【摘要】：區(qū)域水資源短缺是當今我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨的最為突出的問題之一。合理發(fā)展節(jié)水灌溉技術(shù)和科學(xué)利用劣質(zhì)水源進行農(nóng)業(yè)灌溉是緩解區(qū)域農(nóng)業(yè)用水緊張的有效途徑。小麥作為我國主要口糧作物,其產(chǎn)量對于保障國家糧食安全至關(guān)重要。華北平原是我國小麥主產(chǎn)區(qū),同時也是我國水資源短缺最為嚴重的區(qū)域之一。在該區(qū)域發(fā)展節(jié)水灌溉技術(shù)和綜合利用劣質(zhì)水源進行農(nóng)田灌溉是該區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)今后必須面對并解決的重大問題。本文研究了灌溉方式、灌溉水質(zhì)、灌溉供水水平及氮素水平對華北地區(qū)冬小麥農(nóng)田溫室氣體排放和土壤微生物群落特征的影響,以揭示未來灌溉模式改變對氣候變化及土壤健康狀況的可能影響,為今后該區(qū)域制定科學(xué)合理的農(nóng)田灌溉管理策略提供數(shù)據(jù)支持,為開發(fā)既能保障糧食產(chǎn)量又能減緩溫室氣體排放的灌溉技術(shù)提供理論依據(jù)。本項研究通過設(shè)置不同田間灌溉模式處理和室內(nèi)模擬培養(yǎng)試驗,探索研究了不同灌溉方式下冬小麥農(nóng)田溫室氣體排放的差異、滴灌模式下水肥交互作用對冬小麥農(nóng)田土壤胞外酶活性和微生物群落多樣性的影響、灌溉水質(zhì)和灌溉頻率對土壤溫室氣體排放和土壤胞外酶活性的影響,以及咸水灌溉對土壤胞外酶活性和微生物多樣性的影響等問題,取得的主要研究結(jié)果如下:(1)灌溉方式改變對冬小麥農(nóng)田溫室氣體排放產(chǎn)生顯著影響。雨養(yǎng)條件下,CO_2排放速率為546.67±12.37 mg m~(-2) h~(-1),灌溉會顯著提高農(nóng)田CO_2排放速率,分別為畦灌的657.69±12.88 mg m~(-2) h~(-1)、地表滴灌的644.02±9.08 mg m~(-2) h~(-1)和噴灌的668.44±11.07 mg m~(-2) h~(-1),較雨養(yǎng)處理分別提高了20.31%、17.81%和22.27%。雨養(yǎng)處理的土壤CH_4吸收速率為-57.90±2.39μg m~(-2) h~(-1),畦灌處理的為-40.19±2.61μg m~(-2) h~(-1),地表滴灌為-49.42±1.46μg m~(-2) h~(-1),噴灌為-37.63±2.30μg m~(-2)h~(-1),較雨養(yǎng)處理分別下降了30.59%、14.65%和35.01%。雨養(yǎng)條件下土壤N_2O排放速率為34.43±1.73μg m~(-2) h~(-1),灌溉方式也顯著提高了N_2O排放速率,增加幅度分別達到40.37%(畦灌)、19.92%(地表滴灌)和43.19%(噴灌)。另外,通過對不同灌溉方式進行比較發(fā)現(xiàn),相對于傳統(tǒng)的畦灌模式,地表滴灌不僅能夠保障較高的糧食產(chǎn)量和水分利用效率,而且能夠減少土壤N_2O排放14.6%和增加土壤CH_4吸收22.9%。(2)滴灌水肥一體化供應(yīng)模式下,灌溉水量對土壤含水量、pH值、電導(dǎo)率和硝態(tài)氮含量均產(chǎn)生顯著性影響,而氮素供給水平對土壤含水量、pH值、電導(dǎo)率,以及速效氮、速效鉀、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量產(chǎn)生了顯著性影響,但兩者交互作用僅對土壤速效氮和硝態(tài)氮含量產(chǎn)生顯著影響。滴灌水肥一體化供應(yīng)模式下,灌溉供水水平和氮素供給水平同時對四種土壤胞外酶(α葡萄糖苷酶、β葡萄糖苷酶、纖維素二糖酶和磷酸酶)活性產(chǎn)生了顯著影響,且交互作用顯著(除纖維素二糖酶活性外)。另外,相比氮素水平而言,灌溉供水水平的差異對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響要更大,更明顯。(3)灌溉水質(zhì)和灌溉頻率會顯著改變土壤CO_2和N_2O排放以及CH_4吸收速率。就灌溉水質(zhì)而言,相比淡水灌溉處理,再生水灌溉處理能夠使土壤CO_2排放速率增加14.78%、土壤N_2O排放速率增加20.81%、土壤CH_4吸收速率降低17.30%;微咸水灌溉處理則能降低土壤CO_2排放速率35.16%、降低土壤N_2O排放速率40.27%,同時也降低土壤CH_4吸收速率30.38%。就灌溉頻率而言,不同灌溉水質(zhì)條件下,相對低頻率灌溉,高頻率灌溉均能顯著提高土壤CO_2排放速率;在淡水和再生水灌溉處理條件下,高頻率灌溉也顯著增加了土壤N_2O排放速率,但在微咸水灌溉處理條件下影響不顯著;高頻率灌溉在微咸水處理條件下顯著降低了土壤CH_4的吸收能力,但在淡水和再生水灌溉處理條件下影響不顯著。(4)咸水灌溉對多數(shù)土壤胞外酶活性和土壤微生物群落均產(chǎn)生較顯著的影響。隨著灌溉水鹽分濃度的增加,α葡萄糖苷酶活性、纖維素二糖酶活性、磷酸酶活性及β木糖苷酶活性均呈顯著下降的趨勢,而N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性呈現(xiàn)明顯增加的趨勢,β葡萄糖苷酶活性則基本不受影響。咸水灌溉改變了土壤微生物對碳源的利用能力,當灌溉水鹽分含量較低時,土壤鹽分對微生物活性具有一定的刺激作用,能夠增加微生物對不同碳源的利用能力,但當灌溉水的含鹽量大于6 g L~(-1)時,土壤鹽分對微生物活性的抑制作用開始變得十分明顯。
【圖文】：

7圖 1.1 不同灌溉模式對華北平原冬小麥農(nóng)田溫室氣體排放和微生物環(huán)境影響的技術(shù)路線ig. 1.1 The technical route figure of effects of different irrigationpatterns on greenhouse gas emission and soil microbialcommunities in winter wheat field in the North China Plain

第二章 試驗材料與方法溉方式對冬小麥農(nóng)田土壤溫室氣體排放的影響農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所七里營綜合試驗基地（河南省13.48°E）進行，選取的是冬小麥/夏玉米輪作農(nóng)田。試驗下淡水。試驗基地所在區(qū)域冬小麥生長季多年平均降雨和壤土，，土壤容重（0-20 cm）為 1.5 g cm-3，平均田間持水量（ cm 中速效氮、磷、鉀含量分別為 0.68 mg·kg-1、12.5 mg· 12.3 g kg-1，pH 值為 8.6。試驗選用的冬小麥品種為鄭麥 3量為 150 3

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