氮肥運籌和秸稈還田對麥季土壤溫室氣體排放的影響

牛 東，潘 慧，叢美娟，尹 萍，吳 浩，孫 娟，朱新開，郭文善

(揚州大學(xué)江蘇省作物遺傳生理重點實驗室/糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇揚州 225009)

氮肥運籌和秸稈還田對麥季土壤溫室氣體排放的影響

牛 東，潘 慧，叢美娟，尹 萍，吳 浩，孫 娟，朱新開，郭文善

(揚州大學(xué)江蘇省作物遺傳生理重點實驗室/糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇揚州 225009)

為了解氮肥運籌和秸稈還田對麥田土壤溫室氣體排放的影響，在秸稈還田條件下設(shè)置基肥∶壯蘗肥∶拔節(jié)肥∶孕穗肥為3∶1∶3∶3(N1)、5∶1∶2∶2(N2)、7∶1∶2∶0(N3)三個氮肥運籌方式，在秸稈不還田條件下設(shè)置5∶1∶2∶2一個氮肥運籌方式(N4)，采用靜態(tài)暗箱-氣相色譜法對不同處理下麥田土壤排放的二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亞氮(N2O)進行觀測，測定小麥籽粒產(chǎn)量，估算土壤溫室氣體排放強度(GHGI)和麥季全球增溫潛勢(GWP)。結(jié)果表明，與秸稈不還田相比，秸稈還田顯著促進了麥季CH4和CO2的排放，顯著降低了N2O的排放，顯著提高了麥季GWP。秸稈還田條件下，不同氮肥運籌方式間CH4、CO2累積排放量和GWP差異不顯著，但N3處理顯著提高了N2O累積排放量，分別較N1、N2處理提高61.22%、51.92%。N1、N2處理的GHGI最低，分別較N4處理降低41.27%和39.67%，N3處理的GHGI較N4處理增加3.30%。因此，麥季秸稈還田下采用3∶1∶3∶3和5∶1∶2∶2氮肥運籌方式有顯著地增產(chǎn)與綜合減排作用，是低碳生產(chǎn)的合理施肥措施。

小麥；土壤；溫室氣體；秸稈還田

N2O、CH4和CO2是大氣中三種最主要的溫室氣體[1]。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，對大氣中的溫室氣體有顯著影響，并且受到強烈的人為干擾，其CO2排放量占人為溫室氣體排放量的21%～25%[2]，而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所產(chǎn)生的CH4和N2O排放量分別占人類活動產(chǎn)生的CH4和N2O排放量的52%和84%[3]，因此，研究農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體的排放規(guī)律對應(yīng)對全球氣候變化具有重要意義。

我國是農(nóng)業(yè)大國，擁有豐富的秸稈資源。據(jù)統(tǒng)計，2004年我國各種農(nóng)作物秸稈總產(chǎn)出量已達(dá)8億多噸[4]。秸稈直接還田可以使秸稈得到充分利用，且具有成本較低、節(jié)省勞力、肥源較廣、可就地取材等優(yōu)點，因而得到了很快的發(fā)展[5]。前人研究表明，秸稈還田具有改善土壤理化性質(zhì)、增加土壤微生物量和酶活性、提高作物產(chǎn)量等優(yōu)點[6-7]，但是秸稈還田的用量、方式、年限等對土壤CH4、CO2、N2O的排放有很大影響。強學(xué)彩等[8]的測定結(jié)果表明，秸稈還田量的增加顯著促進了土壤CO2釋放。肖小平等[9]研究認(rèn)為，與翻耕和旋耕秸稈還田相比，免耕秸稈還田降低了稻田CH4的排放速率。張翰林等[10]研究發(fā)現(xiàn)，在稻麥輪作系統(tǒng)下，短期全量秸稈還田有助于降低溫室氣體總體排放，長期秸稈還田后降低幅度會逐步減小。

稻麥輪作是長江中下游地區(qū)最主要的種植制度，然而關(guān)于秸稈還田下氮肥運籌對小麥生長季土壤溫室氣體排放影響的研究鮮有報道。本研究以冬小麥為研究對象，通過大田小區(qū)定位試驗分析了秸稈還田后不同的氮肥運籌下麥田土壤溫室氣體排放的特點，以期揭示不同氮肥運籌下麥田溫室氣體的排放規(guī)律，為制定合理的減排措施提供依據(jù)。

1 材料與方法

試驗于2014-2015年在揚州大學(xué)江蘇省作物遺傳生理重點實驗室試驗場進行田間試驗，該地屬于北亞熱帶濕潤氣候區(qū)，年平均溫度13.2～16.0 ℃，降雨量 800～1 200 mm。試驗田長期實行稻麥輪作，土質(zhì)為輕壤土，耕層土壤有機質(zhì)含量15.73 g·kg-1，全氮含量1.24 g·kg-1，速效氮含量95.86 mg·kg-1，速效磷含量16.32 mg·kg-1，速效鉀含量146.12 mg·kg-1。供試品種為揚輻麥4號，由江蘇省里下河地區(qū)農(nóng)科所提供。

1.1 試驗設(shè)計

試驗采取隨機區(qū)組設(shè)計，總施氮量為240 kg·hm-2，在秸稈還田條件下設(shè)置基肥∶壯蘗肥∶拔節(jié)肥∶孕穗肥為3∶1∶3∶3(N1)、5∶1∶2∶2(N2)、7∶1∶2∶0(N3)三個氮肥運籌方式，在秸稈不還田條件下設(shè)置5∶1∶2∶2一個氮肥運籌方式(N4)，基肥、壯蘗肥、拔節(jié)肥、孕穗肥分別在11月5日、12月14日、3月14日、3月31日施用。4個處理磷肥(P2O5)施用量均為90 kg·hm-2，鉀肥(K2O)施用量均為150 kg·hm-2，磷鉀肥均按基肥、拔節(jié)肥各50%的比例分2次施用，基肥采用人工撒施的方式將肥料均勻地施入小區(qū)后用表土覆蓋，其余各時期的肥料均采用人工撒施的方式在降雨前或黃昏時施用。水稻收割后將秸稈機械切割成10 cm左右，均勻鋪撒于小區(qū)內(nèi)，采用旋耕方式將秸稈混入0～15 cm土層，還田量為9 000 kg·hm-2。于2014年11月6日播種，基本苗為225萬株·hm-2，成熟時各小區(qū)收獲1.2 m2計算小麥籽粒產(chǎn)量，重復(fù)3次。

1.2 氣體樣品的采集及分析方法

采用靜態(tài)暗箱-氣相色譜法測定麥田CH4、CO2、N2O的排放通量。采樣箱由頂箱、中段箱、底座三個部分構(gòu)成，箱體由不銹鋼制成，采樣箱內(nèi)置小電風(fēng)扇用于箱內(nèi)氣體混勻，箱體外覆鋁箔紙用于反光隔熱。在小區(qū)內(nèi)選取地面平整的地方，除去地面雜草后固定底座，此后不再變更位置。

從小麥出苗一周后開始采樣，其中11月28日至1月22日每隔7 d進行一次采樣，3月15日至4月17日每隔15 d進行一次采樣，每個處理3次重復(fù)。采樣時間為上午9:00-11:00。采樣時先將頂部小風(fēng)扇打開，扣箱后每隔10 min采集一次樣品，共采集5次，用100 mL的采樣器將氣體注入氣袋中保存，同時觀測箱內(nèi)溫度、土壤含水量。采樣當(dāng)天用美國Agilent公司生產(chǎn)的7890A-氣相色譜儀測定樣品中CH4、CO2、N2O的濃度。

1.3 數(shù)據(jù)計算與統(tǒng)計方法

1.3.1 溫室氣體排放通量的計算

參照李成芳等[11]的方法通過氣體濃度變化率可求得氣體的排放通量，具體公式為：

F=ρ×H×△C/△t×273.15/(273.15+T)

(1)

式中，F(xiàn)為溫室氣體的排放通量，H為箱高，ρ為標(biāo)準(zhǔn)狀況下溫室氣體的密度，△C/△t為單位時間內(nèi)密閉箱內(nèi)溫室氣體濃度的變化量，T為密閉箱內(nèi)的溫度。

小麥生育期內(nèi)CH4、CO2、N2O的累積排放量是通過相鄰的兩個采樣時期間的氣體排放量累加求得，相鄰的兩采樣時期間的氣體排放量通過平均排放通量與采樣的間隔時間相乘求得。

1.3.2 全球增溫潛勢的計算

IPCC在第一次氣候變遷評估報告中，將全球增溫潛勢(GWP)定義為瞬間釋放1 kg溫室氣體時在一段時間內(nèi)所產(chǎn)生的輻射強迫與對應(yīng)于1 kg CO2輻射脅迫的比值[12]。應(yīng)用GWP可以將其他溫室氣體排放量折換為等效的CO2，對其氣候效應(yīng)進行比較[13]。本研究采用全球增溫潛勢(GWP)來評估溫室氣體對全球變暖的潛在效應(yīng)，在100年時間尺度上，CH4和N2O的增溫潛勢分別為CO2的25和298倍[14]。通過各氣體的累積排放量與其相應(yīng)的增溫系數(shù)可求得GWP。

GWP= CO2+25×CH4+298×N2O

(2)

1.3.3 溫室氣體排放強度的計算

采用溫室氣體排放強度(GHGI)來評估各處理的綜合溫室效應(yīng)。Mosier等[15]給出GHGI的算法為：

GHGI=GWP/Y

(3)

式中，GHGI為該處理的溫室氣體排放強度，GWP為CH4和N2O轉(zhuǎn)化為二氧化碳當(dāng)量的和，Y為各處理小麥的平均籽粒產(chǎn)量。

相關(guān)數(shù)據(jù)采用Microsoft Office Excel 2003和DPS6.55軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈還田和氮肥運籌對麥田土壤溫室氣體累積排放量的影響

與秸稈不還田相比，秸稈還田顯著地促進了麥田土壤CH4和CO2的累積排放量，但顯著地降低了N2O的累積排放量。N1、N2、N3處理的CH4和CO2累積排放量顯著高于N4處理，平均較N4處理提高了110.32%、24.17%，同時N2O的累積排放量平均較N4處理降低了41.18%(表1)。說明秸稈還田下氮肥運籌主要影響了N2O的累積排放量，N3處理的N2O累積排放量分別較N1、N2處理提高了61.22%、51.92%，而N1、N2、N3處理之間CH4和CO2的累積排放量沒有顯著差異。

表1 不同處理下麥季土壤CH4、CO2和N2O的累積排放量

Table 1 Cumulative emissions of CH4,CO2and N2O in soil during the wheat growth period under different treatments

kg·hm-2

同列數(shù)值后不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。下表同。

Different letters after the values in the same column represent significant difference among the treatments at 0.05 level. The same as in other tables.

2.2 秸稈還田和氮肥運籌對麥田土壤CH4排放通量的影響

從圖1可見，4個處理的麥田土壤CH4排放通量變化趨勢大體相同，各時期秸稈還田處理的CH4排放通量整體上高于秸稈不還田處理，而秸稈還田的三個處理間差異很小。麥田CH4的排放通量范圍為-77.09～108.59 μg·m-2·h-1，并出現(xiàn)很多負(fù)值，這可能是由于大氣擴散進入土壤的CH4被甲烷氧化菌還原的量大于土壤自身的排放量[16]。從12月13日至3月15日CH4排放通量保持在較低水平，隨著溫度的升高，土壤微生物活動增強，從3月15日開始CH4排放通量迅速上升，在4月17日達(dá)到峰值。

2.3 秸稈還田和氮肥運籌對麥田土壤CO2排放通量的影響

各處理麥田土壤CO2排放通量均呈先降再升的變化趨勢(圖2)，處理間差異不大。麥田土壤CO2的排放通量具有明顯的季節(jié)性變化。11月28日CO2的排放通量相對較高，此時小麥接近越冬期；從12月13日開始CO2的排放通量顯著降低，直至3月15日一直保持在較低水平；此后CO2排放通量迅速上升，在4月17日達(dá)到最大值。11月28日CO2的排放通量相對較高，這可能與小麥根系和根際微生物呼吸增強有關(guān)[17]。

2.4 秸稈還田和氮肥運籌對麥田土壤N2O排放通量的影響

4個處理麥季土壤N2O的排放通量變化趨勢大體相同(圖3)。由于氮肥基施的比例較高，同時溫度、土壤含水量相對較高，從11月28日至12月5日N2O的排放通量顯著高于其他時期；12月13日至4月17日N2O的排放通量上下浮動，缺乏規(guī)律性。N2O的排放通量最大值出現(xiàn)在11月28日，其中N4處理的N2O排放通量最大，達(dá)到190.65 μg·m-2·h-1；N1處理的N2O排放通量最小，為108.43 μg·m-2·h-1。11月28日的N2O排放通量較高的原因可能是12月28日之前出現(xiàn)的連續(xù)降雨導(dǎo)致了土壤水分含量升高，進而促進了N2O的排放。

圖1 麥季各處理土壤CH4排放通量的變化

圖2 麥季各處理CO2排放通量的變化

圖3 麥季各處理土壤N2O排放通量的變化

2.5 秸稈還田和氮肥運籌對麥田土壤全球增溫潛勢(GWP)、溫室氣體排放強度(GHGI)和小麥產(chǎn)量的影響

與秸稈不還田相比，秸稈還田增加了麥季GWP(表2)。秸稈還田條件下不同施氮處理間GWP沒有顯著差異，N1、N2、N3處理的GWP平均較N4處理高出22.68%。秸稈還田和氮肥運籌對小麥產(chǎn)量有一定影響，N1、N2、N4處理之間產(chǎn)量沒有顯著差異，但均顯著高于N3處理，分別較N3高出11.62%、13.95%、14.70%。

將小麥籽粒產(chǎn)量與溫室效應(yīng)綜合起來看，秸稈還田降低了單位產(chǎn)量的溫室氣體排放量。N1、N2處理的減排效果良好，GHGI分別較N4處理降低了41.27%、39.67%，而N3處理的GHGI較N4處理高出3.30%，不利于溫室氣體的減排。GHGI表現(xiàn)為N3>N4>N2>N1，N3處理與N1和N2處理差異顯著，分別較N1、N2處理高出71.23%、75.89%。

表2 不同處理下麥季全球增溫潛勢(GWP)、產(chǎn)量與溫室氣體排放強度(GHGI)

Table 2 Global warming potential(GWP),yield and greenhouse gas intensity(GHGI) during wheat growth period under different treatments

處理Treatment全球增溫潛勢GWP/[kg(CO2?eqv)·hm-2]籽粒產(chǎn)量Yield/(kg·hm-2)溫室氣體排放強度GHGI/[g(CO2?eqv)·kg-1]N111749．21±300．11a7083．81±154．01a21．32±0．47bN211896．30±277．31a7231．96±189．32a21．90±0．57bN312387．18±317．07a6346．57±156．68b37．50±0．92aN49790．47±68．56b7279．23±146．71a36．30±0．74a

表中的GWP是用CO2、CH4和N2O三種氣體排放量計算而來，而GHGI計算所用的GWP是用CH4和N2O排放量轉(zhuǎn)化而來。

GWP in the talbe is calculated with the emission of CO2,CH4and N2O,but the GWP in GHGI formula is calculated with CH4and N2O emission.

3 討 論

很多研究表明，試驗區(qū)域氣候條件、秸稈還田類型、土壤特性及農(nóng)業(yè)管理措施等因素對土壤溫室氣體N2O、CH4和CO2的排放均有影響[18-20,23]。本研究中，稻秸還田顯著促進了麥季土壤CH4和CO2的排放通量，分別平均較秸稈不還田處理增加了110.32%、24.17%，同時使N2O排放通量降低41.18%，這與前人的研究結(jié)果相似[10,21]。本研究中秸稈還田減少了N2O的排放，N4處理的N2O排放量大于其他處理，這可能是因為秸稈施入土壤中后，秸稈的C/N比較高，引起了土壤微生物對氮素的固定，減少了土壤微生物硝化作用和反硝化作用的反應(yīng)底物，從而抑制了N2O的排放[21-22]。

有關(guān)肥料種類、施用量、運籌比例等對農(nóng)田溫室氣體排放的影響，已有一些報道。楊書運等[23]認(rèn)為，施肥方式對溫室氣體排放有影響，與對照相比，優(yōu)化施肥、減量施肥+秸稈還田和常規(guī)施肥可減少溫室氣體排放量。李燕青等[24]研究發(fā)現(xiàn)，氮肥用量與N2O排放量之間存在一定的關(guān)系，在速效氮低施用量下，N2O的排放量與氮肥施用量之間是一種指數(shù)關(guān)系；施氮量存在一個閾值，當(dāng)施氮量超過此閾值后，N2O的排放量會大幅增加，而當(dāng)施氮量超過一定范圍(>360 kg·hm-2)則不會繼續(xù)促進N2O的排放。本研究則表明，氮肥運籌比例對溫室氣體排放的影響主要表現(xiàn)為顯著影響了N2O的排放量，其中N3處理的N2O累積排放量分別較N1、N2處理提高61.22%、51.92%，這可能是因為氮肥基施的比例過大時較多的氮肥為土壤微生物的硝化和反硝化作用提供了充足的底物，同時施肥后的降水提高了土壤含水量，從而為N3處理硝化反硝化作用創(chuàng)造了更為適宜的環(huán)境條件，更有利于N2O的排放。氮肥運籌比例對麥季土壤CH4和CO2排放量的影響不顯著。

全球增溫潛勢(GWP)和溫室氣體排放強度(GHGI)是用來評估不同處理綜合溫室效應(yīng)的指標(biāo)。李新華等[25]研究認(rèn)為，玉米秸稈直接還田能顯著增加麥田溫室氣體的GWP。秦曉波等[26]研究發(fā)現(xiàn)，相比留高茬還田，覆蓋還田能有效控制稻田GHGI。而夏文斌等[27]研究得出，生物質(zhì)炭還田比秸稈直接還田顯著降低了玉米生長季GWP、GHGI，是一種新的低碳生產(chǎn)秸稈利用途徑。本試驗中，與秸稈不還田相比，秸稈直接還田能顯著增加麥田溫室氣體的GWP，這與前人[22]研究結(jié)論相一致。但秸稈還田下不同的氮肥運籌對GHGI的影響不同，與秸稈不還田相比，N1、N2處理分別較N4處理降低了41.27%、39.67%，有良好的減排效果，而N3處理GHGI較N4處理增加了3.30%。因此，從溫室氣體排放強度方面考慮，選擇合理的施氮比例可以降低單位產(chǎn)量的溫室效應(yīng)，秸稈還田下小麥采用3∶1∶3∶3和5∶1∶2∶2氮肥運籌方式更有利于溫室氣體的減排，而7∶1∶2∶0氮肥運籌方式不利于溫室氣體的減排。

綜合考慮小麥產(chǎn)量、溫室氣體排放特征，可以認(rèn)為，麥季秸稈還田下采用3∶1∶3∶3和5∶1∶2∶2氮肥運籌有顯著地減排增產(chǎn)作用，是當(dāng)前低碳生產(chǎn)可采用的合理施肥措施，需要在生產(chǎn)中進一步驗證。

[1]Intergovernmental Panel on Climate Change(IPCC).Climate Change 2001:the Scientific Basis [EB/OL].2001.http://www.ipcc.ch/.

[2] 韓廣軒,周廣勝,許振柱.中國農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸作用研究與展望[J].植物生態(tài)學(xué)報,2008,32(3):719.

HAN G X,ZHOU G S,XU Z Z.Research and prospects for soil respiration of farmland ecosystems in China [J].JournalofPlantEcology,2008,32(3):719.

[3] SASS R L,FISHER F M,HARCOMBE P A,etal.Mitigation of methane emissions from rice fields:possible adverse effects of incorporated rice straw [J].GlobalBiogeochemicalCycles,1991,5:275.

[4] 畢于運,王亞靜,高春雨.中國主要秸稈資源數(shù)量及其區(qū)域分布[J].農(nóng)機化研究,2010,32(3):1.

BI Y Y,WANG Y J,GAO C Y,Straw resource quantity and its regional distribution in China [J].JournalofAgriculturalMechanizationResearch,2010,32(3):1.

[5] 楊玉愛.我國有機肥料研究及展望[J].土壤學(xué)報,1996,33(4):419.

YANG Y A.Perspectives of organic fertilizer research in China [J].ActaPedologicaSinica,1996,33(4):419.

[6] 勞秀榮,吳子一,高燕春.長期秸稈還田改土培肥效應(yīng)的研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2002,18(2):49.

LAO X R,WU Z Y,GAO Y C.Effect of long-term returning straw to soil on soil fertility [J].TransactionsoftheCSAE,2002,18(2):49.

[7] 趙亞麗,郭海斌,薛志偉,等.耕作方式與秸稈還田對土壤微生物數(shù)量、酶活性及作物產(chǎn)量的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2015,26(6):1785.

ZHAO Y L,GUO H B,XUE Z W,etal.Effects of tillage and straw returning on microorganism quantity,enzyme activities in soils and grain yield [J].ChineseJournalofAppliedEcology,2015,26(6):1785.

[8] 強學(xué)彩,袁紅莉,高旺盛.秸稈還田量對土壤CO2釋放和土壤微生物量的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2004,15(3):469.

QIANG X C,YUAN H L,GAO W S.Effect of crop-residue incorporation on soil CO2emission and soil microbial biomass [J].ChineseJournalofAppliedEcology,2004,15(3):469.

[9] 肖小平,伍芬琳,黃風(fēng)球,等.不同稻草還田方式對稻田溫室氣體排放影響研究[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究,2007,28(5):629.

XIAO X P,WU F L,HUANG F Q,etal.Greenhouse air emission under different pattern of rice-straw returned to field in double rice area [J].ResearchofAgriculturalModernization,2007,28(5):629.

[10] 張翰林,呂衛(wèi)光,鄭憲清,等.不同秸稈還田年限對稻麥輪作系統(tǒng)溫室氣體排放的影響[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報,2015,23(3):302.

ZHANG H L,LYU W G,ZHENG X Q,etal.Effects of years of straw return to soil on greenhouse gas emission in rice/wheat rotation systems [J].ChineseJournalofEco-Agriculture,2015,23(3):302.

[11] 李成芳,寇志奎,張枝盛,等.秸稈還田對免耕稻田溫室氣體排放及土壤有機碳固定的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2011,30(11):2363.

LI C F,KOU Z K,ZHANG Z S,etal.Effects of rape residue mulch on greenhouse gas emissions and carbon sequestration from no-tillage rice fields [J].JournalofAgro-EnvironmentScience,2011,30(11):2363.

[12] Intergovernmental Panel on Climate Change(IPCC).Climate Change 1990：the IPCC Scientific Assessment [M].New York:Cambridge University Press,1990:365.

[13] 王長科,羅新正,張 華.全球增溫潛勢和全球溫變潛勢對主要國家溫室氣體排放貢獻估算的差異[J].氣候變化研究進展,2013,9(1):49.

WANG C K,LUO X Z,ZHANG H.Differences between the shares of greenhouse gas emissions calculated with GTP and GWP for major countries [J].AdvancesinClimateChangeResearch,2013,9(1):49.

[14] Intergovernmental Panel on Climate Change(IPCC).Climate Change 2007:the Physical Science Basis.Working Group I Contribution to the Fourth Assessment Report of the IPCC [M].New York:Cambridge University Press,2007:211-213.

[15] MOSIER A R,HALVORSON A D,REULE C A,etal.Net global warming potential and greenhouse gas intensity in irrigated cropping systems in northeastern Colorado [J].JournalofEnvironmentalQuality,2006,35:1593.

[16] 張岳芳,陳留根,朱普平,等.秸稈還田對稻麥兩熟高產(chǎn)農(nóng)田凈增溫潛勢影響的初步研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2012,31(8):1649.

ZHANG Y F,CHEN L G,ZHU P P,etal.Preliminary study on effect of straw incorporation on net global warming potential in high production rice-wheat double cropping systems [J].JournalofAgro-EnvironmentScience,2012,31(8):1649.

[17] HAIYAN C,YASUKAZU H,KAZUYUKI K.NO,N2O,CH4and CO2fluxes in winter barley field of Japanese andisol as affected by N fertilizer management [J].SoilBiologyandBiochemistry,2007,39:337.

[18] 蔣靜艷,黃 耀,宗良綱.水分管理與秸稈施用對稻田CH4和N2O排放的影響[J].中國環(huán)境科學(xué),2003,23(5):552.

JIANG J Y,HUANG Y,ZONG L G.Influence of water controlling and straw application on CH4and N2O emissions from rice field [J].ChinaEnvironmentalScience,2003,23(5):552.

[19] 王麗媛,孫潔梅,徐 榮.植物殘體施用對土壤排放N2O的影響[J].新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2006,29(3):26.

WANG L Y,SUN J M,XU R.Effect of plant residue application on N2O emissions [J].JournalofXinjiangAgriculturalUniversity,2006,29(3):26.

[20] 張 宇,張海林,陳繼康,等.耕作措施對華北農(nóng)田CO2排放影響及水熱關(guān)系分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2009,25(4):47.

ZHANG Y,ZHANG H L,CHEN J K,etal.Effects of different tillage practices on CO2emissions fluxes from farmland in North China Plain and the analysis of soil temperature and moisture [J].TransactionsoftheCSAE,2009,25(4):47.

[21] 馬二登,馬 靜,徐 華,等.稻稈還田方式對麥田N2O排放的影響[J].土壤,2007,39(6):870.

MA E D,MA J,XU H,etal.Effects of rice straw returning methods on N2O emissions from wheat-growing season [J].Soils,2007,39(6):870.

[22] BAGGS E M,REES R M,SMITH K A,etal.Nitrous oxide emission from soils after incorporating crop residues [J].SoilUseandManagement,2000,16:86.

[23] 楊書運,嚴(yán) 平,馬友華,等.施肥對冬小麥土壤溫室氣體排放的影響[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報,2010,19(7):1642.

YANG S Y,YAN P,MA Y H,etal.Effects on emissions of aoil greenhouse gas by fertilizing to winter wheat [J].EcologyandEnvironmentalSciences,2010,19(7):1642.

[24] 李燕青,唐繼偉,車升國,等.長期施用有機肥與化肥氮對華北夏玉米N2O和CO2排放的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,48(21):4386.

LI Y Q,TANG J W,CHE S G,etal.Effect of organic and inorganic fertilizer on the emission of CO2and N2O from the summer maize field in the North China Plain [J].ScientiaAgriculturaSinica,2015,48(21):4386.

[25] 李新華,朱振林,董紅云,等.玉米秸稈不同還田方式下麥田溫室氣體排放特征[J].農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報,2016,33(2):176.

LI X H,ZHU Z L,DONG H Y,etal.Characteristics of greenhouse gas emissions from the wheat fields with different returning methods of maize straws [J].JournalofAgriculturalResourcesandEnvironment,2016,33(2):176.

[26] 秦曉波,李玉娥,萬運帆,等.免耕條件下稻草還田方式對溫室氣體排放強度的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2012,28(6):210.

QIN X B,LI Y E,WAN Y F,etal.Effects of straw mulching on greenhouse gas intensity under no-tillage conditions [J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering,2012,28(6):210.

[27] 夏文斌,張旭輝,劉銘龍,等.麥秸還田方式對旱地土壤綜合溫室效應(yīng)的影響[J].土壤,2014,46(6):1010.

XIA W B,ZHANG X H,LIU M L,Effects of wheat straw return ways on integrated global warming effect from dryland soil in North China Plain [J].Soils,2014,46(6):1010.

Effect of Nitrogen Application Ratio and Straw Returning on Soil Greenhouse Gas Emission during Wheat Growing Period

NIU Dong,PAN Hui,CONG Meijuan,YIN Ping,WU Hao, SUN Juan,ZHU Xinkai,GUO Wenshan

(Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology of Jiangsu Province/Co-Innovation Center for Modern Production Technology of Grain Crops,Yangzhou University,Yangzhou,Jiangsu 225009,China)

A field experiment was conducted to investigate the effects of straw returning with different application ratios of nitrogen [3∶1∶3∶3(N1),5∶1∶2∶2(N2),7∶1∶2∶0(N3)] and no straw returning with 5∶1∶2∶2 nitrogen application ratio(N4) on the emissions of CH4,CO2and N2O. Combined with the yield,greenhouse gas intensity(GHGI) and global warming potential(GWP) were estimated. Gas fluxes were analyzed using the static opaque chamber gas chromato-graphy method. Compared with no straw returning,rice straw returning significantly increased the emissions of CO2and CH4,but decreased N2O emission,and increased GWP during wheat growing season. No significant difference was noted between the cumulative emissions of CH4and CO2and GWP under different nitrogen application ratios. However,the N3 treatment significantly increased the cumulative emission of N2O,with an increase of 61.22% and 51.92%,compared with N1 and N2. The GHGI of N1 and N2 was decreased by 41.27% and 39.67%,compared with N4. The GHGI of N3 was 3.30% higher than that of N4. Our study indicated that the nitrogen application ratios of 3∶1∶3∶3 and 5∶1∶2∶2 had significant effects on reducing greenhouse gas emission and could be used as an effective way of low carbon production of wheat.

Wheat; Soil; Greenhouse gas; Straw returning

麥類作物學(xué)報 2016，36(12)：1674?1680JournalofTriticeaeCropsdoi：10．7606/j．issn．1009?1041．2016．12．18

時間：2016-12-07

2016-05-09

2016-07-26

“十二五”國家科技支撐計劃項目(2013BAD07B09)；國家自然科學(xué)基金項目(31271642)；江蘇省科技支撐計劃項目(BE2014393)；揚州市農(nóng)業(yè)科技攻關(guān)計劃項目(YZ2014166)；江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程項目；江蘇省與揚州大學(xué)優(yōu)秀科技創(chuàng)新團隊項目

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郭文善(E-mail: guows@yzu.edu.cn)

S512.1；S314

A

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