【摘 要】
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干旱和半干旱地区约占黄土高原总土地面积的60%,旱地农业的发展对我国而言至关重要。但该地区土壤水分与氮素匮乏,施肥和地膜覆盖成为了该地区的粮食主要的增产的手段。然而,覆膜体系中长期大量施用化肥导致氮素利用率低下、土壤中硝态氮累积等问题,造成潜在的环境风险。因此,查明覆膜体系氮素损失途径与损失量,分析氮素损失影响因素,完善氮肥管理措施,对于覆膜体系的可持续发展至关重要。本研究以垄沟覆膜玉米体系为研究
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目“旱地覆膜栽培土壤氮转 化过程及其对土壤氮去向的作用机理”（编号:41877086）; 陕西省自然科学基础研究计划-重点项目“黄土高原长期覆膜栽培 体系土壤氮素损失途径与机制研究”项目（编号:2020JZ-16）
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干旱和半干旱地区约占黄土高原总土地面积的60%,旱地农业的发展对我国而言至关重要。但该地区土壤水分与氮素匮乏,施肥和地膜覆盖成为了该地区的粮食主要的增产的手段。然而,覆膜体系中长期大量施用化肥导致氮素利用率低下、土壤中硝态氮累积等问题,造成潜在的环境风险。因此,查明覆膜体系氮素损失途径与损失量,分析氮素损失影响因素,完善氮肥管理措施,对于覆膜体系的可持续发展至关重要。本研究以垄沟覆膜玉米体系为研究对象,以平作不覆膜玉米作为对照,采用三种施肥处理（常规尿素、缓释复合肥和尿素+硝化抑制剂）,研究土壤剖面硝态氮的累积淋溶与含氮气体排放的特征与通量,利用结构方程模型分析旱地土壤氮素损失的因素;从碳足迹角度评价各个处理对环境的影响,为黄土高原地区旱地覆膜玉米体系的氮肥管理提供理论和实践依据。主要结果如下,（1）两年试验发现,垄沟覆膜能够增加土壤硝态氮表层累积,土壤硝态氮在平作不覆膜深层累积。垄沟覆膜可以增加0-180 cm土壤剖面硝态氮的残留,残留量是对应平作不覆膜处理的2.55倍（2019年常规尿素）、1.40-2.03倍（缓释肥）和2.23-3.37倍（尿素+DCD）。相比常规尿素施肥,垄沟覆膜中缓释肥和尿素+DCD施肥处理可以增加土壤剖面硝态氮的累积（主要集中在0-10 cm表层土壤）,同时减少100-180 cm土层的累积量。（2）相比平作不覆膜处理,垄沟覆膜处理增加了24.51-59.09%N2O累积排放量,但减少了41.25-53.86%NH3累积挥发量。缓释肥和尿素+DCD施肥均有减少N2O排放的潜力,缓释肥和尿素+DCD施肥分别比常规尿素N2O累积减排17.86-29.03%和54.84-66.67%,同时增加了6.24-41.21%和7.58-45.40%NH3累积挥发量。（3）平作不覆膜处理中缓释肥和尿素+DCD施肥显著增加了氮素损失,其中气体氮损失为主要损失途径,其次是硝态氮淋溶损失,总损失量分别为89.76和88.08 kg ha-1。垄沟覆膜处理中常规尿素施肥的主要损失途径是硝态氮淋溶损失（54.07 kg ha-1）,其次是气体损失（37.73 kg ha-1）;缓释肥和尿素+DCD施肥总损失量分别为73.30和74.43 kg ha-1,能够显著减少N2O排放和硝态氮淋溶损失,但增加了NH3挥发损失。（4）垄沟覆膜常规尿素处理硝态氮根层氮累积与深层淋溶存在显著正相关关系,是造成土壤深层淋溶增加的主要因素。因此,在减少硝态氮淋溶的方面,缓释肥和尿素+DCD作用显著。土壤含水率和硝态氮含量与N2O排放存在显著的正相关关系,垄沟覆膜土壤较高含水率和硝态氮含量是导致N2O排放较多的原因;作物吸收较多,土壤硝态氮含量低（0-50 d）是缓释肥和尿素+DCD施肥减排的主要原因。土壤铵态氮的含量与氨挥发存在显著的正相关关系,缓释肥和尿素+DCD施肥处理的土壤铵态氮含量较高,是导致NH3挥发量增加的主要原因。（5）与平作不覆膜相比,垄沟覆膜处理的总单位面积碳足迹（CFa）分别高出了65.20-68.82%;其中67.05-73.10%是由塑料地膜输入贡献的。尿素+DCD施肥可以减少平作不覆膜处理土壤氮损失的碳足迹（396.63 kg CO2-eq ha-1 yr-1）。同时缓释肥和尿素+DCD均能够减少垄沟覆膜处理土壤氮损失的碳足迹,碳足迹分别为398.61和314.23kg CO2-eq ha-1 yr-1。垄沟覆膜处理提高了玉米产量,但未能抵消总CFa的大幅度增长,并且导致每单位玉米籽粒产量（CFy）分别提高了22.73-35.00%。总体而言,缓释肥和尿素+DCD施肥可以减少垄沟覆膜处理土壤氮素损失,主要是减少硝态氮淋溶损失,但缓释肥和尿素+DCD不利于平作不覆膜长期种植。同时垄沟覆膜显著增加了总单位面积碳足迹。因此,有必要对地膜覆盖的塑料膜寻找替代产品,比如可降解地膜,在保证作物产量的前提下,有可能会减少生产过程产生的单位面积碳足迹,但需要验证。
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