水肥处理对日光温室土壤硝态氮运移和温室气体排放的影响

In recent years, acreage of solar greenhouses has increased greatly in arid region of Northwest China, and further increase with a great pace is expected in the near future. Environmental risks, such as nitrate accumulation in soils, soil acidification, and greenhouse gases(GHGs) emissions, arisen from widespread intensive cultivated solar greenhouses in the region, have increasingly gained concerns on sustainability of greenhouse practices. Impacts of different irrigation and fertilization practices on soil nitrate dynamics and GHGs emissions in a solar greenhouse located at arid region of Northwest China will be investigated. A risk model for evaluating potential groundwater contamination from accumulation of nitrate in soils will be developed based on integrating a process-based model for simulating soil nitrogen dynamics with uncertainty analysis approaches. Temporal change of GHGs emissions and their potential association with certain soil properties under different irrigation and fertilizaiton methods will be quantified, and global warming potentials of differetn irrigation and fertilization methods will be evaluated. The proposed study will help provide tools for evaluating soil environmental impacts of different management practices under solar greenhouse conditions, and is of great importance to achieving sustainability of solar greenhouse systems.

近年来，日光温室栽培面积在我国西北地区快速增加，而据估计未来还会以比较快的速度继续增加。随着温室栽培广泛应用而带来一系列的如土壤硝酸盐积累、土壤酸化和温室气体排放等环境问题越来越引起人们的注意。本项目拟通过持续监测不同土壤深度硝态氮、铵态氮含量，土壤CO2，N2O,CH4温室气体排放，在西北旱区日光温室开展不同水肥处理条件下土壤氮动态变化机理及温室气体排放规律的研究。以土壤硝态氮和铵态氮在土壤剖面分布的变化为基础，将土壤氮素运移模型与不确定性分析方法结合，建立一个能模拟预测我国西北旱区日光温室不同水肥处理下硝态氮的深层渗漏及地下水污染风险的数学模型。分析比较不同处理温室气体排放规律并探讨其与土壤性质之间的关系，应用生命周期分析方法评估西北日光温室不同水肥处理的全球暖化潜能。为指导温室灌溉施肥措施，实现日光温室蔬菜生产的可持续发展提供科学依据。

日光温室种植由于其具有反季节种植，增产，提高农民收入的特点，在我国西北地区得到广泛的应用。但是，长期大量的施肥带来了土壤酸化，土壤硝酸盐累积和地下水硝酸盐污染以及温室气体排放量增加等问题，并且针对不同水肥处理下日光温室土壤NO3--N和NH4+-N动态变化及温室气体排放规律的研究还比较缺乏，因此，开展此研究对于准确评估不同水肥管理措施的环境效应，为提出具有减少负面环境效应的农业措施，改善日光温室土壤环境，实现日光温室产业的可持续发展提供科学理论基础。试验在中国农业大学高效节水试验站展开，采用番茄（2016）-黄瓜（2016）-番茄（2017））轮作种植模式，设置12个处理，包括两种灌水方式（滴灌D和沟灌F），两种灌水水平（高水I1和低水I2）和三种肥料种类（对照N0，有机肥N1和无机肥N2），每个处理设置三个重复，共计36个小区。通过对土壤水分和无机氮（硝态氮和铵态氮）浓度，温室生态呼吸（CO2），土壤N2O和CH4的排放量，土壤微生物以及作物产量要素的分析，结果表明：滴灌条件下的土壤含水量和土壤无机氮浓度变化比沟灌小，沟灌处理的垄上残留了大量的土壤水分和土壤无机氮，导致在作物生长根区，滴灌处理的土壤含水量和土壤硝态单浓度均大于沟灌处理；有机肥和无机肥处理的土壤无机氮浓度约为对照处理的1.8和4.3倍，但在整个轮作期结束时，无机肥处理的土壤中无机氮浓度增加，而有机肥和对照处理减小了约400 kg ha-1；而且滴灌有机肥条件下，高水增加了无机氮浓度，而在沟灌无机肥条件下，高水减小了土壤无机氮浓度。有机肥处理显著增加了温室中生态呼吸量，且I1N1排放量最大，而无机肥处理显著增加了土壤N2O的排放，且I1N2排放量最大，而不同处理间的CH4排放量差异较小，且I1N1的吸收作用最大。通常情况下，土壤磷酸酶活性，脲酶活性，大肠菌群，异养菌的个数随种植时间的增加而逐渐减小，而硝酸菌，亚硝酸菌和反硝化细菌通常在黄瓜生育期结束时最大。滴灌高水有机肥处理在本研究中是实现增产和降低环境危害风险的最优水肥模式。