应用案例

Picarro G2508（秸秆覆盖和施氮量对夏玉米产量、肥效和温室气体排放的影响）

发表时间：2024-04-17

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前言

气候变化及其后续环境影响已成为全球关注的问题，其主要为人为活动引起的温室气体二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）和氧化亚氮（N₂O）排放。根据世界资源研究所的数据，农业温室气体排放占全球温室气体排放量的11.8%。如果不制定和采用有效的政策和战略，到2050年，全球农业温室气体排放量将增加58%。通过优化管理实践证明，如秸秆覆盖和优化氮肥施用，可以减少农业GHG排放。秸秆覆盖是秸秆处理的有效田间管理方法，具有良好的生态环境效益。研究表明，秸秆覆盖提高了土壤肥力和作物产量，最大限度地减少了风蚀和水蚀，并减少了径流和淋滤造成的养分损失。然而，也有许多研究表明，秸秆覆盖会促进土壤CO₂和CH₄排放。在先前的研究中，土壤N₂O排放对秸秆覆盖的响应不一致。秸秆覆盖对土壤N₂O排放的影响与微生物介导的硝化和反硝化过程有关，这一过程受土壤湿度、温度、土壤有机碳的有效性以及氨和硝酸盐浓度的影响。因此，为了实现可持续和弹性农业，需要对秸秆覆盖下的温室气体排放进行进一步调查。

研究方法

对中国山东省科技部禹城农业生态系统国家观测研究站2018年、2019年和2020年的三个玉米单季玉米田进行考察，对夏玉米进行两种秸秆处理方式（S0：耕作结合无秸秆和S1：耕作结合秸秆覆盖）和两种施氮量（中氮N1：180 kg N ha^-1的；高氮N2：210 kg N ha^-1），在6m×10m的试验田用四种处理进行了三次重复。另外在2018年、2019年和2020年7月在每公顷的试验田施用160千克K₂SO₄和750千克CaP₂H₄O₈作为基础肥料。在玉米播种和灌浆期后的两天内进行灌溉，每块样方灌溉量为3-5m³。

在每个试验区安装透明腔室，通过试验箱采集气体样品，每采集1小时气体样品，将试验箱关闭200秒。样品收集完成后，试验箱保持打开状态，以消除剩余热量对GHG排放的影响。采用自动控制系统连续监测所有腔室23小时（23:00-00:00的每日校准除外）。GHG摩尔分数通过Picarro G2508高精度气体浓度分析仪进行测量。

2018年（a）、2019年（b）、2020年（c）和2018年至2020年（d）玉米生长季期间，秸秆覆盖和施氮量对每日土壤CO₂通量的影响。无秸秆（S0）和秸秆覆盖物（S1）；中氮（N1）、高氮（N2）。

秸秆覆盖和施氮量对玉米生长季节累积土壤CO₂通量的影响。无秸秆（S0）和秸秆覆盖物（S1）；中氮（N1）、高氮（N2）。在P<0.05时，各图中各处理间具有相同小写字母的均值无显著差异。<>

2018年（a）、2019年（b）、2020年（c）和2018年至2020年（d）期间，秸秆覆盖和施氮量对玉米生长季节的每日土壤CH₄通量的影响。无秸秆（S0）和秸秆覆盖物（S1）；中氮（N1）、高氮（N2）。图中的阴影表示95%水平的置信区间。

研究结论

在土壤GHG通量长期监测的基础上，探讨了玉米产量、PFP（部分因子生产率）、GHG排放、GWP和GHGI对两种秸秆覆盖措施和施氮量的响应。结果表明：

（1）S1N1获得的产量和PFP最高，其次是S1N2、S0N1和S0N2。S1N2的CO₂排放量最高。同时，S1N2的CH₄吸收量最高，S0N2的CH₄吸收量最低。最高和最低的N₂O排放分别出现在S0N1和S1N1中。

（2）广泛应用的S1N2处理获得了最高的GWP（全球变暖潜能值），比S1N1高70.3%，是S0N1和S0N2的两倍。根据三个测试结果，S1N2处理的GHGI最大（19.4），而其他三个处理的GHGI较小（10.1、10.7和10.7），无显著性。

（3）秸秆覆盖结合180 kg N ha^−1氮肥的施用将在作物产量和温室气体排放之间取得平衡，这可以在中国北方平原地区广泛采用，以实现夏玉米的可持续生产。

此外，加强秸秆覆盖做法和氮肥用量的等多种制度可能帮助抵消全球温室气体排放。

原文链接

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

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陈工 chenxf@cen-sun.com

高工 gaoch@cen-sun.com