齊智娟 李 驁 張忠學(xué) 余佩哲 尹致皓 宋 芳

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院,哈爾濱 150030;2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)水資源高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,哈爾濱 150030)

0 引言

N2O是三大溫室氣體之一,其單位分子增溫潛能是CO2的300倍,給全球氣候和環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的威脅[1-5]。約75%的人為N2O排放源于農(nóng)業(yè)土壤,其中旱地土壤是農(nóng)業(yè)源N2O排放的主要來(lái)源之一[6]。當(dāng)前,人類活動(dòng)導(dǎo)致的全球N2O排放量的增長(zhǎng)速度超過(guò)了最高預(yù)期排放情景,凸顯了減少N2O排放的緊迫性,氮肥高效利用是最有潛力的減排措施[7]。

東北黑土區(qū)是我國(guó)最重要的商品糧基地,是中國(guó)糧食安全的可靠保證,對(duì)保障國(guó)家糧食安全和生態(tài)安全具有重要意義[8-9]。近年來(lái),由于長(zhǎng)期高強(qiáng)度開發(fā)利用、氣候變化、耕作方式不合理(攪動(dòng)土壤、植被破壞、秸稈根茬未還田)以及自然因素(地勢(shì)波狀起伏、水溝侵蝕)等原因,我國(guó)黑土地遭受的破壞日益嚴(yán)重,水土流失,地力下降,對(duì)糧食產(chǎn)量造成威脅[10]。因此,水土保持耕作顯得尤為重要。與傳統(tǒng)耕作方式相比,水土保持耕作處理可以減少土壤擾動(dòng),在優(yōu)化土壤團(tuán)聚結(jié)構(gòu)、改善土壤蓄水保水能力、促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)形成及其穩(wěn)定化過(guò)程等方面具有積極的調(diào)控作用[11-14]。

現(xiàn)有的水土保持耕作技術(shù)主要有等高耕作、壟向區(qū)田以及深松耕作等。已有研究表明,實(shí)施水土保持耕作措施可以更好地調(diào)控土壤的養(yǎng)分供應(yīng)狀況,實(shí)現(xiàn)土壤氮素供應(yīng)與作物需氮的時(shí)空吻合,有助于實(shí)現(xiàn)夏玉米高產(chǎn)高效生態(tài)安全生產(chǎn)[15]。而且不同水土保持措施均可在不同程度上降低坡耕地水土及氮磷養(yǎng)分的流失[16]。目前對(duì)于水土保持耕作條件下有關(guān)作物的研究主要集中在耕作方式對(duì)作物產(chǎn)量、生長(zhǎng)發(fā)育、蓄水肥田以及土壤結(jié)構(gòu)等方面的影響[17]。對(duì)于不同耕作方式對(duì)氮素吸收利用以及溫室氣體排放影響方面的研究并不深入。氮素作為影響作物產(chǎn)量的首要因子,在作物生長(zhǎng)過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用,要進(jìn)一步研究施加同樣數(shù)量氮肥條件下,可以為作物生長(zhǎng)提供較好的生長(zhǎng)環(huán)境,提高氮肥利用率,穩(wěn)產(chǎn)或增產(chǎn),并有效減少溫室氣體排放的黑土坡耕地水土保持耕作技術(shù)。

本文針對(duì)當(dāng)前東北黑土區(qū)玉米田存在的土地退化、氮肥利用率低、溫室氣體排放增加等問(wèn)題,以傳統(tǒng)耕作方式為對(duì)照,研究不同耕作模式對(duì)玉米田溫室氣體排放與氮肥吸收利用的影響,為黑土坡耕地保護(hù)、肥料高效利用、農(nóng)田氧化亞氮?dú)怏w減排提供應(yīng)用基礎(chǔ)理論和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

依托中國(guó)科學(xué)院海倫水土保持監(jiān)測(cè)研究站開展試驗(yàn),試驗(yàn)站位于黑龍江省松嫩平原北部海倫市西南部的前進(jìn)鄉(xiāng)光榮村(47°37′N,126°84′E)。該試驗(yàn)區(qū)位于東北典型黑土區(qū)北部,為商品糧核心產(chǎn)區(qū),漫川漫崗水土流失區(qū),平均海拔210 m,坡度為0.5°～7°,坡長(zhǎng)為200～1 000 m,土壤侵蝕模數(shù)大于1 000 t/(km2·a),溝壑密度2.27 km/km2,墾殖率80%,坡耕地占比90%以上,黑土層厚度約為30 cm。主要作物為大豆和玉米。試驗(yàn)區(qū)多年平均氣溫-4～5℃,無(wú)霜期135 d,年降水量400～650 mm,7—9月降雨量占年降水量的70%。土壤速效氮(N)質(zhì)量比154.4 mg/kg,速效磷(P2O5)質(zhì)量比40.1 mg/kg,速效鉀(K2O)質(zhì)量比376.8 mg/kg,pH值為7.27。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在海倫光榮小流域開展小區(qū)試驗(yàn)和大田試驗(yàn),為了解決黑土變薄變瘦的問(wèn)題,試驗(yàn)基于等高耕作、深松耕、壟向區(qū)田以及其組合模式,開展不同水土保持耕作方式下的東北黑土坡耕地玉米農(nóng)田耕作試驗(yàn),選擇等高耕作(TP)、壟向區(qū)田(RF)、深松耕(SF)、等高耕作+深松耕(TP-S)、壟向區(qū)田+深松耕(RF-S)和等高耕作+壟向區(qū)田(TP-R)6種模式,常規(guī)耕作(CK)為對(duì)照。試驗(yàn)處理設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 田間小區(qū)試驗(yàn)處理設(shè)置

結(jié)合當(dāng)?shù)赜衩追N植經(jīng)驗(yàn),施肥水平、生產(chǎn)管理與當(dāng)?shù)乇３忠恢?累積施用氮肥250 kg/hm2,分2次施入。采用全面試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法,共計(jì)7個(gè)處理,每個(gè)處理3次重復(fù),共計(jì)21個(gè)試驗(yàn)小區(qū),隨機(jī)排列,每個(gè)小區(qū)面積為100 m2(20 m×5 m)。供試玉米品種為“迪卡1563”,種植密度為56 700株/hm2,試驗(yàn)區(qū)無(wú)灌溉,玉米生育期內(nèi)日氣溫與降雨量變化如圖1所示。

圖1 生育期內(nèi)試驗(yàn)地日氣溫和降雨量

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

(1)地上部生物量

將植株沿地上部分取下,用農(nóng)用壓縮噴霧器將植株沖洗干凈,并將植株按不同器官放入干燥箱中,105℃殺青30 min后,60℃干燥至干質(zhì)量恒定。將干燥后的樣品放置在干燥箱中冷卻,稱量干物質(zhì)量。

(2)植株各器官氮素指標(biāo)測(cè)定

將稱量后的成熟期樣品按不同器官用球磨機(jī)磨碎,過(guò)80目篩后混勻,采用H2SO4-H2O2消煮,取消煮后的清夜,采用德國(guó)SEALAnalytical公司生產(chǎn)的AutoAnalyzer-Ⅲ型流動(dòng)分析儀,測(cè)定成熟期植株各器官氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

(3)土壤有機(jī)質(zhì)和氮素相關(guān)指標(biāo)

(4)氣體排放量

采用靜態(tài)箱-氣相色譜法采集各時(shí)期N2O與CO2氣體。箱體由有機(jī)玻璃制成,四周采用透明隔熱防曬漆進(jìn)行隔熱處理,箱內(nèi)裝有1個(gè)風(fēng)扇以混勻氣體,側(cè)面中上部設(shè)置氣密性氣體取樣孔,氣樣抽取后轉(zhuǎn)入采氣袋(50 mL)。氣體測(cè)定后計(jì)算氣體排放通量,計(jì)算式為[18]

式中F——N2O、CO2排放通量,單位分別為μg/(m2·h)、mg/(m2·h)

ρ——在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)條件下氣體密度,g/cm3

P——?dú)怏w采集時(shí)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,Pa

V——箱體體積,m3

A——箱體底面積,m2

ΔC/ΔT——箱體內(nèi)氣體濃度隨時(shí)間變化的回歸曲線斜率,μL/(m3·h)

T——采樣時(shí)箱體內(nèi)氣體溫度,℃

玉米全生育期內(nèi)土壤N2O與CO2累積排放量計(jì)算公式為

式中M——土壤N2O、CO2排放總量,kg/hm2

fi——第i次采樣時(shí)N2O、CO2排放量,mg/(m2·h)

fi+1——第i+1次采樣時(shí)N2O、CO2排放量,mg/(m2·h)

ti——第i次采樣時(shí)間,d

ti+1——第i+1次采樣時(shí)間,d

試驗(yàn)期間使用3次氣體監(jiān)測(cè)結(jié)果的平均值作為期間未采樣日的排放通量(線性內(nèi)插法),將每日的排放量累加求得階段性累積排放量。

(5)產(chǎn)量及其構(gòu)成

在收獲期取每小區(qū)中間2行進(jìn)行測(cè)產(chǎn),記錄穗數(shù),收獲后隨機(jī)選擇20個(gè)果穗記錄每穗的穗行數(shù)、穗粒數(shù),風(fēng)干玉米穗部至質(zhì)量恒定,進(jìn)行脫粒、稱量,并折算成籽粒含水率為14%的玉米籽粒產(chǎn)量。

(6)相關(guān)指標(biāo)計(jì)算公式

植株器官氮素累積量(Ni)為植株器官干物質(zhì)量與植株含氮量乘積,營(yíng)養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量(NTA)為抽雄期營(yíng)養(yǎng)器官氮素積累量與成熟期營(yíng)養(yǎng)器官氮素累積量差值,氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率(NTE)為營(yíng)養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量占抽雄期營(yíng)養(yǎng)器官氮素積累量百分比,氮素轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率(NTCP)為營(yíng)養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量占成熟期籽粒氮素累積量百分比,氮肥生產(chǎn)效率(NPE)為單位面積玉米產(chǎn)量與施氮量比值,氮素吸收效率(NUE)為植株氮素累積量與施氮量比值,氮素收獲指數(shù)(NHI)為籽粒氮素累積量與施氮量比值[19-23]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Microsoft Excel(2016)進(jìn)行整理,采用SPSS 22.0(SPSS Inc.,Chicago,IL,美國(guó))進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,運(yùn)用最小顯著差異法(LSD)對(duì)各處理數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較(P<0.05)。使用Microsoft Excel(2016)和Origin Pro 9.1作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水土保持耕作技術(shù)對(duì)N2O與CO2排放的影響

玉米生育期農(nóng)田N2O排放通量如圖2a所示,各處理均表現(xiàn)為正值,表明旱地土壤是N2O的排放源。在玉米整個(gè)生育期內(nèi),N2O排放通量在不同處理間的趨勢(shì)基本一致,呈“山”字型,有明顯的季節(jié)變化規(guī)律。生長(zhǎng)初期和末期的排放通量較低,中期排放通量高,且在6月出現(xiàn)最高峰,之后逐漸保持平穩(wěn)。從整個(gè)生育期來(lái)看,TP處理的N2O排放通量顯著低于其他處理,SF處理的N2O排放通量最高,CK處理位于中間值。各處理N2O排放通量由小到大依次為SF處理、RF處理、RF-S處理、CK處理、TP-S處理、TP-R處理、TP處理。CO2排放通量如圖2c所示,從圖中可以看出在玉米生育期內(nèi)土壤CO2的排放規(guī)律與N2O有著明顯的不同,CO2的排放峰值有2個(gè),分別集中在7月初的拔節(jié)期與8月初的抽雄期,其他時(shí)期則較為平緩。從圖2c可以看出,SF處理的CO2排放通量最高,TP處理的排放通量最低。以最高峰來(lái)看,SF處理比CK處理CO2排放高36.42%,TP處理則顯著降低,較CK處理減少128.63%。不同水土保持耕作技術(shù)下,土壤的N2O與CO2的累積排放量都在生育期內(nèi)逐漸增高。苗期各處理土壤 CO2累積排放量增加比較緩慢,拔節(jié)期至抽雄期增速加快,抽雄期至灌漿期累積排放量逐漸減緩,灌漿期至成熟期最低。

圖2 生育期內(nèi)不同水土保持耕作技術(shù)下的土壤溫室氣體排放通量與累積排放量

2.2 不同水土保持耕作技術(shù)對(duì)土壤中氮的影響

2.2.1土壤全氮

圖3為不同水土保持耕作模式下玉米土壤的全氮(TN)含量(質(zhì)量比)。在玉米的不同生長(zhǎng)階段,同一生育期內(nèi)表層土壤的全氮含量在不同處理之間存在差異。從圖3中可以看出,苗期的土壤全氮含量較高,在之后的生育過(guò)程中,由于玉米植株生長(zhǎng),吸收養(yǎng)分而導(dǎo)致土壤的全氮含量逐漸減少。從整個(gè)生育期來(lái)看,各處理土壤的全氮含量均比常規(guī)耕作高,并且隨著玉米的發(fā)育生長(zhǎng),土壤的全氮含量均呈下降趨勢(shì)。在玉米成熟期時(shí),CK處理相比較TP-S、TP-R、TP、RF-S、RF和SF處理土壤全氮含量分別低18.03%、13.17%、8.31%、8.59%、3.38%和5.56%。

圖3 生育期內(nèi)不同水土保持耕作技術(shù)下的土壤全氮含量

2.2.2土壤硝態(tài)氮與銨態(tài)氮

從圖4a可以看出,土壤硝態(tài)氮含量在苗期至拔節(jié)期以及抽雄期至灌漿期呈降低趨勢(shì),在拔節(jié)期至抽雄期以及灌漿期至成熟期有所增加,但變化幅度各不相同。整體來(lái)看,實(shí)施了水土保持耕作技術(shù)的地塊,土壤硝態(tài)氮含量均比CK處理高。苗期時(shí),水土保持耕作處理較常規(guī)處理土壤硝態(tài)氮含量高18.48%～52.08%;拔節(jié)期高0.12%～26.32%;抽雄期高21.12%～54.29%;灌漿期高40.72%～86.57%;成熟期高37.82%～140.06%。

圖4 生育期內(nèi)不同水土保持耕作技術(shù)下的土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量

土壤銨態(tài)氮含量的變化趨勢(shì)與硝態(tài)氮含量相似,但同一個(gè)處理在相同時(shí)期土壤銨態(tài)氮含量明顯低于硝態(tài)氮含量。從圖4b可以看出,整個(gè)生育期內(nèi),實(shí)施水土保持耕作處理的土壤銨態(tài)氮含量明顯高于常規(guī)處理。在玉米成熟期時(shí),各水土保持耕作處理較常規(guī)耕作處理高47.13%～118.33%。

2.3 不同水土保持耕作技術(shù)對(duì)植株氮素的影響

2.3.1植株氮素累積

成熟期單植株氮素累積量如圖5(圖中不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05))所示,從圖中可以看出,各處理植株器官氮素分配由大到小依次為籽粒、葉、莖、苞葉、穗軸,這表明玉米吸收的大部分氮被輸送到籽粒中。各水土保持耕作處理的植株總氮積累量均高于常規(guī)處理,其中含量最高的為TP-S處理,相比較其他處理高16.24%～77.06%。各處理籽粒和穗軸的氮積累量差異顯著,最高的處理為TP-S,分別較CK處理顯著提高98.75%和120.22%;TP-S處理、TP-R處理和TP處理莖的氮積累量沒(méi)有顯著差異,但相比較其他處理差異顯著;葉的氮累積量TP-S處理最高,比TP-R、TP、RF-S、RF、SF、CK處理分別高5.96%、9.84%、5.96%、1.05%、6.43%、46.79%。

圖5 成熟期不同水土保持耕作技術(shù)下單植株器官氮素累積量

2.3.2植株氮素轉(zhuǎn)運(yùn)及效率

氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率可以反映植株各營(yíng)養(yǎng)器官的轉(zhuǎn)運(yùn)能力,從表2可以看出,耕作方式的不同,對(duì)NTE以及NTCP的影響較為顯著。其中總的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率為30.4%～54.8%,最高處理為TP-S,最低處理為CK;氮素轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率為17.6%～38.7%,最高處理為TP-R,最低處理為CK。TP-S、TP-R、TP、RF-S、RF、SF處理的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率分別比CK處理高97.73%、119.89%、64.20%、99.43%、75.00%、97.73%;總的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率分別比CK處理高80.26%、50.33%、44.08%、74.67%、50.00%、69.74%。

表2 不同水土保持耕作技術(shù)下玉米氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率及氮素轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率

2.4 產(chǎn)量及其構(gòu)成

不同水土保持耕作技術(shù)下玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成如表3所示。從表3可以看出,RF處理的穗行數(shù)和穗粒數(shù)均最小,分別較其他處理降低3.89%～15.00%與3.25%～13.42%。穗粒數(shù)由小到大依次為RF處理、TP-R處理、SF處理、TP處理、CK處理、TP-S處理、RF-S處理。不同處理的玉米產(chǎn)量由小到大依次為CK處理、SF處理、RF處理、RF-S處理、TP處理、TP-R處理、TP-S處理,CK處理較其他水土保持耕作處理產(chǎn)量分別降低3.39%、10.75%、16.54%、21.16%、24%和26.43%。不同處理間收獲指數(shù)差異顯著,其中TP-S處理收獲指數(shù)最大,較其他處理提高2.18%～13.41%。

表3 不同水土保持耕作技術(shù)下玉米產(chǎn)量構(gòu)成及收獲指數(shù)

2.5 氮素利用效率

氮肥生產(chǎn)效率、氮素吸收效率和氮素收獲指數(shù)均是反映氮素利用的重要指標(biāo),不同的水土保持耕作措施對(duì)玉米的氮素利用效率產(chǎn)生了顯著的影響,從表4可以看出,TP-S處理氮肥生產(chǎn)效率最高,各水土保持耕作處理較常規(guī)處理氮肥生產(chǎn)效率顯著提高3%～26%。對(duì)于氮素吸收效率,各水土保持耕作處理均優(yōu)于常規(guī)處理,TP-S、TP-R、TP、RF-S、RF、SF處理較CK處理分別提高76.98%、52.30%、47.33%、39.04%、25.23%、28.55%。對(duì)于氮素收獲指數(shù),從高到低依次為TP-S處理、TP-R處理、TP處理、RF-S處理、RF處理、SF處理、CK處理,TP-S處理分別比其他處理提高22.90%、27.46%、32.37%、55.78%、66.75%、99.13%,提升效果顯著。

表4 不同水土保持耕作技術(shù)下玉米氮素利用效率

3 討論

在我國(guó),坡耕地是人類從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要場(chǎng)所之一,水土流失嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致耕作層土壤養(yǎng)分流失,降低土地生產(chǎn)力和土壤潛在肥力,從而影響作物對(duì)于養(yǎng)分的吸收利用,對(duì)作物產(chǎn)量以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展極為不利[24]。水土保持耕作技術(shù)可以提升土壤抗侵蝕能力,并使土壤保留更多的養(yǎng)分,在對(duì)水土侵蝕予以有效控制的同時(shí),使土壤的肥力得到顯著增強(qiáng)[25]。已有研究表明干旱地區(qū)耕作方式的轉(zhuǎn)變也會(huì)對(duì)土壤養(yǎng)分的流失及作物對(duì)養(yǎng)分的吸收利用產(chǎn)生較大影響[26-28]。因此探明水土保持耕作技術(shù)對(duì)東北黑土坡耕地氮素利用以及產(chǎn)量的影響顯得尤為重要。

本研究中,玉米成熟期時(shí),實(shí)施水土保持耕作處理的植株產(chǎn)量較CK處理增加3.39%～26.43%,與CK處理相比,TP處理、TP-R處理以及TP-S處理由于是沿著等高線起壟,能有效攔截雨水,減少地面徑流,增加水分的入滲,從而使玉米根系可以吸收更多的水分進(jìn)而為玉米各器官輸送。TP-S處理在等高耕作的基礎(chǔ)上由于加上了深松,進(jìn)一步打破犁底層,改變了土壤的結(jié)構(gòu),RF處理由于筑擋的存在,可以減少土壤的流失,均為作物根系提供了一個(gè)良好的生長(zhǎng)環(huán)境,所以玉米產(chǎn)量明顯提高。玉米產(chǎn)量取決于籽粒的干物質(zhì)量,有研究表明,干物質(zhì)積累量取決于其積累速率和積累持續(xù)期[29-30]。本試驗(yàn)中,RF與SF處理的玉米產(chǎn)量較其他水土保持耕作處理有所減少,說(shuō)明其籽粒干物質(zhì)量相對(duì)于其他水土保持耕作處理有所減少,這可能是由于RF、SF處理的干物質(zhì)積累持續(xù)期不長(zhǎng)的原因。

氮是作物產(chǎn)量形成的重要限制因子,無(wú)論是土壤中的氮含量還是植株對(duì)氮素的利用情況,均是衡量這個(gè)處理優(yōu)劣的重要因素。在本試驗(yàn)中,各處理所施的肥量保持一致,但土壤的全氮含量有所差別,常規(guī)處理較水土保持耕作處理土壤全氮含量明顯降低[31]。其中土壤全氮含量最高的處理為TP-S,與CK處理相比,TP-S處理由于土壤流失的減少?gòu)亩鴾p輕了土壤的擾動(dòng),導(dǎo)致全氮的礦化量減少,最終使得土壤的全氮含量增加,這也與郭亞飛等[32]的研究結(jié)果類似。國(guó)際上農(nóng)田水平的氮肥利用率(NUE)是指單位施氮量所增加的籽粒產(chǎn)量[33]。我國(guó)氮效率包含兩方面含義,一是指植物在同等的供氮水平下吸氮量大,二是指對(duì)已吸收的氮素利用效率高[34]。在本研究中,水土保持耕作處理可以顯著提高氮轉(zhuǎn)運(yùn)效率,其中RF-S處理的器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率以及氮素轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率都處于較高水平。這可能是由于在抽雄期,RF-S處理積累了大部分氮素,進(jìn)而可以在灌漿成熟期時(shí)向籽粒輸送,從而提高器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率與籽粒貢獻(xiàn)率。也有研究表明,根質(zhì)量、根長(zhǎng)、根表面積、根密度是造成產(chǎn)量、氮素營(yíng)養(yǎng)效率差異的主要原因之一,RF-S處理由于進(jìn)行了深松,耕層土壤更為松散,所以根系可以更好地生長(zhǎng),從而提高了氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率[35]。對(duì)于氮肥利用率,TP-S處理由于改變了壟向,增加了田埂深度,使根系縱向伸長(zhǎng),從而使總根長(zhǎng)、平均根長(zhǎng)增加。由于根長(zhǎng)的增加,植株除了可以吸收表層的肥料養(yǎng)分,也可以吸收溶解到深層的肥料養(yǎng)分,所以提高植株對(duì)肥料的利用率,這與王艷[36]的研究結(jié)果相似。

翟勝等[37]研究發(fā)現(xiàn)土壤中碳氮基質(zhì)、溫度、濕度、pH值等因素均影響N2O排放。耕作方式的改變會(huì)影響土壤溫度、水分等理化性質(zhì)和微生物的活性,進(jìn)而影響N2O排放[38]。耕作措施對(duì)N2O排放的影響研究結(jié)果之間存在較大差異,尚無(wú)統(tǒng)一的結(jié)論[39]。在本試驗(yàn)中,SF處理下的N2O排放通量最高,TP處理最低。與常規(guī)耕作相比,SF處理N2O排放高的原因可能是由于其土壤容重增加,使土壤非常容易形成厭氧環(huán)境或者是微域厭氧環(huán)境,使土壤反硝化作用能力提高,所以產(chǎn)生更多的N2O。TP處理比常規(guī)耕作氧化亞氮排放低的原因可能是由于TP處理土壤貫穿阻力增強(qiáng)、氣體擴(kuò)散速率降低,進(jìn)而使得硝化、反硝化過(guò)程產(chǎn)生的N2O在擴(kuò)散逸出土面之前,就被進(jìn)一步還原為N2從而降低了N2O排放,還有可能是因?yàn)門P處理充氣孔隙度與總孔隙度比值較小,致使土壤的通氣性差,進(jìn)而限制土壤N2O向大氣排放,所以TP處理土壤的N2O排放量較低。

4 結(jié)束語(yǔ)

以東北地區(qū)黑土坡耕地為研究對(duì)象,從降低農(nóng)業(yè)溫室氣體排放、提高氮素利用效率的角度出發(fā),開展了為期一年的不同水土保持耕作方式下的東北黑土坡耕地玉米農(nóng)田耕作試驗(yàn),揭示了不同水土保持耕作方式下土壤溫室氣體排放通量與變化特征以及對(duì)于氮素的利用效率。結(jié)果表明,水土保持耕作措施可以顯著提高玉米對(duì)于氮素的利用效率,提升產(chǎn)量,部分水土保持耕作措施可以明顯降低N2O與CO2的排放通量。在玉米整個(gè)生育期內(nèi),進(jìn)行水土保持耕作處理的玉米產(chǎn)量、土壤氮素含量、氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率以及對(duì)氮肥的利用效率均明顯優(yōu)于常規(guī)耕作。對(duì)于CO2排放,除SF處理外,其余水土保持耕作處理較常規(guī)耕作均有降低。對(duì)于N2O排放,TP處理、TP-S處理和TP-R處理較常規(guī)耕作減少顯著,但SF處理、RF-S處理以及RF處理較常規(guī)耕作增加明顯,對(duì)此有待進(jìn)一步研究。6種水土保持耕作方式中以等高耕作+深松耕的方式在改善玉米關(guān)鍵期土壤氮素含量、促進(jìn)玉米生殖生長(zhǎng)、提高玉米氮素利用效率以及減少溫室氣體排放方面效果最為顯著,本試驗(yàn)可為東北黑土坡耕地玉米種植過(guò)程中水土保持耕作方式的選取提供參考。