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农田活性氮损失,尤其气态氮损失(如NH3和NOx),不仅导致氮肥利用率下降,还给环境带来破坏。农学管理措施可以在一定程度上减少农田活性氮气体排放。为了减少农田氮素损失和提高氮肥利用效率,本文以太湖地区稻麦轮作制度、西南丘陵区稻菜轮作制度和东北平原春玉米单作制度为研究对象,采用田间原位小区试验,分别对不同栽培模式、不同施氮水平、有机肥配施下不同施氮水平和不同施氮方式下的作物产量、氮利用率(或氮肥农学利用率)和气体排放(NH3和NO)进行了评价和测定,研究了不同调控措施对我国三种典型种植制度下作物产量、氮利用效率和气态氮(NH3和NO)损失特征的影响。取得的主要进展如下: (1)在三种典型种植制度中,太湖地区稻麦轮作和西南丘陵稻菜轮作的NH3挥发损失率(排放因子)分别为7.92%~13.00%和18.41%~33.03%,显著高于东北春玉米单作(0.10%~0.70%);在不同作物系统中,水稻作物的NH3挥发损失率(太湖地区为10.88%~18.75%,西南丘陵区为25.27%~40.93%)显著高于小麦(2.99%~3.87%)、大白菜(10.43%~25.66%)和玉米作物(0.10%~0.70%)。太湖地区稻麦轮作制度下NO排放量仅占施氮量的0.07%~0.40%,其中94%~98%来自于小麦季。 (2)在太湖地区稻麦轮作制度下水稻季,通过不计成本和环境花费而最大化利用当地光、热、水分和养分资源的高产栽培模式(HY)比当地常规栽培模式(CT)的水稻产量和氮利用率分别增加了40%和79%,但是其产生的盈余氮、NH3挥发损失和NO排放损失也分别增加了70%、53%和121%。根据当地实践存在的农学管理问题,通过适度增加移栽密度、前氮后移和适度干湿交替灌溉所设计的优化栽培模式(IP)比CT的产量和氮利用率仅增加了13%和33%,但是盈余氮和NH3挥发损失却降低了62%和30%,NO排放损失没有显著增加。通过计算NH3挥发和NO排放强度(单位产量的NH3或NO累积排放量)表明,与CT相比,HY的NH3和NO排放强度分别增加了10%和40%,而IP却消减了37%的NH3排放强度,没有显著增加NO排放强度。回归分析表明,NH3和NO排放量与盈余氮之间呈显著线性正相关(P<0.05)。 (3)在太湖地区稻麦轮作制度下小麦季,不同施氮水平下小麦产量、氮肥农学利用率、NH3挥发与NO排放量的结果表明,随着施氮量的增加,小麦产量呈一元二次多项式函数增加,氮肥农学利用率呈线性降低,NH3挥发呈线性增加,NO排放量呈指数增加,NO排放因子呈对数增加(P<0.05)。通过权衡农学与环境利益,适宜施氮量应为180~210 kg N ha-1。而综合协调农学、环境与经济利益所获得氮肥最大净收益时的施氮量为232 kg N ha-1。 (4)在西南紫色土丘陵区稻菜轮作制度下,有机肥配施不同施氮水平下的作物产量、氮肥农学利用率和NH3挥发结果表明,随着施氮量增加,水稻和大白菜产量均呈一元二次多项式函数增加;氮利用率均呈指数函数降低;水稻季NH3挥发损失呈线性增加,而大白菜季NH3挥发损失呈指数增加。从产量利益的角度考虑,大白菜和水稻施氮量分别为276 kgN ha-1和219kg N ha-1时产量收益达到最大;从降低NH3挥发损失强度的角度考虑,大白菜和水稻最佳施氮量为171 kg N ha-1和127 kg N ha-1;综合协调农学、环境和经济利益角度考虑,大白菜和水稻的施氮量分别为267 kg N ha-1和166 kg N ha-1时获得氮肥最大净收益。 (5)在东北黑土区春玉米种植制度下,不同施氮方式下作物产量、氮利用率、NH3挥发损失和土壤氮平衡的结果表明,与氮肥分次施用相比,氮肥一次性条施或点施能保证作物高产、提高氮利用率、降低NH3挥发损失和土壤表观氮损失;其中采用施氮量为165 kg N ha-1在土下18 cm(或种子下方深15 cm)点施的处理不仅提高了6%作物产量和32%氮利用率,而且还降低了60% NH3挥发损失和43%土壤表观氮损失。尿素一次性点施施用的优势在于能维持养分至作物吸氮高峰(拔节期至抽雄期)。其中,种子下方深15 cm和偏7 cm深15cm的产量、吸氮量和氮素后期供应能力均比种子下方深7 cm和偏7 cm深7 cm高。综上所述,区域农田NH3挥发损失的减排应更多地关注太湖地区与西南丘陵地区,尤其要减少水稻作物的NH3挥发损失。在太湖地区稻麦轮作制度下水稻季,采用适度增加移栽密度、前氮后移和适度的干湿交替灌溉的优化栽培模式能实现水稻产量增加的同时降低气体排放,值得在太湖地区推广;在太湖地区稻麦轮作制度下小麦季,通过权衡农学和环境利益,推荐施氮量为180~210 kgNha-1,而综合协调农学、环境与经济利益的最佳施氮量为232 kg N ha-1;在西南紫色土丘陵区稻菜轮作制度下,有机肥配施下综合协调农学、环境和经济利益,大白菜和水稻的最佳施氮量分别为267 kgNha-1和166 kgN ha-1;在东北黑土区春玉米种植制度下,采用施氮量为165 kgNha-1在土下18 cm(或种子下方深15cm)点施的施肥方式不仅提高了作物产量和氮利用率,而且还降低了NH3挥发损失和土壤表观氮损失等环境风险,值得在该地区推广。