秸秆还田对关中地区麦玉轮作田N_(2)O排放的短期效应

【目的】分析环境因子和土壤N_(2)O排放对短期秸秆还田的响应,以更准确地评价化肥施用下短期秸秆还田的增减排效益。【方法】于2020—2021年在关中地区开展了小麦–玉米轮作田间试验。采取双因素裂区设计,主处理为秸秆还田(W1)与不还田(W0),副处理为不施肥(W1、W0)、施氮肥(W1N、W0N)和施氮磷肥(W1NP、W0NP)。测定了土壤含水量、温度、NO_(3)^(-)-N、NH_(4)^(+)-N、速效磷含量及N_(2)O排放通量,调查了作物产量,并探讨了土壤N_(2)O排放与环境因子之间的关系。【结果】相比W0,W1处理土壤含水量提高了1.1%~16.2%;W1N处理的土壤NO_(3)^(-)-N含量峰值较W0N高17.6%~30.5%。4个施肥处理的土壤NO_(3)^(-)-N和NH_(4)^(+)-N含量随生育时期推进先迅速上升,然后缓慢下降,施氮肥处理的土壤NO_(3)^(-)-N峰值比施氮磷肥处理高17.0%~20.8%。W1NP与W0NP处理土壤的速效磷含量随生育期推进先上升后缓慢下降,平均速效磷含量显著高于处理W0、W1、W0N和W1N(P<0.05)。冬小麦季和夏玉米季分别在施肥后第6和第12天土壤N_(2)O排放通量达到峰值。W1N、W1NP的土壤N_(2)O排放峰值分别比W0N、W0NP高5.0%和38.5%,全年累计排放量分别比W0N、W0NP高291.13和379.99 g/hm^(2)(P<0.05);W1N处理的土壤N_(2)O全年累计排放量比W1NP处理高298.14 g/hm^(2),W0N处理的土壤N_(2)O全年累计排放量比W0NP高386.99 g/hm^(2),施氮磷肥处理的排放峰值比施氮肥处理低2.43%~54.67%。相关性分析发现,N_(2)O排放通量与土壤温度、含水量、NO_(3)^(-)-N、NH_(4)^(+)-N、速效磷含量呈极显著正相关(P<0.01)。各处理N_(2)O排放强度表现为:相同秸秆还田条件下,施氮肥>施氮磷肥>不施肥处理;相同施肥条件下,秸秆还田>不还田处理。【结论】不论是否秸秆还田,氮磷肥配施均提高了土壤速效磷含量,降低了NO_(3)^(-)-N峰值,因而降低了N_(2)O年累积排放量。秸秆还田后短期内虽然也提高了土壤速效磷含量,但其较高的土壤含水量和NO_(3)^(-)-N含量导致更高的N_(2)O排放通量和农田N_(2)O累计排放量。因此,评价秸秆还田在农业可持续发展中的生态与生产效益时,也应考虑其还田后短期存在的不利影响。

秸秆还田配施化肥对土壤养分及冬小麦产量的影响

为探究关中地区秸秆还田配施化肥对土壤养分和冬小麦产量的影响,研究采用裂区试验设计,主区为:秸秆不还田(S0)和秸秆还田(S);副区为:不施肥(WF)、氮肥(NF)和氮磷肥(NPF).应用生态化学计量的方法,探究秸秆还田配施化肥下土壤碳氮磷含量变化及其和产量的关系.结果表明,秸秆和施肥互作对表层(0~20 cm)土壤有机碳、全氮和全磷含量均产生显著影响(P<0.05).与S_(0)WF处理相比,SNPF处理显著提高表层(0~20 cm)土壤有机碳和全氮含量(P<0.05).秸秆和年份互作对表层(0~20 cm)土壤全氮含量产生显著影响(P<0.05),随着秸秆还田时间的增加,在2021年SWF处理下表层(0~20 cm)土壤全氮含量显著高于S_(0)WF(P<0.05).秸秆和施肥及其互作对20~40 cm土层有机碳和全氮含量无显著影响(P>0.05),但对20~40 cm土壤全磷含量产生显著影响(P<0.05),与SWF处理相比,SNPF处理显著增加了20~40 cm土层全磷含量(P<0.05).秸秆还田配施化肥对土壤化学计量特征也产生显著影响.与S_(0)WF处理相比,S_(0)NPF处理能够降低表层(0~20 cm)土壤C∶N,提高表层(0~20 cm)土壤C∶P和N∶P.与SWF处理相比,SNF处理能够降低表层(0~20 cm)土壤C∶N.秸秆还田配施化肥对冬小麦产量也产生显著影响,2020年和2021年SNPF处理与S_(0)WF处理相比分别增产24.23%和28.9%.相关性分析表明,产量与C∶N(P<0.05)和C∶P(P<0.01)呈显著正相关关系.全氮和N∶P与处理年份呈极显著正相关关系(P<0.001).综上所述,在关中地区秸秆还田配施氮磷肥处理(SNPF)会改善土壤养分,改变土壤化学计量特征,同时提高产量.因此,本研究结果表明秸秆还田配施氮磷肥(SNPF)是优化区域农田养分管理,提高粮食生产能力的有效途径.