曝气滴灌条件下设施菜地土壤N2O排放及影响因子研究

来源 :华北水利水电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:RyanDay
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曝气滴灌是一种可依据作物水肥气实时需求,通过地下滴灌系统定量向作物根区协调输送水、肥、气的新型灌溉技术,可实现作物水肥高效利用,对作物增产提质有重要意义。曝气滴灌改变了土壤有效氧含量,影响着土壤微生物的数量和活性,进而影响着土壤硝化、反硝化过程,导致N2O排放发生改变。然而,这种新型灌溉技术对土壤N2O排放的影响及其主要影响因子仍不清楚。研究中设置了施氮、灌水和增氧3因素2水平试验,通过室内土培试验和温室辣椒栽培试验,采用气相色谱法监测土壤N2O排放通量,系统研究了曝气滴灌对种植作物和非种植作物条件下土壤物理因子(充水孔隙度WFPS、溶解氧DO、氧化还原电位Eh和氧扩散速率ODR等)、化学因子(硝态氮NO3--N、铵态氮NH4+-N和可溶性有机碳DOC)、微生物因子(硝化、反硝化基因)及N2O排放通量的影响,并通过相关性、回归和结构方程模型系统分析了各因子与N2O排放通量的关联关系,明确了各因子对曝气滴灌条件下土壤N2O排放的综合贡献,提出了经济与环境效应相协调的曝气滴灌技术方案。研究结果表明:
  (1)恒温培养条件下各试验处理N2O排放峰值出现在灌溉后1d,低谷值出现在灌溉后4d。曝气和灌水量的增加可增加土壤N2O排放通量、排放峰值和累积排放量分别为49.89%和103.27%、163.05%和125.29%、112.37%和73.46%。
  (2)曝气可显著提高恒温培养条件下10和20cm土层的DO、Eh和ODR,改善土壤通气性,而对土壤WFPS无显著影响;灌水量的增加显著增加了10和20cm土层的WFPS,降低了土壤DO、Eh和ODR。曝气增加了0~10cm土层NO3--N含量,而对土壤NH4+-N含量无显著影响;灌水量的增加降低了土壤NO3--N和NH4+-N含量。通过室内恒温培养下土壤N2O排放的结构方程模型分析,0~10cm土层的WFPS、Eh和NO3--N含量为驱动曝气滴灌非作物种植条件下土壤N2O排放的主要影响因子。
  (3)曝气处理、灌水量和施氮量的增加可增加温室辣椒产量、N2O累积排放量和单产N2O排放量。试验中曝气条件下单产N2O排放量较对照平均增加了20.03%;充分灌溉条件下单产N2O排放量较非充分灌溉平均增加了8.76%;常量施氮下单产N2O排放量较减量施氮平均增加了17.37%。综合考虑作物产量和单产N2O排放量,试验中减量施氮非充分曝气滴灌处理是推荐的水、肥、气管理方案。
  (4)曝气处理、施氮量和灌水量的增加对温室辣椒地土壤温度无显著影响。灌水量的增加显著增加了土壤WFPS,而曝气和施氮对土壤WFPS无显著影响。曝气可显著提高温室辣椒地土壤DO,而灌水量和施氮量的增加对土壤DO无显著影响。施氮量的增加可显著提高NO3--N含量,而对NH4+-N含量无显著影响。通过温室辣椒地土壤N2O排放的结构方程模型分析,土壤温度、WFPS和NO3--N含量是驱动曝气滴灌种植作物条件下N2O排放的主要影响因子。
  试验中关于曝气滴灌对种植作物和非种植作物条件下土壤N2O排放的影响研究,对明确曝气滴灌下土壤N2O排放的影响机制和制定曝气滴灌下水、肥、气协同管理模式提供支撑。
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