施用氮肥与生物炭对菜地的氧化亚氮排放的影响开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

1、意义：

n2o是仅次于co2和ch4的重要温室气体,它与全球变暖有着密不可分的联系，而气候变化是当今全球面临的重大挑战（联合国气候变化大会，2009），温室气体与全球变暖之间的因果关系已经成为无可争议的事实[ipcc,2007]。氧化亚氮(n2o)既是重要的温室气体，又参与破坏大气臭氧层[crutzen,1981]，受到科学工作者们的广泛关注。自工业革命以来，由于人类活动的影响（如毁林、农业活动和化石燃料的燃烧等），温室气体的浓度正以前所未有的速度增加。根据ipcc（2007）的报告，最近100年(1906年-2005年)的温度线性趋势为0.74℃[0.56℃0.92℃]。陆地生态系统碳氮循环过程对大气中温室气体浓度的变化起着至关重要的作用(黄耀，2003)。随着温室气体甲烷(ch4)在大气中的浓度趋于平稳(dlugokencky,houwelingetal.2003)，而n2o在大气中的浓度仍然保持每年大约0.25%的速度递增。尽管n2o在大气中的浓度和年增长速率均低于co2,但其增温效应却为co2的298倍。由于单分子n2o在大气层中的寿命可达约114a左右,所以它对于全球环境的影响是长期的和潜在的。因此，n2o在全球变暖中具有更加特殊的地位，其影响也日益严重。

农田生态系统排放n2o占大气中人为源n2o总量的70－90%(kroeze,mosieretal.1999)。而氮氮肥的投入是保证作物高产的前提。中国是地少人多的国家,提高粮食单产则成为解决我国粮食问题的主要途径(马文奇,张福锁etal.2005)。而作为粮食的粮食的化肥是最为重要的农业生产资料之一,是农业生产中消费量最大的化肥品种。氮肥施用量不断增加，导致农田n2o排放居高不下[zhuetal.,2005;gallowayetal.,2008]。

2. 研究的基本内容和问题

1、研究的目标：

本实验在生物质炭的后续效应下，施用不同配比的有机无机肥，旨在研究：（1）不同配比肥料的施入对ghgs、nox的影响。

（2）通过观测土壤ph、ec、no3-n的动态变化，研究有机肥的施用是否有助于减缓土壤酸化。

3. 研究的方法与方案

1、实验方案

田间试验设６个处理，氮肥施用水平为不施氮肥（N0）和施用氮肥

（N1），施用生物炭水平则为不施用生物炭（C0）、施用20t／hm2生物炭（C1）和施用40t／hm2生物炭（C2）,每个处理分别设置3个重复。蔬菜种植体系、翻耕和灌溉水平、施肥方法及时间等都按照当地管理措施进行，试验期间连续种植蔬菜。每种蔬菜收获后与下一种蔬菜种植前都有一段时间不等的休耕期。生物炭于蔬菜种植之前施入土壤中，翻耕混匀。施氮处理均施用复合肥，不施氮处理则补充相应数量的磷肥（钙镁磷肥）和钾肥（氯化钾）。

采用静态密闭暗箱－气相色谱法测定菜地N2O和CH4排放通量。用20mL注射性针筒采集气体样品，通常每周采集１次气体样品，施肥和灌溉后加密采样，2~3d１次，持续7~10d。在箱子密闭后0、10、20和30min共采集４个气体样品。每次观测时同时测定采样箱内温度、大气温度以及0~20cm土层含水量。

每次采集气体样品的过程中，用便携式温度计（JM624，中国天津金明仪器有限公司）测定采样箱内温度，大气温度以及0~20cm土层温度。同时采集0~20cm表层土壤样品，测定质量含水量并计算土壤充水孔隙度（WaterFilledPoreSpace,WFPS）。为了明确不同配比的有无机配施对菜地综合温室效应的影响，根据N2O累积排放量、CH4累积排放量和蔬菜产量计算菜地生态系统的综合温室效应（GlobalWarmingPotential,GWP）和温室气体强度（GreenhouseGasIntensity,GHGI），计算公式为：

综合温室效应(GWP)=34GWPCH4 298GWPN2O

温室气体强度(GHGI)=综合温室效应(GWP)/产量(Yield)

式中:单分子N2O、CH4所引起的综合温室效应（t/hm2,以CO2当量计）分别是CO2的298倍和34倍。产量为每种蔬菜收获时，收取试验小区内的所有植株（地上部 地下部），称鲜重计为产量。

（注：每个处理3个重复，小区面积0.25m2）

1.日常管理记录：蔬菜种类和价格、蔬菜产量（小区和大棚）、种植时间和收获时间、施肥种类和比例（有机和无机）、施肥量（基肥和追肥）、浇水量、喷施农药量（种类和数量）、翻地时间、机械功率及时间、降雨时间。

2.实采集时记录：采样时间、温度（地上和地下）。

3.实需采集：小区的地上气体、土壤样品、收获时的植株样品（框内）。

4.实验测定指标：N2O、NOx、pH、EC、NH4 、NO3-、WFPS、植株生物量、植株N含量。

2、实验方法：

1.N2O和NOx通量观测：采用静态密闭箱法观测,每周1次,施肥、耕作、灌溉、降雨后加密采样，每天1次，持续3-7天。

2.WFPS的测定：采用烘干法测定土壤质量含水量，再根据土壤容重换算成土壤湿度（WFPS)。

3.无机氮的测定:采集0~10cm的新鲜土样过2mm筛,用2molL-1KCl溶液按照1:5的土水比浸提,然后用紫外分光光度计测定土壤NO3-和NH4 含量。

4.pH和EC的测定:采集土样，风干过筛，称取一定量风干土，在水土比5:1的条件下，分别用pH计和电导率仪进行测定。

3、技术路线

菜地按不同配比施用有机肥→表层土壤样品采集→矿质态氮、pH、EC、WTPS→对硝酸盐累积和土壤酸化的影响→不同肥料配比对氮肥利用和温室效应的影响

菜地按不同配比施用有机肥→GHGs排放通量,对GHGS、NOx的影响→不同肥料配比对氮肥利用和温室效应的影响

菜地按不同配比施用有机肥→收获后植株样品采集→蔬菜产量和N含量→对氮肥利用率的影响→不同肥料配比对氮肥利用和温室效应的影响

4、可行性分析：

南京市江宁区上坊镇高桥村高桥门菜地，试验地有30多年的蔬菜种植历史，蔬菜种类繁多，复种指数高（4-5），是典型的蔬菜农业生态系统，是中国东南部蔬菜种植方式的典型代表。为保证蔬菜种植时期菜地温度以及抵御不利自然灾害等原因，种植过程中有塑料大棚覆盖。每种蔬菜收获后与下一种蔬菜种植前都有一段时间不等的休耕期。考虑到生物炭在土壤中的稳定性，本实验忽略生物炭施用后的分解等效应。

4. 研究创新点

试验地点位于江苏南京市高桥门镇上坊村（3201′N，118５2′E）。该区地处长江中下游，属亚热带湿润性季风气候，年均降水量1107ｍｍ，年平均温度15.4℃。此地区集约化种植蔬菜长达数十年，一年可以种植3~5茬蔬菜，是中国南方集约化蔬菜生产的典型代表。由于菜地生态系统的特殊性，蔬菜种植周期短，且菜地土壤背景中无机氮的含量显著高于其他旱地生态系统，有必要同时考虑到所施入生物炭的固碳量以及氮肥在制作和运输过程中所产生的综合温室效应，所以研究对象的选取具有特殊之处。

5. 研究计划与进展

1、研究计划：

2015.06-2015.07课题方向确定。

2015.07-2015.09查阅文献，搜集资料并设计实验方案。