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本研究采用一种自制的简易土壤剖面气体采集装置,采集了不同施氮肥处理下不同剖面层次的N2O气体,分析研究了其时空变异规律;采用相关分析,线性回归分析建立了土壤温湿度和N2O浓度之间的关系,并用Fick定律估算了农田土壤各剖面N2O排放通量及其占施入氮肥的比例,以及N2O的增温潜势。在以下方面取得了新进展:
1)太行山前平原潮褐土土壤剖面的N2O产生存在着显著的季节变化和空间变异。N2O高峰一般在降雨或灌溉后出现,其季节变化与土壤温度及降雨都密切相关,在水分充足,地温较高的八月份,N2O浓度最高。土壤剖面中N2O空间变异主要表现在N2O浓度的变化:30cm<60cm<90cm<150cm<200cm<250cm<300cm,这可能是由于表层土壤产生的N2O易于排放出去,而下层土壤形成的N2O则难于排放;而在N2O生成的高峰期则为:90-200cm>250-300cm≌30-60cm。
施肥对剖面N2O生成影响显著。在常年不施肥处理N0中,土壤剖面N2O的最高浓度为5617.2ppbv,平均浓度仅为944.48ppbv;在施肥处理N200、N400、N600中,土壤剖面中N2O最高浓度为42041.9ppbv,而平均浓度仅为1839.4ppbv。不施肥处理N0的季节性变化趋势与施肥处理相似。
2)分析了土壤剖面N2O排放浓度与土壤温度、土壤体积含水量之间的相关关系,并建立了回归方程:
3)不同施氮量条件下,同一剖面深度N2O浓度年季变化趋势相似。整体来看,玉米季N2O排放浓度较小麦季要高。在追施氮肥后,N2O排放浓度3-15天左右出现峰值。随着施入氮肥的增加,同一剖面N2O排放浓度也呈增加趋势,以N600处理最高,四个施氮水平间差异极显著。
4)太行山山前平原潮褐土土壤中N2O释放量随着施氮量的增加而增加。N0、N200、N100、N600处理下,冬小麦-夏玉米轮作田土壤N2O年排放总量分别为:0.23、0.43,0.53,0.52kg·ha-1。其中,小麦季土壤N2O年排放总量分别为:0.16、0.29、0.35、0.41kg·ha-1,均高于玉米季(0.07、0.14、0.17、0.11 kg·ha-1)。相同施氮水平下,土壤剖面(0-300cm)N2O-N损失以浅层土壤(≦60cm)损失为主,占排放总量的比例范围为59.18-93.58%。在当地农民传统施肥模式下(施肥量一般为400 kg N ha-1左右),每年因土壤剖面N2O气体挥发而造成的肥料损失量约为0.53 kg N ha-1,约占施入氮肥的0.132%。
据估算,施肥处理中N2O相对于CO2的增温潜势平均为0.0154m-2.