施氮和轮作对黄土高原旱塬区土壤温室气体排放的影响

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1、密级:公开博士学位论文施氮和轮作对黄土高原旱塬区土壤温室气体排放的影响作者姓名：姜继韶指导教师:郭胜利研究员中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心学位类别:农学博士学科专业:土壤学研究所:中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心2015年5月EffectsofNitrogenFertilizationandRotationonGreenhouseGasesEmissionsonArid-highlandoftheLoessPlateauByJishaoJiangADissertationSubmitted

2、toTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofAgronomyResearchCenterofSoilandWaterConservationandEcologicalEnvironment,ChineseAcademyofSciencesandMinistryofEducationMay,2015独创性声明我们声明：博士研究生姜继韶所呈交的本学位论文是研究生本

3、人在导师郭胜利研究员指导下进行的研究工作及所取得的成果。尽我所知，除文中已标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注或表示谢意。我们完全意识到本声明的法律结果有签名人承担。研究生签名：2015年月日导师签名：2015年月日使用授权的说明本博士学位论文作者及导师完全了解本学位论文属于我们的现岗职务工作的结果。本人授权中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心：可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索；可以采用

4、影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文；有权保留并向国家有关部门或机构呈送论文的复印件和电子版；允许论文被查阅和借阅；论文的电子文档的纸质内容一致。论文作者签名：导师签名：日期：年月日日期：年月日施氮和轮作对黄土高原旱塬区土壤温室气体排放的影响学生姓名：姜继韶导师姓名：郭胜利专业：土壤学研究方向：农田温室气体排放摘要农田生态系统是温室气体（N2O、CH4和CO2）重要的排放源，其排放量分别占全球N2O、CH4和CO2总排放的60%、50%和10%。全球干旱和半干旱地区农田面积占全球农田总面积的80%，贡献

5、了全球粮食总产量的60%。我国旱地约占国土总面积的70%，干旱半干旱耕地占总耕地面积的43%，主要分布在西北地区。我国西北黄土高原为典型的雨养农业区，面积60万km2，其中农田面积14.58万km2，70%属于雨养农业。施氮和轮作是本地区重要的农田管理措施。自20世纪80年代以来，化肥的投入成为本地区改善土壤肥力和作物产量的重要措施。但是施氮和轮作对土壤温室气体排放的影响尚不完全清楚。本研究共分为2个田间试验：春玉米连作试验和禾本科-豆科轮作试验。在春玉米试验中共设置5个不同的氮肥处理：对照处理（不施用氮肥处理

6、，N0）；传统施氮处理（Con）；优化施氮处理（Opt）；优化施氮添加硝化抑制剂处理（Opt+DCD）；优化施氮使用缓控肥处理（Opt+SR）。在轮作系统中，选取小麦-小麦-糜子-豌豆轮作系统作为研究对象，研究不同作物轮作次序对土壤呼吸和温度敏感性的影响。主要获得以下结论：（1）施氮显著提高了春玉米生长季土壤的累积呼吸量（P<0.05），但是四个施氮处理之间土壤呼吸无显著差异。与对照相比，施氮处理累积呼吸量2013年提高了35%，2014年提高了54%，但施氮显著降低了土壤呼吸温度敏感性（Q10）（P<0.05

7、），施氮处理的Q10较对照2013年降低了27%，2014年降低了17%。施氮显著提高了春玉米地上部生物量和根系生物量（P<0.05）。施氮处理根系生物量较对照处理2013年提高了0.32倍，2014年提高了1.23倍。施氮对土壤温度和水分无显著影响，根系生物量是施氮条件下导致土壤呼吸差异的重要生物因素。（2）三个优化施氮处理显著减少了N2O的年累积排放量，农田温室效应（Globalwarmingpotential，GWP），以及总温室气体排放强度（Greenhousegasintensity，GHGI）。与传

8、统的N–12O年累积排放量（1.9kgN2O-Nha）相比，Opt+DCD处理N2O累积排放量下降的最多（48%），其次为Opt+SR处理（38%），下降最少的为Opt处理（28%）。施氮和大于40mm降雨事件是N2O排放的主要控制因素。其中施氮后10天内的排放量占全年排放量的26%，并与施氮后10天内的硝态氮平均含量呈显著的线性正相关关系。2013年，由降雨诱导的N2O排放量占全年的