论文部分内容阅读
本研究针对设施蔬菜生产中由于过量施用氮肥以及不合理的灌溉所导致的氮肥利用率低、氮素损失（包括 N2O 气体排放、NH3挥发和硝态氮淋溶）等资源浪费和环境的负效应问题，采用田间原位跟踪法，重点研究硝化抑制剂双氰胺（DCD）在设施蔬菜生产体系中的硝化抑制效果及其影响机制，并筛选出了适用于设施黄瓜生产的最优水氮管理方案。同时采用室内静态培养法，通过监测培养期间土壤 N2O 排放通量、CH4排放通量、无机氮含量及土壤中酶活性的动态变化情况，研究针对不同调控措施对设施菜田土壤氮素转化的影响，探索阻控 N2O 排放和氨挥发、降低硝态氮淋失损失的调控技术措施，为建立综合优化氮素管理体系提供理论指导及技术支撑。主要研究结果如下：
（1）在不同水氮条件下（传统水氮：施氮量为988.6 kgN/hm2、灌溉量为758.8 t/hm2；推荐水氮：施氮量分别为709.4和746.9 kgN/hm2、灌溉量均为531.2 t/hm2），施加DCD后，推荐水氮Ⅰ、推荐水氮Ⅱ处理N2O排放通量显著减少了42.1%和64.1%，但氨挥发损失显著增加了34.3%和40.4%。0～10 cm土壤硝态氮含量与N2O排放通量呈极显著正相关；土壤铵态氮与氨挥发损失呈极显著正相关。
（2）在整个监测期间，传统水氮处理在0～60 cm土壤剖面硝态氮含量高于其它处理，第一次追肥后和第二次追肥后达到显著水平，硝态氮含量范围为78.98～107.80 mg/kg。各施氮处理土壤铵态氮含量以根层土壤铵态氮富集较多，铵态氮含量范围在1.76～8.48 mg/kg，随土层的增加而降低。在黄瓜追肥期间，传统水氮土壤溶液硝态氮含量高于其它处理；控水减氮土壤溶液中的铵态氮含量均处于较低浓度。
（3）在整个监测期间，传统水氮处理的氮素盈余为973.1 kg/hm2，显著高于其它施氮处理；氮素损失率为 53.3%，高于其它处理。R1（推荐水氮Ⅰ）和 R2（推荐水氮Ⅱ）处理氮素盈余分别765.7和736.0 kg/hm2，施用DCD后氮素盈余显著降低至693.7和693.2 kg/hm2，表明施加DCD能有效提高氮素利用率，减少土壤氮素盈余；推荐水氮施加DCD后氮素损失率有所降低，但与推荐水氮处理差异不显著。
（4）过量施氮（传统水氮）不能提高果实Vc含量；推荐水氮配施DCD有助于增加果实中的Vc含量，R1+DCD和R2+DCD处理果实Vc含量达到72.27和71.29 mg/kg。与传统水氮处理相比，推荐水氮Ⅱ+DCD效果更明显，产量和经济效益分别增加23.3%和25560元/hm2。由此表明，在控水灌溉条件下，推荐施氮Ⅱ+DCD（氮素用量的15%）不仅能减少土壤氮素的盈余量，而且能有效的增加经济效益和环境效益。
（5）在室内培养条件下，与传统施肥处理相比，控释尿素（N2）、N1+黑炭（N1+BC）、N1+DCD、N1+石灰氮（N1+CaN2）和 N1+有机肥（N1+OF）5 个处理的N2O累积排放量分别下降了52.47%、40.50%、78.41%、95.22%、72.57%。对N2O的减排效果表现出：N1+CaN2＞N1+DCD和N1+OF＞N2和N1+BC的趋势；N1+straw处理（N1+秸秆）N2O累积排放量为1386.85μgN2O-N/kg，对减排N2O效果不明显；N1+M处理（N1+秸秆闷棚）N2O累积排放量为7420.57μgN2O-N/kg，显著增加了N2O的排放；N1+OF虽然对减少N2O排放有一定的抑制作用，但却增加了甲烷的排放。相关性分析表明，在正式培养后的前3 天，土壤硝态氮含量与N2O排放量呈极显著正相关；在整个培养期间，土壤亚硝态氮含量与N2O排放通量呈极显著正相关。
（6）添加控释尿素、秸秆、黑炭、DCD和石灰氮调控措施对铵态氮向硝态氮的转化有一定的抑制作用，其中N1+DCD和N1+CaN2处理亚硝态氮含量接近于0，表明DCD和石灰氮能有效抑制硝化或反硝化过程中亚硝态氮的产生。
（7）土壤硝酸还原酶活性由高到低排列：N1+Straw＞N2、N1+BC、N1+DCD＞N1+CaN2，N1+Straw 处理硝酸还原酶活性范围在 4.15～5.33 μgN/(g 干土·d)；亚硝酸还原酶活性由高到低排列：N1+Straw＞N1+BC、N1+CaN2、N1+DCD＞N2处理，N1+Straw处理亚硝酸还原酶活性范围在0.41～0.68 mgNO2--N/(g干土·d)。在整个培养期间，土壤硝态氮含量与硝酸还原酶活性呈极显著正相关；土壤亚硝态氮含量与亚硝酸还原酶活性呈极显著正相关。
（1）在不同水氮条件下（传统水氮：施氮量为988.6 kgN/hm2、灌溉量为758.8 t/hm2；推荐水氮：施氮量分别为709.4和746.9 kgN/hm2、灌溉量均为531.2 t/hm2），施加DCD后，推荐水氮Ⅰ、推荐水氮Ⅱ处理N2O排放通量显著减少了42.1%和64.1%，但氨挥发损失显著增加了34.3%和40.4%。0～10 cm土壤硝态氮含量与N2O排放通量呈极显著正相关；土壤铵态氮与氨挥发损失呈极显著正相关。
（2）在整个监测期间，传统水氮处理在0～60 cm土壤剖面硝态氮含量高于其它处理，第一次追肥后和第二次追肥后达到显著水平，硝态氮含量范围为78.98～107.80 mg/kg。各施氮处理土壤铵态氮含量以根层土壤铵态氮富集较多，铵态氮含量范围在1.76～8.48 mg/kg，随土层的增加而降低。在黄瓜追肥期间，传统水氮土壤溶液硝态氮含量高于其它处理；控水减氮土壤溶液中的铵态氮含量均处于较低浓度。
（3）在整个监测期间，传统水氮处理的氮素盈余为973.1 kg/hm2，显著高于其它施氮处理；氮素损失率为 53.3%，高于其它处理。R1（推荐水氮Ⅰ）和 R2（推荐水氮Ⅱ）处理氮素盈余分别765.7和736.0 kg/hm2，施用DCD后氮素盈余显著降低至693.7和693.2 kg/hm2，表明施加DCD能有效提高氮素利用率，减少土壤氮素盈余；推荐水氮施加DCD后氮素损失率有所降低，但与推荐水氮处理差异不显著。
（4）过量施氮（传统水氮）不能提高果实Vc含量；推荐水氮配施DCD有助于增加果实中的Vc含量，R1+DCD和R2+DCD处理果实Vc含量达到72.27和71.29 mg/kg。与传统水氮处理相比，推荐水氮Ⅱ+DCD效果更明显，产量和经济效益分别增加23.3%和25560元/hm2。由此表明，在控水灌溉条件下，推荐施氮Ⅱ+DCD（氮素用量的15%）不仅能减少土壤氮素的盈余量，而且能有效的增加经济效益和环境效益。
（5）在室内培养条件下，与传统施肥处理相比，控释尿素（N2）、N1+黑炭（N1+BC）、N1+DCD、N1+石灰氮（N1+CaN2）和 N1+有机肥（N1+OF）5 个处理的N2O累积排放量分别下降了52.47%、40.50%、78.41%、95.22%、72.57%。对N2O的减排效果表现出：N1+CaN2＞N1+DCD和N1+OF＞N2和N1+BC的趋势；N1+straw处理（N1+秸秆）N2O累积排放量为1386.85μgN2O-N/kg，对减排N2O效果不明显；N1+M处理（N1+秸秆闷棚）N2O累积排放量为7420.57μgN2O-N/kg，显著增加了N2O的排放；N1+OF虽然对减少N2O排放有一定的抑制作用，但却增加了甲烷的排放。相关性分析表明，在正式培养后的前3 天，土壤硝态氮含量与N2O排放量呈极显著正相关；在整个培养期间，土壤亚硝态氮含量与N2O排放通量呈极显著正相关。
（6）添加控释尿素、秸秆、黑炭、DCD和石灰氮调控措施对铵态氮向硝态氮的转化有一定的抑制作用，其中N1+DCD和N1+CaN2处理亚硝态氮含量接近于0，表明DCD和石灰氮能有效抑制硝化或反硝化过程中亚硝态氮的产生。
（7）土壤硝酸还原酶活性由高到低排列：N1+Straw＞N2、N1+BC、N1+DCD＞N1+CaN2，N1+Straw 处理硝酸还原酶活性范围在 4.15～5.33 μgN/(g 干土·d)；亚硝酸还原酶活性由高到低排列：N1+Straw＞N1+BC、N1+CaN2、N1+DCD＞N2处理，N1+Straw处理亚硝酸还原酶活性范围在0.41～0.68 mgNO2--N/(g干土·d)。在整个培养期间，土壤硝态氮含量与硝酸还原酶活性呈极显著正相关；土壤亚硝态氮含量与亚硝酸还原酶活性呈极显著正相关。