e ( f i 风) ；n p kn 0 册a l f e r t i l i z a t i o n + 啪pr e s i d u e ( f 凤) ；n p kl l i 曲航i l i z a t i o n + c r o pr e s i d u e ( f 址u 。耽e 锄o u n to fn o 咖a 11 1 i 仃o g e na p p l i c a t i o nw 嬲l3 5 蚝n l l i l l 吐，s 仃a wr e t u m i n g 锄0 u n tt 0 7 5t h m - 2 1 飞em a j nr e m l t sa r e 嬲f o l 】o w s ： i t h ed y n a m i cc h 锄g eo fn 如e m i s s i o n t h en 2 0 仃黜i e n t 既血s s i o n sn u x e so fn o1 1 i 仃o g e n 仃e a _ 缸1 1 e n t s ，i 1 1t l l et w ow h e a t s e a s o i l s ，a r cl e s sm a i l5 5 锄d3 0 斗g n m 一h r - 1r e s p e c t i v e l y a n dm e 妇l l 曲1 撕o no v e rt i m e i ss m a l l f 0 rm ea v e r a g e 鲥s s i o l l s ，m e r ew 嬲n os i g i l i f i c a n td i 仔打e n c eb e t w e e n e n t sa n db e 咐e e l lt l l e m e r a 1 1 n u a l ， t l l e锄g ei s 1 3 4 6 士6 7 1 2 1 1 1 士1 3 0 3 斗g n n l - 2 h f l u 1 1 1 呔en of l i 缸d g 即仃ea _ 嘶e n t s ( & ，r + a i l dp 乙) ，s o i ln 2 0 锄i s s i o i l so fm 仃0 9 e i l 讹a 恤e l l t ss h o w e d 觚o b 、，i o u ss e a s o n a lv 撕a t i o 巩i t sp e 出锄i s s i o 璐( 1 2 0 3 9 2 8 9 2 5 p g n n ，。h f l ) o c c u 玎l 斑m a 砌ym e ra p p l i c a t i o no f b a s e 触i l i z e ra i l dt o p d r e s s 协甙i n 戗l e f i r s tt w om o n m so fw h e a tg r o w mp 甜o d ) ，s o i lm o i s t u r ei i l c r c 硒e db yr a i n f 酊la l s o r e s u l t si 1 1s o m es l l l a l l e r 既n i s s i o np e a l 【s t h ea v e r a g eo fn 2 0 锄i s s i o nf l u x so fm e n i 仃0 9 e nt r e a 缸n 钮t si nr a l i l g co f3 5 9 士31 7 7 4 7 2 7 士6 2 。9 1 “斟- m - 2 h f l a n d31 3 士1 4 2 7 4 4 2 8 士2 2 5 8 瑚汀m 。h r lr e s p e c c i v e l yi i ln l et w os e a s o n s t h ef i l 】k 锄df h l 0w e r e 廿1 e 扯曲e s ti n 血e t 、) l ，os e 勰o n sr e s p e c t i v e l y 1 1 1a d d i t i o nt of l i r + 臼汜a n i l 印t ，m ea v 锨g en 2 0 e r n i s s i o nf l u xo fo m e ri l i 仃o g e n 协锄明t si nm es e c o r l dw h e a ts c a s o nw e r el o w e rm a n 3 西南大学硕士学位论文abstract m a t ：i l lm e6 r s tw h e a ts e 嬲。玛也i sm a yb eb e 咖s em el o w e rs o i lm o i s t u 】陀i ns e c o n d w h e a ts e 嬲o nw e a k e i l e dm ed e i l i t r i 6 c a t i o n e f f e c to fl o n g t e mm 仃b r 钮tf e r t i l i z a 戗o n 舳ds 仃a wm a n a g e m 钮to ns o 赶n 2 0 e n i i s s i o n s 1 1 1 en 2 0c 哪u l a t i v e 锄i s s i o no fr ( 鳅l 仃0 1 ) b e i n gn o ta p p l i e dn i 仃o g 衔t i l i z e r a n ds 仃l a ww 1 = l i c hd i dn o tf 酿】r n t 06 e l dw 觞o 6 3k gnh z 0 na v e r a g e ，r e s p e c 咖e l yo 6 6 a n d0 6 0 k gi nm e 细ow h e a ts e 嬲o n s 1 1 1 饿i sn os i 班f i c 锄td i 恐呦c eo f 伽n u l 撕v e 印：l i s s i o n sb 酏w e 饥p k r 缸dr ：i 1 1n l et 、阳w h e a ts e 勰o i l ，b u tt l l em e a nn 2 0c u 咖l l l a t i v e e 1 【l i s s i o no fi ki s4 2 5 1 l i 曲e rt 1 1 孤r ，i n d i c a t i n g 廿l a tm es 仃a wr 印m l i n gi nf a v o ro f n 2 0g 吼e r a t i o na n de 血s s i o n f o rn 2 0 锄i s s i o np r o m o t j n g 胡b c t ，c h e i l l i c a l1 1 i 仃o g e i l f e n i l i z e ri sm o r eo b v i o u s l 趾s 仃a 、) i r c 伽n p a r o dw i m1 0 仃e a ：n 1 1 e n t ，m en & 觚df i 皿 r e s p e c t i v e l y1 18 趾d8 4 l l i 曲e r 也觚i t t h en 2 0c 眦1 u 1 撕v ee 而s s i o i l so f 吐l e 仃e a n i l e i l s ，w l l i c hw e r e 印p l i e dn p kf 酬l i z e r sa n d s 仃_ a wr e t i 】m e dt 0 f i e l d ，a r e 9 7 一9 9 1 1 i 曲e r m a l lm a t 、) i 帕c hs 仃a w咖e dt 06 e l d 0 1 1 1 y h l d i c a t i n g l a tc h 倒c a lf 缸i l i z e ra n ds 仃a wa p p l i e dt o g 砒e rh 嬲觚s y n e 哂s t i ce 讯研0 nn 2 0 “s s i o n s u n d e rm ec 0 n d i t i o no fs 咖n o tr e t l 】n l i n 舀也ed i f f 劭m c eo fc u m u l a t i v ee i i l i s s i o 璐 b e t 、) l ，锨lp a r t i a li l i 仃0 9 e i l 骶a n n e l l tn & ( 1 9 7k gn h m 2 ) 锄dn p k 航i l i z e r s 仃e a ：h i l e n t f i l 】r _ i sn o to b 、，i o u si 芏lt h ef i r s tw h e a ts e a s o 玛b u ti i lm es e c o n ds e 嬲o i l ，m ef 0 皿e ri s 4 4 l l i 曲e rm 觚m el a t t c r ( t w ow h e a ts e 嬲o na v e r a g e1 l i 曲e rb y21 ) s i m i l a d y ，t h e n 2 0c 响u l a t i v ee m i s s i o no fn rw e r el1 1 2 h i 曲e r 廿l 跹m e 仃e a n i l e n t sa p p l i e d c h 即1 i c a lf 缸n i z e ra n ds 仃1 wt o g e n l t h e r e f o r e ，c o n s i d 丽n g 也es o nn 2 0e m i s s i o n r a d u c t i o i l ，b a l a i l c e d 向t i l i z a t i o ns h o u l db el l s c d 嬲f i u r 弱p o s s i b l e 锄da v o i dp a n i a l l l i 仃o g 即，i 1 1a 鲥c u l t u r a lp r o d u c t i o n 枷、，i t i 鼯 i i i n 2 0e m i s s i o nf a c t o r s t h e 懿t a ：b l i s l l 玎a e n to fn a t i o n a l0 rr e 百o n a le n l i s s i o ni i l v 胁t o 巧m u s to n 也eb a s i s o fs o i ln 2 0e i i l i s s i o nf a c t o r t h ee n l i s s i o nf a c t o r so fm ee x o g e i l o u s卸u to f i l i 仃d g e n( i i l c l u d i n gs n wa r l d 血仃o g e n ) i nm et w ow h e a ts e a s o n so fe a c h 仃i 蜘e n t i n 也er 锄g eo fo 5 0 9 8 ，锄a v e r a g eo fo 6 9 士o 2 0 ，讹c hi sl e s s 1 托m e i p c c ( 2 0 0 6 ) r e c l d m m d e dv a l u e ( 1 ) c o n s i d e rc h e i l l i c a lf 缸i l i z e r so rs t r a _ w 岫) u to f r l i 钒) g e 玛m em g e w e r eo 5 4 0 9 8 a n d0 5 6 d 6 6 r e s p e c t i v e l y m e 锄v a l u e w e r co 8 5 士0 2l a n do 61 士0 0 4 r e s p e c t i v e l y n 2 0e m i s s i o nf a c t o ro fc h e i l l i c a l 4 西南大学硕士学位论文abstract n i 仃1 ) g 朗w 嬲s i 鲥f i c a n n yh i 曲e rt 1 1 a ns 仃 1 w ，i n d i c a t i l l gt 1 1 a tt l l eo r g a n i cm a t e r i a l s 姐d f 缸i l i z e r ss h o u l da d o p td i 脑e n te 而s s i o nf a c t o r sf o rn 2 0e i l l i s s i o i l se s t i l n 砷路 k e y w o r d s ：p u r p l es o 豇；w h e a ts e a s o n ；n 2 0 ；e m i s s i o nf a c t o r ； l o n g - t e r mf e r t i h z a 6 蚰；s 仃a wr e t u m i n g 5 西南大学硕士学位论文文献综述 第1 章文献综述 全球气候变化是国际社会普遍关注的重要环境问题。口c c ( 2 0 0 7 ) 的报告显 示，最近1 0 0 年( 1 9 0 6 年 2 0 0 5 年) 全球地表的平均气温增加了0 7 4 士0 1 8 【1 1 。 大量科学事实表明，全球气候的变化主要归因于人类活动向大气中排放的温室气 体的急剧增加。c 0 2 、c h 4 和n 2 0 是最主要的三种温室气体，它们在大气中的含量 分别由工业革命前的2 8 0 删、0 7 删、2 7 0p p b v 增加到2 0 0 5 年的3 7 9p p l m v 、 1 7 7 p p i n v 、3 1 9 咖v 【1 】o 近年来，大气中c h 4 的浓度基本维持在相对稳定的水平， 而c 0 2 和n 2 0 仍分别以年均o 5 和o 2 6 的速率线性增长 2 】。 n 2 0 在大气中的浓度低于c 0 2 和c h 4 ，但它的全球增温潜势( g 、7 l ，p ，g l o b a l w 蹦n i i 培p o t 锄t i a l ) 最大，分别约为c 0 2 和c h 4 的3 1 0 倍和1 5 倍 1 】on 2 0 还会破 坏平流层中的臭氧，使得到达地球表面的紫外线辐射量增加，对生物造成伤害。 农业生态系统被认为是全球最主要的n 2 0 人为排放源【3 4 1 ，而人为排放n 2 0 的 6 0 哆扣9 0 直接来源于农田氮肥施用【5 】，氮肥施用引起的n 2 0 排放量约占全球总排 放量的2 0 【6 】。近些年来，有关农业土壤n 2 0 排放的研究已成为焦点。但由于受 到气候、土壤类型、作物种类、田间管理等诸多因素的影响，农业生态系统n 2 0 排放的研究结果具有较大的时空变异性。 1 1n 2 0 的主要产生机制 土壤微生物主导的硝化和反硝化作用是产生n 2 0 的主要途径，所产生的n 2 0 约占全球n 2 0 排放总量的7 0 一9 0 【7 1 。 反硝化作用是指反硝化微生物在缺氧条件下将n 0 3 。逐步还原成n 2 0 和n 2 等 气态氮的过程。硝化作用是在有氧条件下，n h 4 + 被微生物氧化生成n 0 2 。和n 0 3 的过程，n 2 0 是其中间产物。 反硝化作用被认为是土壤n 2 0 产生的主要机制，而硝化作用相对次要【s 。影 响反硝化和硝化作用的主要因素包括土壤中无机氮、氧气、有机物含量以及微生 物的活性等。 1 2 施肥对农田土壤n 2 0 排放的影响 土壤n 2 0 主要是在土壤反硝化或硝化细菌转化利用无机氮的过程中产生的。 施肥是农田土壤无机氮的重要补给来源。许多研究表明，肥料的种类、用量、施 用时间及施肥方式都会对n 2 0 的排放产生影响。 6 西南大学硕士学位论文文献综述 1 2 1 肥料种类对n 2 0 排放的影响 氮肥可以增加土壤氮素含量，为硝化和反硝化微生物提供底物n 0 3 或n h 4 + ， 还能促进作物根系生长和根系分泌物增加，进而影响土壤中微生物的生长及活性， 最终影响n 2 0 的产生与排放。大多数研究认为氮肥能促进n 2 0 的排放 1 4 1 。 不同的氮肥种类，由于它们所提供的氮素形态不同，所以它们对土壤n 2 0 的 产生也会有不同的影响。一些研究结果显示，施硝态氮肥的n 2 0 排放损失高于铵 态氮肥，因为硝态氮能直接被反硝化茵利用。如b u r c s h 【1 0 】等人研究结果显示无论 种植作物与否，施用硝态氮肥的n 2 0 排放量高于施用尿素和铵态氮肥的n 2 0 排放 量。同样，张中杰【i l j 等人的研究也发现，施硝态氮的n 2 0 的排放损失最高，约为 氮素的2 倍、铵态氮肥的4 倍。然而，也有一些研究发现，施用铵态氮肥的n 2 0 排放量较施硝态氮肥。如梁东丽【1 2 】等人研究表明黄土性土壤施用铵态氮肥的n 2 0 排放量较硝态氮肥的大，而姜宁宁【1 3 】等人也研究中也有相同的发现。分析这种差 异的原因可能是：当土壤n 2 0 的产生主要以硝化作用为主时，由于铵态氮肥能为 硝化作用提供更多的底物，所以其对n 2 0 排放的促进作用更大；但当土壤的环境 条件更适合反硝化进行时，硝态氮肥的施入可以更直接的为反硝化提供底物。 有机肥的施用对土壤n 2 0 的排放也有着重要的影响，其影响比无机氮肥要复 杂得多。有机肥的分解不仅能为土壤提供氮源，而且还能提高土壤中的碳含量， 促进微生物的生长和活动；如果有机肥的c n 比过大，会导致其分解过程中微生 物吸收同化无机氮，使土壤无机氮含量下斛1 4 1 。厩肥的腐熟程度也会影响n 2 0 的 排放【1 5 1 ，未经堆腐的厩肥，施入土壤中需要经过养分的有效化过程，在此过程中， 微生物首先对有机碳进行分解，需要固定土壤中的氮素，因而会引土壤中有效氮 含量的减少，此过程完成以后，土壤中有效氮含量才会增加。 秸秆也属于有机肥料，能够增加土壤有机碳、氮的含量，但是因为其自身的 c n 比较高，在对其进行分解过程中会引起微生物对矿质氮的固定，从而减少硝 化和反硝化作用的底物。此外，秸秆腐解剩余有机碳继续分解，会加快土壤中0 2 的消耗，促进n 2 0 进一步还原为n 2 ，从而减少n 2 0 的排放【1 6 1 。7 1 。所以，对于秸秆 还田对于n 2 0 排放的影响，研究结果也各不相同。一些研究认为秸秆还田会减少 n 2 0 的排放，如梁旺斟1 8 】等人的研究发现，小麦秸秆还田一半和全部还田，分别 使冬小麦田n 2 0 排放量降低3 2 和4 0 。但是也有研究认为秸秆还田会促进n 2 0 的排放，如姜宁宁等【l3 】对菜地土壤的研究发现，添加秸秆后能使铵态氮肥和酰胺 态氮肥处理的n 2 0 的排放量明显增加，推测是因为秸秆还田减缓了铵态氮肥和酰 胺态氮肥对土壤的生理酸化作用。同样，焦燕【1 9 】等人进行盆栽试验发现，稻季施 用麦秆导致后续麦季n 2 0 排放量的增加。 西南大学硕士学位论文文献综述 1 2 2 施肥时间和施肥方式对n 2 0 排放的影响 施肥时间和施肥方式的不同也会对n 2 0 的排放产生影响。作物不同生育期对 土壤中氮素的吸收能力不同，因而施肥时间会影响土壤中用以进行硝化反硝化作 用的氮素的量；而平施和深施肥料则会导致肥料与空气接触程度的差异，从而影 响硝化反硝化作用进行的程度；偏施氮肥和平衡施肥也会影响n 2 0 的排放。 就施肥时间而言，分为一次性施肥和分次施肥。c i a r l o 【2 0 】等的试验发现，硝酸 钾分次施肥比单次施肥降低了n 2 0 排放，氮肥表施时，反硝化损失大于穴施。丁 洪等【2 l 】对玉米潮土系统的研究发现，表施时氮肥反硝化损失量( 3 o o 蚝n h m 也) 较穴施高( 2 0 9 k 窖n h m 。2 ) 。h o u 等【2 2 】的研究结果显示，条施具有潜在的减少n 2 0 排放的优势。杨劲峰 2 3 】等人和黄晶【矧等人研究都发现，相同氮素供应水平条件下， 平衡施用氮磷钾肥的处理n 2 0 排放量较偏施氮肥处理高。 秸秆还田的方式和时间也会影响n 2 0 的排放。还田方式可能影响耕作层土壤 的氧化还原程度和均匀程度，土壤氧化还原的均匀性越好，n 2 0 产生和排放量越 少，相反，就越容易导致n 2 0 的产生和排放。马静等人【2 5 】的研究发现，总体上， 墒沟埋草处理和麦秆条带状覆盖还田处理的n 2 0 排放量均显著高于均匀混施处 理。而麦秆原位焚烧还田处理低于不施麦秆处理，但高于麦秆均匀混施处理。马 二登【2 6 】等人对稻麦轮作系统麦季土壤的研究也发现，稻秆还田的方式显著影响土 壤n 2 0 的排放。稻秆表面覆盖使麦田n 2 0 排放量增加1 3 ，而均匀混施和原位焚 烧分别减少1 8 和2 4 。 1 2 3 施肥量对n 2 0 排放的影响 多数研究认为，施肥量与农田土壤n 2 0 排放呈线性关系【2 7 2 8 】。王海云 2 9 1 等人 对稻麦轮作系统的研究发现，无论稻季和麦季，土壤n 2 0 的排放都随着施氮量的 增加而呈线性增加。邹建文 ”】的研究也显示，土壤n 2 0 的排放量随施氮肥的量增 加而增加，但虽秸秆还田量的增加而减少，且均呈线性关系。但是也有一些研究 发现施肥量与n 2 0 的排放量之间没有明显的线性关系。如项虹燕【1 5 】的研究却发现， 虽然n 2 0 排放总量随施氮量的增加而增高，但是当施氮量超过一定水平后，施肥 量高低对n 2 0 排放总量的影响变得并不显著。焦燕 1 9 】等人的研究发现在水稻生长 季，施氮量对n 2 0 累积排放量的影响不显著；而小麦生长季，氮肥用量的增加明 显促进麦田n 2 0 的排放。黄树辉等【3 2 】的研究显示，施肥量为o 、9 0 、1 8 0 蚝nh m 。z 时，各处理n 2 0 排放量的差异不显著；施肥量增加到2 7 0 和3 6 0k gnl l m 五时， n 2 0 排放的排放量才有明显的增长。 西南大学硕士学位论文文献综述 综上可知，施肥量和n 2 0 排放的关系非常复杂。但是基于编制区域温室气体 排放清单的需要，口c c 【6 】在假设n 2 0 排放量与施肥量存在线性关系的基础上提出 了排放系数( e f e m i s s i o nf a c t o r ) 的概念。排放系数是指用来衡量一种肥料引起 n 2 0 排放能力的指标，表示肥料n 所引起的n 2 0 - n 的排放占施肥总n 量的比例。 其计算公式为： e f = ( e - e o ) n 1 0 0 e 卜某肥料的n 2 0 排放系数 e 肥料处理的n 2 0 - n 排放总量 e 旷一无肥处理的n 2 0 n 排放总量 n 该季氮素肥料氮输入量 无肥处理的对照小区的n 2 0 - n 排放量称为背景排放值【6 】。研究表明n 2 0 背景 排放是某些地区n 2 0 总量估计最敏感因子之一【3 引。除了背景值的影响外，观测的 频率低、观测的季节性不完整、无年际重复或年际重复较少等因素，也是使n 2 0 排放系数的估算产生误差的原因。 现行口c c 准则推荐使用的化学n 肥的n 2 0 排放系数为1 ，被假定也同样 适用于植物残体的n 2 0 排放估计【3 4 1 ，而推荐的农业土壤n 2 0 排放背景值为1k gn l l a - 1 y r l 【6 】。但是这些都是依据部分发达国家的有限的观测数据所确定的，不一定适 用于所有国家和地区，尤其是中国之类的发展中国家。而n 2 0 排放除了受到施肥 量的影响，还要受到气候、土壤性质、养分含量、作物类型以及田间管理方式等 因素的影响，故排放系数具有较大的不确定性。为了减小这一不确定性，国内外 的学者作了许多的研究。 e i c h n 一2 刀在对1 0 0 多个田间试验进行研究后，总结各研究所得化肥的n 2 0 排 放系数的范围为0 o l 6 8 4 。邹建文【3 0 】搜集华东不同地区稻麦轮作系统的n 2 0 排 放资料，总结水稻生长季和小麦生长季化肥n 的n 2 0 排放系数分别为平均1 0 2 和1 6 5 ，背景排放量分别为0 7 9 蚝nh m 。2 和3 4 4 k gnh m 之。杨俊【3 5 等人收集了 川渝地区一些农业的活动水平数据后，估算水旱轮作田的n 2 0 排放系数在旱作季 和水稻季的均值分别是2 8 和0 9 6 。许多研究还发现，不同的肥料类型和施肥 量也会使排放系数有所不同。b o u w m a n 【3 6 发现不同肥料类型农田n 2 0 排放系数差 异较大，其中尿素的排放系数最低，为o 1 ，有机质( 玉米) 岫n 0 3 + 尿素最 高，其排放系数达2 2 。而邹建文【3 0 的研究显示，随着秸秆用量的增加，秸秆n 的n 2 0 的排放系数减小。 1 3 影响n 2 0 排放的土壤环境因素 土壤质地 9 西南大学硕士学位论文文献综述 土壤质地通过影响土壤通透性和水分含量，影响土壤硝化、反硝化作用以及 n 2 0 的扩散网。硝化作用易在轻质土壤中发生，而反硝化作用易在重质土中发生， 这主要是由于重质土壤有较强的保水能力。孔隙度较小的粘土较砂土具有更高的 n 2 0 产生潜势，但是粗质土壤类型的沙土，使n 2 0 更易释放。徐华【3 列等人研究发 现，土壤质地明显影响小麦和棉花田n 2 0 的排放量，壤质土壤排放的n 2 0 高于砂 质和粘质土壤。原因可能是由于壤土粘粒含量介于粘土和砂土之间，既有较大量 的n 2 0 产生，又有较通畅的n 2 0 排放途径，故土壤n 2 0 排放量高于粘土和砂土。 土壤质地还会影响有机质的分解，进而对产生n 2 0 微生物的基质供应产生影 响。m o s i e r 等【3 9 】研究发现，在粘质土壤中少量施用氮肥会显著增加n 2 0 的排放量， 但在沙质土壤中增量不明显。 土壤温度 土壤温度对n 2 0 产生的生物学过程有着十分重要的影响。温度会影响土壤硝 化作用和反硝化作用过程。硝化和反硝化过程所需最低温度为5 1 0 ，硝化作用 的适宜温度为1 5 3 5 ，而反硝化作用的适宜温度为3 0 6 7 【删。多数研究发现， n 2 0 的排放量会随着土壤温度的升高而增加。如谢军飞【4 l 】等研究发现在10 3 0 范 围内，随着土壤温度的升高，土壤n 2 0 排放通量有一定的增加，但两者之间无显 著的线性相关关系。刑长平 4 2 】等研究表明，土壤温度增加2 0 使得土壤n 2 0 排放 增加1 4 弓3 。但是也有相反的研究结论，如m a 4 3 】等发现，土壤湿度相同的 条件下，温度为5 2 0 范围内时，硝化作用产生的n 2 0 随温度的升高而下降。n 2 0 排放是土壤温度、土壤质地、反应底物浓度等因素综合作用的结果，因此，土壤 温度n 2 0 排放的影响表现比较复杂，仍需深入研究。 土壤含水量 土壤水分通过多种途径影响土壤n 2 0 的产生和排放。土壤水分含量的高低会 影响土壤的氧化还原环境，从而影响硝化和反硝化反应。水分状况还会影响土壤 的通气性，从而影响n 2 0 向大气的传输m 4 5 1 。 黄国宏等m 】认为在高含水量的情况下，反硝化作用是n 2 0 产生的主要途径；中 等土壤含水量下，硝化和反硝化作用都是n 2 0 产生的主要途径：而低土壤含水量 情况下，n 2 0 产生主要来自于硝化过程。m a 等【4 7 】的研究表明，当土壤湿度 6 0 w f p s 时，反硝化作用占主导地位，当土壤湿度 8 0 w f p s 时，n 2 0 扩散受 到抑制，反硝化作用产生的n 2 0 作为电子受体被转化为n 2 。 土壤有机质与c n 比 土壤有机质的分解产物为硝化或反硝化作用提供了底物，同时又为硝化反硝 化微生物提供了能量，而分解过程消耗0 2 会强化土壤的还原性环境，会使反硝化 作用加强，因此，土壤有机质的含量是调控反硝化速率的重要因子。s p e i 等【4 8 】的 1 0 西南大学硕士学位论文文献综述 研究表明，有机碳加入土壤后n 2 0 生成量增加的最可能原因是提高了反硝化速 率。一般土壤微生物适宜的有机质洲比为2 5 3 0 ：1 ，若c n 比大于2 5 3 0 ：1 ， 会引起作物和土壤对有效氮的竞争，土壤中异养型微生物繁殖快，使土壤中有效 氮减少，有机质转化慢，n 2 0 排放受抑制，若洲比小于2 5 3 0 ：1 ，则微生物 活性强，氮可被矿化并产生n 2 0 ，促进n 2 0 的排放【4 9 】。 生物因素 土壤n 2 0 的产生与土壤微生物、土壤动物和各种真菌的数量及活性有关。此 外，农作物的种类、生育时期等对土壤n 2 0 的排放也具有重要影响【5 0 】。一方面植 物根系及根系分泌物改变了土壤理化性质；另一方面，植物残落物和分泌物还会 导致根际反硝化强度的增加，促进土壤n 2 0 的产生。李西祥【5 l 】等对黄土地区土壤 研究就发现，种植冬小麦的小区土壤n 2 0 排放通量高于休耕小区。植物的存在还 会影响土壤n 2 0 的排放传输过程，水稻植株是传输稻田n 2 0 和n 2 的主要通道【5 2 1 。 1 4 紫色土n 2 0 排放的研究进展 我国紫色土的分布面积为2 1 9 8 8 万h m ? ，以四川盆地最为集中，约占我国紫 色土总面积的5 0 5 3 】。因此，对紫色土n 2 0 排放的研究对区域和国家温室气体排 放清单的建立具有重要的意义。目前国内一些学者对紫色土n 2 0 排放已经做了一 些研究。如江长胜【蚓对四川盐亭地区不同的耕作系统进行对比观测发现，冬灌 田强化栽培方式的n 2 0 排放量较稻麦轮作和稻油轮作耕作方式小；而于亚军【5 5 j 研究还发现上述地区菜地种植不同作物时n 2 0 的排放系数也不同。项虹燕【5 6 j 等人 在盐亭地区的研究发现不同类型的氮肥引起n 2 0 的排放系数不同，尿素和硫酸铵 显著高于硝酸钾；而张中杰网在该地区的研究结果却不同，认为硝酸钾的n 2 0 排 放系数高于尿素和硫酸铵。张军科【5 8 对重庆北碚地区的紫色土的研究发现，不同 的耕作方式下，n 2 0 的排放有所不同，免耕有利于减少n 2 0 的排放，其中厢作免 耕处理是最为有效降低n 2 0 排放的耕作方式。 综上所述，目前对于紫色土n 2 0 排放研究的布点比较集中，上述的研究除张 军科是在重庆北碚地区的紫色土上进行外，其他均是在四川盐亭地区的紫色土上 进行的。而这些研究主要侧重于不同耕作系统、氮肥类型和耕作方式对n 2 0 排放 的影响，而秸秆管理这一重要的农业措施对n 2 0 排放的影响却没有体现，不同配 方施肥对于n 2 0 的排放的影响是否相同，也没有得到解答。因此，本研究选择在 重庆北碚地区的紫色土上进行，意在探究不同配方施肥条件下进行秸秆还田对于 紫色土n 2 0 排放的影响。 西南大学硕士学位论文绪论 第二章绪论 弟一草箔化 2 1 研究目的和意义 由于温室气体的大量排放而引起的气候变化是当今最受关注的全球性环境问 题之一。c 0 2 、c h 4 和n 2 0 是最主要的三种温室气体。其中，n 2 0 的增温潜势最大， 且还会对臭氧层造成破坏，从而危害地球生物。农业土壤被认为是最主要的人为 n 2 0 排放源，但是由于n 2 0 排放的时空变异性，各国家不同地区的排放系数差异 很大，2 0 0 6 年p c c 指南对活动水平数据和国家特定排放因子的要求越来越 高，特别强调各国在编制n 2 0 排放清单时应该尽可能采用当地的排放系数。因此 对各地区具有代表性的生态系统进行长期的观测是十分必要的。 紫色土的分布以四川盆地最为集中，占我国紫色土总面积约5 0 。它还是重 庆市分布面积最广的土类之一，面积为2 7 3 7 万h m 2 ，占全市土地面积的3 3 2 2 。 目前对于紫色土n 2 0 排放的研究大都集中在四川盐亭地区。而现有研究主要侧重 于不同耕作系统、氮肥类型和耕作方式对n 2 0 的影响，而对于秸秆管理以及配方 施肥对于n 2 0 的排放的影响，还鲜有报道。因此本研究选择在经近二十年施肥处 理的重庆北碚国家紫色土肥力监测基地进行。观测不同施肥与秸秆还田条件下稻 麦轮作紫色土在麦季的n 2 0 排放动态与年际变化，分析施肥与秸秆管理对土壤n 2 0 排放的影响，估算与化肥施用和秸秆还田相关的土壤n 2 0 的排放系数，以期为通 过水分管理、施肥管理、秸秆管理等方法减排n 2 0 以及编制重庆地区的温室气体 清单提供基础依据。 2 2 研究内容 1 观测长期不同施肥和秸秆还田条件下小麦季紫色土n 2 0 排放的动态变化与 年际变化。 2 评价长期不同施肥和秸秆还田对n 2 0 排放的影响。 3 估算与化肥施用和秸秆还田相关的土壤n 2 0 的排放系数。 1 2 西南大学硕士学位论文 绪论 2 3 技术路线 1 3 两南大学硕士学位论文 材料与方法 第三章材料与方法 3 1 试验地概况 本研究在重庆北碚“国家紫色土肥力与肥料效益监测基地”( 东经1 0 6 0 2 67 ，北 纬3 0 0 2 67 ) 进行。该地区海拔2 6 6 3 m ，为亚热带季风气候，多年平均气温1 8 4 ， 年降水量1 1 0 5m m ，日照1 2 7 6 7 1 1 r 。该地区属紫色丘陵区，方山浅丘坳谷地形，供 试的土壤为侏罗纪沙溪庙组紫色泥、页岩发育而成的紫色土。中性紫色土亚类、 灰棕紫泥土属，是紫色土中最多的一个土属，约占紫色土类面积的4 0 。 整个试验田在1 9 8 9 秋季1 9 9 1 年进行2 年4 茬稻、麦匀地实验后开始进行长 期肥力试验。其耕作制度为水稻- ，j 、麦轮作，水稻于5 月下旬插秧，8 月中、下旬 收获。小麦于当年1 1 月上旬播种，翌年5 月上旬收获。肥力试验田包括1 2 个不 同处理，处理小区面积为1 2 0m 2 ，不同小区间以8 0 c m 深的水泥板隔开，互不渗漏， 且能独立排灌。本研究选取其中7 个处理小区进行研究，分别为：不施肥+ 秸秆不 还田( 以i 乙表示) ；不施肥+ 秸秆还田( ) ；施p k 肥+ 秸秆不还田( p l 波) ； 施n 肥+ 秸秆不还田( 套玎l ) ；n p k 正常施肥量+ 秸秆不还田( f r 皿) ；n p k 正常 施肥量+ 秸秆还田( f i 凤) ；1 5 倍n p k 施肥量+ 秸秆还田( f l 风) 。氮肥用尿素， 钾肥和磷肥分别用硫酸钾和过磷酸钙；还田的秸秆用的是稻秆，还田的方式是将 稻秆切成1 0 c m 左右后均匀撒在土壤表面，再进行翻耕。各处理施肥和秸秆还田量 见表1 。 表1 试验处理施肥及秸秆还田量 t a b l e l e x p 甜m e l l t a l 乜说t m t sa 1 1 df 缸i l i z e rr a t 骼 注：秸秆中水分含量为2 0 n 、p ( p 2 0 5 ) 、k ( o ) 养分含量分别为o “，o 0 3 9 和1 7 8 ( 干基) ( 8 年平均值) 肥力试验开始前( 1 9 8 9 年) 呲o c l l l 土壤中有机碳含量为1 3 8 6g k 分1 ，全n 的含量为1 2 9g k 百1 ，p h 值为7 7 。经过近二十年的不同施肥处理后，各处理的土 1 4 西南大学硕士学位论文材料与方法 壤的性质发生了一些变化( 表2 ) 。 表2 试验期间各处理o 屹o c m 土壤的基本理化性质 t a b l e2mb a s i cc h 朗1 i c a l 芦o p e m o f 眦0 c ms o i lo f c h 吮蝴td u 血g 地t e s t 3 2 样品采集与分析 3 2 1 气体排放通量的测定 土壤n 2 0 的排放通量采用静态箱气相色谱法进行测定。采样箱为一两端开口 的不锈钢圆柱体，内径2 0 c m ，高2 5 c m 。另配一有机玻璃制成的箱盖。箱盖外表 涂上白漆以防止阳光直射入箱体内，内侧边缘则粘