免耕对四季旱地潮土N2O和NO排放的影响机制研究

免耕是土壤有机质含量和肥力水平快速提升的有效途径之一。本项目依托中国科学院封丘农业生态实验站免耕和常规耕作长期定位试验，通过田间原位连续测定土壤N2O和NO排放通量，阐明免耕和常规耕作以及叠加秸秆还田条件下潮土N2O和NO排放的季节和年际变化规律及其关键控制因素；通过采集不同层次原状土壤，采用15N同位素示踪和室内培养相结合的方法，解析耕作和秸秆还田及两者叠加条件下土壤硝化和反硝化过程对N2O和NO产生的相对贡献，揭示不同耕作方式下土壤N2O和NO产生的层位特点；利用分子生物学技术，通过间断式采集土壤样品，研究不同耕作方式下土壤硝化菌和反硝化菌群落结构特征，建立硝化菌和反硝化菌与土壤N2O和NO排放之间的可能连接关系，明确免耕及叠加秸秆还田对土壤排放N2O和NO的影响效应。研究结果将为我国制定土壤有机质含量、肥力提升与N2O和NO减排兼顾的管理技术和措施提供科学依据。

项目以土壤N2O排放为核心展开研究，重点研究了（1）免耕对黄淮海平原潮土有机碳累积的影响、（2）免耕对潮土N2O排放的影响、（3）土壤有机质含量提高对N2O排放的影响和（4）不同种类有机肥施用对土壤有机碳含量和N2O排放的影响。研究工作紧紧围绕项目计划任务书载明的内容展开，并进行了适度拓展和延伸，已经达成了预期目标。项目发表论文12篇，其中SCI收录论文6篇，培养博士研究生1名。取得的主要进展如下。.采用经典方法对中国科学院封丘农业生态实验站耕作长期定位试验田土壤有机碳和氮含量进行了分析。与常规耕作（CT）相比，3年免耕（NT）处理显著提高了潮土0-5 cm土层中有机碳和全氮含量，但没有增加5-30 cm土层中有机碳含量。0-30cm土层中有机碳储量，免耕土壤反而略低于常规耕作土壤。采用静态箱法，监测了免耕（NT）和常规耕作（CT）土壤N2O排放。在2009年玉米生长季，免耕处理提高了表土壤温度和湿度，但是没有显著改变土壤N2O背景排放。在2009-2010年小麦-玉米生长季，氮肥施用显著促进了免耕和常规耕作土壤N2O和NO排放。免耕也促进了土壤排放N2O，但是一定程度减少了NO排放。土壤排放的NO/N2O比大于1，说明硝化作用是施肥土壤产生N2O和NO的主要过程。因此，黄淮海平原免耕时间一旦达到3年，不仅会促进N2O排放，而且也不利于有机碳累积。.在有机无机肥连续施用18年后，不同处理土壤N2O背景排放能力出现显著差异，变化在204 -421 g N2O-N ha-1之间，随着土壤肥力水平提高土壤N2O背景排放量也同步增加，但是土壤有机质矿化氮转化为N2O的比例即N2O排放系数只有0.13-0.19 %，显著低于外加氮肥的0.30-0.39%。在封丘潮土排放的N2O中，64-75%来自肥料，很明显提高土壤有机碳含量来提供氮素比直接使用化学氮肥更有利于减少土壤N2O排放。