论文部分内容阅读
近年来我国蔬菜种植面积逐年增加,集约化蔬菜生产中氮肥投入高,复种指数高及农事操作频繁等特点导致菜地土壤退化、活性气态氮的大量排放和氮素利用率低下等问题。生物质炭通过改善土壤质量和影响土壤氮素转化,实现固碳减排和增产的效果;硝化抑制剂通过有效延缓硝化过程和减少氮素的损失从而提高作物产量和减少环境污染。因此,有必要综合开展施用生物质炭和硝化抑制剂对我国典型集约化菜地土壤质量、蔬菜产量和活性气态氮排放规律及其强度的影响研究,以期为生物质炭和稍化抑制剂的合理施用提供理论依据。本研究分为以下四个部分:(1)在南京农业大学牌楼温室基地进行连续一年共种植五季蔬菜的盆栽试验,分别采用静态暗箱-气相色谱法、静态暗箱一氮氧化物分析法和通气法对红壤、褐土、潮土和黑土 N20、NO和NH3排放及蔬菜产量进行观测,研究背景条件下菜地土壤活性气态氮排放强度及其土壤驱动因子;(2)通过连续一周年的温室盆栽试验对比研究施用小麦秸秆生物质炭(Bw)和猪粪生物质炭(Bm)两种不同类型生物质炭对中国集约化菜地土壤性质、蔬菜产量和活性气态氮排放规律及其强度的影响;(3)通过连续一周年的温室盆栽试验对比研究CP(nitrapyrin)和DCD(双氰胺)两种类型的硝化抑制剂对我国集约化菜地土壤性质、蔬菜产量和活性气态氮排放规律及其强度的影响;(4)在南京郊区集约化菜地生态系统进行田间原位试验,设置氮肥或氮肥和硝化抑制剂与三水平(0,20,40tha1)生物质炭组合共六个处理,研究联合施用硝化抑制剂和生物质炭对菜地土壤性质、蔬菜产量及氮肥利用率和单位产量N20排放的影响。主要结果如下:1.不同类型菜地土壤活性气态氮排放量差异显著:对于N20和NO而言,红壤排放量最高,黑土次之,褐土和潮土排放量较低;褐土NH3排放量最低,其余土壤差异不显著。另外,四种土壤蔬菜总产量差异明显,黑土蔬菜产量最高为64.64 t ha-1,褐土和潮土较低分别为26.82和29.75 t ha-1,红壤产量居中。总体而言,红壤活性气态氮排放强度(GNrI)高达0.61 kgN t-1,黑土低至0.10 kgN t-1。通过冗余分析可知,土壤N20主要受NH4+-N含量影响,且与土壤pH存在负相关关系;NO排放主要受NH4+-N和砂粒含量的影响;NH3排放主要受土壤TN驱动;土壤SOC和蔬菜产量之间存在正相关关系。2.施用生物质炭能够显著增加菜地土壤有机碳(SOC)20.4-135.0%、土壤全氮(TN)0.5-21.2%、土壤电导率(EC)2.4-38.1%,在一定程度上降低了 土壤的NH4+-N含量,对微生物量碳(MBC)和硝化潜势(PNR)和反硝化酶活性(DEA)作用受土壤类型的影响。与猪粪生物质炭相比,秸秆生物质炭显著降红壤和褐土的PNR。另外,生物质炭的施用显著增加了潮土和黑土蔬菜产量,增幅为1.7-30.5%,而对红壤和褐土蔬菜产量作用不明显。与秸秆生物质炭相比,添加猪粪生物质炭增加11.6-20.2%蔬菜产量。施用生物质炭能够显著影响N2O、NO排放而对NH3排放未产生显著影响。具体而言,生物质炭的施用分别平均降低褐土和黑土 N2O排放量为56.5%和47.4%和红壤49.5-57.0%的NO排放量,对潮土未产生显著影响。此外,与猪粪生物质炭相比,秸秆生物质炭能够有效的减少N20和NO的排放;施用猪粪生物质炭相对于秸秆生物质炭更易促进土壤NH3的排放。施用生物质炭显著影响集约化蔬菜地土壤GNrI,在褐土和黑土减缓幅度平均分别为18.0%和25.0%,两种生物质炭之间效果差异不显著。3.硝化抑制剂的施用增加了菜地土壤NH4+-N含量0.3-41.1%,降低了 6.3-34.4%的NO3--N含量,在不同程度上增加土壤pH和EC值,对土壤MBC作用受土壤类型的影响。硝化抑制剂的施用显著降低了褐土和黑土的硝化潜势,降低幅度分别为26.3-50.0%和22.5-56.8%。与CP相比,施用DCD能够进一步降低褐土和黑土硝化潜势,降低幅度为32.1-44.3%。两种硝化抑制剂的添加未显著影响四种菜地土壤反硝化酶活性。施用硝化抑制剂能够减少菜地土壤1.8-61.0%的N2O排放量和0.8-79.5%的NO排放量,而同时增加了 3.2-44.6%的NH3排放量。硝化抑制剂处理菜地土壤N2O+NO的排放减少量和NH3排放增加量之间存在显著的正相关关系。施用硝化抑制剂显著降低褐土和潮土 GNrI,降低幅度平均分别为18.1%和10.9%,两种硝化抑制剂作用效果无显著差异。4.硝化抑制剂处理对TN和SOC含量无显著影响,生物质炭显著增加了 TN和SOC,增幅分别为81.5-99.3%和66.9-85.1%。另外,硝化抑制剂显著增加了 0.97-2.15个单位的菜地土壤pH值,但生物质炭的施用显著降低了菜地土壤0.45-1.63个单位的pH值。施用硝化抑制剂和生物质炭分别显著增加了 9.7-60.5%和7.0-43.1%的蔬菜产量,6.3-43.8%和18.4-68.2%的氮肥偏生产力,降低菜地18.6-39.2%和3.7-13.4%的N20累积排放量,23.6-57.7%和20.6-39.4%的单位产量N20排放量。因此,本研究表明,集约化蔬菜地土壤活性气态氮排放强度差异显著,且受土壤理化性质的影响。生物质炭的施用能够改善菜地土壤理化性质,通过减少活性气态氮排量或增加蔬菜产量从而降低活性气态氮排放强度,且其作用效果受到土壤和生物质炭类型的综合影响。硝化抑制剂的施用能够改变土壤的理化性质,通过减少N2O和NO排放量和增加蔬菜产量从而减缓菜地活性气态氮排放强度。联合施用硝化抑制剂和生物质炭能够有效增加蔬菜产量和氮肥偏生产力,降低N2O排放量,从而显著降低单位产量N2O排放量。