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典型旱作区施肥对农田氮淋溶以及温室气体排放的影响

作　者: 薛晓辉
导　师: 郝明德
学　校: 中国科学院研究生院（教育部水土保持与生态环境研究中心）
专　业: 土壤学
关键词: 旱作区 施肥 硝态氮淋溶 N2O排放 CO2排放
分类号: S158
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


施肥可以增加土壤肥力和提高作物产量,但过量施肥加剧了农田的氮淋溶和温室气体排放,导致了资源浪费和环境污染。本研究在典型的旱作农业区以长武农业生态试验站的长期定位试验为基础,研究了长期施肥对小麦产量、氮淋溶、N20排放、CO2排放以及土壤肥力的影响。1.施肥能显著提高小麦的产量。2006～2009年不施肥处理小麦产量最低,平均为1345kghm-2。施用N肥后平均产量为1594 kg hm-2,增加18.55%。NP配施时小麦产量大幅度增加,为3778kghm-2,是单施氮的2.37倍。施用有机肥能大幅增加小麦产量,单施M时平均产量为3884kghm-2,是不施肥的2.88倍。NPM配施时平均产量最高,可达4438kghm-2,是单施M的1.14倍。施肥能增加小麦的株高、穗长、小穗数和穗粒数,其中以NP配施和NPM配施时达到显著水平。单施N和单施M对株高、穗长、穗粒数、穗数和千粒重的影响不显著。不施肥时小麦植株吸氮量和吸钾量最低,2006～2009年均值分别为30.93kghm-2和34.79kghm-2。施肥后植株吸氮量和吸钾量增加,NPM配施时最高,分别可达152.55kghm-2和111.22kghm-2,是不施肥的4.93倍和3.20倍；单施N时植株吸磷量最低,仅3.99kghm-2,NPM配施最高,可达14.62kghm-2。不同肥料施用条件下氮肥利用率以NP配施时最高,可达61.81%,而单施N时最低,仅15.17%；磷肥利用率以NP配施最高,平均值为21.54%,单施M和NPM配施较低,分别为4.94%和4.57%。2.长期NPM配施后土壤养分增幅最高,有机质、全氮、全磷、有效磷和有效钾含量分别增加81.88%、115.97%、45.52%、1810.56%和242.85%。不施肥时有机质、全氮、全磷和有效磷含量增加幅度最低,仅10.02%、33.84%、-2.87%、-49.44%,NP配施时有效钾含量增加幅度最低,仅-1.56%。3.过量施用氮肥是造成硝态氮淋溶的主要因素。单施氮肥土壤硝态氮淋溶最为剧烈,不仅在60～180 cm土层出现累积层,而且部分硝态氮进入3m以下并在320 cm处形成累积峰,0～400 cm土层残留量最高可达1498.68 kg hm-2；NPM配施土壤剖面出现20-160 cm和160～320 cm两个累积区；NP配施时土壤剖面虽然也形成2个累积区,但硝态氮累积峰低于单施N和NPM配施；不施肥和单施M土壤深层均无硝态氮累积现象,且不施肥土壤硝态氮残留量最低,为61.34kghm-2。土壤铵态氮在土壤剖面的分布呈不规则的波动,其值大部分均在10.00～20.00 mgkg-1之内,不同肥料施用条件下0～400 cm土层残留量在650.85～989.73kghm-2之间。不同量的氮、磷肥配施条件下,1999至2007年土壤硝态氮向深层移动100 cm以上,无氮和低氮肥施用的土壤硝态氮主要集中在0-160 cm土层；过量施用氮肥土壤硝态氮分别在120～140 cm和240～260 cm附近形成累积峰；单施N肥量等于或大于90kghm-2 a-1时,硝态氮在80～100 cm土层出现累积峰,且部分硝态氮进入300 cm以下土壤,0～300 cm土层硝态氮残留量可达1500.18kghm-2。与NP配施相比,单施氮肥将导致更多的硝态氮进入土壤深层,且硝态氮残留量随着施氮量增加而显著增加。磷肥在不施氮和低氮肥用量条件下对土壤硝态氮残留量无影响,当施N量增加到90kghm-2或更高,硝态氮残留量将随着施磷量增加而减小施用NPM肥23年后硝态氮在小麦地土壤剖面出现2个累积层,分别在20～100cm和140～320 cm处,而苜蓿地硝态氮主要分布在0～60 cm土层,仅在200～300 cm土层处出现少量累积,土壤总残留量比小麦连作地减少了588.06kghm-2。4.不同肥料施用条件下土壤N2O排放通量在0.32～78.66μg N2O-N m-2h-1之间。年平均N2O排放通量以不施肥时最低,NPM配施时最高。单施N、NP配施和NPM配施时小麦萌芽期和出苗期N2O排放通量明显增加,其排放总量约占全年总排放量的25～30%。不施肥时土壤的N2O年排放总量为0.21kgN2O-N hm-2,单施M后N20年排放总量没有增加。单施N时土壤的N2O年排放总量显著增加,为0.34kg N2O-N hm-2,比不施肥增加了64%。NP配施时土壤的N2O年排放总量比单施N时略有降低,为0.33kgN2O-N hm-2,比不施肥增加了60%。NPM配施时土壤N2O年排放总量最高,可达0.37kgN2O-N hm-2,比不施肥增加了80%。5.不同肥料施用条件下土壤CO2排放通量在0.96-117.94 mg CO2-C m-2 h-1之间,不施肥土壤CO2年均排放通量最低,施用NPM时最高。小麦返青期和休闲期CO2排放通量较高,而越冬期最低。不施肥土壤CO2年排放总量为1391kgCO2-C hm-2,施用氮肥后增加至1464kgCO2-C hm-2,增加了5.25%。NP配施时土壤CO2的年排放总量显著增加,比不施肥增加了36.93%。单施M和NPM配施土壤CO2的年排放总量分别为2301kgCO2-Chm-2和2211lgCO2-C hm-2,比不施肥处理分别增加了53.64%和46.89%。此外,土壤CO2排放通量与气温以及0 cm、5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、40 cm地温均呈线性显著相关。6.施肥加剧了作物对土壤深层水分的吸收利用,不同肥料施用条件下土壤干燥化一般出现在100～260 cm土层。不施肥时土壤100～260 cm土层含水量最高,2006～2009年平均为16.29%；NPM配施时最低,为9.99%；不同量的氮肥和磷肥施用条件下,100～260 cm深度出现土壤干燥化现象,播前0～300 cm土层贮水量差异在-136.5～5.4mm之间。

全文目录


致谢  6-7
摘要  7-10
ABSTRACT  10-17
第一章 研究目的和背景  17-25
  1.1 研究目的  17
  1.2 国内外研究现状  17-25
    1.2.1 农田肥料施用量的发展  17-18
    1.2.2 施肥与土壤水分  18
    1.2.3 施肥与土壤养分  18-19
    1.2.4 施肥与产量  19
    1.2.5 施肥与氮淋溶  19-21
    1.2.6 N_2O排放及其影响因子  21-23
    1.2.7 CO_2排放及其影响因子  23-25
第二章 研究内容与试验设计  25-29
  2.1 研究内容  25
  2.2 材料与方法  25-28
    2.2.1 试验区概况  25-26
    2.2.2 试验设计  26-27
    2.2.3 指标的测定  27-28
  2.3 计算公式  28
  2.4 数据收集与分析  28-29
第三章 长期施肥条件下产量和土壤养分的变化  29-36
  3.1 2006～2009年小麦的产量变化  29
  3.2 不同肥料施用对小麦产量构成的影响  29-31
  3.3 不同肥料施用条件下的土壤养分变化  31-32
    3.3.1 土壤有机质  31
    3.3.2 土壤全氮  31-32
    3.3.3 土壤全磷  32
    3.3.4 土壤有效磷  32
    3.3.5 土壤有效钾  32
  3.4 长期施肥后土壤养分变化  32-36
    3.4.1 土壤有机质  32-33
    3.4.2 土壤全氮  33-34
    3.4.3 土壤全磷  34
    3.4.4 土壤有效磷  34-35
    3.4.5 土壤有效钾  35-36
第四章 不同施肥条件下小麦对养分的吸收和利用  36-43
  4.1 2009年不同肥料施用条件下作物对养分的吸收  36-38
    4.1.1 小麦植株中的养分含量  36-37
    4.1.2 小麦对土壤养分的吸收量  37-38
  4.2 2009年肥料利用率  38-39
    4.2.1 氮肥利用率  38-39
    4.2.2 磷肥利用率  39
  4.3 2006～2009年小麦对土壤养分的吸收量  39-41
    4.3.1 植株对氮吸收量  39-40
    4.3.2 植株对磷吸收量  40
    4.3.3 植株对钾吸收量  40-41
  4.4 2006～2009年的肥料利用率  41-43
    4.4.1 氮肥利用率  41
    4.4.2 磷肥利用率  41-43
第五章 不同施肥条件下的土壤氮淋溶  43-58
  5.1 长期不同肥料施用条件下的土壤氮淋溶  43-46
    5.1.1 硝态氮和铵态氮的剖面分布  43-45
    5.1.2 硝态氮和铵态氮的残留量  45
    5.1.3 硝态氮淋溶趋势  45-46
  5.2 长期不同氮肥和磷肥施用条件下的土壤氮淋溶  46-54
    5.2.1 长期氮肥或磷肥单施时土壤剖面的硝态氮分布  46-47
    5.2.2 不同氮肥和磷肥配施时土壤剖面的硝态氮分布  47-48
    5.2.3 不同氮肥和磷肥施用条件下土壤硝态氮残留量  48-52
    5.2.4 硝态氮淋溶趋势  52-54
  5.3 不同施肥条件下小麦地和苜蓿地土壤的氮淋溶  54-58
    5.3.1 硝态氮分布  54-55
    5.3.2 铵态氮分布  55
    5.3.3 土壤硝态氮和铵态氮残留量  55-58
第六章 不同施肥条件下的土壤N_2O排放  58-69
  6.1 不同肥料施用条件下土壤N_2O排放通量  58-64
    6.1.1 2006～2007年土壤的N_2O排放通量  58-60
    6.1.2 2007～2008年土壤的N_2O排放通量  60-62
    6.1.3 2008～2009年土壤的N_2O排放通量  62-64
  6.2 不同生育期的N_2O排放  64-66
  6.3 N_2O的年排放总量  66-67
  6.4 地温对土壤N_2O排放通量的影响  67-69
第七章 不同施肥条件下的土壤CO_2排放  69-78
  7.1 不同肥料施用条件下土壤的CO_2排放通量  69-72
    7.1.1 2006～2007年土壤的CO_2排放通量  69-71
    7.1.2 2007～2008年土壤的CO_2排放通量  71
    7.1.3 2008～2009年土壤的CO_2排放通量  71-72
  7.2 不同生育期的土壤CO_2排放通量变化  72-75
  7.3 土壤的CO_2年排放总量  75-76
  7.4 温度对土壤CO_2排放通量的影响  76-78
第八章 不同施肥条件下土壤水分的变化  78-87
  8.1 不同肥料施用条件下土壤水分变化  78-81
    8.1.1 不同肥料施用条件下土壤剖面的水分分布  78-80
    8.1.2 不同肥料施用条件下土壤贮水量变化  80-81
    8.1.3 不同肥料施用条件下小麦的水分利用效率  81
  8.2 长期不同氮肥和磷肥施用条件下土壤的水分变化  81-87
    8.2.1 土壤剖面水分分布  81-82
    8.2.2 施肥与土壤深层干燥化  82-84
    8.2.3 施肥与贮水量  84-87
第九章 结论与讨论  87-93
  9.1 施肥对小麦产量以及养分吸收的影响  87
  9.2 长期施肥与土壤肥力  87-88
  9.3 施肥与氮淋溶  88-90
  9.4 施肥与土壤N_2O排放  90
  9.5 施肥与土壤CO_2排放  90-91
  9.6 长期施肥与土壤水分  91-92
  9.7 以后的研究方向  92-93
参考文献  93-104
个人简历  104

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中图分类: > 农业科学 > 农业基础科学 > 土壤学 > 土壤肥力（土壤肥沃性）
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