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Effect of optimized nitrogen application on denitrification losses and N2O emissions from soil in winter wheat-summer corn rotation system
in North China

优化施肥下华北冬小麦/夏玉米轮作体系农田反硝化损失与N2O排放特征


A field experiment was conducted characterize denitrification and N2O emission from soil under optimized nitrogen fertilization in winter wheat-summer corn rotation system in North China using acetylene inhibition-intact soil core incubation technique. Results showed that there were significant seasonal variations of denitrification rate and N2O emission flux during winter wheat-summer corn growth periods, and positive correlations existed between inorganic nitrogen concentration (NH4+-N, NO3--N) and denitrification rate. Total denitrification losses and N2O emission amounts from soil in winter wheat-summer corn rotation system were observed to be reduced with decreasing of N application rate, and which in winter wheat season were found to be less than those in summer corn season. Total denitrification losses and N2O emission amounts under conventional N fertilization were respectively 1.62 and 1.67 times as high as those under optimized N fertilization during winter wheat growth periods, and 2.01 and 2.00 times during summer corn growth periods, which N application rate decreased by 30% and postponing N application as compared with
conventional N fertilization with an application rate of N300 kg/hm2. Therefore, postponing N application could reduce denitrification losses and N2O emission through modifying soil inorganic nitrogen concentration.


全 文 :收稿日期:!""#$%"$!" 接受日期:!""#$%%$%&
基金项目:国家重点基础研究发展计划课题(!""’()%"*+"’);国家科技支撑计划课题(!"",)-.!&)"%);中央级公益性科研院所基本科研业务
费专项资金资助。
作者简介:王秀斌(%*’&—),男,山西人,博士研究生,主要从事养分循环研究。/01234:526789%!#:%,+; <=1
!通讯作者 >?4:"%"$#!%"*’@&,/01234:7A43267: <22BC 2优化施肥下华北冬小麦 !夏玉米轮作体系农田
反硝化损失与 "#$排放特征
王秀斌,梁国庆!,周 卫,孙静文,裴雪霞,夏文建
(中国农业科学院农业资源与区划研究所,农业部植物营养与养分循环重点开放实验室,北京 %"""#%)
摘要:在田间条件下,应用乙炔抑制$原状土柱培养法测定优化施肥下华北冬小麦 D夏玉米轮作体系土壤反硝化和
E!F的排放特征。研究表明:冬小麦和夏玉米整个生育期反硝化速率和 E!F排放通量均表现出明显的季节性变
化,且均与土壤水分和无机氮浓度呈显著正相关。小麦季和玉米季的反硝化损失量及 E!F排放量均表现出随施肥
量的降低而降低,夏玉米季的反硝化损失量和 E!F排放量均高于小麦季。小麦季的反硝化损失量和 E!F排放量习
惯施肥处理是氮肥减量后移处理的 %;,!和 %;,’倍,玉米季分别为 !;"%和 !;""倍。氮肥减量后移可能是通过改变
土壤无机氮浓度而降低反硝化损失量和 E!F排放量。
关键词:冬小麦;夏玉米;氮肥优化施用;反硝化;氧化亚氮
中图分类号:G%&+;,%;G+@@;% 文献标识码:- 文章编号:%""#$&"&H(!""*)"%$""@#$"’
!""#$% &" &’%()(*#+ ,(%-&.#, /’’0($/%(&, &, +#,(%-("($/%(&, 0&11#1 /,+ 2!3
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<=6=X24 U?63XW3T3<2X3=6 4=BB?B 26U E!F ?13BB3=6 21=K6XB TW=1
B=34 36 536X?W 5Y?2X D BK11?W <=W6 W=X2X3=6 B[BX?1 5?W? =9B?W]?U X= 9? W?UK5Y3=X24 U?63XW3T3<2X3=6 4=BB?B 26U E!F
?13BB3=6 21=K6XB K6U?W <=6]?6X3=624 E T?WX343Z2X3=6 5?W? W?BV?13Z?U E T?WX343Z2X3=6 UKW367 536X?W 5Y?2X 7W=5XY V?W3=UB,26U !;"% 26U !;"" X31?B UKW367 BK11?W <=W6 7W=5XY V?W3=UB,
5Y353XY 26 2VV43<2X3=6 W2X? =T E +"" ‘7 D Y2; >Y?W?T=W?,V=BXV=6367 E 2VV43<2X3=6 <=K4U W?UK?13BB3=6 XYW=K7Y 1=U3T[367 B=34 36=W7263< 63XW=7?6 <=6<#8 4&-+1:536X?W 5Y?2X;BK11?W <=W6;=VX313Z?U 63XW=7?6 T?WX343Z2X3=6;U?63XW3T3<2X3=6;63XW=KB =83U?
植物营养与肥料学报 !""*,%&(%):@#$&@
""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
R426X EKXW3X3=6 26U a?WX343Z?W G<3?6氧化亚氮(!"#)是大气温室效应气体之一备受
关注。大气中的 !"#从 $%&’年的 "(’!) * +增加到
"’’,年的 -$%!) * +
[$],其温室效应对全球环境造成
潜在危害["]。土壤特别是农田土壤是全球最主要的
!"#排放源,贡献率高达 (’.!%’.[-]。农田土壤
中 !"#的生成主要是通过硝化作用、生物反硝化作
用和化学反硝化作用来完成的[/]。许多研究表明,
农田土壤反硝化损失和 !"#排放受氮肥施用水平、
土壤养分、水分和温度等因素的影响[,0%]。研究发
现,稻 0麦轮作体系水稻季氮素反硝化损失高于小
麦季,损失形态为 !"#[$’]。蔡贵信等[$$]在河南封丘
潮土夏玉米上研究发现,每公顷总施氮量为 "(, 1)
的情况下,大喇叭口期是夏玉米反硝化损失的关键
期,但反硝化损失率低于 $.。然而,2345167 等[$"]
认为反硝化损失是农田氮素损失的主要途径,损失
量可以从微量至 $’’ 1) * 68"。华北平原小麦和玉米
中高产区氮肥平均用量高达 ! ,’’!9’’ 1) * 68"[$-],
过量施肥现象十分突出,远远超过作物氮素需求,有
关优化施肥下华北小麦 *玉米轮作体系反硝化损失
特征少见报道。本文拟采用乙炔抑制0原状土柱培
育法研究氮肥减施与后移对华北冬小麦 *夏玉米轮
作体系反硝化损失和 !"#排放的影响,为建立优化
施肥技术,提高氮肥利用率以及降低土壤 !"#排放
提供理论依据和技术途径。
! 材料与方法
!"! 研究区域与供试土壤
试验于 "’’(年 $’至 "’’&年 $’月在河北省农
林科学院旱作所衡水试验站(-&:’$;!,$$,:-";<)进
行。该区属北温带季风半湿润气候,年平均气温
$":9=,无霜期 $&& 7,全年降雨多集中在 9!% 月
份,"’’( 和 "’’& 年降雨量分别为 -%-:/ 和 /,%:(
88,主要耕种植方式为冬小麦 *夏玉米轮作。供试
土壤为潮土,播前 ’—"’ >8 土壤有机质含量 $$:(
) * 1),硝态氮 $":$/ 8) * 1),铵态氮 ’:(9 8) * 1),速效
磷 ,:& 8) * 1),速效钾 $’- 8) * 1),?@ &:9,土壤容重
$:/’ ) * >8-。
!"# 试验设计
冬小麦田间试验 基于该区域冬小麦施肥状况
调查进行试验设计。该区按目标产量 9(,’ 1) * 68"
以及氮肥利用率 /’.计算,优化施氮量应为 ! "$’
1) * 68",而该地区农民的习惯施氮处理高达 !-’’
1) * 68";同时发现苗期—拔节期,拔节期—孕穗期,
以及孕穗期—成熟期小麦吸氮量大约各占总吸氮量
的 $ * -,而农民的习惯施氮处理则是底肥和拔节肥
各半。基于此,试验设 /个处理,$)不施氮肥(!’,对
照);")习惯施氮(!-’’ * ",! -’’ 1) * 68"分两次施
用,基肥与拔节肥各半);-)氮肥减量(! "$’ * ",!
"$’ 1) * 68"分两次施用,基肥与拔节肥各半);/)氮
肥减量后移(!"$’ * -,! "$’ 1) * 68" 分三次施用,基
肥,拔节肥和孕穗肥各占 $ * -)。各小区磷、钾肥用
量相同,分别为 A"#, $,’ 1) * 68" 和 B"# %’ 1) * 68",
全部做底肥一次施入。小区面积 %:, 8 C & 8,随机
区组排列,三次重复。氮、磷、钾肥料分别为尿素(!
/9:/.)、过磷酸钙(A"#,$(.)、氯化钾(B"# 9’.)。
底施的氮肥、全部磷肥和钾肥均匀撒于小区后翻入
地下;追施氮肥按试验设计分别于拔节期(雌雄蕊
原基分化期,/月 $" 日)和孕穗期(/ 月 ", 日)撒施
后灌水,采用畦灌方式灌溉。选用节水高产型小麦
“衡观 -,”。播种前前茬玉米秸秆全部去除。$’ 月
""日播种,基本苗 $,’ C $’/ * 68",田间管理同当地高
产田。9月 $"日收获。
夏玉米田间试验 基于区域夏玉米施肥状况调
查进行试验设计。该区域按目标产量 %’’’ 1) * 68"
以及氮肥利用率 /’.计算,优化施氮量应为 ! $9&
1) * 68",而该地区农民的习惯施氮处理高达 ! "/’
1) * 68";同时发现苗期—拔节期,大喇叭口期—吐
丝期,以及灌浆期—成熟期小麦吸氮量大约各占总
吸氮量的 $ * ,、- * ,和 $ * ,,而农民的习惯施氮处理则
是底肥和大喇叭口肥为 $ D ",在大喇叭口期仅追肥
一次可能导致氮素氨挥发损失较大。基于此,试验
设 /个处理:$)不施氮肥(!’,对照);")习惯施氮
(!"/’ * ",!"/’ 1) * 68"分两次施用,基肥 $ * -,大喇叭
口肥 " * -);-)氮肥减量(! $9& * ",! $9& 1) * 68"分两
次施用,基肥 $ * -,大喇叭口肥 " * -);/)氮肥减量后
移(!$9& * -,! $9& 1) * 68"分三次施用,基肥,大喇叭
口肥和吐丝肥各占 $ * ,,- * ,和 $ * ,)。不施磷肥,钾
肥用量各小区相同,为 B"# %’ 1) * 68",全部做底肥
一次施入。品种为“郑单 %,&”。行株距 ,’ >8 C -’
>8。生育期间分别在施基肥、大喇叭口期(( 月 "%
日)浇灌,每次灌水量为 9’’ 8- * 68",%月 "/日收获。
小区面积 %:, 8 C & 8,随机区组排列,三次重复。
氮肥和钾肥的施用与小麦季一致。
!"$ 测定项目与方法
$:-:$ 土壤 !@E/ F!、!#0- F!、孔隙含水量的测定
在测定土壤反硝化量的同时,用土柱培养过后的土
壤测定 !@E/ F!、!#0- F!、孔隙含水量。其中土壤
!@E/ F!、!#0- F! 采用 $ 8G4 * + BH4 浸提,用德国产
%/$期 王秀斌,等:优化施肥下华北冬小麦 *夏玉米轮作体系农田反硝化损失与 !"#排放特征
!"##型流动注射分析仪测定;孔隙含水量的测定采
用烘干法。
$%&%’ 反硝化氮量的测定 应用乙炔抑制—土柱
培育法测定[$(]。用内径为 &%’ )*、长 $+ )*管壁带
眼的 ,-.管插入土中取 $/ )*原状土柱。每个试验
小区取 0个土柱,放入密闭的培养罐中,培养罐体积
为 ’/11 *2。用经过处理的干净乙炔气体置换培养
罐中的空气,使罐中乙炔气体体积比达到 $13。将
培养罐放在试验地边上预先挖好的土坑中,覆土培
养 ’( 4(图 $)。次日,用 /1 *2注射器通过培养罐上
预留的采样阀将罐内气体充分混匀,然后取气体约
’1 *2放入气样瓶中,用 +1(胶封口。将气样带回实
验室用气相色谱仪测定 5’6 浓度。气样 5’6 的分
析利用惠普 7,0891 型气相色谱仪,色谱柱为填充
的 81 : $11目 ,";<=<>?的充填柱,柱温 (/@,检测器
工作温度 &81@,A.B 检测,定量六通阀进样,进样
量 $ *2,载气为 /3C;D.7(,流速 ’1 *2 : *EF。采用
标气校正 5’6 浓度。根据测定的 5’6 浓度计算土
壤反硝化作用损失 5量。
$%&%& 土壤 5’6生成排放量的测定 土柱取样、培
养过程同反硝化一致,只是不加乙炔,用于研究土柱
图 ! 土柱田间培养装置
"#$%! &’#( )’*+ #,)-./0#’, +1-#23+,0 #, 4#+(5
5’6的生成与排放情况。在培养 ’( 4后,取气体测
定 5’6浓度,计算排放量。
!67 计算方法
反硝化土柱培育的采样时期是试验期间每 $( G
测定一次反硝化的排放通量,施肥后加大测定频率
(施肥后第 $、&、+ 和 $( G 测定)。气体重量计算公
式:5’6 H I J $%’/ J $1D 9 J(-$ D-’): K J $1(5
>L : 4*’),I 为测定的 5’6 浓度,-$ 为培养罐的体
积,-’为土壤体积,K为土柱表面积。
孔隙含水量(M!,K)H土壤含水量 J土壤容重 :
($D土壤容重 : ’ %0/)
本研究中作物生育期反硝化氮量是将各阶段反
硝化氮量进行累加,而各阶段反硝化氮量的计算是
基于期间测定之反硝化通量与该阶段时间间隔的乘
积。5’6生成排放量的计算方法与反硝化氮量的计
算方法相同。
!68 数据处理
采用 AN)OP ’11&和 KCK 0%1软件对数据进行方
差分析和多重比较。
9 结果与分析
96! 冬小麦季土壤反硝化速率
冬小麦整个生育期反硝化速率表现出明显的季
节性变化,基施和追施氮肥后出现高峰,而土壤封冻
期间(播种后 /0!$’1 G)未检测出反硝化作用(图
’)。不施氮肥(51)、习惯施氮(5&11 : ’)、氮肥减量
(5’$1 : ’)和氮肥减量后移(5’$1 : &)处理施肥后 $
!$( G 期间反硝化速率范围分别为 5 1%11’!
1%1’’、1%11/! 1%$$8、1%11&! 1%180、和 1%11&!
1%1(/ >L :(4*’·G)(图 ’),氮肥减量后移处理显著降
低了反硝化速率。
图 9 冬小麦季土壤反硝化作用的动态变化
"#$%9 :+32’*/( ;/*#/0#’, ’4 5+,#0*#4#)/0#’, #, <#,0+* <=+/0 4#+(5
1/ 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 $/卷
由图 !可见,冬小麦季反硝化速率峰值在氮肥
施用后的第 " #出现峰值。基施氮肥后,习惯施肥、
氮肥减量和氮肥减量后移的峰值分别是 $ %&%!’、
%&%!!、%&%(’ )* +(,-!·#)。拔节期追施氮肥并灌水
后出现峰值,在播种后 (./ # 出现,以上三个处理分
别为 $ %&((0、%&%0.、%&%1% )* +(,-!·#)。孕穗期只
是在氮肥减量后移处理追尿素,其峰值为 $ %&%12
)* +(,-!·#)。可见,施肥次数对反硝化速率峰值的
出现有显著影响,施 !次尿素出现 !次高峰,施 "次
尿素出现 "次高峰。
!"! 夏玉米季土壤反硝化速率
夏玉米整个生育期反硝化速率表现出明显的季
节变化规律,基施和追施氮肥后出现高峰(图 ")。
不施氮肥、习惯施氮、氮肥减量和氮肥减量后移处理
施肥后 (! (1 # 期间反硝化速率范围分别为 $
%&%%2!%&%."、%&%%/!%&!2.、%&%%/!%&!!(和 %&%%’
!%&(’1 )* +(,-!·#)(图 "),氮肥减量后移处理显著
降低了夏玉米季土壤反硝化速率。
图 # 夏玉米季土壤反硝化作用的动态变化
$%&’# ()*+,-./ 0.-%.1%,2 ,3 4)2%1-%3%5.1%,2
%2 67**)- 5,-2 3%)/4
图 !表明,冬小麦季反硝化速率峰值也在氮肥
施用后的第 " #出现峰值,夏玉米季的峰值显著高
于冬小麦。基施氮肥后,习惯施肥、氮肥减量和氮肥
减量后移的峰值分别是 $ %&!!%、%&(02、%&(1’
)* +(,-!·#)。大喇叭口期追肥灌水后出现峰值,在
播种后 1! # 出现,以上三个处理分别为 $ %&!2.、
%&!!(、%&(’1 )* +(,-!·#)。吐丝期只是在氮肥减量
后移处理追尿素,其峰值为 $ %&(1! )* +(,-!·#)。
可见,施肥次数对夏玉米季土壤反硝化速率峰值的
出现也有显著影响,施 !次尿素出现 !次高峰,施 "
次尿素出现 "次高峰。峰值的高低与施氮肥量有一
定的相关,大喇叭口期氮肥用量占整个生育期的
" + 2,峰值最大。
!"# 冬小麦季土壤 8!9排放通量
冬小麦整个生育期 $!3 排放通量表现出明显
的季节变化规律,变化趋势与反硝化速率同步(图
1)。不施氮肥、习惯施氮、氮肥减量和氮肥减量后移
处理施肥后 (!(1 #期间反硝化速率范围分别为 $
%&%%!!%&%("、%&%%"!%&%00、%&%%!!%&%22、%&%%!
!%&%"( )* +(,-!·#)(图 1),氮肥减量后移处理显著
降低了夏玉米季土壤 $!3排放。
图 1显示,冬小麦 $!3排放通量与反硝化速率
同步,均在氮肥施用后的第 " #出现峰值。基施氮
肥后,习惯施肥、氮肥减量和氮肥减量后移的峰值分
别是 $ %&%!2、%&%!(、%&%(. )* +(,-!·#)。拔节期追
施氮肥并灌水后出现峰值,在播种后 (./ #出现,以
上三 个 处 理 分 别 为 $ %&%00、%&%22、%&%"(
)* +(,-!·#)。孕穗期只是在氮肥减量后移处理追尿
素,其峰值为 $ %&%"( )* +(,-!·#)。可见,冬小麦季
反硝化速率和 $!3排放通量均随施氮量的降低而
降低,氮肥后移对该过程有显著影响。
图 : 冬小麦地 8!9排放通量的动态变化
$%&’: ()*+,-./ 0.-%.1%,2 ,3 8!9 )*%66%,2 3/7; %2 <%21)- <=).1 3%)/4
(2(期 王秀斌,等:优化施肥下华北冬小麦 +夏玉米轮作体系农田反硝化损失与 $!3排放特征
!"# 夏玉米季土壤 $!%排放通量
夏玉米整个生育期 !"# 排放通量表现出明显
的季节变化规律,变化趋势与反硝化速率同步(图
$)。不施氮肥,习惯施氮,氮肥减量和氮肥减量后移
处理施肥后 %!%& ’期间 !"#排放通量范围分别为
! ()((*!()(%+、 ()((,!()%*(、 ()((&!()(-%、
()((&!()(+% ./ 0(12"·’)(图 $),氮肥减量后移处理
显著降低了夏玉米季土壤 !"#排放。
图 $表明,夏玉米 !"#排放通量与反硝化速率
同步,在氮肥施用后的第 * ’出现峰值,夏玉米季的
峰值显著高于冬小麦。与反硝化速率相比,夏玉米
季各处理 !"#排放峰值显著降低。基施氮肥后,习
惯施肥、氮肥减量和氮肥减量后移的峰值分别是 !
()(-"、()(3+和 ()($, ./ 0(12"·’)。大喇叭口期追
图 & 夏玉米地 $!%排放通量的动态变化
’()*& +,-./012 310(14(/5 /6 $!% ,-(77(/5 6289 (5
78--,0 :/05 6(,2;
肥灌水后出现峰值,在播种后 &" ’出现,以上三个
处理分别为 !()%*(、()(-%和 ()(3( ./ 0(12"·’)。吐
丝期只是在氮肥减量后移处理追尿素,其峰值为
!()(+% ./ 0(12"·’)。可见,夏玉米季反硝化速率和
!"#排放通量均随施氮量的降低而降低,氮肥后移
对该过程有显著影响。
!"& 冬小麦和夏玉米土壤反硝化损失量
尽管冬小麦生育期长达 ,个多月,玉米生育期
*个多月,但玉米季的反硝化损失量和 !"#排放量
均高于夏玉米(表 %)。小麦季肥料氮的反硝化损失
量和 !"#排放量(扣除不施氮肥处理背景值)分别
为 ! %)%(!%),+和 ()3(!%)(( ./ 0 12",占氮肥用量
的 ()$"4!()3&4和 ()"+4!()*$4。玉米季肥料
氮反硝化损失量和 !"#排放量分别为 ! "),,!$)$-
./ 012" 和 ! %)%$! ")*( ./ 0 12",占氮肥用量的
%)3$4!")&-4和 ()3+4!%)(&4。
小麦季和玉米季的反硝化损失量和 !"#排放
量均表现出随氮肥施用量的降低而降低。小麦季的
反硝化损失量和 !"#排放量习惯施肥处理是氮肥
减 量 后 移 处 理 的 %)3" 和 %)3, 倍
(扣除对照不施氮的背景值)(表 %)。玉米季的反
硝化损失量、!"#排放量,习惯施肥处理是氮肥减量
后移处理的 ")(% 和 ")(( 倍。从反硝化损失总量,
!"#排放总量以及肥料氮的损失率分析,尽管第 "
次追施氮肥可引起反硝化损失和 !"#排放高峰,但
总的看来氮肥减量后移能够降低冬小麦 0夏玉米全
生育期的土壤反硝化损失和 !"#排放量,是理想的
氮肥施用方式。
表 < 小麦 =玉米体系氮素反硝化损失与 $!%排放量
+1>2, < ?,5(40(6(:14(/5 2/77,7 /6 5(40/),5 15; $!% ,-(77(/5 (5 @A,14B:/05 0/414(/5 7C74,-7
作物
56789
处理
:6;<=2;>=
反硝化损失(./ 0 12")
?799 <27@>=9 7A
’;>B=6BABC<=B7>
肥料 !反硝化损失率(4)
?799 6<=; 7A
A;6=BDBE<=B7> !
!"#排放量(./ 0 12")
F2B99B7> <27@>=9
7A !"#
肥料损失率(4)
?799 6<=; 7A
A;6=BDBE<=B7> !
小麦 G1;<=
(衡观 *$)
!( ()-% H ()3, H
!*(( 0 " ")3- < ()$- %)3, < ()**
!"%( 0 " ")"3 < ()3& %)&( < ()*$
!"%( 0 * ")(% < ()$" %)", < ()"+
玉米 576>
(郑单 -$+)
!( ")%3 C ()+3 C
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!%3+ 0 " 3)*& !%3+ 0 * &)-* H %)3$ ")(% H ()3+
注(!7=;):数值后不同小写字母表示差异达 $4显著水平 I= JB=1B> < C7D@2> A76 < C@D=BL<6 <6; 9B/>BABC<>= <= $4 D;L;D9M
"$ 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 %$卷
! 讨论
土壤水分显著影响反硝化作用和 !"#的排放。
大量研究证明,旱作农田 !"#产生途径受到土壤水
分状况调节。土壤含水量较低的情况下,!"#的产
生主要来自于硝化过程;土壤含水量较高时,!"#
主要通过反硝化过程产生;当土壤含水量增加到饱
和持水量并超过时,由于水不断充满土壤孔隙,使产
生的 !"#进一步向外扩散受到了限制,其排放却显
著下降。旱地的间歇灌溉能促进反硝化过程进行,
因而增加 !"# 的产生与排放、土壤反硝化作用和
!"#排放。王重阳等[$%]研究发现,土壤湿度是制约
旱田 !"#释放的关键因素,在土壤湿度较低时,施
氮肥并不会增加 !"#的排放量。王立刚等[$&]发现
冬小麦 ’夏玉米反硝化作用和 !"#的排放与土壤水
分显著相关。而其它影响因素如 !#() *! 浓度、
!+,- *! 浓度和温度等环境条件不同,其观点也各
异。徐玉裕等[$.]研究发现,五川流域农业土壤反硝
化作用同土壤的 !#*)含量、含水量、温度以及 /+都
存在正相关关系。邹国元等[$0]研究发现,冬小麦 ’
夏玉米轮作条件下,反硝化速率和铵态氮具有同步
变化的规律,而与硝态氮的变化趋势并不一致。徐
文彬等[$1]研究发现,旱田土壤 !"#通量与降雨量、
土壤湿度有显著的正相关,而与温度的关系不明显。
项虹艳等["2]发现玉米生长期内土壤温度的变化并
不与 !"#排放通量和反硝化速率的变化曲线相一
致,而与 !#() *! 浓度、!+,- *! 浓度变化曲线相一
致。本研究发现,小麦季、玉米季土壤反硝化和 !"#
排放通量与土壤水分(3456)呈显著或极显著相关
(表 "),本研究的施肥结合灌水后,土壤反硝化速率
和 !"#排放通量出现峰值。尽管第 "次追施氮肥和
灌水可引起反硝化损失和 !"#排放高峰,但总的看
来氮肥减量后移结合施肥后灌水能够降低冬小麦 ’
夏玉米全生育期的土壤反硝化损失和 !"#排放量,
是理想的氮肥施用方式。
氮肥后移影响小麦和玉米季土壤反硝化速率以
及 !"#排放通量的峰值。丁洪等["$]研究发现,尿素
氮肥 $次施用 !"#排放量和反硝化活性都出现一个
高峰," 次施用则出现两个高峰。本研究发现施 "
次尿素出现两个高峰,施 ) 次尿素出现三个高峰。
与丁洪等人的研究结果一致。大多数研究者发现,
夏玉米季的反硝化损失量和 !"#排放量高于小麦
季,两季的土壤反硝化损失量、!"#排放量均表现出
随施肥量的增加而增加[$0,""(")]。本研究发现,夏玉
表 " 小麦 #玉米轮作体系下环境因素与 $"%排放速率和反硝化速率的相关性
&’()* " +,--*)’./,0 ’1,02 *03/-,01*0.’) 4’5.,-6,$"% 4)78 ’09 9*0/.-/4/5’./,0 -’.* /0 :;*’.<5,-0 -,.’./,0 6=6.*1
作物
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项目
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!"#排放通量 !"# ?@AB 反硝化速率 C=DE<8E?EFG!2 !)22 ’ " !"$2 ’ " !"$2 ’ ) !2 !)22 ’ " !"$2 ’ " !"$2 ’ )
冬小麦
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!+,- *!浓度
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2K02!! 2K.1!! 2K.&!! 2K1-!! 2K&-! 2K.)!! 2K&)!! 2K0"!!
!#() *!浓度
!#() *! F9DFJ
2K%$! 2K&&! 2K%-! 2K%"! 2K&$! 2K%&! 2K%-! 2K%0!
土壤水分
3456 2K%)
! 2K%0! 2K%$! 2K%&! 2K%1! 2K&0! 2K%$! 2K%&!
土壤温度
69E@ <=>/=8G"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
2K2) 2K"- 2K$$ 2K$0 2K2) 2K"- 2K$$ 2K$0
作物
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项目
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夏玉米
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F98D
!+,- *!浓度
!+,- *! F9DFJ
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!#() *!浓度
!#() *! F9DFJ
2K-$ 2K.$! 2K&&! 2K&$! 2K)& 2K&2! 2K%1! 2K%$!
土壤水分
3456 2K%0
! 2K.%!! 2K&%! 2K&$! 2K%)! 2K1)!! 2K00!! 2K&$!!
土壤温度
69E@ <=>/=8G注(!9<=):!!! " 2K2$,! ! " 2K2%;冬小麦季 3ED<=8 HI=G< :=G:9D # L $.,夏玉米季 6A>>=8 F98D :=G:9D # L $2J
)%$期 王秀斌,等:优化施肥下华北冬小麦 ’夏玉米轮作体系农田反硝化损失与 !"#排放特征
米季的反硝化损失量和 !"#排放量同样高于小麦
季。小麦季和玉米季的反硝化损失量、!"#排放量
均表现出随施肥量的降低而降低。小麦季的反硝化
损失量、!"#排放量,习惯施肥处理是氮肥减量后移
处理的 $%&" 和 $%&’ 倍(扣除对照不施氮的背景
值)。玉米季的反硝化损失量、!"#排放量习惯施肥
处理是氮肥减量后移处理的 "%($和 "%((倍。本研
究发现,小麦季、玉米季土壤反硝化和 !"# 排放通
量与 !)*+ ,!浓度和 !#-. ,!浓度呈显著或极显著相
关(表 ")。可见,氮肥减量后移,可能是通过改变土
壤无机氮浓度而降低反硝化损失量和 !"#排放量。
参 考 文 献:
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+V 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 $V卷