有机肥化肥配施对华北高产农田土壤温室气体排放的影响

有机肥化肥配施对华北高产农田土壤温室气体排放的影响

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IH^分类号S162.5…。,2218。m^mp^.p全日制硕±学位论文有机肥化肥配施对华北高产农田±壤温室气体排放的穀响姓名:雷强指导教师;王宏富教授陈敏鹏研究员学科专业:作物信息技术培养单位:农学院中国?山西?太谷二〇-五年六月 ShanxiAgriculturalUniversityMast:erDereeDissertationgEffectsofPartialMineralNitrogenSubstitutionbyOranicFertilizerNitroenonEmissionsofggGreenhouseGasesintheNorthChinaPlainName:QiangLei■化Supervisor:Prof.HongWangProf-.MinengChenp-MaInforma材onSubector:CroTechnolojjpgyResearcharea:CropGrowthSimulationandCropProductionIntelligenceSystemTaiguSh泣oxiChinaJiine2015, 学位论文原卸性声明本人郑重岸明:所提交的学位论文,是在导师指导下,独立进行研究工作所取得的成果,本论文不包含。除文中已注明引用的内容外任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文研究做出过重要贡献的个人和集体,均色在文中k乂明确方式标明。本人完全意识到本為明的法律后果由本人承担。'作者签;M亲笔):古^心I碑/月曰7学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定。即学位论文的知识产权属山西农业大学;同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的原件、复印件和电子版;允许论文被查阅和借阅;本人授权山西农业大学可从将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索k乂采用影印、缩印或担描等复制手段保存、汇,可编学位论文。作者签違(亲笔):疋?如巧年月)7曰导师签違年^月日 本研究得到"十""二五国家科技支撑计划项目旱地生态系统固碳减排技术集成与示"范(2013BAD11B03)和中央级公益性科研院所基本科研业务费专项基金"’’RF项目农田碳氮水关系及其高效利用机制研究(BS201311)等项目的资助本文作者和指导老师特此致谢! 目录摘要11前言和背景21.1农田温室气体排放及减排的研究进展21.2农田温室气体的产生机制31.2.1C〇2的生成机制31.2.2N02的生成机制31.2.3CH4的排放(吸收)机制31.3影响农田温室气体排放的因素41.3.1温度41.3.2水分41.3.3氮肥管理515.4研究的目的和意义1.5研究内容与技术路线62材料与方法72.1试验地概况72.2试验材料82.3试验设计9210.4测试项目与方法2.4.1气体采集及测定102.4.2气体样品分析系统1021.4.3温室气体排放和农田生态系统净温室效应的计算12.4.4数据处理与统计分析133结果与分析133:.1不同施肥措施农田±壌0〇2排放133丄1C〇2排放通量季节动态133丄2C〇2排放速率和±壤温度的关系163丄3C〇排放速率与止壤水分的关系1723丄4作物产量和农田碳平衡193.2不同施肥措施农田±壌N20排放21 3.0排21.21N2放通量季节动态3.2.2N20排放通量与日平均气湿、地媪(5cm)和止壤水分的关系243.2.3N20累积排放量及排放系数243(:2.3不同施祀措施农田±壤也吸收63.3.1农田±壤014吸收季节动态263.3.2CEU排放通量与日平均气温、地温(5cm)和±壤水分的关系283.3.3农田±壤对CH4的吸收量283.4不同施肥措施下农田温室气体排放巧3.4.1夏玉米季农田温室气体排放强度293.4.2冬小麦季农田湿室气体排放强度303.4.3周年农田温室气体排放强度324ifit334.1有机肥化肥配施对±壤呼吸速率及碳平衡的影响3342有N.机肥化肥配施对20通量的影响354.3有机肥化肥配施对CH4通量的影响%4.4有机肥化肥配施对全球增温潜势的影响%5结论37参考文献39Abstract43附录45致谢47 有机肥化肥配施对华北高产农田it壤温室气体排放的影响摘要^华北平原高产良田夏玉米-冬小麦轮作农田作为研究对象利用静态箱-气相色谱,法对5种施肥处理(①C〇N〇,对照;②C〇Ni,常规施氮;⑨C0N2,优化施氮,氮肥总量是常规施氮处理的2/3;④CiN2,氮施用总量同化化施氮处理,有机肥替代100%的氮化肥;⑤C2N2,低量有机肥,氮施用总量同化化施氮处理,有机肥普代50%的氮化放通量持续监测一肥)下农田生态系统3种温室气体(C〇2、N20和CH4)排周年(2013年6月至2046月探讨了华北平原高产良田夏玉米-冬小麦轮作农田生态系统碳1年),平衡,分析农田生态系统中3种温室气体C〇2、化0和CH4的交换特征,k乂及不同施肥模式对温室气体排放的影响并结合夏玉米、冬小麦的产量数据综合坪价不同施肥处理,的保产减排效果。主要结果如下:1、高氮量不代表高产量,在周年内,表现为常碼施氮处理(C〇Ni)的夏玉米和冬小麦的总产量是优化施氮(C0N2)的98%。有机氮对夏玉米和冬小麦产量的增产效果好于无机氮,施用有机肥处理CiN2和C2N2分别比优化施氮处理(C0N2)增产5%和3.5%。2、冬小麦季上壤呼吸速率小于夏玉米季。周年尺度上,各处理的上壤呼吸速率和且区间为5 ̄主壤湿度(5cm)之间的关系可W用指数方程来拟合1.72.02处理io;除,QCoNo外芭各处理的上壤呼吸速率与上壤体积水分之间均表现出了显著的负相关。,其3、考虑到植物对C〇2的固定和上壤呼吸对C〇2的释放,华北平原高产良田生态系統是C〇的汇。因此该农田生态系统对大气C〇2浓度的升高具有减缓的作用。2,4、不施用有机肥的情况下,氮施用量越多,N20排放量越大。在氮术平相同的处-iCN0累积排放量N-低于有机氮和无机氮理间周年义度上的N(1.999k〇Nha),022g2’i-N-配施处理C2N2(2.247kgN2〇Nha)而高于只施用有机氮处理QN2(1.6%kg2〇N_hia)。5、华北平原高产良巧生态系统为CH4的弱汇,CH4对总湿室效应的影响基本可W忽略。6、施氮降低了农田生态系统总增湿潜势。有机氮处理獲增湿潜势较低,有机肥配施化肥是华北地区保降粮食产量兼顾生态环境效益的施肥指施选择。关键词:温室气体;氮;排放通量;增温潜势;产量--1 1前言和背景1.1农田温室气体排放及减排的研究进展大气中温室气体浓度的持续升高正在加剧气候变暖。政府间气候变化专口委员会CC ̄(IP)第五次评估报告(theFifthAssesementReortAR5)表明19(^p,,70年20年温室气体是一40年中1750年工业化W来累积人为排放量的,人为排放的半左右。如果不加大温室气体减排力度,本世纪末大气中二氧化碳(C〇2)当量浓度将比2011年増长〇…凹m ̄74.4%,达到750pp,全球地表平均温度将比工业化前(1750年)升高3.74.8C右,这将引发灾难性影响。人为活动产生的温室气体,包括二氧化碳(C〇2)、甲烧(CH4)和氧化亚氮(N20)对全球变暖有较大的贡献,它们对温室效应的贡献率分别为76.7%、14.3%和7.9%W。农业是温室气体重要的排放源之一,它对N2O和CH4排放总量的贡献分别为84%和47%,但是对C〇2贡献较少,不足1%。农田生态系统湿室气体(C〇2、CEU和化〇)排放受到农业管理措施特别是施肥的影响,施肥措施对农田生态系统温室气体排放和固巧影响的相关研究也越来越深入。杨W书运等认为,施肥会増加冬小麦农田王壤C〇2的排放;而李成芳等巧刚认为,施肥对WC〇放的影响并不明显江海等-夏玉米轮作农田研究认为2排;曾对华北冬小麦,N20排P放量表现为有机肥处理高于无机肥处理。黄晶等啼J用静态箱/气相色谱法对长期(连续16a)不同施肥条件下红壤小麦和玉米季C〇2和N20的排放特征进行研究后认为,C〇2和N2O排放表现出十分明显的季节规律,受到施肥行为的显著影响,且施用有机肥处理C〇和NW220的累积排放量要髙于其它未施用有机肥处理。刘运通等在山西晋中渝次利用自动静态箱法研究了不同氮憐肥施用春玉米农田N20排放影响后认为,过量施肥增大90[]了农田N2排放。李晓密等利用人工静态箱法研究了北京小麦农田±壤温室气体(C〇2、CH4和N20)在施肥和不施肥条件下日排放特征后认为,农田±壤表现为CH4的吸收汇,C〇2和N20的排放源,且施肥处理的CH4吸收量W及C〇2和化0的排放通量均要大于不施肥处理。总体上,目前学者们对农田生态系统温室气体排放的研究大多关注农田±壤的湿室气体排放及其影响因子方面一,研究对象大多是单作物,针对我国华北平原地区典型冬-夏玉米轮作生态系统周年湿室气体排放特征的研究还不充分小麦。--2 1.2农田湿室气体的产生机制1.2.1C〇2的生成机制农田±壤C〇2的产生过程又称为王壤呼吸,主要包括3个生物学过程(植物根呼吸、-tWtW±壤微生物呼吸、王壤动物呼吸)和1个非生物学过程(含碳物质化学氧化作用)。±壌C〇2主要是在微生物参与下通过微生物分解转化来完成的,该过程实际是±壌中生1213物代谢和生物化学过程等所有因素的综合产物。±壤呼吸强度主要取决于王壤微生物类群的数量及活性、止壤动植物的呼吸作用1^及±壌有机质的数量及矿化速率等因素。农田生态系统既是C〇2的源又是C〇2的汇。植物通过光合作用将大气中的C〇2固定成有机碳使其进入±壌碳库,在这个过程中,农田生态系统是C〇2的汇;而在被植物光合作用固定为有机物的碳经农田±壤和植物呼吸进入大气的过程中,农田生态系统表现为C〇。2的源1.2.2N02的生成机制硝化作用和反硝化作用是农田±壤N20排放的主要机制,二者在形成N20方面的相对重要性取决于环境条件。^反硝化作用是指在反硝化细菌或化学还原剂的作用下,N0还原成NO、N20或3N2的生物化学过程。反滿化作用过程的反应式如下:NO;^m;^m^^细菌在反硝化过程中起主要作用,真菌则在厌氧条件产生N20。贿化作用是指在硝化微生物作用下,氨或按盐被氧化成亚硝酸盐或硝酸盐的过程。硝化作用是好气过程tw此过程可用化学式表示如下,:+NH一HNOH一NOH一N0—NO4z2jiiNO-?NOjtW由于硝化作用是好气过程,因此广泛存在于±壤、沉积物W及水体中。1.2.3CH4的排放(吸收)机制一般而言生态系统中CH4产生有产酸和不产酸两种途径。,1、产酸途径:〇—壁 ̄妨邸。+H苗>声分+巧+分62f甲烧唱评境CHCOOH—_、細+C0s4么产甲持环境尋一C〇+H—>巧+。i龙巧2、不产酸途径:-3- 产甲綻氧环巧一— ̄鹏 ̄C分口+分。++分— ̄>C#+分。e1262巧242上述两种途径的前提是生态系统都具备厌氧环境、有机物、水分、适宜的湿度。农田甲晓的产生主要发生在具各厌氧环境的湿地稻田中。在好气的条件下,空气中的CH4通过复杂的途径在±壤中可W被氧他成一C〇2,旱地±壤因而般表现为对CKU的氧化吸一收。需要注意的是,甲焼在农田旱地±壤中的氧化是个极其复杂过程,由于氧化速率。低,给实验过程中的准确观测带来了很大的难度1.3影响农田温室气体排放的因素1.3.1温度温度是影响±壌呼吸速率的重要因子。温度通过影响微生物活性和植物根系的生一定的温度范围内长,进而影响根系呼吸。在,±壌温度升高加快±壌有机碳周转速度,从而影响到±壌中C〇2向大气的传输过程。王壤温度过商抑制微生物活性时,会造成C〇生成速率的下降tw2。关于±壌表层湿度与±壤呼吸速率拟合关系,有的学者认为±壤中C〇2的产生与5cm和10cm地温呈显著的正相关关系;有的学者则认为,王壤fWC〇2的排放与5cm的地温存在显著的指数正相关关系。温度影响旱地±壤N2O排放的关键因子,它可W影响N2O产生的生物学过程和±一壤中N20传输的物理参数。在定的温度范围内,微生物的活性、硝化反硝化速率都随着温度的升高而升高,农田王壤温度可W部分地解释N20季节排放和日排放的变化。硝‘W ̄ ̄1535C和575好化和反硝化过程的适宜温度范围各为,±壤温度过髙或过低都会抑制硝化反硝化过程。。但是,关于旱地农田±壌甲晓吸收与湿度的关系,学者们有不同的观点高志岭等认为-,华北地区夏玉米冬小麦轮作体系下农田±壤中甲焼吸收与温度么间没有相关P1。王明星等咖发现。关系,农田±壤氧化CH4的速率同温度呈正相关关系1.3.2水分水分可W通过影响±壌透气性、微生物活性、±壤氧化还原电位、切及±壤汇总温室气体向大气的扩散程度来影响C〇一2的产生和排放。在定的水分范围内,C〇2的释放量和水分含量有极显著相关关系。过高水分含量会限制根系呼吸和微生物呼吸,阻塞±壌空隙,减少氧气(〇2)浓度,抑制C〇2的释放±壌含水量较低时,C〇2的释放量随着±壤含水量的増加而増加,当±壌含水量超过适宜含水量时,C〇2的释放量会随±壤含水量的増加而减小。有研究认为±壌湿度在较小范围内的变动不会对±壤呼吸的变化产生显著影响,只有主壤水分低到调萎点或超出田间持水量水平时,±壤呼吸才会受到较大抑制而减小。主壤中产生N20是来自于硝化过程还是反雅化过程受±壤中水分的调控,当±壤含-4- 水量较大时,化〇主要来自反硝化过程;当±壤含水量较低时,化〇主要来自硝化过程;[W在中等含水量的情况下,硝化和反硝化过程产生的N20大约各占50%。止壤剖面的,这是由于±壤的频繁干湿交替干湿交替过程可增强硝化作用进而促进N20的排放,会产生裂缝,形成优先流,从而导致硝酸根和按离子溶质在±壤剖面大量的运移,加快PWpyN20的排放。也有学者认为,王壤干湿交替激发N20产生和形成的原因可能是部分微生物在干燥的环境中死t,増加了止壤中可降解的有机碳含量,在干燥环境中存在较多氧容易促进了贿化过程,而在湿润的环境中可W促进反硝化过程,从而导致N20在±壤中的产生、积累和排放。由于硝化和反硝化过程都可W生成N20,送两个过程要受到水分的制约,因此在±壌含水量既可促进硝化作用又可促进反硝化作用的时候,±壤中会生成更多的N。20甲挽产生菌和甲烧氧化菌的活性和数量受±壤水分含量较大的影响,除此之外±壤水分还会通过影响±壤的通气状况,进而影响甲烧的产生、氧化W及向大气中传输。陈PW全胜等研究后认为,±壌湿度加大会导致温带草原群落对甲烧的吸收转化为排放,甲一一烧通量与±壌湿度表现出较好的致性。而徐星凯等则认为甲烧吸收有个最适合的王壤含水量 ̄1522%的环。,即±壌含水量在境下,±壤对甲烧吸收最大1.3.3氛肥管理农业的氮肥投入可W为微生物生长提供氮源,增强微生物活性,影响C〇2排放。有研究表明,长期增施氮肥会降低微生物活性,减少C〇2排放,而有机肥和化肥的配合施用可W显著促进±壌呼吸但也有研究表明,长期施用有机肥会削弱碳释放,抑PW制大气c〇2的浓度升高。一关于氮肥施用对农田±壌?^2〇排放量的影响,般认为,氮肥施用将导致?2〇在P1短期内増加0排放1N。,而氮肥增施与2有明显的线性关系化学肥料处理的N20排放一量要比有机肥处理大,在氮水平致的情况下有机肥对反硝化的促进作用要比无机肥更,而有机肥中碳的加入将导致±壤中参与硝化作用的自养微生物供氧不足明显,硝化作P9用减弱l因此,化肥处理与有机肥处理N20排放量影响的大小仍然需要进行探讨。长期定位施肥试验表明,氮肥施用会改变微生物的活性及其区系,从而降低了CH4P11的氧化速率,导致CH4排放増加。也有学者研究表明,无机氮肥的施用可W减少CH4P2排放量而有机肥施用可W増加CH14排放量。14.研究的目的和意义华北平原是我国重要的粮食产区,桓台则是我国著名的吨粮县。然而,为了确保粮食产量,该区域长期过量投入氮肥,但过量化肥投入的边际效益在显著减少,对N20等温室气体排放的贡献正在显著増加。研究表明,在华北平原地区,化肥投入引起的湿室-5- P31气体排放是农业总排放的60%。因此,农业化肥的科学合理施用,尤其是减少农田氮祀的过量施用,是减少农业温室气体排放和改善生态环境效益的重要措施。有研究认为,有机肥替代部分氮肥可W在减少氮祀施用量和保证产量的同时减少农PW田温室气体的排放,对减缓全球变睡有积极意义。有机和无机肥料配合施用更有利于PS增加止地生产为,无机肥有机肥适当的比例配合施用可W保障粮食产量。因此研究华北地区有机肥与化肥配施对农田温室气体排放的影响,对解释典型农区湿室气体排放的规律和机理、识别影响因子和减排措施具有重要的意义,可为建立高产、高效和具有良好生态环境效益的农田管理措施提供理论支撑。1.5研究内容与技术路线本研究的技术路线见图1,主要研究内容包括:1夏玉米-冬小麦轮作系统不同施服处理下周年C〇2、、化0和CH4排放/吸收特征。--冬小麦轮作系统C〇2利用静态箱气相色谱法对不同施肥处理下的夏玉米、N20和CH通量进行了一周年4排放(2013年6月至2014年6月)的监测(化0为排放,CH4为吸收,C〇2为生态系统总呼吸),分析研究该轮作模式下温室气体C〇2、N20和CH4排放/吸收特征,W及施肥对温室气体C〇2、N20和CH4排放/吸收特征的影响。2、不同施肥处理净生态系统温室气体平衡评价。结合产量数据分析不同施肥处理条件下华北商产农田夏玉米-冬小麦轮作生态系统温室气体平衡,综合评价不同施肥处理的保产减排效果。-6- .夏玉米-冬小麦轮作系统i—不同的施肥措施—IIII温室气体(C〇2、細4、化0)通量监测作物生长动态及产量温室气体净交换量I综合评价国1研究的技术路线图Fig.1Theschematicdiagramoftheresearchstrategy2材料与方法2.1试验地概况°'°'试验区位于山东省桓台县华北集约农业生态系统试验站(11758E,%57N,海拔17m)。该试验区地处黄河中下游鲁北平原南缘,隶属华北平原,地势南高北低,自’C西南向东北缓倾.5,.8h,多,境内无大山。年平均气温12年日照时数2270年平均降水量587mm,但是降水在全年分布不均,大多集中在6、7、8的3个月份,全年无霜期约149天。?2046月研究期间(2013年6月1日1年1日,下文提到的周年皆指这段时间)该’地区的日均气温和降雨量都离于多年平均值。如图2,研究期间日平均气温(13.9C)’’‘2-1.4C6.6到31.7C之较多年平均气湿(1.5C)要高,日平均气温变化幅度为间,日平’°均气湿最高(31C-.C2013816142月10.7)和最低(66)分别出现在年月日和20年日。研究期间该地区总降雨量(649mm),较该地区多年平均降雨量(587mm)多的mm,日最高降雨量(71.6nmi)发生在2013年7月26日。-7- 40’0|'I1'TJ|I11|I1|川|||||II-W3。1^|iJ。2。AMr1鄉IP抑^:i-10—。 ̄^温-7Temerature0p国国降雨量PrecipitationI80fIII1IIII12013/6/12013/8/12013/10/12013/12/12014/2/12014/4/120//1461日期Da1;e图2试验地点日平均气温和降雨量K.2Daimean过remglyitraureandreconpetpipi化tidurin化eresearcheriodgp夏玉米季的气温和降雨量高于冬小麦季。夏玉米季( ̄2013年6月2014年9月)日°均气温24.4C,累积降耐量是557.8mm,为周年降雨量(649mm)的%%;冬小麦季°2013?(年10月2014年6月)日均气温8.6C,累积降雨量是912mm.,为周年降雨量〇(649mm)的14/〇。2.2试验材料本试验中选用的玉米品种为郑单958,小麦品种为鲁原502,供试±壤为潮褐王。M][试验地±壤(0-40cm)理化性状见表1:表1试验地±壤理化性状c)(040mTable1Characteristicsof-topsoil040cminexerimena(tl巧eld)p^壤层次扁质巧效憐速效钟MSoillayersSOMTotalNAvailablePAvailableKSoilbiUk(cm)(g/kg)(g/kg/kkdeni)(gg)(g/g)sty_3g/m()0-2019.11.1318.8113..015520-40\\20J9^^-8- 2.3试验设计一-试验布置于2010年6月,种植方式为夏玉米冬小麦轮作5,年两熟制。试验设个处理(见表2),分别是①C〇N〇(空白对照);②C〇Ni(常规施氮),③C0N2(优化施氮,氮肥总量是常规的2/3),④CiN2(氮施用总量为优化施氮水平,有机肥替代100%)CN总量为优化施氮水平50%的氮化肥,⑤22(氮施用,有机肥替代的氮化肥)。x每个处理3次重复,各小区面积为3.3m4m,随机区組排列。试验小区的地表均使用水泥勸成,各小区之间使用1.6m高并包裹双层隔膜的PVC板分隔开,W防止串水串肥。所有处理稳轩不还田,上季作物人工收获并清除根巷再进行当季作物的播种。灌概同当地习惯,100mm/次。有机肥配施方案如表2。表2有机肥配施田间试验方案Table2Thefieldexperimentschemeoftheorganicfertilizer" ̄iiii总施氮量化肥氮施用量有机肥施用量有机肥氮施用量TreatmentThetotalamountofNitrogenfertilizerOi^anicfertilizerOrganicfertilizercodesnitrog^applicationapplicationamoxmtapplicationamountnitrogenapplication"^****-/kNha/kNha/thalamount(g){g)()-/kNha-(g1)C〇N〇^W^C〇N,300(22巧300(228)0(0)0(0)C0N2200。5巧200(15巧0(0)0(0)CiN200。0020.89.72001522y)()y)()CN22001521007610.49.85100762()()()()注,1:5基施,3店,:括号外是冬小麦季用量e料使用方式化肥^追施^初肥全部基旌。括号内的数字为玉米季巧量,肥料使用方式同小麦季。Note:Figuresinbracketsdraotetheamountoffertilizerinmaizeseason,fertilizerapplicationmethodsinmazecantizeseason:2/5offertilirnitrogenasbasefertilizer,抑d3/5犯topapplitiohetotalamountof,oianicfertilizerasbasefertilizer.打resoutsidethebracketsare出0amountoffertilizerinwheatseason;ggu,fertilizerapplicationmethodsinwheatseasonasinmaizeseason.-—-'ii’一’90’kghaP2O5和90kghaK2O在夏玉米播种前作为基肥次施入。而口0kgha的P一2O5作为基肥在冬小麦播种前次施入。化肥氮是含N46%的尿素,憐肥使用含P2〇530%的重过磯酸钩,钟肥使用含K2050%的硫酸神。玉米季的有机肥含氮量为1.02%1.27%。,小麦季为试验期间的田间基本管理如表3。-9- 3-表3试验期间(201/62014/6)田间基本管理-Tableldd化rifr2/62063巧emanaemea抑resurineresearcheodom01314/ggp曰期田间管理措施日期田间管理措施ijDate;2013夏玉米季Date;2013冬小麦季2013/6/17:施肥,旋耕,播种2013/10/4:施肥,旋亂播种2013/6/20:灌水2013/10/9:灌水2013/8/1追肥、灌水2013/12/14:灌水I2013/9/2灌水2014/3/31、灌|水\追肥2013/9/28收获2014/5/14灌水IiI2014/6/1i收获2.4測试项目与方法2.4.1气体采集及测定一?20采用静态箱法连续测定了周年(2013年6月1日14年6月1日)农田±壤温室气体排放季节动态。71 ̄:0011:(采集气样的时间;取样当日上午90卢之间,每个小区采集四次气样,即分mn一别在扣箱的0i。、10、20、30各采气次一采样方式:在将上季冬小麦播种后下季玉米未播种±壤未进行大的化动之前进行次采气,W代表上季冬小麦收获后至夏玉米播种前田间没有作物温室气体排放的平均一一值。播种施祀后连续观测周,W后观测频率通常情况下为每周次。遇施肥灌水和强降雨进行加密观测。取样前,在桂株行间的止体上插入四周有水槽的底座至约5cm深,然后将使用不透明的PVC板制成的顶部有取样口和湿度计插孔(胶水密封)的静态箱(长30cm、宽20畑1、高20cm)扣于底座上,在底座四周的水槽中注入适量的清水W保证采气过程中箱体同外界良好的的气密性。为使保障箱体内气体混合均匀,先用60mL塑料注射针筒(接有H通阀)连续抽打箱内气体5次之后再采集气样。采完的气样寄送至中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所气候变化实验室 ̄在13天内完成测定。气体样品用美国安捷伦公司生产的7890A型气相色谱测定。2.4.2气体样品分析系统气相色谱仪工作的基本原理是经计算机控制电磁阀开关来改变管线压缩空气的方向从而驱动气缸转动进样阀,气相色谱分析气路系统从而完成自动进样、分析和清洗--10 一些列测试工作等。气相色谱仪采用相互独立的进样与分离气路分析C〇2、CH4和N20这呈种温室气体一,其中C〇2与CH4的进样分离气路是单阀单柱,此二者共用同个检测器(FID);而湿室气体N20的进样、反吹、分离和切换气路是双阀双柱,使用ECD检测器。测定温室气体(C〇2、CH4、N20使用的标准气体浓度分别为:C〇2,)^---—i6i9ix.x.x.mol>molmomol395mol.lm〇r。.3l(r;CH4,lS8〇0,32310l;化气相色谱的载气是高纯氮气(99.999%),为避免气体样品中CO2浓度变化对N2O测定的影响使用10%的C〇2作补偿气;高纯氨作燃烧气;压缩空气作助燃气。色谱室内装有空调,保持室温恒定,W尽量避免室内温度变化对ECD的产生干扰。2.4.3温室气体排放和农田生态系统净温室效应的计算(1)农田王壤C〇2、CH4和化0排放速率计算PS可采用如下公式计算哦田±壤C〇2、CH4和化0排放速率:FAc273。A心273+T式中:F为农田±壤C〇排放速率或CH4、:N20通量2;CH°—3戶,C〇2、4和化0在0C和760mmHg(kgtn)条件下的密度;3V,静态箱的体积,单位m;2A,静态箱的底面积,单位m;‘T,静态箱内温度,单位C;^,At时间内静态箱内C〇2气体浓度的变化率。At(2)农田±壌温室气体(C〇2、CH4、化0)的累积排放量的计算可用线性插值法估算两次测定期间未采样天的排放量,然后将每天的排放量求和来计算作物生长季或试验期间的排放总量即累积排放量公式如下:.+庐+iN='fi丄Xf-24y,,么f](、",!。2lOOtj式中:-i,化表示温室气体(C〇2、CH和N20)累积排放量单位kha;4g-2'iF,表示温室气体(CO2、CH4和N2O)排放通量,单位mgmh;t表示取样日期,夏玉米或冬小麦播种后天数,单位山i,表示采样次数。--11 (3)农田±壤温室气体(C〇2、CH4、N20)的净通量计算W采用Woodwell惭方法计算净生态系统生产为(netecosystemproductivity,NEP),其数值为净初级生产力(NPP)和±壤微生物异养呼吸释放碳量(Rm)的差值,即:NEP=NPP—Rm上式中"",NEP值为正时,农田生态系统表现为对大气C〇2的吸收作用,即汇的特征"’’,当NEP值为负时,农田生态系统表现为对大气C〇2的源,因化农田生态系统’C〇的净通量M(WC〇2C计)可定义为:2M=-NEP上式中,M的值为正时,农田生态系统表现为对C〇2的净排放;M的值为负时,农田生态系统表现为对C〇2的净吸收。净初级生产力NPP,即农田作物的根系和地上部分的生物量总和,采用如下公式计算:式中:=aX化fwCf,作物碳吸收率,即作物每合成Ig有机质吸收的碳量。据已有研究,取夏玉米、冬小麦的碳吸收率为0.47。Yi,作物经济产量,即夏玉米、冬小麦的巧粒产量。fW出,作物的经济系数。取夏玉米、冬小麦的经济系数为化4。WSl±壤微生物异养呼吸释放碳量(Rm)采用黄斌等的经验公式:麻=化X0.865上式中,Rs的数值为农田±壤呼吸的累积排放碳量。农田生态系统的CH4、N20的累积排放量即为其净通量。(4)农田±壤温室气体(C〇2、CH4、N20)的综合增温潜势计算农田生态系统不仅吸收固定C〇2、N0。,而且还排放CH42在本研究中使用综合增温潜势(GWP)研究农田生态系统中3种温室气体(CO2、CH4、N2O)的在20a尺度上的综合増温效应。在20a尺度上,1k的CH4的增温效应是同样质量C0272倍,1kg的gN0的増温效应相当于tW2289kgC02的增温效应。由Jbk,GWP可W采用如下的公式进行计算;Of=X72+MNiPMCO+MCHOx289^^^M一式中,表示农田生态系统在定的时间尺度上湿室气体(C〇2、CH4、N2O)的净排放量。fW单位产曼增湿潜势(GWP)是反映经济效益和环境效益重要指标。单位产量GWP--12 数值较大,说明单位产量对温室效应的贡献大,反之,则对温室效应的贡献小。在本实验条件下,结合夏玉米和冬小麦巧粒产量,可W计算单位产量GWP,进而评价作物产量的经济效益与环境效益。(5)其它辅助指标的测定温度:气样采集的同时使用湿度传感器(JM624TianinJinmin虹t,jgsrumentCo.Ltd.China)读取箱体内气温和采样小区止壌的5cm地温。四个箱体内气温的平均值为代表气体测定期间箱内空气的平均温度,用于温室气体排放通量的计算。±壤水分:在夏玉米、冬小麦重要的生育时期采集-气样的同时使用TRI-IMEPCOIPHTDR剖面止壤水分测量系统同步测定王巧表层(〇_1〇cm)水分含量。气象数据:包括气温、降雨量等指标通过安装在田间的自动气象站收集,王个月收集一次。粮食产量:在收获时期对实验小区x4m(3.3m)的夏玉米、冬小麦全部人工收割,经自然风干,无损失单独脱粒后称取特粒重量,然后计算出单位面积实际产量。2.4.4数据处理与统计分析数据整理在MicrosoftExcel2013中完成,借助SAS9.3进行相关数据的差异显著性检验(使用最小显著性差异法Leastsignificantdiference,缩写为LSD,显著性水平选择P<0.05)、方差分析(ANOVA)、相关性分析,采用软件OriginProSu进行数据图表绘制。3结果与分析3.1不同施肥措施农田上壤C〇排放23.1.1C〇2排放通量季节动态?图3为20-132014研究期间华北夏玉米冬小麦轮作系统下不同施肥措施的农田±壌C〇2排放通量的基本趋势。可W看出,不同施肥措施止壌呼吸速率的季节变化规律基一本致,呈多峰曲线,夏玉米季农田±嚷呼吸速率明显髙于冬小麦季。在夏玉米季,±壤呼吸速率在夏玉米播种(2013年6月17日)后整体表现为波折上升,至大卿趴口期达到周年峰值,之后开始回落。在冬小麦季,±壤呼吸速率在播种(2013年10月4日)会出现峰值,之后有下降的趋势,在越冬期达到周年最低,在返青期(3月)又开始回升,在拔节期和灌浆期各处理的王壤呼吸速率出现峰值,成熟期又有小幅下降。农田管理措施会影响农田±壤呼吸速率。施鹏播种(如夏玉米在2013年6月17曰施肥播种,冬小麦在2013年10月4日)和追肥灌水(夏玉米在大咖趴口期2013年8月1日追肥灌水,冬小麦在拔节期2014年3月31日)后都出现了王壤呼吸峰值。从周-13- 理C、、、C、CN口年来看,处〇N〇C〇NCNN止壤呼吸速率峰值出现在夏玉米大卿Ai02i222口期(2013年8月9日,夏玉米追肥之后的第8天),分别为229.5、214.3、215.3、273.7、-2-i<CN<C256.2mgCmh,大小顺序为C0N10N2<C00<C2N2机;在大卿趴口期的未施用有机肥处理(C〇N〇、CoNi、C0N2)间,追施氮肥多的处理±壌呼吸速率峰值反而更小,送表明氮并不是促使±壌呼吸出现排放峰的主要激发因子。在大刚趴口期之后,各处理的农田±壤(:〇2排放通量均出现下滑,在气温较低的冬小麦越冬期内(2013年11月26--2i—2日至2014年2月17日)出现谷值,分别为C〇N〇(3.0mgCmh)、C〇Ni(5.7mgCm.--i-2-i2i-2-ih)、C0N2(6.1mgCmh)、C1N2(6.7mgCmh)、C2N2(4.4mgCmh),大小顺序为C〇N〇<C2N2<C〇Ni<C〇N2<CilSf2。表4不同处理不同时期±读呼吸速率-2-iTabrrurree.-le4Thesoilrespirationateundediferenttreatsindingdifentpriods(mgCmli)It期DateC〇N〇C〇NiC0N2C1N2C2N2夏玉米73.8be67.6c72.8be89.2a80.2b冬小麦26.7b28.8b30.8ab扣.8a30.3化周年42.5be41.8c44.8be52.3a47b一:0(LD,P<005)注同行不同小写宇母表示差异性达.05显著水平S.Notetr;MeanswithinherofllbthdiffeentsmalllettersaresinificantldifferentahesamewoowedyettgyPcO05evelLSD.l()--14 300-CN;;;I;〇〇;;;-200II谭茲皆齡〇_^ ̄ ̄CN300-^〇,II丄;I^!200-1;1一扭看:;一_"300-A111i;Ir^200-1育I1。泰f;;巧;300-化丄ii丄i;iI;!8200-II ̄ ̄300-1化iri;Iiir2。。-1I…〇蛋。沪。_IIII1III1!I2013/6/12013/9/12013/12/12014/3/12014/6/1玉米生育期小麦生育期ThegrowthofmaiseThegrowthofwheat-图32013/62014化夏玉米-冬小麦轮作体系下各处理CX)2排放通量的动态变化Fiig.3VariatonofC〇2und巧diferenttreatsfrom2013/6化2014/6注:实线箭头表示施祀与灌规事件,虛线箭头表示灌概事件。下同。Note:Solidarrowsmeannitrogenapplicationandirrigation,dottedarrowsmeanirrigation.Sameasbelow.--15 ‘2'l ̄m夏玉米季各处理止壤呼吸速率(WC计)介于67.689.2mCmh,C〇N(67.6gig—-----2-i2i2i2Cmh)、C0N2(72.8mgCmh)、C1N2(89.2mgCmh)、C2N2(80.2mgCm--2—ii00--、h)相比C〇N〇(73.8mCmh)8.4%、1.4/0、20.9/08.7%,处理C〇Ng分别增长i.最小,处理C化最大。施用有机肥的处理要高于未施用有机肥处理,其中处理C892iN2(-2-i<mGmh)显著大于其它各处理(0.05)。gp-2-i ̄mhC冬小麦季各处理王壤呼吸速率(WC计)介于%.733.8gCm,处理〇Ni、0、、C2N2、1%、1.%。处理CNCN〇相比C〇N〇.9/05.0%,26.635〇最低,021化分别增长7〇处理CN的最高。。施用有机肥的处理高于未施用有机肥处理未施有机肥处理的±壤i2>0呼吸速率未表现出显著性差异(P.05),施用有机肥处理间±壤呼吸速率也未表现出显著性差异(口>化〇5)。整体上看,,农田±壤呼吸速率在气媪较高的夏玉米季要髙于气温较低的冬小麦季在本研究中,处理C〇N〇、C〇Ni、C0N2、CiN2、C2N2的农田±壤呼吸速率在冬小麦季分、、、、.。别是其夏玉米季的72.7%85.0%85.7%76.9%783%-2-i ̄’m’各处理年均王壤呼吸速率(WC计)介于41.852.3mh,在周年尺度上看,g—2---im2i理h.h.6%CN44.8处理C〇N.8mCm)相比C〇N〇(425Cm)减小1,处2(i(41gg0---2--2-ii2imCmh)、CiN2(52.3mgCmh)、C2N2(47mgCmh)相比C〇N〇(42.5mgg-2-i〇〇〇<CCmh5、1.N)増力日.6/〇、23.1/〇06/〇,各处理年均±壤呼吸速率大小顺序为C〇Ni〇〇<<<C0N2C2N2C化,处理C〇Ni最低,处理C〇Ni最高。施用有机肥处理(Cl化、C2N2)高于未施用有机肥处理(C〇N〇、C〇Ni、C0N2),年均±壤呼吸速率在未施用有机肥处理CN〇、C〇Ni、C0N2之间未表现出显著性差异(>〇.〇5),而在施用有机肥处理〇1风、〇pC2N2之间高量有机肥处理CiN2年均±嚷呼吸速率显著大于低量有机肥处理C2N2(<0.05)。p3丄2C〇2排放速率和±读温度的关系Kt=.采用用指数函数(Rsae,式中Rs代表农田±壤呼吸速率,t为农田±壤5〇11地、),ak是回归系数常数拟合各处理C〇N〇、C〇Ni、〇化、CiN2、C2N2的农田±壤呼温)吸速率与对应的5cm地温之间的关系(如图4),表明各处理±壤呼吸速率与对应的5cm2地温呈极显著相关(PO.Ol),其R介于0.490至0.558之间,其中处理C〇Ni最大,处ki0一=理C0N2最小。由Qioe。可见地湿是影响不同处理农田±壤呼吸速率的重要因子之计算得到处理C〇N〇、C0N1、C0N2、C1N2、C2N2的±壤呼吸敏感系数Q10(地温每升商‘10C的情况下±壤呼吸速率较之原来増大的倍数)为2.00、1.82、1.76、1.78、1.83,在N,各个处理中,处理Coo的±壌呼吸速率对地温最为敏感处理C0N2的止壤呼吸速率对地湿最不敏感。-化- -300|。脆CN9e〇〇州。200-2r=〇.55So^口=n71p<0.010〇0.300D'M9hCN=y17.0e〇i°200-2=〇r490〇〇n=71tx0.01户。r:一300MWxCN18.化I广q;°-2200r=g〇.5i〇。。二7<0n1p.01g知疏5〇00—石o300 ̄鄰〇CNMW2、=’;臭y21.5e。200-2。r^).547髮。=<〇n71〇lP.-100。餓〇。。300。〇'MihC8.8e1巧200-〇0?補7n=7<1p0.011nnIIIIIIII-505101520253035Soilei)erature?i壤温度t巧()图4不同处理±壤温度和±壤呼吸速率的关系Fig.4Relatio口shipbetweenso。temperatureandso。respiratio打ra化underdiferenttreatments3.1.3C〇2排放速率与±壤水分的关系为了描述C〇2排放速率与±壤水分么间的关系,学者们采用了线性模型、二次方程等方法进行拟合。在本试验中选用线性模型进行拟合2013年6月至2014年6月华北农田±壤呼吸速率与±壤体砍水分的关系的效果较好。--17 =-CN82.72.5化200—y〇〇2r=0.089n=>290.051八八p-O1000〇〇uq2〇〇厅巧n。〇。。。〇〇-。0ct>〇=-85.13.39x200-yW2A=r〇.178—=29<00.05p100-。O。0n ̄ ̄賓0_5b=-85.82.78x著2〇〇_y^R=0c.200=<01129.05P1100-。。go。昔-^cPS?。。0-';B03-CN.63.81x-户蛛200jj2增民=0.1%。=29<00宝凸.霞…禱n-p〇畫。=-yl15.84.83x^^2QQ_222民=01.37=<0112905.-p0100〇〇口0^-—5—°rr〇〇〇^ ̄?〇0\IIIII1510152025王攘体积水分含量Soilvolumtricmoisturecontent%^)图5不同处理±壤体积水分和十.壤呼吸速率的关系巧艮eatg.5lionshibetweenso。volumetricerconpwattentandso。resirationrateunderp出ferenttreatments从图5可W看出,除C〇N〇±壤呼吸速率与±壤体积水分没有表现出显著性的负相关外(P>0.05),其它各处理的±壤呼吸速率与±壤体积水分之间均表现出了显著的负--18 相关(P<0.05)。即在体积含水量在5%至兴%的范围内,农田±壤呼吸速率随着±壤体积含水量的増加而减小。3丄4作物产量和农田巧平衡-i-593 ̄各处理夏玉米产量和冬小麦产量分别在4.47671.7kha7429g之间和6116.2.3-khi<C<Cga之间,大小顺序分别为C〇N〇<C〇化<C0N12N21N2和C〇N〇<C〇Ni<CN2〇<CN<CN。22i2夏玉米产量在不施用有机肥的处理(C〇N〇、C0N2、C〇N)i间大小顺序为C〇N〇(4593.4--i<Ci-ikgha)0N2(7088.4kgha)<C〇Ni(7166.7kha),即,随着氮的用量増加,g夏玉米的产量在增加。处理C0N2、C〇Ni的夏玉米产量与处理C〇N〇相比,分别増长56%、54.3%。,并达到显著性差异不施用有机肥的处理(C〇N〇、C0N2、C〇N)的冬小i麦产量--i<Ci<C-ikha大小顺序为C〇N〇(6166.2)〇N(6924.3kha)N290.4ka。gi02(7)ggh处理〇C0N2、C〇Ni的冬小麦产量与处理C〇N〇相比,分别増长19.2%、13.2/〇,并达到显-i著性差异,而冬小麦产量,施用较多氮的处理C〇N.3kha)i(6924g是C0N2(7290.4kg^iha)的95%。这说明施氮提高了冬小麦的产量,但是随着氮的増加的同时冬小麦的产量没有随之增加,送说明,处理C0N2施氮的水平已经可W满足冬小麦对氮的需求,而过量氮的施用可能导致冬小麦的减产。有机肥的施用可W提高作物的产量,这在本研究中有所体现一。在氮水平定的情况下,有机氮用量的増加提高了作物的产量。氮水平相同的处理(〇)化、C2N2、C)间,、C)l化配施有机肥处理(C2N2l化的夏玉米和冬小麦产量都要高于未施用有机肥的处理(C0N2)。即使和氮水平较高的处理(CoNi)相比,处理(CiN2)的夏玉米和冬小麦产量分别增长了7%和7.2%,处理C2N2的夏玉米和冬小麦产量分别增长一5.7%和5.6%。即在氮水平定的条件下,添加碳(施用有机肥)对夏玉米和冬小麦有增产的效果。各处理的±壌呼吸释放碳总量在夏玉米季和冬小麦季分别介于?261978.910.5kg-i-i-iha之间和 ̄1558.91971.3kgha之间,大小顺序分别为C〇N,(1978.9kgha)<C0N2————ii<C<Cii(2132.3kha)〇NG159.7kha)N2349.4kha)<g〇g22(gCiN2(2610.5kgha)—-ii—和a<C<Ci<CC〇N〇(1558.9kgh)〇Ni(1681.0kgha)2N2(1764.4kgha)0N2(1793.5-i<-ikgha)CiN2(1971.3kgha)。夏玉米季±壌呼吸释放碳总量,常规施氮处理C〇Ni施氮处理C〇N〇的91>和优化施氮处理CN2分别是未.6%和S8.7%0,在不施用有机肥条件下,施氮降低了夏玉米季±壤呼吸释放碳总量,但不显著;低量有机肥处理C2N2和髙量有机肥处理QN2分别是优化施氮处理C0N2的110.2%和122.4%,高量有机肥处理Ci化显著大于优化施氮处理C0N2,即相同的氮水平下,添加碳促进了夏玉米的±壤呼吸释放碳总量。冬小麦季±壤呼吸释放碳总量规施氮处理C〇N,常i和优化施氮处理C0N2分-巧- 别是未施氮处理C〇N〇的107.8%和115.0%,不施用有机肥条件下,施氮促进了冬小麦季-hi农田±壌C〇2排放,而氮水平在300kga的处理C〇Ni的C〇2排放量低于氮水平在200‘ki一gha的处理C0N2,在低湿的冬小麦季施氮在定程度上促进了农田±嚷C〇2排放,但是当随着氮水平升高,冬小麦季农田±壤<:〇2排放随之降低,但仍高于不施氮处理;低量有机肥处理C2N2和商量有机肥处理QN2分别是优化施氮处理C0N2的98.4%和109.9%,差异不显著,相同的氮水平下,添加碳对王壤呼吸的影响的较为微弱。各处理的±壤呼吸释放碳总量表现为夏玉米季大于冬小麦,施用有机肥处理的±壤呼吸释放碳总量要离于未施有机肥处理。且CiN2处理±壤呼吸释放碳总量在夏玉米季及周年尺度上显著大于其它处理(PO.05)。各处理的夏玉米季农田系统净碳输入和冬小麦季农田系统的净碳输入分别在——11? ̄.68693kha/khaN<35291.之间和583870637之间,大小顺序分别为C0N0<Cgg02C〇Ni<CiN2<C2N2和C〇N〇<C〇Ni<C〇N2<Ci]Sf2<C2N2。施用有机肥处理(C1N2、C2N2)的碳汇输入大于不施有机肥处理。-20- 表520-132014夏玉米冬小麦轮作农田系统巧平衡Tab-le5Thecarbonbalanceinmaizewheatrotationfarmlandfrom2013化2014ItemDateC〇N〇C〇NiCpNzC1N2C2N2产量夏玉米4593.4b7166.7a7088.4a7671.7a7575.8a*/(kgha)6116.2b6924.3a72904a7429.3a73106a冬小麦..^10709.6b14091a14378.8a15101a14886.4a ̄浄初级生产夏玉米11483.6b17916.7a17721a19179.3a18939.4a力冬小麦15290.4b17310.6a18226a18573.2a化276.5a-i/(kgha)周年26774b35227.3a35947a37752.5a37215.9a净初级生产夏玉米5397.3b8420.8a8328.9a9014.3a8901.5a力冬小麦7186.5b81%a8566.2a8729.4a8590a固碳量周年12583.8b16556.8a16895.1a17743/7a17491.5a—i/(kgha)王壤呼吸释夏玉米2159.7be1978.9c2132.3be2610.5a2349.4b放碳(Rs)冬小麦1558.9b1681b1793.5化1971.3a1764.4化—1/(kgha)周年37化.6be%59.9c3%5乂be4581.8a41化8b异养呼吸释夏玉米1868.2bc1711.8c1844.4be2258.1a2032.2b放碳(Rm)冬小麦1348.5b1454.1b1551.3化1705.2a1526.3泌-i/(kgha)32339周年16.7be3165.9c5.7be3963.3a扣58.5b农田系统的夏玉米3529.1b6709.1a6484.4a6756.2a6869.3a净巧输入冬小麦如38b6681.9化7014.9a7024.2a7063/7a-i/(kha)g周年9367.1b13391a13499.3a13780.4a13933a一注:同巧不同小写字母表示差异性达0.05显著水平(li^Note:MeanswithinthesamerowfollowedbythediferentsmallletersaresignificantlydiferentattheP<0.05levelLSD()3.2不同施肥指施农田上壤N2O排放3.2.1N20排放通量季节动态在研究期间(2013年6月至2014年6月)华北农田止壤N20排放情况如围6所示,播种施肥、追肥、灌水都会促进N20的排放。-2-Ni8.5uh在本研究期间,未施氮处理C〇〇的化0排放通量的平均为1gNm,变化—2——2—11 ̄24范围为1.31.0ugNmh,共有3个化0排放脉冲,分别为241.9ugNmh(2013-2-i年7月21日)、188.7ugNmh(2013年10月10日冬小麦播种后第6天,灌概后第1-2-i天)、50.6uh(20144月2日2天)。处理CNgNm年,冬小麦灌水后第〇总的化0〇累积排放量中34.2%由N20排放脉冲贡献。1常规施氮处理C〇Ni的整个研究期间N20排放通量平均为34ugNnf屯,变化范围-2---i2i ̄uh.7uNm(2013年8为1.3517Nmh,出3个N0排放脉冲,分别为295g现2g-2-i、、uh10月4日,夏玉米追肥灌水后第3天)517gNm(2013年月10日,冬小麦播-2-1 1、u种施肥后第6天,灌概后第1天)199.2gNnT古(2014年4月2日,冬小麦追肥灌水后第2天)。在整个研究期间处理C〇Ni总的化〇累积排放量中39.2%由N20排放脉冲贡献。C130uNnr也〇优化施氮处理0N2的整个研究期间的N20排放通量平均为g,风排-2-^i放通量变化范围为1.7J96.2h,3N0排202.5uugNm出现个2放排放脉冲,分别为g--'2iNm%(2013年8月5日,夏玉米追祀、灌水后第4天)、496.2ugNmh(2013年—2—110月10日、172.6uNmh(20144,冬小麦播种施肥后第6天,灌概后第1天)g年月2日)。,冬小麦追肥灌水后第2天在整个研究期间该处理的由于各N20排放脉冲产生N20累积排放量约占总的化0累积排放量的38.3%。处理C,,iN2是施用有机肥而未施用化肥氮的处理其氮总量同优化施氮处理C0N2一所不同的是有机氮伴随有机肥作为基肥在夏玉米、冬小麦播种前次施入。该处理的i0排放通量在整个研究期间的平均值为23.3uNm气fN2g,N20排放通量变化范围为—2‘i一2 ̄理在整个研究期间仅有.1277.3uNmh〇g,该处次明显的化排放脉冲出现,为-2-i277.3ugNmh(2013年10月10日,冬小麦播种施肥后第6天,灌概后第1天)。在整个研究期间,处理C2N2是所有处理中N20排放脉冲次数最少的,其因N20排放脉冲产生N20累积排放量约占其总的N20累积排放量的15.6%,这要远低于其它各处理。处理C2N2是有机氮无机氮各1/2配施的处理,其氮水平同处理C0N2。有机氮伴随一有机肥作为基肥在夏玉米、冬小麦播种前次施入、,无机氮的2作作为基肥在夏玉米冬小麦播种前一次施入,3成作为追肥在夏玉米、冬小麦追肥时期施入。处理C2N2的2’i?34.6uNnrh.8化〇排放通量在研究期间的平均值为g,N20排放通量变化范围为1603.3ugN,该处理在整个研究期间有5次风0排放脉冲出现,分别为165.9ugN------2i2i2imh(2013年6月19日)、131.1ugNmh(2013年7月17日)、147.5ugNmh-2-i(2013年8月4日,夏玉米追肥、灌水后第3天)、603.3ugNmh(2013年10月104—1日,冬小麦播种施肥后第6天,灌概后第1天)、112.9ugNmh(2014年4月2日,冬小麦追肥灌水后第2天),其中最大的N20排放脉冲出现在冬小麦播种施肥后第6天,2013年10月10日。处理C2N2在整个研究期间产生的N20排放脉冲次数相较其它处理是最多的,因N20排放脉冲产生N20累积排放量约占处理C2N2总的N20累积排放量的44.1%,这要大于其它处理。综合来看一,般华北农田在播种追施服和灌水后都会出现N20排放脉冲,而当施肥和灌水事件同时发生的时候,N20排放脉冲的排放脉冲会更大,这在本研究中有所体现,如2013年10月10日(冬小麦播种施肥后第6天,灌概后第1天)各处理的风0排放脉冲都有出现,其中在当天施肥和灌水的处理C〇Ni、C0N2、C2N2的化0排放脉冲分别为-22- —2—i517、496.2、603.3uNmhg,要远高于同天只进行灌水的处理C〇N〇的化O排放脉 ̄-'?>''?800II[C尸、NT〇〇;;;^;;;600-II-400:下I200-II ̄TTTr—■—言干nIT■^wTTIQtT正^正H中嘘中胃—^Niii^〇.;Ir600-V-400-jij2章:;一^8。。-21ii;i卻!Ir600-Vi這|〇400-I咖200-jI走-^0>尔)?0 ̄>ir0>〇巧》々中?0曲化?q?本(D/fega0)化a?巧—璧"誦-!iiCRIT嚴[jI-600-gI400-i|200-i^了_。1Ii11???宙(|w01面1am(J0(Ptp ̄ ̄800-ii;Irj-600;j-400i.2。;: ̄*IIIIrIiIIIII2013/6/12013/9/12013/12/12014/3/12014/6/1玉米生育朔小麦生育期TherowinormaiseTherowthoftggwhea-凶62013/62014化夏玉米-冬小麦轮作体系下各处理N2O排放诞量的动态变化F.ationofndig6VariN2Ouerdiferenttreatsinsummermaizeandwnerwhearoitttationfrom2013化化2014/6-23- ‘2———121冲188.7ugNmh、Cl化的N20排放脉冲277.3ugNmh。而在2013年8月4日(夏玉米追肥、灌水后第3天),C〇N〇、CoN、CN、C化、C2N2的化〇排放脉冲分别为i02l-2-i124.61、295.69、80.37、18.84、147.54uNmhg,同样可W看到在灌水当日,追施氮肥的处理C〇Ni、C0N2、C2N2的N20排放脉冲高于未追施氮的处理(C〇N〇、CiN2)N20排放脉冲。在2013年12月14号(冬小麦越冬期)和2014年5月14号(冬小麦灌浆期)的灌水事件后,没有观测到N20排放脉冲,原因是2013年12月14号当天较低的日平均’-C204气温2对贿化细菌的数量及活性产生了消极影响;而1年5月14号当天的平均气温为’硝化细菌的数量和活性产生较大的限制作用18.3C,此时的气温不会对,但在灌水后各处理都没有出现N一20排放脉冲,这说明如果没有适宜的气湿、氮的驱动,单的灌N0排放。水事件不会导致2脉冲的出现3.2.2N20排放通量与日平均气温、地温(5cm)和±读水分的关系农田±壤化〇的排放通量受当天日平均气温、±壤湿度、±壤水分含量等因素的影响。在本研究中发现,各个处理的N20排放通量同当天的日平均气温表现出显著性的正< ̄相关性(P0.05)24..4%。,日平均气湿能够解释当天N20排放通量的127除不施氮处理C〇N〇的±壤温度与N20排放通量显著正相关外,其它处理的N20排放通量与±壤温度没有表现出显著性相关(P>〇.〇5)。除处理C〇N〇、C2N2外,其它各处理的N20排放通量与农田±壤表层(10cm)体积水分具有显著的正相关(P<0.05)。将各处理的N2O的排放通量综合起来,与日平均气温、地温(5cm)和王壤表层(lOcm)体积水分进行相关性分析后发现,农田N20的排放通量与气温、±壤温度呈现出极显著的正相关性(PcO.Ol),与±壤表层10cm)(体积水分呈现出显著的正相关性(P<0.05)。表6N2O排放通量与日平均气温、地温(5cm)和±巧水分的相关系数Table6CorrelationforN2Ofluxesanddailymeanairtemperature,soiltemperatureandsoilmoisture^子C〇N〇CpNiC0N2C1N2C2N2各处理 ̄*******气温0.2700.2690.2740.2410.2500.248***0.2520.22502160.2020.1%0.208±壤温度.±壤水分****0.1170.3520.2470.21400.155^*<0**注.05,.01。!表示p表示p<0***Note:denotesP<0.05denotesP<0.01,3..23化O累积排放量及排放系数氮的施用是激发N20排放脉冲出现的重要因子。研究期间,各个处理因N20排放脉冲产生N一20的累积排放量在其总的N20累积排放量中都占有定的比例。在本研究中得到氮肥的施用对N20的累积排放量具有促进作用。施无机氮处理(C〇N〇、〇)化、-24- C〇Ni)的夏玉米季和冬小麦季的化0的累积排放量大小顺序均为C〇N〇<C〇N2<C〇Ni,随着无机氮的増加,N2O的累积排放量增大,处理CN和CN较处理C〇N〇的N2O的02〇i累积排放量,夏玉米季分别增长25.9%和40.6%,冬小麦季分别増长82.3%和103.6%,周年尺度上分别増长53.7%和71.7%。在各个处理的夏玉米季N20的累棋排放量大小顺序为C0N0<C1N2<C0N2<C2N2<C0N1。各个处理间N20的累积排放量在夏玉米季都没-i-N有表现出显著性差异,其最小和最大的处理是分别是C〇N〇(0.657kN2〇Nha)和C〇g,胃1-N(0.924kg化0ha)。在冬小麦季和W及周年尺度上,各处理的N2O的累积排放量大小顺序为C0N0<C1N2<C0N2<C0N1<〇2化,其中处理C〇Ni、C2N2与不施氮处理C〇N〇的差异达到显著性水平,并且处理C2N2的N2O的累积排放量最大,夏玉米季、冬小麦季和周年尺度上处理C2N2较处理Q化分别増长19.7%、49.2%、35.7%。说明华北农田氮肥的施用对N20的累积排放量有促进作用,而在有机氮和无机氮配施的情况下这种促进作用更为明显。表7不同处理N0累巧排放量及排放系数2Table7CumulativeN2OemissionsandemissionfactorsunderdiflFerenttreatments ̄ ̄_处理编号夏玉米季冬小麦季周年TreatmentN2O累积排成0排放系化0累积排吨0排放系NO累积排化0排放系2codes放量数放量数放量数---N(kgNzON(%)(kgNzON(%)kgNzO(%)(^^C〇N〇0.657a0.644b1.301bCNi0.924a0.12a1.311a0.22a2.234a0.18a〇CN20.827aO.lla1.174化0.26a1.999化0.20a0C1N20.760a0.07a0.896化0.13a1.656ab0.10aCN0.910a0.17a1.337a0.35a2.247a0.27a22注:同列不同的小写字母表示处理间差异达到显著性水平(LSD,P<0.05)Note:Diferentsmallletersinthesamecolumnmeansinificant出ferencebetweentreatmentsat化egP<0.05levelLSD()为了更加形象描述氮肥施用量和农田±壤?2〇的累积排放量之间的关系,可W分析0-各个处理的N2排放系数。化0排放系数,即单位质量氮的施用引起的N20N的累积。0排排放量N2放系数的计算公式为,—处风。EF=X100%Ni-i-上式中,AEi是i处理的N2O的累积排放量(单位kN2ONha);AEi、AE是分g〇-iN〇-Nha)EFEmisson别是i处理和无氮处理(C〇N〇)的N20的累积排放量(单位kg2;,N-ifactorONiNha)。,是2排放系数;处理中氮的施用量(单位ki是g-25- 可根据化0排放系数的计算公式的到在本研究期间处理C〇Ni、C0N2、Cl化、C2N2在夏玉米季、冬小麦季、W及周年内N20排放系数(如表7)。处理C〇Ni、C0N2、Cl化、C2N2的化0排放系数在夏玉米季和冬小麦季分别介于〇0 ̄ ̄.07%0.17%之间与0.13/〇0.35%之间,化0排放系数在处理之间没有显著性差异,大小顺序分别为QN2(0.07%)<C0N2(0.11%)<C〇Ni(0.12%)<C2N2(0.17%)和CiN2<C0(0.13%)〇Ni(O.22/0)<C0N2(0.26%)<C2N2(0.35%)。而在整个研究期间,处理C〇N、C、C、C00 ̄NN2的N.i02l化22排放系数介于10%0.27%之间理间无显,在处〇〇著性差异<C〇,大小顺序为CN(0.10/〇)<CN0.18%i2〇i()0N2(0.20/〇)CC2N2(0.27/〇)。3.3不同施肥措施农田上壤CH吸收43.3.1农田±壤014吸收季节动态在研究期间(2013年6月至2014年6月)华北农田±壤甲院通量如图7所示,播种施肥、追肥、灌水都会促进甲焼吸收。在整体上来看,2013年6月至2014年6月的大多数时期内,华北农田王壌都表现出对甲烧的弱吸收作用,即华北农田王壤CH4的通量在周年内整体上表现为负值。处理C〇N〇、C〇Ni、£〇化、CiN2、C2N2的CH4通量(通量为正,表示农田王壤向大气中的排放CH4速率;通量为负,表示农田±壤从大气中的吸收CH4的速率)在整个研究期间平-2-i一-----均值分别为13.4、10、9、4.8、5.5uCmhg,施氮在定程度上抑制了农田±壤对CH4的吸收。在不施用有机肥的情况下,随着氮水平的提高,氮对农田±壤吸收CH4抑制作巧并没有表现出增强的趋势,相反有减弱的迹象。在整个研究期间未施用有机氮处-理C2-i〇N〇、C〇N、CN农田王壌对CH4的吸收强度大小顺序为C<i020N2(9ugCmh)'Z'iiC一N(lOuCmh)<uf〇iCN(13.4Cm、)。在氮水平g〇〇g定的情况下,配施有机肥也能抑制农田±壤对CH4的吸收,随着有机肥施用量的増加,农田±壌对CH4的吸收在减弱,在本研究期间,农田±壌对CH4的吸收强度在施用有机肥处理间大小顺序为-2-i-2-C<CiN4.8uCmhi2(g)2N2(5.5ugCmh)。配施有机肥的处理的CH4吸收强度要弱于不施有机肥的处理。在整个研究期间,处理C〇N〇、CoNi、句化、Cl化、C2N2的--2—i- ̄ ̄CH通量变化范围分别为mh、-1- ̄4.210.6ugCm64.251.4umV、5954uCgCg''--m%.--48.749uCm%>52.742.8u〇ggC-26- 'n*n^XT''IIIICII1I〇N。00-^I古令令令100丄--1001丄; ̄ ̄中 ̄ ̄ ̄C内-^[I;丄;Ir100i--11IQQI ̄一_一—T。丄端;Ir苗100i'w*I’--g100I ̄— ̄c化I-i;;ii;r100\--100i ̄〔2ii丄Ir100i气-0一到-IIT量^,巧,?…玉^-丄-100IIIIIIII1IIIIII2013/6/12013/9/12013/12//3//1201412014/61玉米生育期小麦生育期TherowthofmaiseTherowthofwheatgg图72013/6-2014化夏玉米-冬小麦轮作体系下各处理CH4排放通量的动态变化F打Hundererentreasnsummermazeandwnerwheaig.7VariatioofC4difttiiittrotationfrom2013化化2014/6-27- 3.3.2CH4排放通量与日平均气温、地温(5cm)和±填水分的关系表8CH4排放通量与日平均汽溫、地溫(5cm)和±镇水分的关系Table8CorrelationforCH4fluxesanddailymeanairtemperature,soiltemperatureandsoilmoistureC〇N〇C〇NiC0N2C1N2C2N2各处理**--0----气温0.029.18839.34600.0050.1760.1*----*0.0670.王壤温度成巧].2130.00901660.141**-0090-0---.17102350252045±壤水分.1£78...0?:表示<0注p.05。N*<0ote:denotesP.058田在整体上是CH的弱汇。可W看到,本研究中将CH的排放通量如表,华北农44与气温、王壤温度两个影响因子做相关性分析后认为,处理C〇N的CH4的排放通量与〇气温和±壤温度都表现出显著性负相关。,而在其它处理中并没有表现出任何相关性将CH4的排放通量与±壌水分做相关性分析后认为,CH4的排放通量与±壤水分表现出显著性负相关的处理是QN2和C2N2,而其它处理的CH4的排放通量与±壤水分并没有表现出显著性的负相关。将各处理的CH4的排放通量综合起来,处理C〇N〇、C〇Ni、C0N2、QN2、C2N2的CH4的排放通量与其对应的两个因子气温一、±壤温度均呈现出显著的负相关性,而与另外个因子±壤表层(10cm)体积水分则没有表现出显著性的负相关。3.3.3农田±读对CH4的吸收量表9不同处理CH4的累积吸收量Table9CumulativeCH4uptakesunderdifferenttreatments ̄处理编号夏玉米CH4累积吸收量冬小麦CH4累积吸收量周年CH4累积吸收量—^iTreaen-CTLtmt(kgCH4Cha)(kgOirCW)(khagrC)^N0.606a0.514a1.120a〇〇C〇Ni0.281a0.461a0.742aC0N20.417a0.386a0.802aC1N20.120a0.348a0.469aC2N20-161a0.302a0.464a注;同列不同的小写宇母表示处理间差异达到显著性水平(LSD,P<0.化)Note:DifferentsmalllettersinthesamecolumnmeansignificantdiferencebetweentreatmentsattheP<0.05levelLSD()-如表9,在夏玉米蛋各处理农田±壌CH4吸收量大小顺序为:QN2(0.120kgH4CC—--i11--N-ha)<C220.161kgCHCha)<CN(0.281kgCHCha)<CN0.417kgCHC(4〇i4〇2(4--iiha<C-)〇N〇(0.606kgCH4Cha)。农田±壤(:114吸收量最大的处理是C〇N〇,为0.606-i-ik--CHCha最小的处理是C.kCha。g4;iN2,为0120gCH4整体表现为有机肥的施用减小了农田±壤(:114吸收量,有化肥使用越多,农田±壤(:114吸收量就越小,而在只施--28 用化肥氮的情况下随着氮水平的提高,CH4吸收量随之减小。在夏玉米季,各处理间的农田±壤(:吐1吸收量在没有表现出显著性差异(p>0.05)。:11N-在冬小麦季:C.k,不同处理的农田±壤(4吸收量大小顺序为22(0302gCH4C---iiiha)<C-<C--^(0.348kCH4Cha)N0.3%kCHCha)<CN(046k.1HCig〇2(g4〇|gC4—-ii-ha)<C〇N〇(0.514kgCH4Cha)。±壤(:114吸收量整体上表现为,施用有机肥的处理C2N2、Cl化小于不施用有机肥的处理C〇Ni、C〇N〇、〇)化。农田±壌(:吐1吸收量最小-i和最大的处理分别是施用有机氮处理C2N2的0302kCH-ChC.g4a和未施氮处理〇N〇的-ik-ha化514gCH4C。各处理间的农田±壌CH4吸收量在冬小麦季没有表现出显著性差异(p>0.05)。在整个研究期间(2013年6月至2014年6月),不同处理的农田±壤(:114吸收量--ii--<C大小顺序为.<CN;C2N2(0464kgCH4Cha)i2(0.469kgCH4Cha)〇Ni(0.742—--iii--k<Ck<C-CHCha)N0.802CHCha)(1g402(g4〇N〇.口kgCH4Cha),处理C2N2’-ii-464kHCha)最小-。(0.gC4,处理C〇N〇(1.12kgCH4Cha)最大在周年内,各处理的农田±壤(:&吸收量同样没有表现出显著性差异(p>0.05)。3.4不同施肥拇施下农田温室气体排放在夏玉米、冬小麦生长过程中,农田生态系统都伴随着CH4吸收、N20释放和C〇2净吸收。不同农田生态系统结构及施肥措施的会导致这3种温室气体的净通量的变化。3.4.1夏玉米季农田温室气体排放强度依据20a尺度上的全球增温潜势(GWP)折算夏玉米季总的湿室气体排放的增温效果,如表10。表10夏玉米季总的温室气体排放Table10NetGHGemissioninwholesummermaizeperiod处理COsGWPCH4GWPN2OGWP总GWP单位产量-^^i!-TreatmenC〇(/( ̄//tEq2tha)EqC〇2kg/ha)EqC〇2(t/ha)(tha)GWP(kgkg)-CN---12.94a58.22a0.30a12.75a2.77a〇〇--CN24--.60b2702a0b3〇..42a24.14.36bi---CN23-.80b40.02a0.38a23.50b3.31b02----CN24:.70b11.%a0.35a24.46b3.19b12C-24---.80b150a0b2N2.5.41a24.423.22b百列不高的示写幸母表示处理间差异达到显著在水车(LSD,P<0.05)Note:DifferentsmalllettersinthesamecolumnmeansignificantdifferencebetweentreatmentsattheP<0.05levelLSD()夏玉米季农田生态系统对CO2表现为净汇的作用。不同施肥处理的CO2GWP为负值,农田生态系统C〇2的累积净通量对温室效应有减缓的作用。各个处理的C02GWP--29 大小顺序为C2N2<CiN2<C〇Ni<C〇N2<C〇N〇,C〇Ni、〇)化、Q化、C2N2的CO2GWP是C〇N〇的1.9、1.83、1.91、1.94倍。施氮处理(C〇Ni、C0N2、CiN2、C2化)的C02GWP。同不施氮处理(C〇N〇)达到显著性差异施氮的农田生态系统对温室效应有减缓的作用,其中减缓效应最大的是有机肥和化肥氮配施处理(C2N2)。夏玉米季农田是CH4的弱汇,不同施肥处理的C&GWP为负值,CH4的累积通量对温室效应也有减缓的作用。各个处理的C&GWP大小顺序为C0N0<C0N2<C0N1<C2N2<CiN2,各处理间C&GWP没显著差异性。处理C〇Ni、C〇N2、CiN2、C2N2的CEUGWP分别是处理C〇N〇的46%、69%、20%、27%。整体上看,夏玉米农田生态系统,不同施肥处理C&GWP对温室效应都有减缓的作用,C&GWP随着氮的施用量増加而増大,减缓温室效应的作用越来越弱,CILtGWP对温室效应减缓最强的是不施氮处理(C〇N〇),最弱的是只施用有机氛处理(C1N2)。夏玉米季农田是N20的弱源,因此,N20的累积通量对温室效应有增强作用。各个处理的NsOGWP大小顺序为C〇N〇<Ci]S[2<C〇N2<C2N2<C〇Ni,其中不施氮处理(C〇N〇)N2〇GWP最小,对温室效应的増强作用最小,常规施氮处理(C〇Ni)的N2〇gwpP>0最大较大。各处理间的N2OGWP没显著差异性(.05)。,施氮较多的处理的N2OGWp夏玉米季农田N2OGWP对温室效应的増温效应高于CH4GWP对温室效应的减缓作用,但是远低于CO2GWP对湿室效应的减缓作用,温室气体(C〇2、CH4、化0)的综合増温潜势表现为对温室效应的减缓作用。各个处理的总的増温潜势大小顺序为QN2<C2N2<C〇Ni<C〇N2<C〇N〇,总増温潜势最大和最小的处理分别是不施氮处理(C〇N〇)和只施用有机氮处理(CiN2)。各施氮处理间的总增温潜势无显著性差异,施氮处理的总増湿潜势与不施氮处理相比达到显著性差异(p<〇.〇5)。结合各处理的夏玉米巧粒产量和总的增温潜势,可W汁算出单位产量的増温潜势,各处理的夏玉米单位产量GWP大小顺序为C〇Ni<C〇N2<C2N2<CilSf2<C〇N〇,处理(C〇N)最小,处理CN最大。不施氯处理(CN的夏玉米单位产量GWP和各施i(〇〇)〇〇)氮处理(C〇Ni、C0N2、Cl化、C2N2)达到显著性差异(p<0.05)。各施氮处理(C〇Ni、C0N2、C2N2、C1N2)间的夏玉米单位产量GWP无显著性差异(p>0.05)。结合不同施肥处理的粮食产量关系,可W得到施用有机氮要比只施用无机氮更有利于实现夏玉米增产和减缓温室效应的双重目标。3.4.2冬小麦季农田温室气体排放强度依据20a尺度上的全球増温潜势(GWP)折算冬小麦季总的温室气体排放的增温效果,如表11。-30- 表11冬小麦季总的温室气体排巧Table11NetGHGemissioninwholewinterwheatperiod处理COjGWPCH4GWPN2OGWP总GWP单位产量- ̄1^^T---reatmentEqC〇2(t/ha)EqC〇2(kg/ha)EqC〇2ctlia)(tW)GWP(kg/kg)CN-2---〇〇1.21a49.31a0.30b20.97a3.43a---CN24-.74ab44.21a0.60a24.19b3.49a〇i---CN25-.93b37.01a0.巧化25.44b3.49a02C-25---N.80b33.43a0.41ab25.43b3.41a12----C2N225.49b29.02a0.61a24.92b3.41a<注:同列^同的小写字母表示处理间差异达到显著性水平(LSD,P0.05)Note:DifTerentsmalllettersinthesamecolumnmeansignificantdifferencebetweentreatmentsattheP<0.05levelLSD()冬小麦农田生态系统CO2的净通量为负,CO2GWP在各处理间表现为负也即对温室效应的减缓作用,各处理CO2GWP表现为;CiN2<C2N2<C〇N2<C〇Ni<C〇N〇,氮的施用増强了C〇2净累积通量对温室效应的减缓作用。施氮处理C0N2、C、CNi化22的CO2GWP和未施氮处理C〇N〇表现出显著性差异(p<0.05),CO2GWP在施氮处理间(C〇N、C0N2、CN、C2化)无显著性差异(p>0.05)。ii2冬小麦季的各处理CH4GWP都小于CO2GWP,CH4对温室效应的减缓贡献要大于C〇2。C&GWP在各处理间大小顺序为C〇N〇<C〇Ni<C〇N2<Ci&<C2N2,C&GWP最小和最大的处理分别是C〇N〇和C2N2。氮的施用减弱了CH4对温室效应的减缓作用。冬小麦季农田是N20弱源。各处理的N2OGWP为正,大小顺序为C〇N〇<CiN2<C〇N2<C〇Ni<C2化,最大的是处理C2N2,最小的是处理C〇N〇。施氮处理乂。化、C0N2、C〇Ni、C2N2)的N20GWP要大于不施氮处理(C〇N〇)。施氮处理C〇Ni、C0N2、Cl化、C2N2的N20GWP分别是未施氮处理C〇N〇的2.07、1.83、1.41、2.1倍。冬小麦季农田生态系统的CO2GWP和C&GWP的对温室效应的综合减缓作用要远大于N20GWP对温室效应増强作用3、N0)的综合湿室,种温室气体(C〇2、CH42效应表现为降低增温潜势的趋势。各处理的总GWP大小顺序为C0N2<C1N2<C2N2<C0N1<C〇N〇,施氮处理C〇Ni、C0N2、CiN2、C2N2的总GWP分别是未施氮处理C〇N〇的1.15、1.21、1.21、1.19倍。施氮对农田生态系统表现为温室效应的减缓作用。施氮处理间总GWP无显著性差异(p>0.05),各施氮处理与未施氮处理相比,总GWP达到显著性差异(p<0.05)。结合各处理的夏玉米巧粒产量和总的增温潜势,计算出冬小麦季各处理的单位产量GWP,大小顺序为C〇Ni<C〇N2<C〇N〇<CiN2<C2N2,各处理的单位产量GWP无显著性差异(>0.05)。处理C〇N、CN、C、C2N2的单位产量GWP分别是处理C〇N〇pi02化〇。〇的86/〇、74/〇、69%、64/〇。-3-1 考虑冬小麦产量重要性,可w认为,华北地区实现冬小麦高产与减缓温室效应的双重目标较好的施肥措施是只施用有机氮。3.4.3周年农田温室气体排放强度依据20a尺度上的全球増温潜势(GWP)折算周年尺度上总的湿室气体排放的增温效果,如表12。表12周年总的温室气体排放Table12NetGHGemissioninwholeyearILGWPNOGWP总GWP单位产量处理C02GWPCjs-i^^Tr---eatmentEqC〇2(t/ha)EqC〇2(kg/ha)EqC〇2(t/ha(t/ha)GWP(kg/kg)--0--C〇N〇34.20a107.53a.59b33.72a3.15a----C49.〇N.30b71.23a1.01a4833b3.43biCN-49--02.77b77.03a0.9Ub^8.94b3.40b-■-CN50-.60b44.99a0.75地49.89b3.30b12--C51--2N.31b44,52a1.02a49,34b3.31b2注:同列不同的小写字母表示处理间差异达到显著性水平(LSD05,PO.)Note:DifferentsmallletersinthesamecolumnmeansinificantdifferencebetweentreatmentsatthegPO.05levelLSD()可w看到,在周年尺度上3种温室气体(CO2、CH4、N20)中对温室效应的贡献最小的是N20,N20对对増温潜势增强效应要远远小于C〇2、CH4对増温潜势的减缓效应。各处理的CO2GWP大小顺序为C2^<Ci化<C〇N2<C〇Ni<C〇N〇,各施氮处理的COsGWP同未施氮处理C〇N〇达到显著性差异(p<0.05),施氯处理间的CO2GWP没有表现出显著性差异(p>0.05),施氮处理C〇Ni、〇)化、(:1化、C2N2的CO2GWP较未施氮处理C〇N〇増长43%、44%、47%、49%。周年尺度上各处理的C&GWP大小顺序为C〇N〇<C〇N2<C〇Ni<CiN2<C2N2,施氮多的处理C&GWP比较大,施用有机氮的处理的CH4GWP比大于只施用无机氮处理。C&GWP在不同的处理间没有显著性差异(p>0.05)。施氮处理C〇Ni、C0N2、CiN2、C2N2的CH4GWP分别是未施氮处理C〇N〇的66%、72%、42%、41%。周年尺度上各处理的N2OGWP大小顺序为C〇N〇<CilSf2<C〇N2<C〇Ni<C2N2,施氮处理的N2OGWP要大于未施氮处理,施氮处理C〇N、CN、C、CN的N2OGWPi02l化22分别是未施氮处理C〇N〇的1.71、1.54、1.27、1.73倍。施氮增加了温室气体化〇的增温潜載由于各处理的N2OGWP为正,因施氮而造成的N2OGWP对全球变暖有加剧的影响。周年尺度上,农田生态系统的CO2GWP和C&GWP都为负值,其对温室效应的减缓作用要远大于N2OGWP对温室效应的增强作用。在本研究中,周年尺度上CO2GWP ̄67和CH4GWP对湿室效应的减缓作用分别是NsOGWP对温室效应的増强作用的化6.4-32-  ̄。、、倍和0.0440.085倍因此,3种温室气体(C〇2CH4N20)总的増温潜势为对对温室效应的减缓作用。各处理总GWP大小顺序为CiN2<C2N2<C〇N2<C〇Ni<C〇N〇,施氮处理C〇Ni、C0N2、CiN2、C2N2的总GWP分别是未施氮处理C〇N〇的1.43、1.45、1.48、1.46倍。总GWP最小和最大的处理分别是CiN2和C〇N〇,施用有机氮处理(Cl化、C2N2)的总GWP小于只施用无机氮处理(C〇N〇、C0N2、C〇Ni)氮处理CNi、CN、C、;施〇02i化C2化间的总GWP没显著性差异(p>0.05),但同C〇N〇达到显著性差异(p<0.05)。周年单位产量GWP在各处理间大小顺序为C0N1<C0N2<C2N2<C1N2<C〇N〇。施氮减小了单位产量GWP。施用无机氮降低了单位产量GWP,处理C0N2与处理C〇Ni的单位产量GWP显著低于处理C〇N〇(p<0.05)。同无机氮相比,有机氮的施用增加了单位产量GWP,施用有机氮处理(CiN2、C2N2)的单位产量GWP大于只施用无机氮处理(C0N2、C〇Ni),而小于不施氮处理CN〇。单位产量GWP在施氮处理(CoN、〇i〇)化、CiN2、C2化)间无显著性差异(p>0.05)。同未施氮处理C〇N〇相比,施氮处理C〇Ni、C0N2、C1N2、C2N2的单位产量GWP分别是未施氮处理C〇N〇的0.64、0.66、0.48、0.48倍,并且施氮处理(C〇Ni、C0N2、CiN2、C2N2)的单位产量GWP均与未雄氮处理C〇N〇<〇5达到显著性差异(p.〇)。综合考虑-,施用有机氮是华北地区夏玉米冬小麦轮作种植制度下保障夏玉米和冬小麦的总产量和实现对温室效应的减缓作用的更好的施肥措施。4讨论4.1有机肥化肥配施对主壤呼吸速率及碳平衡的影响本研究表明,无机氮对农田±壤呼吸速率的影响在不同的时间尺度上表现不同,但不显著。不施有机肥的情况下,,较不施氮优化施氮减少了夏玉米季±壤呼吸速率,増加了冬小麦季±壤呼吸,而常规施氮的夏玉米季和冬小麦季±壤呼吸速率都要低于优化46t20施氮。而李银坤等堆该实验地11年研究结果认为无机氮的施用増加了玉米季的±壌呼吸速率。刘和明等认为华北平原冬小麦±壤呼吸速率随着施氮量的増加而增强。WSI氮的施用会増加作物地下根巧及分泌物,进而增大微生物的活动和数量,因而施氮增加农田的±壤呼吸速率。但是长期单施氮肥的农田±壌活性碳消耗较快,造成碳源降低,491:>PWC/N比下降,会限制±壤微生物量的増加。Ding等认为玉米季施氮处理的±壌呼一吸速率低于不施氮处理。而张庆忠等认为华北冬小麦夏玉米轮作农田在个轮作周期内施氮促进了±壌呼吸速率。因此可W认为,单施氮的初期会增加冬小麦和夏玉米生育一,而在定时期之后,王壤中的碳源降低期±壌呼吸速率,在±壌呼吸速率巧高的玉米生育期受到抑制,±壌呼吸速率较低的冬小麦生育期仍为促进,而在长期单施氮之后,-33- ±壌中的碳源会进一±壤呼吸速率较低的小麦生育期和较高的玉米生育期步降低,,±壌呼吸速率都会受到抑制。P23施用有机肥能够増加止壤中的有机质含量、根系生物量和微生物活性,改善农田53t3。±壌的理化和生物学性质,从而増加农田王壤呼吸速率在本实验条件下,夏玉米和冬小麦季的±壤呼吸速率,施用有机肥处理(CiN2、C2N2)的高于未施用有机肥处理,高量有机肥处理CiN2大于低量有机肥C2N2处理,夏玉米季达到显著性差异(P<0.05)。54[李焕春等堆内蒙古阴山马铃墓种植区采用的动态箱-红外C02分析法研究得到类似结论:施用有机爬>有机无机配施>化肥。本研究中施无机氮对±壌呼吸速率无显著影响,而全部施用有机氮时对农田±壤呼吸速率影响显著(P<0.05),送说明氮对±壤呼吸速率的影响依赖于±壤中的碳源水平,在全部施用有机肥补充了止壤的碳源,满足了±壤呼吸的需求,对±壤呼吸的影响显著,而不施用有机肥的±壤中的碳源较低,新鲜的有机物质较少,对止壤呼吸的影响不显著(p>0.05)。温度和水分是影响农田的止壤呼吸速率重要因子。在本研究中各个处理的±壤呼吸一fssf5 ̄的敏感系数介于1.752.02致气有研究认为o之间,同前人的研究结果基本,QiQioPSl受王壤温度的影响-。王小国等在四川丘陵区采用静态箱气相色谱法研究了不同±地、(利用方式(林地草地和轮作旱地)下±壤呼吸及其温度敏感性后认为,±壤的)1〇与温度存在显著负相关(p<0.05)。在本研究中,周年内不同处理间±壤表层(5cm)的平均温度和±壤呼吸的敏感系数Qio表现出显著的负相关(p<0.05),<51〇在±壌表层(5cm)的平均温度较大的处理(£〇化、Cl化、C2N2)中值较小,在±壤表层(5cm)的平均温度较小的处理(C〇N〇、CN)。至于有机肥的施用是否对±壌呼吸的01中值较大敏感系数产生影响、,仍需要在能够消除其他因子(±壤湿度植被落物质量)的实验条件下进行深入研究探讨。在本实验条件下,不同施肥处理的夏玉米季止壤呼吸C〇2累积排放量要高于冬小麦一致季,这和黄斌在华北地区的研究结果较为。而本研究中全年±壤呼吸C〇2累积排-i51[]37^放通量(18.64581k.8gCha),这低于张庆忠等等在该地区施用碱液吸收法的研—1-究结果(56507670kgCha),这可能是测定方法不同和实验田±壌的不同造成的结果。施肥增加±壤呼吸碳排放的同时通过增加作物生物量提商了生物固碳量,从而农田""P758’3P生态系统表现为碳汇作用,体现为对C〇2的净吸收。梁尧等哨E我国东北黑止区""的研究结果表明-玉米-,小麦大豆轮作体系下汇,农田生态系统表现为C〇2强度表现---i>i>大豆i为玉米(3.2tCha)小麦(1.6tCha)(0.5tCha)配施的,有机肥和化肥-34- ""C〇的汇的强度弱于化肥的均衡施用处理。在本研究中得到,农田生态系统表现为2--i""hi<冬小C〇2的汇,整体上表现为夏玉米(6.1tCa)麦(6.7tCha),夏玉米季和冬小麦季的施用有机氮处理碳汇效应都要高于不施用有机氮处理。这和梁尧的结果有些出入的原因可能是、、田间管理的不同W及气候条件的差异促成了施,耕作制度种植制度""一肥管理对农田生态系统汇的强度影响的结果的不致。4.2有机肥化肥配施对N0通量的影响2施肥、灌水等农业措施和温度、降水等气候因素都可影响到农田止壤N20的排放w[]<。在本研究中0排放通量同日平均气温表现出显著性的相关性(,各个处理的化p0.05),在研究期间,田间管理措施如灌概、追肥事件会激发N2O排放脉冲。有研究表W,明,本研究中得到在不施用有机,施肥对农田±壤化0的排放有明显的促进作用氮的处理(C〇N〇、C0N2、C〇Ni)中,化0的累积排放量随着无机氮水平的提高而増大,即C〇N〇<C〇N2<C〇Ni。而在等量施氮的处理(C0N2、C2N2、Cl化)间,N20的累积排放量大小顺序为CiN2<C〇N2<C2N2,这可能的解巧是,有机肥添加的有机质可W促进w〇的排放ti,微生物活促进反硝化作用,可W促进±壤中化因此有机肥和无机肥配施的情况下增大了王壤中N20的排放,送在许多研究中都已证明,且高于单施氮肥63646566[,,,],有,但同时又由于有机肥释放养分速率缓慢机肥中的有机碳能够固定止壤速;效氮并促进N20转化为N2的反硝化过程,在±壤中氮较少的情况下仅仅施用有机肥会减少N20的排放目前学者们对于农田N2O的排放系数研究结论差异较大。下洪认为茄子地的N2O的排放系数为8.6%。Cao等研究后得到白菜地N20的排放量占施氮量的t ̄ ̄的化0的排放系数为0气李1.10%0.25%.09%1.63%,同样是白菜地,有学者观测到一番茄种植体系内黄瓜季N0的银坤等认为日光温室黄瓜、番茄季和该体系轮作周期内2〇〇〇 ̄〇〇 ̄排放量占施氮量分别为0.28/^0.38/〇、0.27/〇0.49/〇和0.29/〇0.43。而在本研究中施氮? ̄〇各处理的化0的排放系数在夏玉米季7%.17%、、冬小麦季和周年内分别介于化〇 ̄ ̄。0...这是因为除时间、地.13%035%和010%027%,相比W上研究结果本结论值偏小域和气候因素外。,王壤特性、施肥也会造成N20的排放系数在不同研究结果中的差异在本研究中,单施氮肥的情况下,高氮水平处理的N20的排放系数低于低氮水平,在相同的氮水平下,有机氮无机氮配施处理N20的排放系数要高于单施氮肥和单施有机肥处理,微生物的活性,因此可认为±壤中有足够的氮源与碳源输入且碳氮比适宜的条件下tW0的排放系数得到增强,加剧±壤?2〇的排放,从而提高N2。--35 4.3有机肥化肥配施对CH4通量的影响±壌中微生物的活动可导致甲焼的产生与吸收。在厌氧条件下±壤中的有机质被甲烧菌分解而产生甲焼,同时好气条件下的止壤中的甲挽易被氧化菌氧化吸收。由于甲烧是在厌氧条件下产生,在好气条件下被氧化的,所化湿地水稻田被认为是甲烧的主要人72iwtlCHfw为源,而旱地农田王壤表现为4弱汇。在本研究中得到华北集约农田生态系统表现为CH4弱汇。研究期间只在不施氮处理中观测到了CH4吸收通量与气温、±壤湿度城显著性负相关,仅在施用有机化处理中观测±壤水分和CH4吸收的负相关性达到显著性水平,这说明旱田±壤对CH4吸收除了受水热因子影响外更受到施肥等其它因素的影响。水热因子对华北农田CH4吸收的影响机制需要深入研究并明确。有学者认为旱地±壤施肥对CH4的吸收有抑制作用在本研究中,华北农田王壤施氮对CH4的吸收有抑制作用,施用有机氮比无机氮増加了±壤CH4吸收的抑制作用,有机肥和无机肥配施对±壌〇14吸收的抑制作用大于其它处理。这是因为,施用有机肥増加了农田中全N的同时也增加了农田的全C:,而±壤吸收大气£&与±壤全N、全C间为负相关tW。4.4有机肥化肥配施对全球增湿潜势的影响目前,学者们在评价不同的农田生态系统的温室气体(C〇2、化0、CH4)排放对全球増温的影响时,往往只考虑生态系统中农田±壤的温室气体(C〇2、化0、CH4)排放,一重要的汇而忽略农田中作物对温室气体C〇2的光合固定吸收送。在仅仅考虑农田温室气体的排放,万云帆等认为华北平原冬小麦农田CH4的増温潜势占农田温室气体总增温潜势不到1%,可W忽略。在本研究综合考虑农田±壤温室气体的排放和作物对温室气体C〇2的光合固定吸收时,得到CH4占温室气体C〇2、化0、CH4)总増温潜势的比例在夏玉米季、冬小麦季远小于1%,因此可忽略玉米季、冬小麦季农田生态系;夏’i^78f ̄24 ̄统温室气体汇的强度分别为12.75.46tha和20.9725.44tha,送与展茗等哮虑了水稻植株对温室气体C〇的光合固定吸收这一重要的汇的条件下得到汇的强度2-i?13.5221.74tha较为接近。从周年尺度上来看,尽管施有机肥的湿室气体的总排放量P低于施用无大,但其粮食产量商,固碳量大,其GW机肥,低量有机肥GWP略低于离量有机肥。然而单施有机肥会造成当季作物的明亟减产,不是解决农业生产和保护生9’PSW态环境的办法和途径,而有机肥和化肥配施可提高氮的利用率和作物产量,因此有机肥和化肥配施可作为高产。、高效和具有良好生态环境效益的农田管理措施-36- 5结论本研究可得到W下结论:1、施氮显著提离了作物产量。有化氮的增产效果优于无机氮。优化施氮水平可W,常规施氮未必窩产。在周年尺度上N、满足夏玉米和冬小麦周年产量要求,施氮处理C〇i、〇、CN31.6%34.3.390%。CN22量分别化未施氮处理C〇N〇产、%、410%、.01化2产増2、各个处理的冬小麦季±壌呼吸速率小于夏玉米季,±壤呼吸速率受地湿和水分的影响。处理C〇N〇、C〇N、CN、C机、C2N在冬小麦季农田±壌呼吸速率分别是夏i022〇*玉米季的72/7%、85/〇、85.7%、76.9%、78.3%,周年上尺度上,止壌呼吸速率和地湿-(5cm)呈指数关系,各处理的o区间为1.762.00除处理C〇N外,其它各处理的止Qi!〇壌呼吸速率与主壌体积水分呈显著负相关?3-CH汇、华北夏玉米冬小麦农田生态系统是4的弱。CH4对总的温室效应的贡献基本可W忽略不计。-i ̄CH-4吸收当量为44.52107.巧kC〇2ha,远小于C〇在周年尺度上各处理的g巧2’i ̄的吸收量34.2051.31tha,因化在农田生态系统中,畑4对总的温室效应^贡献基本可W忽略不汁。4、氮的施用量的增加促进了N20的累积排放量的增加。在同样氮水平下,有机氮和无机氮配施増大了N20的累积排放量,而只施用有机氮减小了化0的累积排放量。周年尺度上,在同样的氮水平下,处理CiN2和C2N2的N20的累积排放量是处理C0N2的82.8%和112.4%。15、考虑到农田±壌的C〇2排放和作物对温室气体C〇2的光合固定吸收,华北农田生态系统是C〇2的汇。农田生态系统C〇2的净通量对温室效应有减缓作用。6、氮的施用降低了农田生态《统温室气体(C〇2、N20、CH4)总増温潜势。各施CO。氮处理的总GWP与未施氮处理C〇N〇达到极显著性差异(p.Ol)有机氮处理总増温潜势较低。有机祀配施化服是华北地区保障粮食产量兼顾生态环境效益的施祀搭施。-巧- 参考文献山IPCC.ClimateChane2013:ThePhysicalScienceBasisM.Contributi畑ofWorkinGroupI化theg[]gFourthAssessmentReportoftheIntergovernmentalPanelonClimateChange.Cambridge,UnitedKingdomandNewYork,NY,USA:CambridgeUniversityPress,2013.口IPCC.ClimateChange2014:Imacts,Adaptation,andVulnerabilityM.ContributionofWorking]p[]Group口化theFi地AssessmentReportof化eIntergovermnentalPanelonClimateCh抑ge.Cambridge,UnitedKindomndNYork,NY,USA:CbridUnirsitP,2014.gaewamgeveyress[3]MosierAR?HalvorsonAD,ReuleCA,etal.Netglobalwarmingpoteatialandgreenhousegasnnsitintrtrnr,rnafvnmentauaiteitynirrigaedcroppgsysemsinnoheasteColoadoJJouloEnirollity,[]Q1-2006,354巧41598.():?施肥对冬小麦±壤媪室排放的影响町生态环境学报4杨书忘严平,马友华,等,2010,197:[]()642-64511.5李成芳,曹凑贵,汪金平.不同耕作方式下稻田±壤(:114巧c〇的排放及碳收支估算m.农业[]2-环境科学学报,2009,2812:24822488.()6曾江海,下智平,张玉铭,等.小麦玉米轮作期±壤排放N20通及总量估算J.环境科学,1W5,[][]-161:3235.()7黄晶,,刘宏斌,等.长期不同施肥条件下红壤小麦和玉米季C02、N20排放特征阴.生[]张杨珠-态与农村环境学报,2011,27(4)713.;,削刘运通,李玉娥,万云帆等.不同氮磯肥施用对春玉米农田成0排放的影响饥.农业环境科-学学报,2011,30(7);14681475.例李晓密,伦小秀?施肥与不施肥措施下小麦田的C〇2、CH4、吨0排放日变化特征阴?生态环境-,.学报,201423(1);178182-0FanC,MoncriefJB.Anoentochamberformeasurisoilresi。pniratonandtheinfluenceof]gpgp-pressurediferenceonC〇2efluxmeasurement.FunctionalEcolo,1998,12:319325.口]gyangB,JiangY,Guo,l.ilritionndbil.。"WHetaSoespraaitsthreeoogicalrocessesJChineseJournalp[]-ofSoilScience,2011,42(巧:483490.12.王地利用和覆被变化对±壤碳库和碳循环的影响机王义祥,翁伯埼,黄毅斌.亚热带农业研[]-究5,.,2001口):445113DelwicheCC.DenitrificationandatmosphericNOM,Chichester:John\\^leyandSons,1981:[]2[]-151170.14XinGX.N2OemissionfromcrolandinChinaJ.NuteientCclinginAroecosstems,1998,[]g[]yypg522-/3249254.():,尹逊霄.。5张振贤。华塔,等农田±壤N20的发生机制及其主要影响因素化首都师范大学学]2005-报,263114120.:自然科学脱():[1句谢立勇,叶丹丹,张贺,等.早地±壤温室气体排放影响因子及减排増汇措施分析阴.中国农4-业气象,2011,32(:481487.)17李虎,邱建军,王立剧.农田王壌呼吸特征及根呼吸贡献的模拟分析化农业工程学报,2008,[]244:144.()()[1別周志田,成升魁,刘允芬,等.中国亚热带红壤丘陵区不同王地利用方式下王壤C〇2排放规律初探化资源科学,2002,24.19郑循华,王明星,王月思,等.温度对农田成0产生与排放的影响化环境科学,1997,18[]-(5):15.20髙志岭.冬小麦/夏玉米轮作体系农田±壤?2〇排放和CH4吸收特征D.,]北京:中国农业大学][[2004.,上官行健,沈壬兴,即,祭华中稻田甲倪排放的施肥效应及施赃策略化中国农业气象]王明星-39- -1995:1,16(4)5.-22祿全胜,李凌浩,韩兴国,等.水分对±壤呼吸的影响及机理.,2,232.[][J]生态学报003(5):97978ern-3F?rr口ierN,SchimeiJ?Efectsofdryigwettingfrequency〇打soilcarbonandnitogentansformations]-.Soil化oloBiochemistr,2002,34777787.口]:gyy-24黄树辉,旨军:.农田±壤成0排放研究进展町±壤通报,2004,354516522.[](),胡春胜,董文旭.口引张玉铭,等农田王壤吨0生成与排放影响因素及N20总量估算的研究化中-(国生态农业学报,2004,口3);119123.2句陈全胜,李凌浩,韩兴国,等?典型温带草原群蔡±壤呼吸温度敏感性与±壤水分的关系J?生[[]态学报-,2004,244:831836.()7徐星亂周礼惜?±壤源CH4氧化的主要影响因子与减排措施阴?生态农业研究,1999口],72:()-1822.28RichardD.Chronicnitroenadditionsreducetotalsoilresiraionandmicrobialresirationin]gpp[temperateforestsoilsattheharvardforestbewdenJ.ForestEcoloandManaement?2004,196:[]gyg-4356.2,李玉娥.农田±壤温室气体排放机理与影响因素研巧进展p.,2002,]中国农业气象[种谢军飞234—:4752.()[30]李方k,樊小林,刘芳,等.控辞肥料对稻田氧化亚氮排放的影响饥.应用生态学报,2004,-1511,:21702174()-啡,2004,13(1),7477.]胡荣私氮肥对旱地±壤甲婉氧化能力的影响町生态环境3齐玉春,董云社,章申?华北平原典型农业区±壤甲統通量研究町农村生态环境,2002,183;[巧()56-58.口3ZhanFS,CuiZL,ChenXP,etal.Integratednutrientmanaementforfoodsecurityand]ggenvironmentalualitiChinaJ.AdinAronom,2012,113120.nvances:qy[]gy-34DinWX,Men,YinYF.CO2emissioninanintensivelyciiltivatedloamaffectbltr[]ggLsayongemapplicationoforganicmanureandnitrogenfertilizer[J].SoilBiologyandBiochemistry,2007,39:-669679.一,崔和平,万花..,2003,龄]王传霄,等有机无化肥配合施用长期定位试验机湖北农业科学5-:5859.一3.碳氮纽合下华北平原冬小麦夏玉米水分利用研究[D.,2013.[巧李银坤]化京;中国农业科学晚37]刘爽,严昌莱,何文清,等.不同耕作措施下旱地农田止壤呼吸及其影晌因素化生态学报,[20-103011)29192924,,(;38ZhengYuanm-X,MeiB,Wan,etal.tificationofN〇fluxesfrosoillantsstemsmabebiased[]gQ2pyybe--ythealiedaschromatorahmthodologyJ?巧antandsoil,2008,3112:211234.ppggp[]")口句osierA氏,HalvorsonAD,艮euleCA,etal.NetlobalwanninotentialandreenhouseasMggpggintensityinirriatedcroinsstemsinnortheasternColoradoJ.Journalofenviroranmtalualit,gppgy[]qy2006-,15841598.[40]WoodwellGM,Whittaker民H,ReinersWA,巧al.Thebiotaand化eworldcarbonbud—et:口.Science,1978,199432巧141146.g](41.±地利用变化和湿室气体净排放与陆地生态系统碳循环.2002[]李克让[M]北京:气象出版社,42黄斌,王敬国,粪元石,等.冬小麦夏玉米农田±壤呼吸与碳平衡的研究机.农业环境科学学[]-报,2006,25160.);1%1(LiuZX-43JD,houJ,Yu,Numericalanalsisofthesourcesinkalternationofcomositelobal[]Qypgwarminotentialof化eaddyecossteminYantzeDelta.Science虹ChiSer.D,2003,gthe口]na)ppyg(巧2-105113.();44,,刘立军马义虎顾道健,等.玉米稻巧源有机肥对水稻产量与温室气体排放的影响.中国水[]20-稻科学,13,275:520528.()45张乾华北平原不同农作和管理措施下温室气体挪放研究脚.北京:中国农业大学,2014.[]-40- 4李银坤,,.J.,陈敏鹏夏旭等不同氮水平下夏玉米农田±壤呼吸动态变化及碳平衡研究[]生[旬-态环境学报,2013,22(1):1824.47刘合明,刘树庆.不同施氮水平对华北平原冬小麦王壤C〇2通量的影响阴.生态环境,2008,[]-173;11251129.()4orellFJ,AlvaroFJ,LamurlanesJ,etal.SoilC〇fluxesfollowintillageandrainfalleventsina[糾Mp2g:msemiaridMediterraneanagroecosystemEffectsoftillagesystesandnitrogeinfertilizationd—J201,Ariculture,EcosystemsanEnvironment,10,139:16773.[]g49,?张亚丽,张娟沈其乾等穂杆生物有机肥的施用对±壤供氮能力的影响化应用生态学报[]-2002:.13115751578.(巧-50D.iilblrminWX,MenL,YinYFC〇2emssionin抑ntensivelycultivatedoamasafectedongte[]ggyapplicationoforganicmamireandnitrogenfertilizer[J].SoilBiology&Biochemistry?2007,39:669-679.,王明新,.2005,町,吴文良等稻巧还田和施氮对农田±壤呼吸的影响师生态学撤]张庆忠-25(11):28832887.5azzazFA,WilliamsW£?AtmosphericC〇2concentrationswithinamixedforest:Imlicationsforp[巧Bdh口-seel.,1991,721:1216.ingrowt]Ecolo()ggy5SikoraLJ,MccoyJL.AtemptstodetermineavailablecarboninsoiIsJ.BioloandFertilityf[^o[]gySo-ils,1990,9:1924.54李焕春,赵沛义,..,,严昌荣等不同施肥对阴山北麓旱作农田±壤呼吸的影响阴华北农学报[]20口-,27(5)224229.;55王小国,,等.不同±地利用方式下±壤呼吸及其温度敏感性J.生态学报,2007,,朱波王艳强[][]27-(5):19601967.5,史培军,惠大丰,等.中国±壤呼吸温度敏感性空间格局的反演化中国科学C辑:生[刮周涛03-命科学:3.,20%)1532257,,.长期施肥对华北平原农田±壤呼吸及碳平衡的影响.牛灵安郝晋巧,张宝忠等[J]生态环[]-;境学报,2009,18310541060.()58周立峰,冯浩.不同灌水下复合肥对冬小麦产量及农田净生态系统生产力的影响机.农业工程[])-巧(7:学报,20113136.,--59,乔云发,J.梁免,韩晓増等.小麦玉米大豆轮作下黑±农田±壤呼吸与碳平衡]中国生态[][-农业学报,2012,204395401.():[60]于萍萍,张进忠,林存刚.农田±壤>12〇排放过程影响因素研究进展口].环境与可持续发展,-20065:20,6,邢光鳥.不同施氮水平对稻麦轮作农田氧化亚氮排放的影响化农业环境科学学报,[U王海云2009-树,巧〇巧:W3126.[62]梁东丽,吴庆强,李生秀,等.旱地反硝化作用和N20排放影响因子的研究饥.西北农林科技-大学:自然科学版,2007,3512:9398.()63董玉红,欧阳化李运生,奔不同施肥方式对农田±壤(:02巧爬0排放的影响町中国±[]-壤与肥料,2007,4:34巧.()64AkiamaH,TsurutaH,WatanabeT.N2OandNOemissionsfromsoilsafterthealicationof[]ypp_diferentch班licalfertiIizersJ.Chemoshere创obalChangeSci畑ce,2000,2(3):3。320.[]p65G-arciaRR.BagsEM.NOemissionfromsoilfollowinbinedalicationoffertilizerNand[]g2gcompp—groundweedresiduesJ.PlantSoil,2007,299(1/2):263274.[]66杨劲峰,..,2007,,韩晓日哉秀梅,等不同施肥处理对掠壤N2O排放量的影响[J]生态环境[]20-16():56563.[67]AzamF,MullerC,BonckisetG,etal.NitriiScationanddenitrificationassourcesofatmospheric-RnitrousoxideoleofoxidizablecarbonandaliednitrogenJ.BioloFertilitfSoils,2002,35:pp[]gyyo54-61.68.,下洪,王跃思,项赃艳,等?菜田氮素反雜化损失与N2O排放的定量评价[J]园艺学报,2004[]-4-1 -31:762766.(巧[6糾aoB,HeFY,Xu,巧al.DenitrificationlossesandN20emissionsfrom凸itroenfertilizerappliedCQgUP—)avegetablefield.edosphere,2006,163;390397.口]()70HouAX,TsurutaH?NitrousoxideandnitricoxidefluxesfromanulandfieldinJapan:Efectofurea[]pN-te,t,idtritCliiAoecost,2003,652191200.ypplacemenandcropresues町uenycnnrysems():gg7,宗良纲,等.不同种类有机肥施用对稻田CH4和N2O排放的综合影响化环[U邹建尤黄耀—境科学,244:.,2003()71272宋文质,王少彬,苏维翰,等.我国农田±壤的主要温室气体C〇2、CH4和%0排放硏究机?环[]-境科学,:,199617(1)8589.3LiebiMA,MoranJA,民eederJO,etal.Greenhou化ascontributionsandmitiationotential。]ggggpofagriculturalpracticesinnorthwesternUSAandwesternCanada?So。andTillgeResearch,2005,的83-1:2552.()74郭李萍.农田温室气体排放通量与±壤碳汇研究[D].北京:中国农业科学院研究生院,2000.[]75GrillPM,MardkainenPJ,NykananH,etal.TemperatureandNfertilizationeffectsonmethane[]-oxidationinadrainedeatlandsoil.SoilBioloandBiochemistr,1994,2610:1巧11339.p口]gyy()76SinhJS,SinhS,RabanshiAS?etal.Effectofsoilnitroen,carbonandmoistureonmethane[]gg^ugn-uptakebydrytroicalforestso化?PlatandSoil,1997,196;115121.p…77运帆,李玉娥,,等.田间管理財华北平原冬小麦产量王壤碳及湿室气体排放的影响[]万高清竹-:机.农业环境科学学报,2009,28(12)24952500.7展茗,曹凑贵,汪金平,等.复合稻田生态系统温室气体交换及其综合增温潜势J.,[生态学报[糾]2008-,28(11)54615468.:79,.徐阳春,沈其荣茹泽圣长期施用有机肥对王壤及不同粒级中酸解有机氮含量与分配的影响[].中国农业科学,2002,354403409.口]():-80lrumalK,IsraelDW,ShiW.Soilmicaobialbiomassactivityandotentialnitrogen[]yyempe,pmineralizationinapasture:Impactofstockcampingactivity口].SoilBiologyandBiochemistry,2007-,39:149157.()-42- EffectsofPartialMineralNitrogenSubstitutionbyOranicgFertilizerNitroenonEmissionsofGreenhouseGasesinthegNor化ChinaPlainAbs化MtTheexchangefluxesofgreenhousegases(C〇2>N2OandCH4)underfivetreatmentsdifferent-rtrtmitsfromasummerweamaizewinteheatcroprotationfieldfrom2013/6化2014/6in化eNorthChinacPlainwereinvestigatedbystaticchambermethod.Thestudincludedfivetreatments:CNnonitroeny〇〇(g’fertilizer,CNfarmersractice,CNotimizedfertilization,£机讯6totalamountofnitro)〇i(p)02(p)genapplicationrefersto也enitrogenlevelofoptimizedfertilization,Oi;ganicfertilizernitrogenaccountedfor!00%)>C2N2(Thetotalamountofnitrogenapplicationreferstothenitrogenlevelofoptimizedfertilization.Oranicfertilizernitroenccountedfor50%.gga)Tomonitortheexchangefluxesofreenhouseases(N2OCHndCOannuall?wecangg,4a2)ytndinvestiatetheinfluenceoffertilizationonheexchangefluxesofN〇CHCOandtheirtotalg2,4a2amountsIandevaluatethebalanceofreenhouseasofsoilKnropecosystemunderdifferentmanantgggemepractic妨.Therimaryresuhsshowedas化Hows:p1NNitrogenalicationcouldsignificantlyimrovethesummermaizeandwinterwheatieldHihpppy,gnitrogencontentdidnotmeanhigjiyield,Fromtheaspectsofcropproduction,organicfertilizerwasbetterthaninorganicfertilizer.ThesxmimermaizeandwinterwheatproductionofC〇Niaccoxmtedforabout,nd86,化eildCCrestivelib.6%ofC〇N2scompared化C0N2esofa2N2ncreased5%3.5%?yl化pecyy,,2^Soilrespirationratewashi^erinmaizeseasonthaninwheatseason.Therelationshipbetweensoil-temerature(5cm)andsoilresirationrate(010cm)couldbedescribedbytheindicialeuation.Qppqi〇Temeraturesensitivitofsoilrespirationranedfrom1.75to2.02.ExeceptCN,therewasa(py)g〇〇-significantlyneativecorrelationshibetweensoilmoisture(010cm)andsoilresirationrateinothergpptreatments.3Cidheutkefromltil-、onserintaanandSoresiratio凸winterwheatsummermaizerotationgppp,ecosystemwasasinkforCO2?whichdecreasedglobalwanningotential.p-43- 4^ThereisapositivecorrelationbetweenN2OemissionsandnitrogenfertilizerapplicationduringreCN、CNCN??ThnnualCumulativeNOii:CN(1.656ktatmentsof〇〇02and〇ieorderofa2emssonswas12g———iii-<-)(<2-aNONhaCN1.999kNONha)CN2(.247kNONh)202g22g25、TheNorthChinaPlainUplandsoilwasasmallsinkforCHwhichwas打eliible化化etotal4ggreenhouseeffect.6>NitrogenfertilizerreducesthetotalGWPoffarmlandecosystem.ThetotalGWPreachedsignificantdiferencep<0.05)betweenC〇N〇andeveryo化ertreatment’Organicnitrogeninsteadofnitrogenfertilizer(wasabettermeasxiretothebalancebetweenfoodproductionandecologicalenvironmentfortheNorthChinaPlain.KeyWords:greenhousegas:nitrogen:emissionflux;GWP:yield-44- 附录英文缩略表英文缩写英文全称中文名称GHGGreenhousegas温室气体RSSoilrespiration止壤呼吸IPCCIntergovernmentalPanelonClimateChange政府间气候变化专口委员会AR5theFifthAssesementReport第近次评估报告C〇2Carbondioxide二氧化碳N0NitrousOxide氧化亚氮2CH4Methane甲続NEPNetecosystemproductivity净生态系统生产力NPPN巧primaryproductivity净初级生产力RaAutotrophicrespiration自养呼吸RmHeterotrophicrespiration异养呼吸CCarbon碳NNitrogen氮PPhosphorus磯KPotassium鄉SOMSoilorganicmatter±壤有机质ANOVAAnalssofvanceyiria方差分析LSDLeastsignificantdifference最小湿著性差数法SASStatisticalAnalysisSystemSAS统计分析软件VVolume体积AArea面积TSoiltemperatured:壤温度WSoilmoisture±壤湿度"Temeraturecoefficient温度每升高10C,±壤Qiop呼吸增加的倍数GWPGlobalWanninPotential全球综合增温潜势g-45- 致谢岁月如梭,H年的时光转瞬即逝,行文至此,我的毕业论文已接近尾声。值此之际,!向帮助过我的老师、同学、朋友巧家人表示感谢感谢我的导师王宏富教授。王老师学识渊,有幸成为王老师的学生是我终身的荣幸一博、处事低调、虚怀若谷。感谢王老师为我提供个外出做实验和学习的机会,虽然我的实验是在校外进行。在王老,但是在我硕±阶段的三年里仍然倾注了老师的大量也血一一一师的关也下,最,我明确了自己每阶段的生活目巧,克服了个又个困难终顺利完。、成毕业论文在此过程中,我的学习工作、处事、待人和接物能力都得到非常大的提高。,将令我受益终身感谢中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所的老师陈敏鹏研究员,陈老师精力充沛、治学严谨,始终是我学习的榜样,也让我感到惭愧,即使是远在国外,却无时,在此过程中给予了我极大的鼓励和帮助无刻不在鞭策着我去完成实验和毕业论文;感、谢课题组的夏旭老师,夏老师亲和热情,在我的学习、工作化及生活上给予了非常大的理解与支持,,帮助我很快的融入到课题研究当中;感谢平易近人的离累老师高老师在百忙之中给予我勇气和动力去面对生活,;感谢谦虚低调的杜章留老师杜老师教会我一丝不苟的毛丽丽老师、温文尔雅的李吴儒老怎样去做学问;感谢在实验中帮助过我的师。各位老师年轻、有为、有活力,是我尊敬的老师,是我要好的朋友,是我W后工作中学习的好榜样。感谢我的伙伴李靖涛,师兄张瑞栋,师妹邢静耀、吕晓飞、孙艺丹,师弟李卫明,感谢中国农业科学院的高翔博±和刘文祥同学,感谢北京农学院学生张笑晴W及河北农业大学的学生侯兆东和刘原岐,,感谢你们的支持和帮助和你们相处的日子是我读研期间快乐的时光。感谢中国农业科学院的李银坤博±,他么前的工作为我的实验顺利开展打下了非常好的基础。感谢山东桓台实验站的工作人员和同学们。胡正江和巧继青站长的英明领导总能吃到可口的饭菜,张玲大姐含辛茹苦.让我的实验能够顺利进行,食堂的张师傅让我帮我做实验、、刘坤、谭月,耿凤梅、孔大姨对我的田间实验工作尽也尽力,张洁鲁宁臣、赵自超、孙兆安、赵建坤、刘荣超等同学帮助我快速融入山东桓台实验站这个大家一起的日子里给我留下许多美好记忆。庭,和你们在-47- 我衷也希望你们将来的生活美满、幸福!,感谢一是我堅持的动力和坚强的后盾特别感谢直默默的支持我的家人,他们始终我变得更加勇敢和坚强!给予我磨碼的岁月和时光,让"""与不化感谢十二五国家科技支搂计划项目旱地生态系统固碳减排技术集成"基本科研业务费专项基金项目农田碳氮(2(n3BADnB03)和中央级公益性科研院所,,!水(BSRF201311)等项目对本研究的资助关系及其高效利用化制研究帝嫁巧年《巧-48-

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