农业是重要的活性氮(Reactive nitrogen,Nr)排放源之一,随农田氮肥用量的增加,部分氮素不能被作物吸收而以各种活性氮的形式释放到环境中,造成温室效应、水体污染、土壤酸化、酸雨等环境问题。长江中下游地区是我国重要的粮油生产区,作物种植面积广阔,种植模式多样,但关于该区域不同种植模式的活性氮排放及其影响因素的研究却未见详细报道。因此,本研究利用DNDC模型模拟长江中下游地区稻麦、稻油、双季稻、稻稻油和中稻休耕模式的活性氮排放量,并探明影响不同种植模式活性氮排放的环境因素,以期为优化作物生产布局,降低稻田活性氮排放,实现作物生产的可持续发展提供决策参考。主要的研究结果如下:(1)2005-2017年间,长江中下游地区稻麦、稻油、双季稻、稻稻油和中稻休耕模式的稻田种植总面积和总活性氮排放量存在显著的年际差异。该区域稻田种植模式的总面积年际间变化范围为10.44×106～11.20×106公顷,拟合结果显示,其随年份显著增加,年均增长为7×104公顷。其中,稻麦和稻稻油面积变化范围分别为3.07×106～3.61×106和0.10×106～0.12×106公顷,随年份显著增加;稻油、双季稻和中稻休耕面积变化不显著,变化范围分别为2.11×1 06～2.31×1 06、3.47×106～3.37×106和1.69×106～1.79×106公顷,2015年以后,稻油和双季稻模式面积呈下降趋势,中稻休耕呈上升趋势。2005-2017年间,该区域总活性氮排放量变化范围为0.95～1.18 Tg N year-1,平均排放量为1.06 Tg N year-1,随年份显著增加,年均增幅为0.02 Tg。其中,稻麦模式总活性氮排放随年份显著增加,其它模式变化不显著;2015年以后稻油、双季稻和稻稻油模式的排放量呈下降趋势,中稻休耕为增加趋势。不同种类活性氮对总活性氮排放量的贡献表现为NH3(73.9%)>氮淋溶(19.0%)>径流(4.5%)>N2O(2.6%);不同种植模式对总活性氮排放量的贡献表现为双季稻(43.2%)>稻麦(24.8%)>稻油(18.2%)>中稻休耕(11.8%)>稻稻油(1.8%)。(2)2005-2017年间,长江中下游地区稻田主要种植模式单位面积水稻当量产量、氮肥用量和氮肥偏生产力(PFPN)存在显著的年际间差异。稻麦、稻油、双季稻和稻稻油的水稻当量产量和氮肥用量随年份显著增加;中稻休耕模式水稻当量产量和氮肥用量随年份变化不显著,2005-2017年间稻麦、稻油、双季稻、稻稻油和中稻休耕模式的水稻当量产量变化范围分别为11.1～12.4、10.5～10.8、11.2～12.1、12.9～14.2 和 7.3～7.4 t ha-1,氮肥用量变化范围分别为 446.8～503.0、310.9～340.9、347.9～378.5、464.2～497.6 和 212.9～231.6 kg N ha-1。此外,稻油模式的PFPN随年份显著降低,而其它模式PFPN随年份变化不显著,稻麦、稻油、双季稻、稻稻油和中稻休耕模式的PFPN变化范围分别为23.4～26.6、31.9～34.1、31.1～33.8、27.0～30.4 和 31.8～35.5 kgkg-1。(3)不同种植模式和不同年份周年单位面积活性氮排放量存在显著差异。单位面积排放量由高到低依次为稻稻油(162.0 kg N ha-1 year-1)、双季稻(134.4 kg N ha-1 year-1)、稻油(84.5 kgN ha-1 year-1)、稻麦(80.2 kgN ha-1 year-1)和中稻休耕(61.4 kg N ha-1 year-1)。此外,2005-2017年间,稻麦、稻油模式的单位面积活性氮排放量随年份而增加,年均增幅分别为2.93 kg N ha-1、0.86 kg N ha-1,双季稻、稻稻油和中稻休耕模式的单位面积活性氮排放量差异不显著。(4)活性氮排放强度在不同种植模式间存在很大差异,表现为稻稻油(11.9 g kg-1 year-1)>双季稻(11.5 g kg-1 year-1)>中稻休耕(10.5 g kg-1 year-1)>稻油(7.9 g kg-1 year-1)＞稻麦(6.7 g kg-1 year-1)。2005-2017 年间,稻麦和中稻休耕模式的活性氮排放强度随年份显著增加,年均增幅分别为0.14 g kg-1和0.15 g kg-1,稻稻油模式的活性氮排放强度则随年份显著降低,年均降幅为0.25 g kg-1,稻油、双季稻模式的排放强度差异不显著。(5)影响不同种植模式活性氮排放的因素存在差异。敏感性分析显示,氮肥用量、土壤pH、土壤有机碳含量是影响不同种植模式活性氮排放的共同因素,敏感性指数均大于0.2。
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