灌溉对农田氮素气体排放的影响

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水分是影响农田气态氮素损失的关键因子之一,灌溉方式的改变带来土壤含水率、土壤通气性、微生物活性及其分布的显著变化,势必会对农田氮素气体排放产生重要影响。传统的灌溉方式,不仅造成水资源的浪费,还易导致水土流失、土壤盐渍化和氮素损失等问题。近年来,旱地和水田各种节水灌溉方式开始逐渐推广,但不同灌溉方式对农田气态氮素(N2O、NO、NH3)损失影响不同。由于气候条件、土壤性质和管理措施等差异对农田气态氮素(N2O、NO、NH3)排放的影响有很多大的时、空异质性。本文用Meta分析定量分析灌溉方式对旱地和水田氮素气体排放和作物产量及其主要影响因子。以期为减少农田气态氮素损失、提高水分利用效率并保障作物产量提供科学依据。以“灌溉方式”、“Irrigation methods”、“氧化亚氮”、“Nitrous oxide”、“一氧化氮”、“Nitric oxide”、“氨挥发”、“Ammonia volatilization”、“玉米”、“maize”、“corn”、“小麦”、“wheat”、“水稻”、“rice”。在中国知网、谷歌学术、Web of science外文数据库进行文献的搜集。从2000年以来我国已发表的有关N2O、NO排放和NH3挥发的文献中,筛选出目标文献205篇和有效数据1059个,定量评价不同气候(气候类型、年均降雨量、年均温度)、土壤性质(土壤质地、p H、有机质)、管理措施(施肥类型)等条件下灌溉方式对农田气态氮素损失和作物产量的影响。主要结果及结论如下:(1)Meta分析表明,在年均降雨量>1000 mm、年均温度为10~20℃、偏中性,有机质含量相对较低、粘粒含量较高的气候和土壤条件下节水灌溉稻田N2O排放显著增加。年均降雨量偏高或偏低、年均温度>10℃、酸性的气候及土壤条件下节水灌溉稻田NH3挥发损失系数显著减少。(2)Meta分析表明,在年均降雨量<500mm、年均温度为15~20℃、偏中性和碱性、土壤有机质含量相对较小、土壤粘粒含量较高的气候和土壤条件下节水灌溉降低了种植粮食作物旱地N2O排放。在年均降雨量为500~750 mm的气候条件下节水灌溉增加了种植粮食作物旱地NO排放。在降雨量<500 mm、年均气温为5~10℃、碱性的气候和土壤条件下节水灌溉显著减少种植粮食作物旱地NH3挥发。节水灌溉方式下化肥有机肥配施显著降低了种植粮食作物旱地N2O排放,显著提高作物产量。(3)Meta分析表明,在偏中性和碱性、有机质含量较低的粘土中节水灌溉显著降低了种植经济作物旱地N2O排放。在碱性土壤中节水灌溉显著降低了种植经济作物旱地NH3挥发。节水灌溉方式下化肥有机肥配施显著降低了种植经济作物旱地N2O排放。综上所述,在水田种植系统中,与持续淹水相比,几种节水灌溉方可以节约水资源70%左右,但其增加了水稻田气态氮素损失69%左右,其中干湿交替节水灌溉方式增加最多(80%)。节水灌溉方式下配施有机肥不会增加稻田氮素气体损失,灌溉对水稻田作物产量增减效应不显著。在旱地种植系统中,与传统大水漫灌相比,节水灌溉可以节约水资源50%~80%左右,节水灌溉显著降低种植粮食作物旱地N2O排放(26%),显著提高NO排放(140%),显著降低NH3挥发(44%)。节水灌溉方式下配施有机肥可以显著提高粮食作物产量37%左右。节水灌溉可以显著降低种植经济作物旱地氮素气体损失(28%),对经济作物产量影响不显著。由于NO总排放量小,因此节水灌溉显著降低了旱地氮素气体损失。
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