水炭运筹下稻田土壤氮素分布与盈亏15N示踪分析

为揭示水炭运筹下铵态氮、硝态氮在不同土层的分布规律和土壤氮素在水稻植株中的分布规律,设置两种水分管理模式(浅湿干灌溉、常规淹灌)和4个秸秆生物炭施用量水平(0、2.5、12.5、25 t/hm2),采用田间小区和15N示踪微区结合的方法,研究了不同水炭运筹下0~60 cm土层NH+4-N、NO-3-N和肥料NH+4-15N、NO-3-15N的累积分布,以及土壤氮素在水稻植株中的分布情况,并计算了不同水炭运筹下的土壤盈亏状况。试验结果表明:浅湿干灌溉模式下,稻田土壤中的NH+4-N累积量随土层深度的增加而减小,施加适量的秸秆生物炭增加了0~20 cm土层NH+4-N、NO-3-N累积量,同时减少了20~60 cm土层的累积量。相同秸秆生物炭施用水平下,浅湿干灌溉模式0~20 cm土层中NH+4-N、NO-3-N累积量和肥料NH+4-15N、NO-3-15N累积量均高于常规淹灌模式,浅湿干灌溉模式20~40 cm和40~60 cm土层NO-3-15N累积量较常规淹灌模式显著降低(P<0.05)。浅湿干灌溉模式积累的土壤氮素有9.79%~13.96%分布在植株叶片,15.71%~20.03%分布在植株茎鞘,66.00%~74.50%分布在植株穗部。综合考虑寒地黑土区土壤氮库盈亏平衡,浅湿干灌溉模式施加12.5 t/hm2秸秆生物炭的水炭运筹模式最优。

水分管理对旱直播稻温室气体排放与土壤无机氮的影响

为探究寒地黑土区不同水分管理方案对旱直播水稻温室气体排放和土壤无机氮的影响,设置4个处理:淹灌旱直播(YH)、湿灌旱直播(SH)、旱管旱直播(HH)和常规插秧淹灌(CK),并以CK处理作为对照,采用微区测坑进行试验,研究了旱直播水稻对温室气体甲烷(CH_(4))和氧化亚氮(N_(2)O)排放量、全球增温潜势(GWP)、以产量为基准的全球变暖潜势(GWPy)、0~60 cm土壤剖面铵态氮(NH_(4)^(+)-N)和硝态氮(NO_(3)^(-)-N)含量的影响,分析了0~20 cm土层土壤温度、CH_(4)和N_(2)O排放量和0~20 cm土层NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N含量的相关关系。结果表明:各处理CH_(4)和N_(2)O排放量均呈先增后减的变化趋势,CH_(4)排放峰值出现在拔节孕穗期,N_(2)O排放峰值出现在抽穗开花期。各处理CH_(4)累积排放量、GWP和GWPy由大到小均表现为CK、YH、SH、HH,N_(2)O累积排放量由大到小表现为HH、SH、YH、CK。CK、YH、SH处理土壤NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N含量在时间和剖面上的变化规律基本一致,从时间上看,NH_(4)^(+)-N含量峰值出现在分蘖中期和抽穗开花期,而NO_(3)^(-)-N含量峰值出现在分蘖前期;从土壤剖面上看,CK、YH、SH处理NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N含量分别以20~40 cm和40~60 cm土层最高,而HH处理NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N含量分别以40~60 cm和0~20 cm土层最高。各处理稻田5、10、15、20 cm土层土壤温度(T_(5)、T_(10)、T_(15)、T_(20))均呈先升后降的变化趋势。CK、YH、SH、HH处理T_(5)、T_(10)、T_(15)、T_(20)与CH_(4)排放量、NH_(4)^(+)-N含量呈正相关;YH处理T_(15)、T_(20)与N_(2)O排放量呈正相关,与NO_(3)^(-)-N含量呈负相关;SH、HH处理T5、T10、T15与N_(2)O排放量呈负相关,与NO_(3)^(-)-N含量呈正相关。YH、SH、HH处理NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N含量呈此消彼长的密切关系。本研究可为东北黑土区旱直播稻田减缓温室效应和土壤氮素高效利用提供理论依据。