喷灌和沟灌方式对农田土壤NH3挥发的影响

研究了2016和2017年传统灌溉（沟灌）和节水灌溉（喷灌）方式氨（NH₃）挥发的季节年际动态变化特征及其影响因素.采用通气法进行原位监测,分析了土壤温度、体积含水量、铵态氮（NH₄⁺-N）、硝态氮（NO₃^--N）以及气温降水等因素对NH₃挥发的影响.结果表明,NH₃挥发速率的峰值出现在施用氮肥后1~2周,喷灌有效降低NH₃挥发峰值,喷灌和沟灌的NH₃挥发速率峰值在2016年分别为2.67kg/（hm²·d）和11.11kg/（hm²·d）,2017年分别为2.42kg/（hm²·d）和11.73kg/（hm²·d）;马铃薯生长季NH₃挥发存在明显的季节变化,挥发高峰主要发生在7~8月,追肥期高于基肥期.2016~2017年农田土壤NH₃累积挥发量均表现为喷灌<沟灌,与沟灌相比,喷灌分别减少58.15%和43.55%.NH₃挥发速率与土壤温度呈显著正相关（P<0.05）,与体积含水量、NH₄⁺-N、NO₃^--N浓度呈极显著正相关（P<0.01）.     

内蒙古河套灌区盐碱土壤N2O排放特征

选择内蒙古河套灌区强度盐碱土壤S₁[电导率（EC）2.60dS/m]和轻度盐碱土壤S₂[电导率（EC） 0.74dS/m]为研究对象,2014~2016年,利用静态箱法3年野外原位观测试验,研究盐碱土壤氧化亚氮（N₂O）排放通量.结果表明：2种不同盐碱程度土壤N₂O排放每年均存在显著差异,轻度盐碱土壤N₂O累积排放量低;随EC升高,土壤盐碱程度加重,土壤N₂O累积排放量升高.2014~2016年作物生长季（4~11月）轻度盐碱土壤N₂O累积排放量分别为180.6,167.6,118.2mg/m²;强度盐碱土壤N₂O累积排放量比轻度盐碱土壤分别增加19%、26%和45%,修复盐碱土壤成为减缓盐碱土壤N₂O累积排放的重要农艺措施.     

盐度水平对不同盐渍化程度土壤氧化亚氮排放的影响

选取内蒙古河套灌区3种不同盐渍化程度土壤(盐土、重度盐渍化土壤和轻度盐渍化土壤),采用室内培养方法,用不同浓度KCl溶液调节不同盐渍化程度土壤盐含量分别为原土壤盐含量(对照)的2倍和3倍,研究盐分对不同盐渍化程度土壤氧化亚氮(N_2O)排放的影响.结果表明,盐分含量显著影响不同盐渍化程度土壤N_2O排放.无外源盐分加入时,不同盐碱程度土壤中盐土N_2O排放量最高,重度盐渍化土壤次之,轻度盐渍化土壤最低.外源盐加入后,随盐度梯度升高,与其对照相比,盐土N_2O排放量降低;重度盐渍化土壤N_2O排放量呈现先增加后降低趋势;轻度盐渍化土壤N_2O排放量升高.与其对照相比,土壤的盐分含量增加2倍时,盐土N_2O排放量减少90%;轻度盐渍化土壤N_2O排放量增加9倍.外源盐加入不同盐渍化程度土壤对N_2O排放的影响程度取决于土壤培养前后铵态氮含量差值,加入外源盐后,N_2O累积排放变化量的94.6%由土壤NH_4~+-N含量差值解释(R2=0.95,p0.01).     

内蒙古河套灌区不同盐碱程度土壤CH4吸收规律

土壤盐碱化严重威胁土地可持续利用和温室气体排放.本研究选择内蒙古河套灌区3种盐碱土壤［S1：盐化土壤,电导率（EC）4.80 dS·m^-1;S2：强度盐碱土壤,电导率（EC）2.60 dS·m^-1;S3：轻度盐碱土壤,电导率（EC）0.74 dS·m^-1］.利用静态暗箱法野外原位观测研究盐碱土壤甲烷（CH₄）吸收规律.结果表明,不同盐碱程度土壤CH₄吸收每年均存在显著差异,2014年生长季（F=18.0,P<0.001）,2015年生长季（F=23.6,P<0.001）和2016年生长季（F=28.4,P<0.001）.轻度盐碱土壤CH₄累积吸收量最高,盐化土壤累积吸收量最低.随土壤盐碱程度加重,土壤CH₄累积吸收量降低.轻度盐碱土壤CH₄累积吸收量在2014~2016年3个生长季（4~10月）分别为150.0、119.6和99.9 mg·m^-2;重度盐碱土壤CH₄累积吸收量比轻度盐碱土壤分别降低27%、28%和19%;盐化土壤CH₄累积吸收量比轻度盐碱土壤分别降低35%、35%和53%.冗余分析表明,盐碱土壤CH₄吸收通量与土壤EC的投影在第一主成分轴正方向和反方向,土壤EC越高,CH₄吸收通量越低.土壤电导率EC是调控盐碱土壤CH₄吸收的关键因子,相关系数r为-0.8809（P<0.01,n=9）.     

不同电导率盐碱土壤固碳潜力

采集内蒙古河套灌区盐碱土壤(电导率EC为0.27mS/cm),利用NaCl调节土壤电导率为(0,10,20,40,80mS/cm),基于稳定碳同位素分析不同电导率土壤添加定量δ¹³C-CO₂后,土壤CO₂吸收量以及土壤难溶性无机碳含量(SIC)-δ¹³C值.结果表明,盐碱土壤能够吸收CO₂,随土壤电导率(EC)升高,土壤CO₂累积吸收量增加, S5(EC=80mS/cm) CO₂累积吸收量比S1(0.27mS/cm)高1.6640mg.土壤SIC含量(R²=0.7080,P<0.05)和土壤可溶性无机碳含量(DIC)(R²=0.6096,P<0.05)与土壤EC显著负相关关系.盐碱土壤吸收CO₂部分固存于土壤无机碳中,外源添加δ¹³C-CO₂,盐碱土壤SIC-δ¹³C值(-5.299‰ ~ -0.8341‰)显著增加.EC为20mS/cm土壤固相保存δ¹³C-CO₂总量最高1.276mg,固存δ¹³C-CO₂总量占土壤吸收¹³CO₂总量比例30.28%最高;EC为80mS/cm固碳量最低为0.2749mg,固存δ¹³C-CO₂总量占土壤吸收¹³CO₂总量比例5.579%.     

内蒙古农牧交错带土地利用变化对作物生长季N_2O排放量的影响

在内蒙古农牧交错带,选择4个邻近、不同开垦年限(5、10和50 a)的农田,分别记为C5、C10和C50,以及天然草地作为研究样地;利用静态箱法,在2008—2010年作物生长季(4—10月)进行野外原位试验,研究了土地利用变化对N2O排放量的影响.结果表明:草地与C5、C10、C50农田土壤的N2O排放量在2008—2010年作物生长季均存在显著差异,F分别为53.8、17.3和153.0(P均小于0.001),草地N2O排放量分别为87.6、91.8和211.0 mg/m2.在2008—2010年作物生长季,C5和C10农田土壤N2O排放量比草地低10%~50%;随着开垦年限的增加,N2O累积排放量增加,C50在作物生长季的N2O排放量比草地高10%~30%.草地和不同开垦年限的农田土壤在作物生长季内N2O排放量的58.1%受土壤w(NH4+-N)和含水量的综合影响(R2=0.58,P0.01).     

不同灌溉方式旱田土壤N2O排放和氮素淋溶特征

通过野外原位监测试验,利用静态箱-气相色谱法、土壤溶液提取器分别对旱田土壤N₂O排放及氮素淋溶进行2018和2019年连续两年观测.试验设计为DCK （滴灌无肥）、DD （滴灌+N 500kg/hm²）、DG （滴灌+N 1000kg/hm²）、FCK （沟灌无肥）、FD （沟灌+N 500kg/hm²）、FG （沟灌+N 1000kg/hm²）.结果表明,不同施氮量、不同灌溉方式对N₂O排放和氮素淋溶量影响具有极显著差异（P<0.01）.N₂O排放量随施氮量的增加而增加,滴灌与沟灌相比可有效降低N₂O排放,2018和2019年FCK、FD、FG的N₂O累积排放量分别为2,23.79,45.73kg/hm²和2.08,6.23,13.93kg/hm²,而DCK、DD、DG分别降低了35%、80.9%、75.6%和26.7%、66.4%、21.5%.2018和2019年旱田土壤氮素淋溶量均表现为：滴灌<沟灌,80cm深度土壤溶液氮素淋溶量<40cm.2018和2019年相同施氮量下滴灌与沟灌相比,在40cm和80cm分别能减少氮素淋溶量36.95%~63.10%和54.93%~87.92%.主成分分析结果表明,影响N₂O排放的主要环境因子为土壤NO₃^--N含量和降水频率,相关系数分别为0.689、0.596;影响氮素淋溶量的主要环境因子为降水频率和灌水频率,相关系数分别为0.697和-0.729.滴灌可有效减少N₂O排放和氮素淋溶量,在提高肥料利用率的同时可减轻环境污染.     

我国半干旱区滴灌水肥一体化马铃薯田土壤NH3挥发特征和强度及影响因素

氨(NH₃)挥发是农业生态系统氮肥损失的重要途经,然而,北方干旱半干旱地区水肥耦合马铃薯田土壤NH₃挥发规律缺少数据支撑.该研究利用通气法田间原位观测我国西北滴灌水肥一体化和传统沟灌施肥马铃薯田水肥耦合土壤NH₃挥发特征,设置滴灌施肥500 kg·hm^-2(DDF)、滴灌施肥1000 kg·hm^-2(DGF)、滴灌不施肥(DCK)、沟灌施肥500 kg·hm^-2(FDF)、沟灌施肥1000 kg·hm^-2(FGF)、沟灌不施肥(FCK)6个处理.结果表明,NH₃挥发速率峰值出现在施用氮肥后1—2周,不同水肥处理土壤NH₃挥发存在显著差异(P<0.01).2018年DDF、DGF、DCK、FDF、FGF、FCK土壤NH₃累积挥发量分别为21.50、28.14、7.20、37.06、66.25、11.88 kg·hm^-2;2019年,分别为9.42、15.25、7.24、34.73、76.81、8.56 kg·hm^-2.2018年和2019年,沟灌FDF处理的NH₃挥发损失率分别是滴灌DDF处理的1.76倍和11.89倍;沟灌FGF处理分别是滴灌DGF的2.60倍和8.54倍.滴灌DGF处理NH₃挥发强度比滴灌DDF处理分别增加27.03%和52.94%,沟灌FGF处理比沟灌FDF处理分别增加76.04%和118.37%.随施肥量增加,传统沟灌马铃薯田土壤NH₃挥发损失率和NH₃挥发强度的增量高于滴灌水肥一体化模式.NH₃挥发速率与土壤体积含水量、NH₄⁺-N和NO₃^--N呈极显著相关(P<0.01).和传统沟灌比较,滴灌水肥一体化技术降低马铃薯田土壤NH₃挥发损失率,减轻NH₃挥发强度,提高马铃薯水肥利用率,减轻环境污染.     

外源盐对盐碱土壤无机碳淋溶特征的影响

为探究干旱盐碱区高风化土壤-地下水无机碳的固存机制,利用室内土柱淋溶模拟实验结合相关与回归分析,设置5个土壤电导率（EC=0.899、10、20、40、80 mS·cm^-1）处理,依次编号为S₀、S₁、S₂、S₃、S₄,每个处理重复2次,共计10个土柱（内径7.5 cm,高120 cm）,研究无机碳在不同盐碱程度土壤及淋出液中的分布、运移转化及其影响因素.结果表明：①土壤及淋出液无机碳含量均随土壤电导率的增加呈先增后降的变化趋势,其中,淋出液溶解性无机碳（DIC）和土壤难溶性无机碳（SIC）含量在电导率为10 mS·cm^-1处理下最高（淋溶后分别可达431.58 mg·L^-1和128.91 g·kg^-1）,且该处理下淋出液DIC含量随淋溶时间延长持续增加;土壤可溶性无机碳（SDIC）含量在电导率为20 mS·cm^-1处理下高于其他处理,在表层（0~30 cm）有最高值（淋溶后可达0.66 g·kg^-1）,随深度增加而降低.电导率为0~20 mS·cm^-1处理下,表层土壤SIC含量低于深层（60~100 cm）土壤;电导率为40和80 mS·cm^-1处理下,土壤及淋出液无机碳含量均降低,土壤SIC在表层聚积,随深度增加而降低.②淋出液DIC与EC呈显著负相关（r=-0.928,p<0.01）,与pH呈显著正相关（r=0.958,p<0.01）;土壤SDIC与土壤EC呈显著负相关（r=-0.582,p<0.05）,与土壤pH呈显著正相关（r=0.899,p<0.01）;土壤SIC与土壤EC呈显著负相关（r=-0.58,p<0.05）,与土壤pH无明显相关性（r=0.236,p>0.05）.pH和EC都是影响土壤及淋出液中无机碳含量的重要因素,pH对溶解性无机碳的影响高于EC,土壤难溶性无机碳主要受EC影响.总而言之,在干旱盐碱区高风化土壤的淋溶过程中,无机碳一部分以DIC的形式随淋溶液淋出到地下水中,另一部分以SDIC和SIC的形式存在于土壤中.     

内蒙古农牧交错带土地利用变化对CH4吸收的影响

于2008~2010年,根据邻近样地采样原则,选择位于内蒙古农牧交错带的天然草地和不同开垦时间的农田作为研究样地(G-草地; C5-开垦5a的农田;C10-开垦10a的农田;和C50-开垦50a的农田),利用静态箱法通过3a的野外试验,研究土地利用类型变化对CH4吸收的影响.结果表明:天然草地转变为农田后,不同开垦年限的农田土壤和草地土壤CH4吸收存在显著差异2008年(FCH4=273.7, P<0.001), 2009年(FCH4=264.8, P<0.001)和2010年(FCH4=362.4, P<0.001).草地转变为农田促进CH4吸收,2008, 2009 和2010年生长季的生长季(4~10月),草地CH4吸收量最低分别为141.4,210.0,236.0mg/m2.2008~2010年农田土壤CH4累积吸收量与草地土壤相比增加20%~280%.农田开垦年限影响CH4吸收,随着农田开垦年限的增加从开垦5~50a,CH4累积吸收量降低.相关分析表明,不同土壤CH4吸收与土壤水分含量和NH4+-N 含量呈负相关关系(R2=0.7380, P<0.01).草地转变为农田后,土壤水分含量和NH4+-N 含量驱动不同开垦年限的农田土壤和草地土壤CH4吸收差异.