不同有机物料还田与减氮施肥对麦田碳氮水足迹及生态服务价值的影响

摘要

针对当前因片面追求高产而过量使用化肥造成的耕地质量下降、肥料利用率低、环境污染严重等一系列问题，本研究通过玉米秸秆、牛粪、菌渣3种有机物料还田，同时减少氮肥投入（分别比对照组减少用量10％或15％）处理，对各处理小麦生育期的小麦生长情况及土壤理化性质进行测定，分析三种有机物料还田及减施氮肥方式对麦田小麦-土壤系统碳氮水的利用效率及产量的影响，并尝试对麦田生态系统的碳氮水足迹和生态系统服务价值进行估算。研究结果如下:
　　1.施加有机物料有助于增强土壤的保水保墒能力，能够不同程度的提升土壤的水分含量，特别是80～100 cm土层的土壤含水量，同时使麦田的水分利用效率明显提升，其中以牛粪还田和秸秆还田效果最好。不同有机物料显著增强了小麦生育后期的叶片叶绿素荧光值，秸秆还田的提升效果较差。秸秆还田明显提高了作物整个生育期土壤蔗糖酶活性，牛粪还田对小麦生育后期的蔗糖酶活性提高效果显著，各有机物料还田均使拔节期后土壤脲酶活性有效增加。不同有机物料还田与仅施化肥处理相比，显著促进了冬小麦的生长，其中秸秆还田处理对干物质积累量的增加有明显作用，牛粪还田对提高小麦的小穗数及穗粒数有较好效果，秸秆还田和菌渣还田处理对千粒重的提高效果显著，总经济产量方面，以牛粪还田优势最大。
　　2.添加有机物料促进了土壤有机碳含量的积累，牛粪还田和秸秆还田对提高土壤有机碳含量效果显著，菌渣还田的增加效果主要体现在小麦的生育后期。施用有机物料对提高小麦生育后期的土壤呼吸速率有积极作用，其中以牛粪还田和菌渣还田效果明显。有机物料还田和减氮施肥处理还能降低土壤温室气体排放，有效的降低了农田生态系统在全球气温上升过程中所发挥的作用，各不同有机物料中，牛粪还田和秸秆还田的效果最好。
　　3.有机物料的施用使小麦生育前期土壤的全氮含量显著提高，并促进了小麦耕层土壤的碱解氮含量的增加，同时对0～100 cm土壤层硝态氮的吸收和利用有积极作用。牛粪还田和菌渣还田均增加了作物的氮积累，三种添加物均提升了氮素偏生产力，最终使小麦氮素的利用效率升高，结果显示牛粪和秸秆还田效果最好。
　　4.三种有机物料还田处理对降低麦田生态系统中的碳氮水足迹有显著影响。减量施肥降低了生产中灰水足迹，有机物料的添加减少了绿水的消耗，从而降低总的水足迹。秸秆还田降低了土壤碳排放量，不同有机物料均增加了碳吸收量，最终降低了生态系统碳足迹。施加有机物料有效降低了化肥对氮足迹的影响，从而降低麦田氮足迹。不同有机物料还田还显著提高了麦田生态系统的积累有机质功能价值、净化环境价值、涵养水分价值及气候调节价值，有利于麦田生态系统的可持续发展。
　　综合来看，有机物料还田和减量施肥有益于小麦作物的生长发育，提高了土壤主要酶活性，使土壤的养分状况得到改良，对土壤的有机碳、全氮、无机氮的积累有积极的增进功效。施加有机物料处理在减施氮肥的条件下并未造成作物减产，反而减少了温室气体的排放，显著提高了水分及氮素的利用效率。各有机物料还田不但降低了碳氮水足迹，而且显著提高了麦田生态系统的间接服务价值，是改善农业生态环境的有效方式。

目录

摘要

1 引言

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．2．1 我国农业发展现状及问题

1．2．2 有机物料还田和减施氮肥在循环农业中的作用

1．2．3 生态系统服务价值及生态足迹的研究现状

1．3 研究目的与意义

1．4 技术路线

2 材料与方法

2．1 试验设计

2．2 测定指标及方法

2．2．1 植株群体及光合生理指标

2．2．2 土壤性状

2．2．3 土壤-小麦系统氮素的测定

2．2．4 土壤水分的测定

2．2．5 土壤-小麦系统碳素的测定

2．2．6 生态服务价值估算

2．2．7 小麦测产及考种

2．3 数据处理

3 结果与分析

3．1 有机物料还田和减施氮肥下麦田土壤理化特性

3．1．1 土壤酶活性

3．1．2 土壤呼吸速率

3．1．3 土壤气体排放

3．1．4 土壤含水量

3．1．5 土壤有机碳含量

3．1．6 土壤全氮含量

3．1．7 土壤硝态氮含量

3．1．8 土壤碱解氮含量

3．2 有机物料还田和减施氮肥对小麦生长及水氮利用的影响

3．2．1 冬小麦群体数量

3．2．2 冬小麦光合生理特性

3．2．3 冬小麦干物质积累量

3．2．4 冬小麦产量及产量指标

3．2．5 冬小麦耗水量及水分利用效率

3．2．6 冬小麦氮素利用效率

3．3 有机物料还田和减施氮肥下麦田生态足迹及生态服务价值估算

3．3．1 麦田生态系统生态足迹分析

3．3．2 麦田系统生态服务价值估算

4 结论与讨论

4．1 讨论

4．1．1 有机物料还田和减施氮肥下土壤水分及作物生理特征分析

4．1．2 有机物料还田和减施氮肥下麦田碳素动态变化分析

4．1．3 有机物料还田和减施氮肥下麦田氮素动态变化分析

4．1．4 有机物料还田和减施氮肥对麦田生态服务价值的影响

4．2 结论

参考文献

致谢

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