浅埋滴灌不同水氮管理对冬小麦农田温室气体排放的影响

来源 :河北农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:myskyhoney
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针对华北平原水资源不足,地下水严重超采的严峻现实和小麦生产传统畦灌无效水分比例高和水分利用率低,且氮肥投入过量导致氮素损失及温室气体排放量较大等生产实际问题。因此,未来农业发展需要一个最优的水肥N处理。本研究采用地下滴灌系统,分析了直接和间接温室气体排放、净增温潜势和温室气体排放强度对不同灌水量和氮肥管理的响应。试验于2020年10月至2022年6月在河北省高阳县进行,小麦品种为山农29。试验采用裂区设计,主区为不同追氮时期,总施氮量为210kg Nhm-2,底肥90kg Nhm-2,拔节期和孕穗期分别追肥 72 kg 和 48 kg N hm-2(N1);拔节期 40 kg N hm-2、孕穗期 40 kg N hm-2、灌浆初期40 kgNhm-2(N2),磷肥135 kg P2O5 hm-2,钾肥105kgK2O hm-2,全部基施。副区设置3个灌水处理,分别在土壤含水量降至田间持水量的65%、60%和55%时灌水,灌溉至土壤含水量分别达到田间持水量的80%(D1)、75%(D2)和70%(D3)。主要结果如下:(1)2020-2022年两季小麦各处理土壤N2O累积排放量总体表现为生育前期增长较快,中后期增长逐渐缓慢,其中D1N1最高为1.35 kg·hm-2(2020-2021)、1.42 kg·hm-2(2021-2022),较其他处理显著增加了 9.3%~53.8%(2020-2021)和15.4%~28.4%(2021-2022)。冬小麦生育中期土壤CO2累积排放通量大于生长前期和后期,D1N1 最高为 9852.5 kg·hm-2(2020-2021)、10686.7 kg·hm-2(2021-2022),较其他处理显著增加了 10.3%~44.5%(2020-2021)和 16.5%~23.2%(2021-2022)。冬小麦土壤CH4累积吸收总量D2N1最高为1.16 kg·hm-2(2020-2021)和 1.57kg·hm-2(2021-2022),较其他处理显著增加了 15.5%~32.6%(P<0.05;2020-2021)和 26.6%~46.7%(P<0.05;2021-2022)。各处理冬小麦温室气体直接排放通量以D1N1处理最高为593.36 kg·CO2-eq·hm-2(2020-2021)和 644.4kg·CO2-eq·hm-2(2021-2022),较其他处理极显著增加了 11.1%~59.1%(2020-2021)和 6.6%~28.4%(2021-2022)。温室气体间接排放 D1 为 3119.8 kg·CO2eq·hm-2(2020-2021)和 2729.5 kg·CO2eq·hm-2(2021-2022),其中肥料的贡献最高,两年间分别为32.2%~44.4%和39.7%~47.5%,各处理主要电力上构成了差异,D1比D2、D3增加了 42.5%和22.1%(2020-2021)、19.5%和 23.8%(2021-2022)。2020-2021 年净增温潜势D1N1 为 3713.2 kg·CO2eq·hm-2 与 D1N2 为 3653.75 kg·CO2eq·hm-2 差异不显著,较其余处理显著增加了 9.2%~14.6%。2021-2022年净增温潜势D1N1为3396.44 kg·CO2eq·hm-2,较其他处理显著增加了 1.4%~7.4%。(2)两个小麦季,各处理产量主要受灌水的显著影响。2020-2021年,D1N1处理产量显著高于其他处理,为10691.3 kg·hm-2,其次为D2N1,为10037.9 kg·hm-2,除D1N1外,其他处理间差异不显著;2021-2022年,D2N1处理产量最高,为10273.2 kg·hm-2,与D3N2差异显著,与其他处理间差异不显著。水分利用效率主要受灌水及年际和灌水互作的显著影响,氮肥偏生产力主要受灌水和追氮时期的显著影响。2020-2021年,D3N1处理水分利用效率显著高于其他处理,氮肥偏生产力D1N1显著高于其他处理,净利润也最大;2021-2022年,D2N1水分利用效率最高,与D2N2差异不显著,D2N1处理的氮肥偏生产力最高,净利润也最大。(3)两年间不同处理温室气体排放强度主要受灌水影响显著。两个生长季,D1条件下,处理N1显著高于N2,D2、D3水平下2020-2021年各处理间没有显著差异,但2021-2022年N2显著高于N1处理;N1施肥处理下D1比D2、D3显著增加,两年间分别增加了 9.8%和9.0%(2020-2021)、5.5%和3.5%(2021-2022),N2处理灌水间2020-2021没有显著差异,但2021-2022年D3处理显著增加。两年间,D2N1排放强度最低,分别为0.3400 kg·CO2eq·kg-1(2020-2021)和 0.3164 kg·CO2eq·kg-1(2021-2022)。从单位产值碳排放分析,两年间都表现为D2N1处理最低。(4)冬小麦农田温室气体直接排放均受土壤全氮、土壤氨态氮、硝态氮、土壤温度、土壤孔隙含水量、灌水量因子的显著影响。温室气体直接排放在两年均与N2O、CO2、灌水量有显著正相关,与土壤温度为显著负相关。2020-2021年温室气体直接排放还与CH4累积排放、全氮、产量之间为显著正相关,与成熟期硝态氮之间为显著负相关;2021-2022年温室气体直接排放与土壤空隙含水率呈显著正相关,与成熟期全氮、铵态氮之间为显著负相关。各因子对温室气体排放的累积解释率为 74.29%(2020-2021)和 63.72%(2021-2022)。综上,综合平衡两季冬小麦平均产量、水分利用效率和温室气体排放等指标,D2N1相对于D1N1和D1N2节水17.9%,减排7.3%,水分利用效率提高7.1%,且产量之间没有显著差异;与D3N1和D3N2相比平均产量增加了 5.0%;与D2N2处理能减少净增温潜势,且显著降低了温室气体排放强度8.5%。因此,在浅埋滴灌条件下,冬小麦生长期间根据当时土壤含水量进行补灌,即当土壤含水量低于田间持水量的60%时灌溉至75%(D2),同时拔节期和孕穗期追两次氮肥(N1)组合,能够兼顾产量、提高水分利用效率和减少温室气体排放,是权衡产量、节水和减排的较优水氮管理措施,有助于华北地区实现冬小麦生产节水、减排、增产的绿色农业可持续发展目标。
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