中国农业科学 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (18): 3642-3653.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.18.010
鲁科丹1,2,3(), 路远4, 王蕊1,5, 党廷辉1,5()
收稿日期:
2023-10-09
接受日期:
2023-12-18
出版日期:
2024-09-16
发布日期:
2024-09-29
通信作者:
联系方式:
鲁科丹,Tel:17855808062;E-mail:lukedan21@mails.ucas.ac.cn。
基金资助:
LU KeDan1,2,3(), LU Yuan4, WANG Rui1,5, DANG TingHui1,5()
Received:
2023-10-09
Accepted:
2023-12-18
Published:
2024-09-16
Online:
2024-09-29
摘要:
【目的】探讨不同氮素管理模式对玉米产量、N2O排放的影响,为黄土旱塬区合理施用氮肥和减缓温室气体排放提供理论依据。【方法】依托中国科学院长武黄土高原农业生态试验站,以春玉米先玉335为研究对象,开展为期2年的田间定位试验。试验共设置5种不同氮素管理模式:不施氮(no fertilizer)、传统施氮(Con,250 kg N·hm-2)、减量施氮(Opt,200 kg N·hm-2)、减量施氮+缓控释肥(Opt+SR,200 kg N·hm-2)、减量施氮+硝化抑制剂(Opt+DCD,200 kg N·hm-2)。用静态箱-气相色谱法监测N2O排放通量,并计算全球增温潜势和N2O气体排放强度,分析不同氮素管理模式对春玉米产量和N2O排放的影响。【结果】(1)氮肥施用后N2O排放迅速升高,在施肥后2 d左右达到峰值,维持10 d后快速下降。减量施氮模式显著降低N2O排放量(P<0.05)。与Con处理相比,Opt、Opt+DCD和Opt+SR处理N2O排放量降低幅度分别为21.4%、27.6%和26.0%。Con、Opt、Opt+DCD和Opt+SR处理的N2O增温潜势依次为425.01、334.01、307.83、314.57 kg CO2-eq·hm-2。与Con处理相比,Opt+DCD显著降低了N2O排放强度,降幅为30.1%(P<0.05)。(2)N2O排放量与表层土壤NH4+-N含量呈极显著正相关(P<0.01),而与土壤水分、温度无明显相关性。(3)与Con处理相比,Opt、Opt+DCD和Opt+SR处理能显著提高氮肥农学效率(增幅依次为25.5%、25.7%、22.2%)及氮肥偏生产力(增幅依次为29.9%、28.7%、25.4%)(P<0.05),但对春玉米的产量无显著影响。【结论】在黄土旱塬地区,适当减量施氮、缓控释肥及添加硝化抑制剂均能取得N2O减排和玉米增产的效果,其中减氮20%并添加硝化抑制剂在保证玉米产量的同时,N2O减排效果最好。
鲁科丹, 路远, 王蕊, 党廷辉. 不同氮素管理模式对黄土旱塬春玉米产量及N2O排放的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(18): 3642-3653.
LU KeDan, LU Yuan, WANG Rui, DANG TingHui. Effects of Different Nitrogen Application Patterns on Yield and Nitrous Oxide Emission of Spring Maize in Dryland Farming of the Loess Plateau[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(18): 3642-3653.
表1
玉米生长季内N2O综合排放特征"
处理 Treatment | 累积排放量 Accumulated emission (kg·hm-2) | 排放系数 Emission factor (%) | 增温潜势 Global warming potential (kg CO2-eq•hm-2) | 排放强度 Greenhouse gas intensity (kg CO2-eq•kg-1) |
---|---|---|---|---|
No fertilizer | 0.77c | - | 229.35c | 0.032a |
Con | 1.43a | 0.26a | 426.14a | 0.018b |
Opt | 1.12bc | 0.18b | 333.76bc | 0.014c |
Opt+DCD | 1.03b | 0.13b | 306.94b | 0.013c |
Opt+SR | 1.06bc | 0.11b | 315.88bc | 0.014c |
表2
N2O排放通量与温度和氮底物关系"
项目 Item | 处理 Treatment | ||||
---|---|---|---|---|---|
No fertilizer | Con | Opt | Opt+DCD | Opt+SR | |
WFPS | -0.065 | -0.134 | -0.05 | -0.189 | -0.063 |
箱温 Box temperature | -0.086 | -0.163 | -0.303 | -0.555** | -0.435* |
10 cm地温 10 cm underground temperature | -0.099 | -0.042 | -0.405* | -0.520** | -0.469* |
NO3--N | 0.027 | -0.211 | 0.097 | -0.338 | -0.197 |
NH4+-N | 0.200 | 0.465** | 0.606** | 0.738** | 0.621** |
表3
不同氮肥管理模式对玉米产量和氮肥农学效率的影响"
处理 Treatment | 2019 | 2020 | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
产量Yield (t•hm-2) | NAE (kg•kg-1) | NPFP (kg•kg-1) | 产量Yield (t•hm-2) | NAE (kg•kg-1) | NPFP (kg•kg-1) | |
No fertilizer | 3.20±1.99a | 3.86±1.57a | ||||
Con | 12.43±0.53b | 36.95a | 49.74a | 10.57±0.59b | 26.85a | 42.29a |
Opt | 12.50±0.43b | 46.52b | 62.51b | 11.35±1.19b | 37.43a | 56.74b |
Opt +DCD | 13.87±0.41b | 53.36c | 69.35c | 9.98±1.25b | 30.61a | 49.91ab |
Opt +SR | 13.21±0.33b | 50.05bc | 66.04bc | 9.99±2.96b | 30.63a | 49.94ab |
[1] |
李长生, 肖向明, S.Frolking, B.MooreIII, W.Salas, 邱建军, 张宇, 庄亚辉, 王效科, 戴昭华, 刘纪远, 秦小光, 廖柏寒, R. Sass. 中国农田的温室气体排放. 第四纪研究, 2003, 23(5): 493-503.
|
|
|
[2] |
IPCC. Climate Change 2007-Mitigation of Climate Change: Working Group III Contribution to the Forth Assessment Report of the IPCC. Cambridge: Cambridge University Press, 2007.
|
[3] |
|
[4] |
史常亮, 李赟, 朱俊峰. 劳动力转移、化肥过度使用与面源污染. 中国农业大学学报, 2016, 21(5): 169-180.
|
|
|
[5] |
胡雅杰, 朱大伟, 邢志鹏, 龚金龙, 张洪程, 戴其根, 霍中洋, 许轲, 魏海燕, 郭保卫. 改进施氮运筹对水稻产量和氮素吸收利用的影响. 植物营养与肥料学报, 2015, 21(1): 12-22.
|
|
|
[6] |
|
[7] |
doi: 10.1007/s11356-020-11591-5 pmid: 33236298 |
[8] |
|
[9] |
杜梦寅, 袁建钰, 李广, 闫丽娟, 刘兴宇, 祁小平, 庞晔. 保护性耕作对黄土高原半干旱区农田土壤N2O排放的影响. 干旱区研究, 2022, 39(2): 493-501.
doi: 10.13866/j.azr.2022.02.17 |
|
|
[10] |
|
[11] |
刘高远, 和爱玲, 杜君, 吕金岭, 聂胜委, 潘秀燕, 许纪东, 李珏, 杨占平. 有机肥替代化肥对砂姜黑土区小麦-玉米轮作系统N2O排放的影响. 中国农业科学, 2023, 56(16): 3156-3167. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.16.009.
|
|
|
[12] |
雷豪杰, 李贵春, 柯华东, 魏崃, 丁武汉, 徐驰, 李虎. 滴灌施肥对两种典型作物系统土壤N2O排放的影响及其调控差异. 中国农业科学, 2021, 54(4): 768-779. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2021.04.009.
|
|
|
[13] |
张闻汉, 陈照明, 张金萍, 林海忠, 何杰, 张耿苗, 赵钰杰, 王强, 马军伟. 硝化抑制剂对稻田土壤氧化亚氮排放及硝化作用的影响. 浙江农林大学学报, 2023, 40(4): 820-827.
|
|
|
[14] |
曾科, 王书伟, 朱文彬, 田玉华, 尹斌. 不同硝化抑制剂对稻季N2O排放、NH3挥发和水稻产量的影响. 土壤, 2023, 55(3): 503-511.
|
|
|
[15] |
|
[16] |
|
[17] |
胡小康, 黄彬香, 苏芳, 巨晓棠, 江荣风, 张福锁. 氮肥管理对夏玉米土壤CH4和N2O排放的影响. 中国科学: 化学, 2011, 41(1): 117-128.
|
|
|
[18] |
|
[19] |
|
[20] |
|
[21] |
吴得峰, 姜继韶, 高兵, 刘燕, 王蕊, 王志齐, 党廷辉, 郭胜利, 巨晓棠. 添加DCD对雨养区春玉米产量、氧化亚氮排放及硝态氮残留的影响. 植物营养与肥料学报, 2016, 22(1): 30-39.
|
|
|
[22] |
赵笃勤, 刘淑慧, 赵凯超. 玉米-大豆间作和减量施氮对玉米生长、产量及土壤硝态氮含量的影响. 西北农业学报, 2020, 29(8): 1159-1166.
|
|
|
[23] |
郑利芳, 吴三鼎, 党廷辉. 不同施肥模式对春玉米产量、水分利用效率及硝态氮残留的影响. 水土保持学报, 2019, 33(4): 221-227.
|
|
|
[24] |
|
[25] |
路远. 黄土旱塬春玉米不同氮素管理模式下N2O排放与氮素利用[D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2021.
|
|
|
[26] |
刘敏, 张翀, 巨晓棠, 苏芳, 陈新平, 江荣风. 箱体结构及计算方法对夏玉米农田N2O排放测定结果的影响. 农业环境科学学报, 2018, 37(6): 1284-1290.
|
|
|
[27] |
吴得峰. 黄土旱塬区减氮条件下氮素利用及温室气体排放特征[D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2016.
|
|
|
[28] |
徐玉秀, 郭李萍, 谢立勇, 云安萍, 李迎春, 张璇, 赵迅, 刁田田. 中国主要旱地农田N2O背景排放量及排放系数特点. 中国农业科学, 2016, 49(9): 1729-1743. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2016.09.009.
|
|
|
[29] |
doi: 10.1093/nsr/nwz087 pmid: 34692059 |
[30] |
|
[31] |
|
[32] |
|
[33] |
严圣吉, 尚子吟, 邓艾兴, 张卫建. 我国农田氧化亚氮排放的时空特征及减排途径. 作物杂志, 2022(3): 1-8.
|
|
|
[34] |
郑蕾, 王学东, 郭李萍, 张馨月, 汪东炎, 牛晓光, 云安萍, 李迎春. 施肥对露地菜地氨挥发和氧化亚氮排放的影响. 应用生态学报, 2018, 29(12): 4063-4070.
doi: 10.13287/j.1001-9332.201812.023 |
|
|
[35] |
姚志生, 王燕, 王睿, 刘春岩, 郑循华. 中国茶园N2O排放及其影响因素. 农业环境科学学报, 2020, 39(4): 715-725.
|
|
|
[36] |
许宏伟, 李娜, 冯永忠, 任广鑫, 谢呈辉, 吕宏菲, 马星霞, 郝嘉琪. 氮肥和秸秆还田方式对麦玉轮作土壤N2O排放的影响. 环境科学, 2020, 41(12): 5668-5676.
|
|
|
[37] |
廖欢, 王方斌, 刘凯, 殷星, 侯振安. 不同施氮措施配合硝化抑制剂对滴灌棉田土壤NH3挥发和N2O排放的影响. 西北农业学报, 2020, 29(9): 1378-1388.
|
|
|
[38] |
张楠, 潘仕球, 乔云发, 朱保国, 苗淑杰. 秸秆还田及添加生物炭对黑土玉米生长季N2O排放的影响. 中国农学通报, 2022, 38(27): 79-85.
doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2021-0943 |
doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2021-0943 |
|
[39] |
郑循华, 王明星, 王跃思, 沈壬兴, 龚宴邦, 骆冬梅, 张文, 金继生, 李老土. 稻麦轮作生态系统中土壤湿度对N2O产生与排放的影响. 应用生态学报, 1996, 7(3): 273-279.
|
|
|
[40] |
叶宗辉, 郑宁国, 姚槐应. 茶园土壤N2O产出与排放研究进展. 茶叶通讯, 2021, 48(1): 1-6.
|
|
|
[41] |
王赟峰. 植物材料和水分管理对稻田土壤pH和碳氮矿化的影响[D]. 杭州: 浙江大学.
|
|
|
[42] |
吴龙龙, 虞轶俊, 田仓, 张露, 黄晶, 朱练峰, 朱春权, 孔亚丽, 张均华, 曹小闯, 金千瑜. 干湿交替灌溉下施氮模式对水稻光合产物和氮转运的影响. 中国水稻科学, 2022, 36(3): 295-307.
doi: 10.16819/j.1001-7216.2022.210507 |
doi: 10.16819/j.1001-7216.2022.210507 |
|
[43] |
李保艳, 邱炜红, 惠晓丽, 曹寒冰, 包明, 王朝辉, 郑险峰. 长期施用化肥氮对黄土高原麦田N2O排放的影响. 西北农林科技大学学报(自然科学版), 2018, 46(5): 50-58.
|
|
|
[44] |
郝耀旭, 刘继璇, 袁梦轩, 周应田, 杨学云, 顾江新. 长期定位有机物料还田对关中平原冬小麦-玉米轮作土壤N2O排放的影响. 环境科学, 2017, 38(6): 2586-2593.
|
|
|
[45] |
符春敏, 尹黎燕, 邓燕, 兰超杰, 韩忠钰, 金鑫, 李长江, 黄家权. 施肥模式对菠萝产量及农田氧化亚氮排放的影响. 热带生物学报, 2020, 11(3): 331-340.
|
|
|
[46] |
朱永官, 王晓辉, 杨小茹, 徐会娟, 贾炎. 农田土壤N2O产生的关键微生物过程及减排措施. 环境科学, 2014, 35(2): 792-800.
|
|
|
[47] |
郝小雨, 周宝库, 马星竹, 高中超. 氮肥管理措施对黑土玉米田温室气体排放的影响. 中国环境科学, 2015, 35(11): 3227-3238.
|
|
[1] | 范虹, 殷文, 胡发龙, 樊志龙, 赵财, 于爱忠, 何蔚, 孙亚丽, 王凤, 柴强. 绿洲灌区密植对氮肥减量玉米产量的补偿潜力[J]. 中国农业科学, 2024, 57(9): 1709-1721. |
[2] | 韩潇杰, 任志杰, 李双静, 田培培, 卢素豪, 马耕, 王丽芳, 马冬云, 赵亚南, 王晨阳. 不同施氮量对土壤团聚体碳氮含量及小麦产量的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(9): 1766-1778. |
[3] | 何永强, 张金盔, 徐劲松, 丁晓雨, 程勇, 许本波, 张学昆. 14-羟基芸苔素甾醇生长调节剂对油菜生长和产量的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(8): 1444-1454. |
[4] | 李永飞, 李战魁, 张战胜, 陈永伟, 康建宏, 吴宏亮. 氮肥后移对高温胁迫下春小麦旗叶生理特性和产量的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(8): 1455-1468. |
[5] | 刘泽厚, 王琴, 叶美金, 万洪深, 杨宁, 杨漫宇, 杨武云, 李俊. 人工合成小麦和地方品种穗发芽抗性育种利用效率[J]. 中国农业科学, 2024, 57(7): 1255-1266. |
[6] | 任强, 徐珂, 樊志龙, 殷文, 范虹, 何蔚, 胡发龙, 柴强. 小麦玉米间作氮肥后移利于减少土壤蒸发提高水分利用效率[J]. 中国农业科学, 2024, 57(7): 1295-1307. |
[7] | 杨启睿, 李岚涛, 张潇, 张倩, 张银杰, 张铎, 王宜伦. 施钾对夏花生产量、品质及光温生理特性的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(7): 1335-1349. |
[8] | 党建友, 姜文超, 孙睿, 尚保华, 裴雪霞. 旱地小麦产量和水分利用对翻耕时间和降水量及其分布的响应[J]. 中国农业科学, 2024, 57(6): 1049-1065. |
[9] | 赵凯男, 丁豪, 刘阿康, 姜宗昊, 陈广周, 冯波, 王宗帅, 李华伟, 司纪升, 张宾, 毕香君, 李勇, 李升东, 王法宏. 氮肥减量后移改善植株光合特性提高麦-玉周年产量及经济效益[J]. 中国农业科学, 2024, 57(5): 868-884. |
[10] | 周浩露, 申朝阳, 罗新宇, 黄英惠, 王可心, 王云浩, 高小丽. 氮肥对垄沟集雨种植谷子氮素利用效率及产量的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(5): 885-899. |
[11] | 麻碧娇, 陈桂平, 苟志文, 殷文, 樊志龙, 胡发龙, 范虹, 何蔚. 河西灌区减氮条件下小麦复种绿肥的水分利用及经济效益[J]. 中国农业科学, 2024, 57(4): 740-754. |
[12] | 李法计, 程敦公, 余晓丛, 闻伟锷, 刘金栋, 翟胜男, 刘爱峰, 郭军, 曹新有, 刘成, 宋健民, 刘建军, 李豪圣. 冠层活性相关性状全基因组关联分析及其对产量性状遗传效应的解析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(4): 627-637. |
[13] | 王月梅, 田海梅, 王西娜, 郝雯悦, 吕喆铭, 于金铭, 谭军利, 王朝辉. 引黄灌区连续减施化肥对春小麦产量稳定性的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(3): 539-554. |
[14] | 曹文茁, 于振文, 张永丽, 张振, 石玉, 王永军. 不同施氮量下黑土地春玉米籽粒淀粉积累动态及产量形成差异[J]. 中国农业科学, 2024, 57(22): 4431-4443. |
[15] | 张永莉, 张宁, 徐姣, 许豆豆, 成芳, 张成龙, 吴碧波, 巩养仓, 贺云新, 魏尚职, 屠小菊, 刘爱玉, 周仲华. 不同带状间作模式对棉花生长发育和生产力的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(22): 4444-4458. |
|