耕作方式對(duì)玉米小麥復(fù)種系統(tǒng)生產(chǎn)力和溫室氣體排放的影響.pdf

1、玉米-小麥農(nóng)作系統(tǒng)是世界上最重要的糧食生產(chǎn)系統(tǒng)之一。當(dāng)前，玉米和小麥的產(chǎn)量仍需要進(jìn)一步的增加以滿足人口日益增長的需求。而為了進(jìn)一步提高作物產(chǎn)量，過量施用氮肥，導(dǎo)致氮肥利用率低和嚴(yán)重的環(huán)境問題。農(nóng)田也是重要的溫室氣體排放源，栽培和耕作等農(nóng)藝措施顯著影響N2O和CH4等溫室氣體的排放。中國是世界上最大的小麥、玉米生產(chǎn)國，分別占世界小麥、玉米產(chǎn)量的17.9％和23.8％，同時(shí)中國也足最大的農(nóng)田碳排放國家之一。華北平原是中國的糧食主產(chǎn)區(qū)，其玉米

2、-小麥一年兩熟制是主要的農(nóng)作模式。為了進(jìn)一步的提高作物產(chǎn)量和氮肥利用效率，很多學(xué)者就耕作、栽培等農(nóng)藝技術(shù)方面開展了創(chuàng)新性的研究，并且就農(nóng)田溫室氣體排放方面也開展了相關(guān)研究，但是關(guān)于耕作方式對(duì)作物周年產(chǎn)量、氮素利用效率和溫室氣體排放的綜合影響還不清楚，因此本研究以高產(chǎn)中筋小麥品種濟(jì)麥22為試驗(yàn)材料，在山東省泰安市東平縣農(nóng)科所試驗(yàn)基地進(jìn)行定位試驗(yàn)。2012～2013小麥生長季設(shè)置4種耕作方式:免耕(N)、深松+免耕(SN)、旋耕(R)、深松

3、+旋耕(SR)，2013年玉米季在小麥季處理基礎(chǔ)上裂區(qū)設(shè)置免耕(N)和深松+旋耕(SR)處理，共8個(gè)處理:玉米季免耕，小麥季免耕(N-N);玉米季免耕，小麥季旋耕(N-R);玉米季免耕，小麥季深松后免耕(N-SN);玉米季免耕，小麥季深松后旋耕(N-SR);玉米季深松后旋耕，小麥季免耕(SR-N);玉米季深松后旋耕，小麥季旋耕(SR-R);玉米季深松后旋耕，小麥季深松后免耕(SR-SN);玉米季深松后旋耕，小麥季深松后旋耕(SR-SR)

4、。2013～2014年小麥和2014年玉米生長季的試驗(yàn)處理與上一年度一致，研究不同耕作方式對(duì)玉米-小麥周年土壤耕層特性、作物產(chǎn)量、氮素利用效率和溫室氣體排放的影響，以期為華北平原提高農(nóng)田生產(chǎn)力和固碳減排提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。主要結(jié)果如下:
　　1.耕作方式對(duì)作物產(chǎn)量的影響在玉米-小麥一年兩熟模式中，N-SR和SR-SR處理能夠顯著提高作物周年產(chǎn)量;兩年度作物周年平均產(chǎn)量為N-SR＞SR-SR＞N-SN＞SR-SN＞SR-R＞N-

5、R＞N-N＞SR-N;兩年度玉米平均產(chǎn)量免耕處理比深松+旋耕處理高1.55％。
　　2.耕作方式對(duì)氮素吸收利用的影響在玉米-小麥一年兩熟模式中，N-SR處理能夠顯著提高周年作物氮素吸收量、氮素收獲指數(shù)和氮肥偏生產(chǎn)力;兩年度小麥平均氮素吸收量為N-SR＞SR-R＞SR-SR＞N-N＞SR-SN＞N-R＞SR-N＞N-SN，氮素收獲指數(shù)為N-SR＞SR-SN＞SR-SR＞N-SN＞SR-R＞N-R＞SR-N＞N-N，年平均氮肥偏生產(chǎn)力

6、為N-SR＞SR-SR＞SR-SN＞N-R＞SR-R＞N-N＞N-SN＞SR-N;在玉米生長季，與深松+旋耕處理相比較，玉米季免耕出現(xiàn)均獲得較高的氮素吸收量、氮素收獲指數(shù)和氮肥偏生產(chǎn)力。
　　3.耕作方式對(duì)土壤物理特性的影響在玉米-小麥一年兩熟模式中，N-N處理顯著提高了0-10，10-20和20-30cm土層的土壤容重;與深松+旋耕處理相比較，免耕處理顯著提高了小麥和玉米成熟期0-10，10-20和20-30cm土層的土壤容重;

7、N-N處理顯著提高了玉米-小麥周年的土壤含水量，SR-N次之，其他處理之間無顯著差異。
　　4.耕作方式對(duì)土壤化學(xué)特性的影響不同土層之間，各處理玉米和小麥季成熟期土壤總氮含量0-10 cm上層高于10-20 cm上層;不同處理之間比較，N-N處理的玉米和小麥季成熟期0-10 cm土層土壤總氮含量最高，而N-SR處理的10-20 cm土層土壤總氮含量最高;從玉米季成熟期0-20cm土層土壤總氮含量平均值分析，玉米季深松+旋耕處理高于

8、玉米季免耕處理，但是從小麥季成熟期0-20 cm土層土壤總氮含量平均值分析，玉米季深松+旋耕處理低于玉米季免耕處理;不同土層之間，各處理小麥季成熟期土壤NH4+-N含量0-10 cm土層高于10-20cm土層，而土壤NO3--N含量10-20 cm土層高于0-10 cm土層;從周年成熟期0-20 cm土層土壤NH4+-N含量平均值分析，玉米季深松+旋耕處理的10-20 cm土層上壤NH4+-N含量高于玉米季免耕處理，0-10 cm土層土

9、壤NH4+-N含量低于玉米季免耕處理;從小麥季成熟期0-20 cm土層土壤NO3--N含量平均值分析，玉米季深松+旋耕處理高于玉米季免耕處理;不同土層之間，各處理玉米和小麥季成熟期土壤pH10-20 cm土層比0-10 cm土層高17.50％;從玉米季成熟期0-20 cm土層土壤pH平均值分析，玉米季深松+旋耕處理低于玉米季免耕處理;從小麥季成熟期0-20 cm土層土壤pH平均值分析，玉米季深松+旋耕處理的0-10 cm上層上壤pH低于

10、玉米季免耕處理，而10-20 cm土層土壤pH高于玉米季免耕處理;不同處理之間比較，N-N處理的玉米和小麥季成熟期0-20 cm土層土壤pH最高。
　　5.耕作方式對(duì)土壤生物特性的影響不同土層之間，各處理小麥季成熟期土壤微生物量碳0-10 cm土層高于10-20 cm土層;不同處理之間比較，N-N處理的小麥季0-10 cm和10-20 cm土層土壤微生物量碳含量最高，N-N和N-R處理的小麥季0-10 cm和10-20 cm土層土

11、壤微生物量氮含量高于其他處理;不同土層之間，各處理小麥季成熟期土壤有機(jī)碳0-10 cm土層高于10-20 cm土層;不同處理之間比較，N-N處理的小麥季0-10 cm和10-20 cm上層土壤有機(jī)碳含量最高;從玉米季和小麥季成熟期0-20 cm土層土壤有機(jī)碳平均值分析，玉米季免耕處理高于玉米季深松+旋耕處理;從小麥季開花期0-20 cm土層土壤硝化潛力平均值分析，玉米季免耕處理比玉米季深松+旋耕處理高18.78％;不同處理之間比較，N-

12、N處理的小麥季開花期0-20 cm土層土壤硝化潛力最高，N-SR處理最低;從小麥季開花期0-20 cm土層土壤反硝化潛力平均值分析，玉米季深松+旋耕處理比玉米季免耕處理高4.67％;不同處理之間比較，N-R處理的小麥季開花期0-20 cm土層土壤反硝化潛力最高，SR-SR處理最低;
　　6.耕作方式對(duì)溫室氣體排放的影響在玉米-小麥一年兩熟模式中，耕作方式對(duì)第一周年N2O排放有顯著影響，對(duì)第二周年N2O排放無顯著差異(P＞0.05)

13、;從兩年N2O排放平均值分析，玉米季深松+旋耕處理顯著高于玉米季免耕處理;不同處理之間比較，SR-SR處理N2O排放量最高，N-N處理N2O排放量最低;耕作方式對(duì)小麥季、玉米季和周年的CH4排放無顯著差異(P＞0.05）;從兩年CH4排放平均值分析，玉米季深松+旋耕處理高于玉米季免耕處理;玉米季深松+旋耕處理的單位面積和單位產(chǎn)量的GWP高于玉米季免耕處理;不同處理之間比較，SR-SR處理的單位面積和單位產(chǎn)量的GWP最高，N-N處理單位面