论文部分内容阅读
小麦-大豆轮作体系是重要的作物种植系统,世界小麦与大豆产量到2050年分别需提高40%和80%才能满足需求,持续稳定地提高该系统的生产力对粮食安全至关重要。人为温室气体排放增加是气候变暖的主要驱动因子,而农业源温室气体占人为温室气体排放的比例高达19%29%,农田温室气体减排意义显著。施肥是作物丰产稳产的主要农业措施之一,同时施肥又会显著影响土壤温室气体排放。因此,研究施肥对作物产量可持续性与温室气体排放的影响,对保障粮食安全和减缓气候变化意义突出。关于施肥对作物产量与温室气体排放的影响,尽管前人已有研究,但较少涉及小麦-大豆轮作体系,且现有研究多针对施肥的当季,对其后效的研究较少,对于净温室效应也缺少相关研究。本研究借助安徽萧县与蒙城县两个30多年的长期施肥试验,探讨有机肥、氮磷钾化肥以及氮磷钾配施不同有机物料对小麦-大豆轮作体系产量可持续性与温室气体排放的影响,拟为我国黄淮海区域小麦-大豆轮作体系丰产低碳排放的生产技术创新提供理论依据。本研究获得的主要结果如下:(1)氮磷钾配施粪肥可获得最高的产量与可持续性。氮磷钾配施有机物料的产量及其可持续性优于单施氮磷钾,而单施氮磷钾又优于单施有机肥。其中氮磷钾配施粪肥的增产效果最优,与单施氮磷钾相比,在等氮条件下使小麦、大豆产量分别提高了3.0%和8.5%,在高氮条件下则分别提高了18.9%和35.0%。(2)有机肥部分替代化学氮肥提高氮素利用效率。与单施氮磷钾相比,在等氮条件下氮磷钾配施有机物料提高了氮素利用效率,高氮条件下的氮素利用效率则降低。(3)小麦季施用有机物料促进当季温室气体排放,尤其是施用粪肥的促进作用最显著。与单施氮磷钾相比,单施粪肥或氮磷钾配施粪肥使CO2累积排放量提高了28.1%35.9%,N2O累积排放量提高了17.1%64.3%。(4)小麦季施肥对大豆季(不施肥季)温室气体排放的后效显著。增施有机物料促进了大豆季CO2与N2O的排放,尤其是施用粪肥的处理促进作用最显著,与单施氮磷钾相比,单施粪肥或氮磷钾配施粪肥使CO2与N2O排放量分别提高达10.7%59.5%和41.2%115%。(5)有机物料施用促进土壤固碳,降低净温室效应。与单施氮磷钾相比,施用有机物料增加了土壤固碳,降低了净增温潜势与温室气体排放强度以及单位土壤肥力提升的温室气体排放,其中氮磷钾加牛粪的处理净温室效应较低。综上所述,氮磷钾配施牛粪提高了小麦与大豆的产量及其可持续性,同时有效促进土壤固碳、降低净温室效应,是小麦-大豆轮作体系较为合理的施肥方式。