摘要
为明确砂姜黑土区夏玉米最佳氮肥用量和适宜的有机肥与化肥配施比例，大田设置了两个试验，研究施肥对砂姜黑土区夏玉米产量、氮素吸收和温室气体排放的影响。试验一为氮肥用量试验。于2018和2019年夏玉米生育期设置四个氮肥用量:CK(不施肥)、N180(180 kg N·hm-2)、N270(270 kg N·hm-2)、N360(360 kg N·hm-2)，测定玉米产量、生物量、根系特性、植株氮素累积量、土壤铵态氮、硝态氮、N2O和CO2排放量等参数;试验二为等氮量条件下有机无机配施比例试验。于2018和2019年夏玉米生育期设置不同有机无机配施比例处理，分别为:100％化肥(化学肥料270kgN·hm-2，NPK)、有机肥替代30％(化学肥料180kgN·hm-2+有机肥90kg纯氮，NPKM30)、有机肥替代50％(化学肥料135kgN·hm-2+有机肥135kg纯氮，NPKM50)，以及CK(不施肥)处理，测定玉米产量、生物量、根系特性、植株氮素累积量、土壤铵态氮和硝态氮含量。采用静态箱-气相色谱法和LI-8100A便携式呼吸测量系统测定N2O和CO2排放量，分析氮肥用量和有机无机配施比例对玉米产量和温室气体排放(N2O和CO2)的影响，为合理施肥、稳定玉米产量、减少化肥投入、减少氮肥流失、减轻环境污染提供理论依据和技术支持。 主要研究结果如下:增施氮肥显著增加玉米产量，当氮肥用量为270kg·hm-2时籽粒产量最大，均值为10378.5kg·hm-2，氮肥用量超过270kg·hm-2时(N360)，产量降低2.04％。与CK相比，等氮量条件下NPK、NPKM30和NPKM50处理两年玉米籽粒产量均值分别增加43.97％、50.77％和43.64％;而三个施肥处理之间差异不显著。 玉米生育期土壤N2O排放呈动态变化，施肥处理的N2O排放量均显著高于CK，且施氮量越大峰值越高。与CK相比，N180、N270和N360三个氮肥用量处理的N2O累积排放量分别增加1.74％、38.23％和77.89％。氮肥用量在0-270kg·hm-2范围内，N2O排放量呈线性增加，但超过270kg·hm-2呈非线性增加，N360处理N2O累积排放量是N270处理的1.29倍。与NPK相比，NPKM30处理N2O累积排放量增加6.03％，而NPKM50处理降低了8.33％。有机无机配施四个处理之间CO2排放通量的季节变化趋势基本一致，变幅为74.53～367.04mg·m2·h-1。施肥显著增加CO2累积排放量，施用有机肥处理的CO2累积排放量均高于单施化肥处理，且随着有机肥用量的增加而增加。而随着氮肥用量增加，CO2排放量和GWP(GWP:global warming potential)呈先增加后降低趋势。与CK相比，N180、N270和N360三个处理两年CO2累积排放量均值分别增加2.82％、21.63％和8.87％;全球增温潜势分别增加4.77％、28.15％和22.52％;而温室气体排放强度(GHGI:greenhouse gas emission intensity)分别降低22.93％、16.66％和18.02％。与NPK相比，NPKM30和NPKM50处理两年CO2累积排放量均值分别增加0.92％和5.88％。在等氮量条件下，施用有机肥处理的GWP高于单施化肥处理;NPKM30处理GHGI降低2.55％，而NPKM50处理增加2.16％。 相关分析结果表明，夏玉米产量与生物量、根氮素累积量、地上部氮素累积量、根际土硝态氮、无机氮、非根际土铵态氮、硝态氮和无机含量成极显著正相关，GWP与N2O、CO2累积排放量呈显著正相关，与非根际土硝态氮和无机氮含量呈显著负相关。 这些结果表明，在一定范围内玉米产量、温室气体排放量及全球增温潜势随着氮肥用量的增加而增加，但是当氮肥用量在360kg·hm-2时，玉米籽粒产量和全球增温潜势不再增加，反而降低。等氮量条件下采用适宜的有机肥配施化学氮肥，能够保持玉米产量稳定，增加植株生物量及其氮素积累量，同时降低温室气体排放强度。综合考虑砂姜黑土区玉米产量、氮肥经济效益和温室气体排放生态效益，认为有机肥替代30％(NPKM30)化肥是实现稳产、减肥、减排的最佳配施比例。
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