應(yīng)用案例

Picarro G2508（秸稈覆蓋和施氮量對(duì)夏玉米產(chǎn)量、肥效和溫室氣體排放的影響）

發(fā)表時(shí)間：2024-04-17

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前言

氣候變化及其后續(xù)環(huán)境影響已成為全球關(guān)注的問(wèn)題，其主要為人為活動(dòng)引起的溫室氣體二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）和氧化亞氮（N₂O）排放。根據(jù)世界資源研究所的數(shù)據(jù)，農(nóng)業(yè)溫室氣體排放占全球溫室氣體排放量的11.8%。如果不制定和采用有效的政策和戰(zhàn)略，到2050年，全球農(nóng)業(yè)溫室氣體排放量將增加58%。通過(guò)優(yōu)化管理實(shí)踐證明，如秸稈覆蓋和優(yōu)化氮肥施用，可以減少農(nóng)業(yè)GHG排放。秸稈覆蓋是秸稈處理的有效田間管理方法，具有良好的生態(tài)環(huán)境效益。研究表明，秸稈覆蓋提高了土壤肥力和作物產(chǎn)量，最大限度地減少了風(fēng)蝕和水蝕，并減少了徑流和淋濾造成的養(yǎng)分損失。然而，也有許多研究表明，秸稈覆蓋會(huì)促進(jìn)土壤CO₂和CH₄排放。在先前的研究中，土壤N₂O排放對(duì)秸稈覆蓋的響應(yīng)不一致。秸稈覆蓋對(duì)土壤N₂O排放的影響與微生物介導(dǎo)的硝化和反硝化過(guò)程有關(guān)，這一過(guò)程受土壤濕度、溫度、土壤有機(jī)碳的有效性以及氨和硝酸鹽濃度的影響。因此，為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)和彈性農(nóng)業(yè)，需要對(duì)秸稈覆蓋下的溫室氣體排放進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)查。

研究方法

對(duì)中國(guó)山東省科技部禹城農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家觀測(cè)研究站2018年、2019年和2020年的三個(gè)玉米單季玉米田進(jìn)行考察，對(duì)夏玉米進(jìn)行兩種秸稈處理方式（S0：耕作結(jié)合無(wú)秸稈和S1：耕作結(jié)合秸稈覆蓋）和兩種施氮量（中氮N1：180 kg N ha^-1的；高氮N2：210 kg N ha^-1），在6m×10m的試驗(yàn)田用四種處理進(jìn)行了三次重復(fù)。另外在2018年、2019年和2020年7月在每公頃的試驗(yàn)田施用160千克K₂SO₄和750千克CaP₂H₄O₈作為基礎(chǔ)肥料。在玉米播種和灌漿期后的兩天內(nèi)進(jìn)行灌溉，每塊樣方灌溉量為3-5m³。

在每個(gè)試驗(yàn)區(qū)安裝透明腔室，通過(guò)試驗(yàn)箱采集氣體樣品，每采集1小時(shí)氣體樣品，將試驗(yàn)箱關(guān)閉200秒。樣品收集完成后，試驗(yàn)箱保持打開狀態(tài)，以消除剩余熱量對(duì)GHG排放的影響。采用自動(dòng)控制系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)測(cè)所有腔室23小時(shí)（23:00-00:00的每日校準(zhǔn)除外）。GHG摩爾分?jǐn)?shù)通過(guò)Picarro G2508高精度氣體濃度分析儀進(jìn)行測(cè)量。

2018年（a）、2019年（b）、2020年（c）和2018年至2020年（d）玉米生長(zhǎng)季期間，秸稈覆蓋和施氮量對(duì)每日土壤CO₂通量的影響。無(wú)秸稈（S0）和秸稈覆蓋物（S1）；中氮（N1）、高氮（N2）。

秸稈覆蓋和施氮量對(duì)玉米生長(zhǎng)季節(jié)累積土壤CO₂通量的影響。無(wú)秸稈（S0）和秸稈覆蓋物（S1）；中氮（N1）、高氮（N2）。在P<0.05時(shí)，各圖中各處理間具有相同小寫字母的均值無(wú)顯著差異。<>

2018年（a）、2019年（b）、2020年（c）和2018年至2020年（d）期間，秸稈覆蓋和施氮量對(duì)玉米生長(zhǎng)季節(jié)的每日土壤CH₄通量的影響。無(wú)秸稈（S0）和秸稈覆蓋物（S1）；中氮（N1）、高氮（N2）。圖中的陰影表示95%水平的置信區(qū)間。

研究結(jié)論

在土壤GHG通量長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，探討了玉米產(chǎn)量、PFP（部分因子生產(chǎn)率）、GHG排放、GWP和GHGI對(duì)兩種秸稈覆蓋措施和施氮量的響應(yīng)。結(jié)果表明：

（1）S1N1獲得的產(chǎn)量和PFP最高，其次是S1N2、S0N1和S0N2。S1N2的CO₂排放量最高。同時(shí)，S1N2的CH₄吸收量最高，S0N2的CH₄吸收量最低。最高和最低的N₂O排放分別出現(xiàn)在S0N1和S1N1中。

（2）廣泛應(yīng)用的S1N2處理獲得了最高的GWP（全球變暖潛能值），比S1N1高70.3%，是S0N1和S0N2的兩倍。根據(jù)三個(gè)測(cè)試結(jié)果，S1N2處理的GHGI最大（19.4），而其他三個(gè)處理的GHGI較?。?0.1、10.7和10.7），無(wú)顯著性。

（3）秸稈覆蓋結(jié)合180 kg N ha^−1氮肥的施用將在作物產(chǎn)量和溫室氣體排放之間取得平衡，這可以在中國(guó)北方平原地區(qū)廣泛采用，以實(shí)現(xiàn)夏玉米的可持續(xù)生產(chǎn)。

此外，加強(qiáng)秸稈覆蓋做法和氮肥用量的等多種制度可能幫助抵消全球溫室氣體排放。

原文鏈接

http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.157681

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