有机无机配施对旱地麦田土壤肥力和温室气体排放的影响

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:xing123qw
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由于农户普遍接受化肥在作物增产上高效迅速的表现,导致农田不合理施用氮肥的问题在我国十分普遍,这不仅浪费了资源,还导致严重的面源污染,造成了生态环境破坏。本文基于田间长期定位试验,采用化学氮肥与有机肥配施的试验设计:氮肥为主处理,设3个氮水平(N0,N1,N2),施氮量分别为0,150,300 kg N ha-1;有机肥为副处理,设配施有机肥(+M)和不施有机肥2个水平;有机肥为牛粪堆肥,施用量均为30 t ha-1。在2017~2020年研究了有机无机肥配施对旱地农田土壤温室气体排放、理化性质和酶活性的影响,并计算了农业边界碳足迹,土壤胞外酶的化学计量学特征,进一步为明确有机肥施入后对土壤环境的改变,确定最佳有机无机肥配比,降低温室气体排放提供理论依据。研究获得如下主要结论:(1)土壤有机碳(SOC)、速效磷(AP)含量和土壤微生物量碳氮含量(MBC和MBN)在不同施氮水平下变化不显著,全氮(TN)和土壤硝铵态氮含量提高;有机肥无机配可以显著提高土壤SOC、TN和AP含量。有机肥配施后,土壤SOC和TN的平均增量在高于30%,土壤硝态氮和铵态氮的平均增量在15%以上。土壤物理性质随着施氮水平的提高并没有显著差异;施用有机肥后,土壤容重降低;田间持水量、土壤孔隙度、含水量、土壤孔隙含水量和饱和导水率则有所提高。(2)氮肥用量增加后,在2017-2018生长季土壤脲酶、转化酶和过氧化氢酶活性有所提高;但在2018-2019生长季没有显著差异;有机肥配施后酶活性的增量在1%~16%之间,与单施化肥处理没有显著差异。碳获取酶β葡萄糖苷酶活性(βG)和纤维二糖酶(CBH)活性在氮肥用量增加后显著提高;配施有机肥的处理βG活性高于单施化肥处理;分蘖期和灌浆期,配施有机肥的处理CBH活性低于单施化肥处理,拔节期和成熟期则相反。氮获取酶乙酰基氨基葡萄糖苷酶(NAG)和磷获取酶碱性磷酸酶(AKP),这两种酶活性在施氮水平提高后显著提高;但在有机无机配施处理和单施化肥处理之间差异不显著。(3)土壤酶活性的化学计量学特征可以反映微生物养分需求与环境养分有效性之间的关系。本研究结果表明,添加有机肥后,土壤碳氮磷循环相关的酶活性并没有显著提高,土壤LAP酶活性有所降低。碳获取酶活性与氮获取酶呈负相关关系,而与磷获取酶正相关。随着作物生育期的推进,微生物的C和P对微生物代谢的限制作用越来越强。冗余分析(RDA)进一步揭示出土壤全氮和微生物量氮含量是影响土壤酶活性的主要因子。(4)在单施化肥的处理中,土壤CH4吸收通量和CO2排放通量没有随着施氮水平提而显著增加,配施有机肥后在N2水平下显著增加。N2O排放通量和氨挥发随着施氮水平的提高而增加;有机无机肥配施后,N2O排放通量高于单施化肥处理,氨挥发只在N0水平下显著增加。有机肥施入后,土壤温室气体CO2和N2O的平均排放增量在30%以上,CH4的平均排放增量则低于-15%。说明有机肥可以提高土壤有效氮的含量,改良土壤肥力,减少温室气体CH4的排放量。(5)施氮水平提高后,温室气体的增温潜势(GWP)增加;添加有机肥后,在N0水平的排放强度(GHGI)更高。氮肥用量增加后,农业总碳足迹(CF)随之提高;单位产量碳足迹以N0+M处理最高。配施有机肥后,单位产量碳足迹随着化学施氮水平提高而降低;总碳足迹和单位产量碳足迹的增幅明显减小。相关性分析可知,CO2和CH4排放呈极显著负相关,与N2O呈显著正相关关系,而CH4与N2O相关性并不显著。分析间接通径系数发现,铵态氮、AKP和MBN对N2O排放通量的直接影响较大,其他间接作用都较小,可不予考虑。综上可知,施氮水平提高后,土壤温室气体N2O、硝铵态氮会有显著提高,而总有机碳、全氮、温室气体CO2和CH4排放通量没有明显变化;土壤酶活性也并没有呈现出一定的增长趋势。配施有机肥后,N2O、总有机碳、全氮、硝铵态氮有显著提高,碳氮循环相关酶活性也有所提高。说明有机肥施入后,提供给土壤微生物大量养分和土壤酶活性的反应底物,增加了这些指标和酶活性对氮水平的敏感性。合理的有机无机配施,可以在保证产量增加的同时,减缓温室气体的排放通量。在N1水平下,有机肥施入后的增产减排效果最佳。
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