有机肥的科学施用分析论文提纲

论文题目：施用有机肥对农田N₂O排放和氮肥利用率的影响：Meta分析及长期定位施肥试验

摘要：粮食作物农田是温室气体氧化亚氮（N2O）的重要排放源。近年来,为提高作物产量,大量施用氮（N）素化肥,但作物N肥利用率（NUE）仅为30%左右,农田土壤N盈余导致N2O排放大幅增加。如何减缓农田N2O排放是农业生产面临的重大挑战。有机肥、无机肥配施是农田保护性耕作的重要措施之一,可以减少化肥施用量、提高土壤肥力。由于作物种类、气候条件、土壤性质、管理措施等差异,施用有机肥对N2O排放和NUE的影响有很大的时、空异质性。本文以Meta分析和田间试验相结合的研究方法,定量分析施用有机肥对粮食作物农田N2O排放和NUE的影响及其主要调控因子。旨在为农业可持续发展和实现“碳中和”目标提供科学依据和技术支持。以“氧化亚氮”、“nitrous oxide”、“玉米”、“maize”、“小麦”、“wheat”、“水稻”、“rice”为关键词,中国知网、谷歌学术及Web of Science等数据库进行文献的搜集。从2006年以来我国已发表的有关N2O排放的文献中,筛选出目标文献105篇和有效数据628个,定量评价不同气候（年均温度、年均降雨量、气候类型）、土壤性质（质地类型、p H、总N、有机碳含量）、管理措施（作物种类、有机肥类型、灌溉方式）等条件下施用有机肥对N2O排放和NUE的影响。由于Meta分析所涉及的研究多为1～3年的短期施肥试验,而长期施用有机肥对N2O排放和NUE的影响仍有待深入研究。因此,选取渭河冲积平原长期定位施肥试验开展田间观测,作物体系为冬小麦-夏玉米轮作,设置不施肥对照（CK）、全化肥（NPK）、秸秆+化肥（NPKS）、牛粪+化肥（NPKM）四个处理,于2018年10月～2019年10月对N2O排放和作物产量进行观测,阐明N2O排放季节变化规律及影响因素,评价秸秆还田和施用牛粪对N2O排放和NUE的影响。Meta分析结果表明:（1）施肥农田N2O排放量、N2O排放系数、单位产量N2O排放量、作物产量与施N量均无显著相关性;施肥农田NUE与施N量呈显著负线性相关（r~2=0.13,P＜0.01）。（2）N2O排放量与NUE无显著相关性,单位产量N2O排放量与NUE呈显著负线性相关（r~2=0.23,P＜0.01）。（3）年均降雨量为750～1000 mm、年均温度为15～20℃的气候条件下施用有机肥,单位产量N2O排放量显著减少、作物产量和NUE显著增加。土壤（p H＞7.3）和全N为0.5～2 g·kg-1、土壤有机碳＜10 g·kg-1的土壤施用有机肥单位产量N2O排放量显著减少、NUE显著增加。（4）施用粪肥显著减少单位产量N2O排放量,显著提高作物产量。秸秆还田对N2O排放系数、单位产量N2O排放量、产量和NUE均无显著影响。（5）小麦、玉米施用有机肥显著减少单位产量N2O排放量,显著提高作物产量和NUE。水稻田施用有机肥对N2O排放系数、单位产量N2O排放量、作物产量和NUE均无显著影响。（6）采用分次施肥（基肥、追肥）方式施用有机肥可降低单位产量N2O排放量、提高作物产量。而一次性施肥方式施用有机肥可降低单位产量N2O排放量、提高作物产量和NUE。漫灌条件下施用有机肥可降低单位产量N2O排放量。长期定位施肥田间试验结果表明:（1）N2O排放季节变化波动较大,排放高峰[最高峰值163 g·（hm~2·d）-1]均出现在施肥后。土壤湿度、铵态氮含量为各处理全年观测期N2O排放通量的主要影响因素。（2）CK、NPK、NPKS、NPKM处理的N2O年排放量分别为1.05、2.61、2.93、2.75 kg·hm-2。（3）各处理单位产量N2O排放量为0.16～0.19 g·kg-1。与NPK相比,NPKM减少了单位产量N2O排放量。（4）各处理作物产量和NUE分别为13.0～17.6 t·hm-2和20.8%～29.4%,秸秆还田和施用牛粪均提高作物产量和NUE。（5）渭河冲积平原施肥处理冬小麦季单位产量N2O排放量与NUE无显著相关性,夏玉米季单位产量N2O排放量与NUE呈显著负线性相关（r~2=71;P＜0.01）。综上所述,年均降雨量为750～1000 mm、年均温度为15～20℃、碱性和土壤N含量、有机碳含量相对较低的气候及土壤条件下,有机肥兼具降低N2O排放和提高作物NUE的显著效果。在旱地作物中一次性施用粪肥是较为理想的农田废物资源化利用、提高土壤肥力、实现N2O减排的有效措施。

关键词：氧化亚氮;氮肥利用率;秸秆;粪肥;Meta分析;长期定位施肥

学科专业：工程硕士（专业学位）

摘要

ABSTRACT

第一章 文献综述

1.1 选题目的及意义

1.2 国内外研究现状及进展

1.2.1 N_2O产生机理

1.2.2 影响土壤N_2O排放的因素

1.2.3 氮肥利用率

1.2.4 N_2O排放量和氮肥利用率

1.2.5 Meta分析在N_2O排放研究中的应用

1.3 主要科学问题

1.4 研究内容

1.5 技术路线

第二章 研究方法

2.1 文献数据收集

2.2 数据计算

2.3 数据分析

2.4 试验田概况

2.5 试验设计

2.6 测定项目及方法

2.7 参数计算

2.8 统计方法

第三章 Meta分析施用有机肥农田对N_2O排放和氮肥利用率的影响

3.1 引言

3.2 结果与分析

3.2.1 农田N_2O排放

3.2.2 施肥农田氮肥利用率

3.2.3 气候因素对N_2O排放、氮肥利用率的影响

3.2.4 土壤性质对N_2O排放、氮肥利用率的影响

3.2.5 管理措施对N_2O排放、氮肥利用率的影响

3.3 讨论

3.3.1 N_2O排放与施N量的关系

3.3.2 施肥农田氮肥利用率及其N_2O排放与氮肥利用率的关系

3.3.3 施用有机肥农田N_2O排放量和氮肥利用率的影响因子

3.4 小结

第四章 长期定位施用有机肥农田N_2O排放及影响因素分析

4.1 引言

4.2 结果

4.2.1 土壤温度与WFPS

4.2.2 土壤无机N含量

4.2.3 土壤DOC含量

4.2.4 N_2O排放通量

4.2.5 N_2O累积排放量和排放系数

4.2.6 作物产量和单位产量N_2O排放量、氮肥利用率

4.3 讨论

4.3.1 N_2O排放的影响因素

4.3.2 施用牛粪对N_2O排放的影响

4.3.3 秸秆还田对N_2O排放的影响

4.3.4 秸秆和牛粪对氮肥利用率的影响

4.3.5 N_2O排放与氮肥利用率的关系

4.4 小结

第五章 结论

5.1 结论

5.2 创新点

5.3 展望

参考文献

附录 A Meta分析搜集施肥农田N_2O排放监测数据汇总

附录 B Meta分析所搜集文献汇总

致谢