





中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (16): 3156-3167.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.16.009
刘高远1,2(
), 和爱玲1, 杜君1, 吕金岭1, 聂胜委1, 潘秀燕3, 许纪东3, 李珏4, 杨占平1(
)
收稿日期:2022-08-25
接受日期:2022-11-10
出版日期:2023-08-16
发布日期:2023-08-18
通信作者:
联系方式:
刘高远,E-mail:liugaoyuan678@163.com。
基金资助:
LIU GaoYuan1,2(
), HE AiLing1, DU Jun1, LÜ JinLing1, NIE ShengWei1, PAN XiuYan3, XU JiDong3, LI Jue4, YANG ZhanPing1(
)
Received:2022-08-25
Accepted:2022-11-10
Published:2023-08-16
Online:2023-08-18
摘要:
【目的】探究有机肥替代化肥条件下砂姜黑土区小麦-玉米轮作系统N2O排放特征及与土壤环境因子的关系,为实现农田温室气体减排提供理论依据。【方法】以砂姜黑土区小麦-玉米轮作系统为研究对象,采用静态箱-气相色谱法与常规土壤参数分析相结合,研究不施肥(CK)、常规施肥(CF)、有机肥氮替代20%化肥氮及有机肥氮替代40%化肥氮(R2FM及R4FM,有机肥于小麦季施用)对小麦-玉米轮作系统N2O排放的影响及与关键驱动因子的关系。【结果】R2FM及R4FM处理小麦产量显著高于CF处理,增幅分别为12.2%和10.2%,而不同施肥处理之间玉米产量无显著差异。CK、CF、R2FM及R4FM处理周年N2O平均排放通量分别为5.9、50.3、43.9及39.6 μg·m-2·h-1,其中小麦季为3.1、23.6、25.0及26.4 μg·m-2·h-1,玉米季为8.8、77.0、62.8及52.9 μg·m-2·h-1;不同施肥处理下N2O排放通量与土壤NO3--N含量呈极显著正相关,同时还与小麦季土壤温度、玉米季土壤含水量呈显著或极显著正相关。CF、R2FM及R4FM处理周年N2O累积排放量分别为2.38、2.44及2.53 kg·hm-2,较CK处理(0.56 kg·hm-2)显著增加325%—354%,N2O-N排放系数为0.40%—0.44%,但CF、R2FM及R4FM处理之间周年N2O累积排放量、N2O-N排放系数均无显著差异。不同施肥处理下季节性N2O累积排放量存在差异,与CF处理相比,R2FM及R4FM处理在小麦季N2O累积排放量分别显著提高28.3%和62.6%,且二者N2O-N排放系数(0.35%和0.41%)显著增加,而在玉米季N2O累积排放量分别显著降低15.8%和33.8%;N2O累积排放量与小麦季土壤全氮、碱解氮、微生物量碳含量及玉米季土壤全氮含量呈显著或极显著正相关,而与玉米季土壤有机碳含量呈显著负相关。【结论】在有机肥氮替代化肥氮条件下,优化小麦季施肥管理是减少砂姜黑土区小麦-玉米轮作系统N2O排放的关键。
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[J]. 中国农业科学, 2023, 56(16): 3156-3167.
LIU GaoYuan, HE AiLing, DU Jun, LÜ JinLing, NIE ShengWei, PAN XiuYan, XU JiDong, LI Jue, YANG ZhanPing. Effect of Organic Fertilizer Replacing Chemical Fertilizer on Nitrous Oxide Emission from Wheat-Maize Rotation System in Lime Concretion Black Soil[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2023, 56(16): 3156-3167.
表2
N2O排放通量与土壤温度、体积含水量及无机氮之间的相关性"
| 时期 Stage | 处理 Treatment | T | VWC | NO3--N | NH4+-N |
|---|---|---|---|---|---|
| 小麦季 Wheat season | CK | 0.19 | 0.20 | 0.31* | 0.09 |
| CF | 0.51** | 0.26 | 0.58** | 0.22 | |
| R2FM | 0.44** | 0.18 | 0.52** | 0.16 | |
| R4FM | 0.40** | 0.07 | 0.49** | 0.13 | |
| 玉米 Maize season | CK | 0.10 | 0.23 | 0.28* | 0.12 |
| CF | 0.18 | 0.54** | 0.72** | 0.17 | |
| R2FM | 0.21 | 0.35* | 0.83** | 0.20 | |
| R4FM | 0.17 | 0.36* | 0.65** | 0.18 | |
| 周年 Annual | CK | 0.13 | 0.22 | 0.30* | 0.11 |
| CF | 0.27 | 0.35* | 0.52** | 0.19 | |
| R2FM | 0.24 | 0.23 | 0.57** | 0.17 | |
| R4FM | 0.22 | 0.14 | 0.45** | 0.16 |
表3
不同处理对N2O累积排放量及N2O-N排放系数的影响"
| 时期 Stage | 处理 Treatment | 施氮量 N dosage (kg·hm-2) | 累积排放量 Cumulative emission (kg·hm-2) | 排放系数 Emission factor (%) |
|---|---|---|---|---|
| 小麦季 Wheat season | CK | 0 | 0.32±0.07d | / |
| CF | 225 | 0.99±0.11c | 0.30±0.02c | |
| R2FM | 270 | 1.27±0.14b | 0.35±0.01b | |
| R4FM | 315 | 1.61±0.19a | 0.41±0.03a | |
| 玉米 Maize season | CK | 0 | 0.24±0.04d | / |
| CF | 225 | 1.39±0.16a | 0.51±0.02a | |
| R2FM | 180 | 1.17±0.08b | 0.52±0.02a | |
| R4FM | 135 | 0.92±0.10c | 0.50±0.01a | |
| 周年 Annual | CK | 0 | 0.56±0.05b | |
| CF | 450 | 2.38±0.12a | 0.40±0.02a | |
| R2FM | 450 | 2.44±0.09a | 0.42±0.01a | |
| R4FM | 450 | 2.53±0.16a | 0.44±0.03a |
表4
不同处理下土壤基本性质的变化"
| 时期Stage | 处理Treatment | pH | OC (g·kg-1) | TN (g·kg-1) | C/N | AHN (mg·kg-1) | MBC (mg·kg-1) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 小麦季 Wheat season | CK | 6.94±0.07a | 6.26±0.20d | 0.45±0.02d | 13.9±0.8a | 62.2±10.8c | 76.0±9.1c |
| CF | 6.65±0.05b | 6.97±0.44c | 0.68±0.04c | 10.3±0.4c | 95.6±8.5b | 120.5±16.0b | |
| R2FM | 6.70±0.14b | 8.85±0.18b | 0.77±0.03b | 11.5±0.5b | 121.1±12.2a | 169.4±19.3a | |
| R4FM | 6.72±0.11b | 9.36±0.32a | 0.80±0.05a | 11.7±0.7b | 134.9±15.9a | 187.8±22.4a | |
| 玉米季 Maize season | CK | 6.96±0.06a | 6.32±0.19c | 0.43±0.10b | 14.7±1.3a | 66.7±6.2b | 82.3±7.2b |
| CF | 6.61±0.15b | 7.10±0.21b | 0.69±0.05a | 10.1±1.0b | 103.4±12.7a | 131.1±15.6a | |
| R2FM | 6.67±0.04b | 8.71±0.35a | 0.72±0.08a | 12.1±0.8a | 118.7±11.5a | 148.2±13.3a | |
| R4FM | 6.68±0.08b | 9.12±0.27a | 0.74±0.04a | 12.3±1.5a | 122.6±9.4a | 154.7±10.1a |
| [1] |
|
| [2] |
doi: 10.3763/ghgmm.2010.0007 |
| [3] |
doi: 10.1002/ghg.2017.7.issue-6 |
| [4] |
doi: 10.1016/j.scitotenv.2019.02.241 |
| [5] |
doi: 10.1007/s11368-014-0859-7 |
| [6] |
doi: 10.1016/j.pedsph.2022.06.047 |
| [7] |
doi: 10.1007/s11104-009-0099-6 |
| [8] |
裴雪霞, 党建友, 张定一, 张晶, 高璐, 程麦凤, 王姣爱. 化肥减量配施有机肥对旱地小麦产量、品质和水分利用率的影响. 水土保持学报, 2021, 35(4): 250-258.
|
|
|
|
| [9] |
doi: 10.1016/j.geoderma.2018.11.014 |
| [10] |
刘韵, 柳文丽, 朱波. 施肥方式对冬小麦—夏玉米轮作土壤N2O排放的影响. 土壤学报, 2016, 53(3): 735-745.
|
|
|
|
| [11] |
doi: 10.1007/s10021-013-9723-7 |
| [12] |
doi: 10.1016/j.scitotenv.2020.139321 |
| [13] |
孟磊, 蔡祖聪, 丁维新. 长期施肥对华北典型潮土N分配和N2O排放的影响. 生态学报, 2008, 28(12): 6197-6203.
|
|
|
|
| [14] |
侯苗苗, 吕凤莲, 张弘弢, 周应田, 路国艳,
|
|
|
|
| [15] |
李燕青, 温延臣, 林治安, 赵秉强. 不同有机肥与化肥配施对作物产量及农田氮肥气态损失的影响. 植物营养与肥料学报, 2019, 25(11): 1835-1846.
|
|
|
|
| [16] |
李德成, 张甘霖, 龚子同. 我国砂姜黑土土种的系统分类归属研究. 土壤, 2011, 43(4): 623-629.
|
|
|
|
| [17] |
陈欢, 曹承富, 张存岭, 李玮, 乔玉强, 杜世州, 赵竹. 基于主成分-聚类分析评价长期施肥对砂姜黑土肥力的影响. 土壤学报, 2014, 51(3): 609-617.
|
|
|
|
| [18] |
李太魁, 寇长林, 郭战玲, 张香凝. 有机氮替代部分无机氮对砂姜黑土冬小麦产量及氮肥利用率的影响. 江苏农业科学, 2021, 49(5): 97-101.
|
|
|
|
| [19] |
沈冰涛, 张孝倩, 陈红, 江旭聪, 李孝良, 汪建飞, 肖新. 有机肥替代化肥对小麦产量及土壤养分和酶活性的影响. 长江大学学报(自然科学版), 2019, 16(5): 46-52, 7.
|
|
|
|
| [20] |
doi: 10.1016/0038-0717(90)90046-3 |
| [21] |
鲍士旦. 土壤农化分析. 3版. 北京: 中国农业出版社, 2000.
|
|
|
|
| [22] |
|
| [23] |
doi: 10.1016/j.still.2018.10.002 |
| [24] |
doi: 10.1016/j.jclepro.2020.122683 |
| [25] |
|
| [26] |
|
| [27] |
doi: 10.1016/j.jenvman.2020.110755 |
| [28] |
doi: 10.1016/j.scitotenv.2020.139390 |
| [29] |
李燕青, 唐继伟, 车升国, 温延臣, 孙文彦, 赵秉强. 长期施用有机肥与化肥氮对华北夏玉米N2O和CO2排放的影响. 中国农业科学, 2015, 48(21): 4381-4389. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2015.21.018.
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2015.21.018 |
|
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2015.21.018 |
|
| [30] |
doi: 10.1016/j.agee.2019.106687 |
| [31] |
doi: 10.1016/j.scitotenv.2012.11.020 |
| [32] |
肖乾颖, 黄有胜, 胡廷旭, 朱波. 施肥方式对紫色土农田生态系统N2O和NO排放的影响. 中国生态农业学报, 2018, 26(2): 203-213.
|
|
|
|
| [33] |
孙赫阳, 万忠梅, 刘德燕, 廖霞, 丁维新. 有机肥与无机肥配施对潮土N2O排放的影响. 环境科学, 2020, 41(3): 1474-1481.
|
|
|
|
| [34] |
曹文超, 宋贺, 王娅静, 覃伟, 郭景恒, 陈清, 王敬国. 农田土壤N2O排放的关键过程及影响因素. 植物营养与肥料学报, 2019, 25(10): 1781-1798.
|
|
|
|
| [35] |
赵燕. 河南省砂姜黑土系统分类归属及代表土系的建立[D]. 郑州: 郑州大学, 2012.
|
|
|
|
| [36] |
张玉铭, 胡春胜, 张佳宝, 董文旭, 王玉英, 宋利娜. 农田土壤主要温室气体(CO2、CH4、N2O)的源/汇强度及其温室效应研究进展. 中国生态农业学报, 2011, 19(4): 966-975.
|
|
doi: 10.3724/SP.J.1011.2011.00966 |
|
| [37] |
doi: 10.1016/S1001-0742(07)60030-8 |
| [38] |
doi: 10.1007/s10705-006-9000-7 |
| [39] |
doi: 10.1016/j.agee.2011.10.024 |
| [1] | 朱琦, 贾振鹏, Tahir SHAH, 徐晨晟, 李芷琦, 吕会帅, 朱鹏超, 韦小敏, 黄冬琳, 孙艳妮, 曹卫东, 高亚军, 王朝辉, 张达斌. 绿肥配施增效产品降低旱地麦田温室气体排放及碳足迹[J]. 中国农业科学, 2026, 59(7): 1507-1522. |
| [2] | 刘梦阳, 刘洁, 陈翔, 王擎运, 罗来超, 齐永波, 田达, 李金才, 柴如山. 长期秸秆还田对砂姜黑土团聚体结构及磷组分分布的影响[J]. 中国农业科学, 2026, 59(3): 575-588. |
| [3] | 郭松, 韩磊, 汪源, 王子君, 钱紫慧, 路佳明, 赵灿, 王维领, 许轲, 张洪程, 杨凤萍, 霍中洋. 控释与速效氮肥不同配比一次性侧深施对水稻产量、氮肥利用率和碳减排的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(24): 5216-5233. |
| [4] | 曹景文, 聂志刚, 李广, 杨洁. 基于DNDC和NSGA-Ⅲ耦合模型的旱地春小麦稳产减排多目标优化[J]. 中国农业科学, 2025, 58(13): 2538-2551. |
| [5] | 孙建飞, 程琨. 农田土壤固碳与温室气体排放计量研究进展[J]. 中国农业科学, 2025, 58(11): 2190-2205. |
| [6] | 杜嘉琪, 张紫薇, 王若飞, 黎星, 郭红艳, 杨硕, 冯成, 何堂庆, Giri Bhoopander, 张学林. 有机肥替代化肥与丛枝菌根真菌互作对砂姜黑土和潮土N2O排放的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(1): 101-116. |
| [7] | 吕金岭, 尤克, 王小非, 肖强, 李文峰, 马进, 杨清, 张金平, 孔海江, 常运华. 河南省典型农区近地表大气氨时空分布特征及主要影响因素[J]. 中国农业科学, 2025, 58(1): 127-140. |
| [8] | 高尚洁, 刘杏认, 李迎春, 柳晓婉. 施用生物炭和秸秆还田对农田温室气体排放及增温潜势的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(5): 935-949. |
| [9] | 高慧珊, 李根明, 张进财, 姬广兴, 李青松. 河南省畜禽粪便同效当量替代化肥供需平衡分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(23): 4746-4760. |
| [10] | 牛坤玉, 葛若昊, 陈美安, 金书秦, 刘静. 双碳目标下中国农食系统温室气体排放结构、发展趋势及国际比较[J]. 中国农业科学, 2024, 57(21): 4290-4307. |
| [11] | 周元清, 董红敏, 朱志平, 王悦, 李南西. 生猪养殖系统碳足迹评估研究进展[J]. 中国农业科学, 2024, 57(2): 379-389. |
| [12] | 王箫璇, 张敏, 张鑫尧, 魏鹏, 柴如山, 张朝春, 张亮亮, 罗来超, 郜红建. 不同磷肥对砂姜黑土和红壤磷库转化及冬小麦磷素吸收利用的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(6): 1113-1126. |
| [13] | 龚世飞, 肖能武, 丁武汉, 居学海, 吴平华, 余永松, 李虎. 基于耕地承载力的十堰市畜禽养殖环境风险评价[J]. 中国农业科学, 2023, 56(5): 920-934. |
| [14] | 谢军, 尹学伟, 魏灵, 王子芳, 李清虎, 张晓春, 鲁远源, 王秋月, 高明. 垄作直播控制灌溉对水稻产量和温室气体排放的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(4): 697-710. |
| [15] | 宋博影, 郭艳杰, 王文赞, 吕泽楠, 赵宇晴, 柳鹭, 张丽娟. 生物炭和双氰胺对设施蔬菜土壤温室气体排放的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(10): 1935-1948. |
|
||