秸秆带状覆盖对马铃薯产量和薯田N2O排放的影响

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氧化亚氮(N2O)是强效的温室气体,其全球增温潜能是CO2的300倍。秸秆带状覆盖技术已在小麦、马铃薯上推广应用,增产效果明显,然而关于秸秆带状覆盖农田土壤N2O排放特征及其关键调控因子还不清楚。为此,本研究采用大田试验,于2020(丰水年)-2021(平水年)年,以无覆盖(CK)为对照,设置秸秆带状覆盖(SM)、黑膜局部覆盖(PMP)和黑膜全覆盖(PMF)3个处理来进行研究。本文通过气体原位采集系统对旱地农田土壤剖面不同深度(0-10、10-20、20-30、30-40和40-50 cm)N2O气体进行了为期两年的原位动态监测,研究了不同覆盖方式下马铃薯农田N2O剖面扩散和表面净排放规律以及马铃薯产量变化,揭示秸秆带状覆盖对马铃薯田N2O排放规律及影响机制,为进一步优化秸秆带状覆盖栽培技术及理论体系。主要结果如下:(1)覆盖种植显著影响薯田土壤剖面N2O浓度。与CK相比,两个生长季,秸秆带状覆盖种植模式丰水年与平水年0-50 cm土层N2O浓度均与CK无显著差异,而地膜覆盖种植模式均显著提高0-50 cm土层N2O浓度;(2)覆盖种植显著影响薯田N2O表层排放与剖面扩散。与CK相比,秸秆带状覆盖种植模式具有抑制N2O排放的作用,秸秆带状覆盖种植模式在丰水年显著降低土壤表层N2O排放通量与累积排放通量13.7%、13.6%,两个生长季均显著降低剖面0-50 cm累积扩散通量10.9%;地膜覆盖种植模式显著提高土壤表层N2O排放通量41.6%,显著提高N2O累积排放量10.7%。地膜覆盖种植模式显著提高薯田土壤剖面0-50 cm土层N2O累积扩散通量29.4%。土壤剖面0-50 cm N2O扩散通量显著影响土壤表面N2O排放通量。(3)覆盖种植显著影响薯田土壤环境因子。与CK相比,秸秆带状覆盖和地膜覆盖种植模式土壤含水量显著分别显著提高6.8%和9.4%。与CK相比,秸秆带状覆盖种植模式全生育期平均降低土壤温度0.7℃,地膜覆盖种植模式全生育期平均增加土壤温度1.3℃。覆盖种植均在马铃薯块茎形成期提高0-40 cm土层土壤氮素含量8.8%~14.6%,在马铃薯收获期降低氮素含量9.7%~19.6%。另外,覆盖种植对土壤有机碳的影响主要在0-30 cm土层,且秸秆带状覆盖种植模式对有机碳的固定效应要强于地膜覆盖种植模式。(4)薯田0-50 cm土层N2O浓度与5-30 cm土层土壤温度、土壤硝态氮含量和土壤过氧化氢酶活性呈极显著正相关,与0-200 cm土壤含水量呈显著正相关,与土壤蔗糖酶活性呈显著负相关。薯田N2O表层排放通量与剖面扩散通量均与5-30 cm土层土壤温度、土壤硝态氮含量和土壤过氧化氢酶活性呈极显著正相关,与0-200 cm土壤含水量呈显著正相关,与土壤蔗糖酶活性呈显著负相关。马铃薯田N2O表层累积排放通量与累积扩散通量均与5-30 cm土层土壤温度、土壤硝态氮含量和土壤过氧化氢酶活性呈极显著正相关,与0-200 cm土壤含水量呈显著正相关,与土壤蔗糖酶活性呈显著负相关。(5)覆盖种植均显著提高马铃薯产量。秸秆带状覆盖种植模式和地膜覆盖种植模式分别较CK鲜薯增产18.6%和30.8%,秸秆带状覆盖种植模式和地膜覆盖种植模式分别较CK干薯增产10.6%和19.8%。马铃薯产量的决定因素是单株结薯数和单薯重。因此,秸秆带状覆盖种植模式能够抑制土壤N2O排放,提高马铃薯产量,同时使得农村大量的秸秆资源合理利用,在西北半干旱雨养区具有一定的推广潜力。
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