施用棉花秸秆生物质炭对华北平原农田温室气体排放的影响

以我国华北平原冬小麦-夏玉米轮作农田为研究对象,在常规施肥的情况下,研究了4种不同剂量棉花秸秆生物质炭[CK、C1(2.25 t/hm2生物质炭)、C2(4.5 t/hm2生物质炭)、C3(9.0 t/hm2生物质炭)]对土壤理化性质及温室气体(CH4、N2O)通量的影响,结合作物产量评估了不同处理对全球温室效应和温室气体强度的影响。结果表明:添加生物质炭不能显著影响土壤CH4的累积排放量。在夏玉米季,仅C2和C3处理可以显著降低土壤N2O累积排放量,分别为37.19%和48.58%;在冬小麦季,添加生物质炭处理均可以显著降低土壤N2O的排放,达24.26%～48.02%。路径分析结果表明,土壤NH4+-N含量是土壤N2O排放通量的主要影响因子。在夏玉米季,C2和C3处理可以显著增加玉米产量,分别达9.46%和10.99%;在冬小麦季,仅C3处理可以显著增加小麦产量,达7.13%。添加4.5 t/hm2和9 t/hm2的生物质炭处理可以显著降低全球增温潜势和温室气体强度,而添加2.25 t/hm2的生物质炭处理仅在冬小麦季可以显著降低全球增温潜势和温室气体强度。综上所述,将棉花秸秆转化为生物质炭用于华北平原农田,既能增加作物产量,又能降低温室气体排放。     

生物质炭对土壤温室气体排放影响机制探讨

生物质炭可降低土壤中温室气体的排放,减缓全球气候变暖的进程。目前有关生物质炭对土壤温室气体减排的机制研究较少,文章从对土壤元素的吸附、改善土壤理化性质和影响土壤功能微生物种群结构与活性三个方面探讨了生物质炭影响温室气体排放的机制。     

甘蔗渣和甘蔗渣炭对土壤温室气体排放的影响

在室内模拟水田环境,比较研究水田下添加甘蔗渣及甘蔗渣炭对土壤性质及温室气体排放的影响。结果表明:添加甘蔗渣炭能显著提高土壤有机碳、全氮、速效磷和速效钾的含量,而甘蔗渣只能提高土壤有机碳的含量。甘蔗渣和甘蔗渣炭都能减少N_2O排放,但由于二者对土壤Eh的影响程度差异导致N_2O减排的机制不同,甘蔗渣主要耗氧分解形成强还原不利于N_2O的产生,而甘蔗渣炭则通过增加通气性使土壤处于适宜于硝化发生的环境降低N_2O的排放。由于甘蔗渣和甘蔗渣炭都不能使土壤处于适宜CH_4产生的氧化还原电位(Eh)环境而没有导致CH_4排放。甘蔗渣和甘蔗渣炭的综合温室效应没有差异,但都显著低于CK。甘蔗渣转化成甘蔗渣炭后应用,既能改善土壤又能减排温室气体排放。     

花生壳生物炭对潮土和红壤理化性质和温室气体排放的影响

为探讨花生壳生物炭用于农田土壤改良的效果,采用盆栽试验,结合静态箱-气相色谱法研究了施用不同剂量(0、0.5%、1%、2%、4%)花生壳生物炭对红壤和潮土的理化性质及温室气体排放变化特征的影响。结果表明,施用生物炭对潮土温室气体排放的影响较大,且两种土壤表现出不同的排放特征。总体上,潮土N_2O累积排放量显著高于红壤,与单施氮肥处理相比,随生物炭添加量的增加,潮土N_2O累积排放量显著降低,降幅达6.5%~26.6%;红壤N_2O累积排放量则随生物炭添加量的增加呈上升趋势,与单施氮肥处理相比,红壤N_2O累积排放量增幅为14.7%~54.3%。与对照相比,施用生物炭显著增加潮土CO_2排放,其累积排放量增幅最大为25.9%;而对红壤CO_2累积排放量则没有显著影响。此外,在施用不同剂量生物炭处理下,两种土壤CH_4排放无规律性变化,CH_4排放累积量总体在0左右。与空白对照和单施氮肥处理相比,随生物炭添加量的增加,两种土壤的固碳量显著增加,潮土增加了57.1%~78.7%,红壤增加了11.2%~59.9%;同时随生物炭的施用,潮土温室气体排放强度显著提高68.0%~76.8%,而生物炭添加量对红壤的温室气体排放强度无显著影响。分析认为,对潮土施用生物炭通过改变土壤容重、有机碳、无机氮等养分含量,显著提高温室气体排放强度,抑制供试作物生长,增强其净综合温室效应;而对红壤添加生物炭则可促进作物生长,其温室气体排放强度无显著增加,提升土壤固碳量,具有较好的生态效应。     

生物质炭对城市污泥堆肥温室气体排放的影响

采用城市脱水污泥为研究对象,设置两种堆肥处理(试验组:添加水稻生物质炭;对照组:未添加生物质炭),考察污泥堆肥过程温室气体动态变化特征以及添加生物质炭的影响。结果表明:生物质炭能提高堆体温度、延长堆体高温期、加快堆体腐熟,减少堆体TC(总碳)、TOC(总有机碳)和氮素损失(特别是减少NH_4~+-N的损失),两种处理TC、TOC和TN(总氮)均呈显著性差异(P0.05)。CH_4排放主要集中在高温期和降温期,占CH_4总排放量的76.40%~82.40%,添加生物质炭会促进CH_4排放。CO_2排放主要集中在高温期和降温期,占排放总量的78.77%~78.83%,添加生物质炭能减少CO_2排放。超过84%的N_2O排放集中在腐熟期,添加生物质炭能减少堆肥过程中N_2O排放,试验组N_2O累积排放量比对照组低18.94%。添加生物质炭对污泥堆肥处理具有一定的温室气体减排作用,试验组与对照组CO_2排放当量(以干污泥计)分别为60.21 kg·t~(-1)和67.19 kg·t~(-1),添加生物质炭能减排温室气体10.39%。     

废菌棒生物炭对亚热带红壤 温室气体排放的影响

为探究生物炭对亚热带红壤温室气体排放的影响,研究以亚热带红壤为研究对象,通过短期盆栽试验,采用静态箱-气相色谱法,探讨对照(CK)、化肥(F)、低炭(LB)、高炭(HB)、低炭+化肥(LBF)、高炭+化肥(HBF)6种不同处理下土壤温室气体的排放规律。研究结果表明:(1)二氧化碳(CO_2)平均排放通量范围为:-189.81～-97.34 mg/(m~2·h),施用生物炭可以降低CO_2的排放通量,且与生物炭施用量呈正相关,平均降幅为54.62%;(2)施用生物炭可以降低甲烷(CH_4)的排放通量,而且生物炭施用量越大、效果越显著,配施化肥则会减弱抑制作用;(3)施用生物炭可以降低氧化亚氮(N_2O)排放量,与对照相比低炭、高炭N_2O累积排放量分别降低1.67倍、1.97倍,配施复合肥则会减弱抑制作用;(4)生物炭能够显著降低综合温室效应(GWP),生物炭施用量越大,对综合温室效应的抑制作用越明显,低炭、高炭处理GWP较对照组分别降低了232%、319%。配施化肥则会减弱抑制作用。短期施用生物炭可以降低亚热带红壤CO_2、CH_4和N_2O排放通量与综合温室效应,且生物炭施用量越大,效果越佳,配施化肥,则效果减弱。     

基于不同类型秸秆制备的生物炭对稻田土壤温室气体排放的影响

为了探究不同种类生物炭配施化肥对土壤温室气体CO_2、CH_4、N_2O排放的影响,本研究采用盆栽和大田试验,以小麦秸秆炭(WBC)、水稻秸秆炭(RBC)、玉米秸秆炭(CBC)为试验材料,在配施化肥的条件下,对各处理的土壤温室气体CO_2、CH_4、N_2O排放量和土壤pH值进行分析。结果表明:与施用常规肥料(CK)相比,在盆栽试验中添加生物炭可以显著降低土壤中CH_4、N_2O的排放量,增加CO_2排放量,WBC、RBC和CBC处理的CH_4排放量分别降低了46.05%、44.82%和39.62%,N_2O排放量分别降低了17.20%、27.96%、26.88%,CO_2排放量分别增加了22.04%、17.83%和25.29%,大田试验结果与盆栽试验结果总体相似。与CK相比,添加生物炭可以显著降低全球变暖潜能值(GWP),降低温室效应的影响。同时添加生物炭可以提高土壤的pH值,水稻生育前期增幅尤为明显。     

崇明岛稻麦轮作系统稻田温室气体排放研究

通过静态箱-气相色谱法,研究了崇明岛稻麦轮作地水稻生长季及收割后休耕期(2011年6月至2011年11月)温室气体CO2、CH4和N2O的排放、吸收规律及交换量,并运用增温潜势进行了温室效应估算。3种温室气体通量在水稻不同生长阶段有明显差异:稻田除成熟收割期外,其他期均表现为CH4排放源,并在分蘖期达到最大值;N2O除幼苗期表现为汇,其他期均为排放源,并在拔节期达到最大值。温室效应分析得出:水稻田温室气体以CH4和N2O排放为主,二者对全球温室效应的贡献为3.255×103kgCO2·hm-2;由于光合作用,稻田表现为对CO2固定,固定量为2.462×103kgCO·2hm-2;崇明水稻生长季排放温室气体综合GWP值为793kgCO·2hm-2,为温室气体排放源。     

生物质炭对猪粪堆肥过程中氮素转化及温室气体排放的影响

为了解不同比例生物质炭的添加对猪粪和稻草堆肥过程中氮素损失及温室气体排放的影响,监测了堆置过程中铵态氮、硝态氮、氨挥发及温室气体的变化。试验设猪粪秸秆对照(B0)以及猪粪秸秆中添加5%(B1)、10%(B2)、15%(B3)生物质炭共4个处理。结果表明:添加生物质炭能够提高堆体温度,缩短堆肥周期,B3处理的堆体比B0处理提前3 d进入高温期;高温期B0、B1、B2、B3各处理堆体中NH+4含量分别比初始值增加6.6%、41.8%、51.9%、48.6%。与B0相比,添加生物质炭能够显著增加高温期堆体NH+4含量,减少高温期NH+4向NH3的转化,显著降低堆肥过程中的氨挥发,其中B1、B2、B3氨挥发累计量比B0分别减少23.1%、68.6%、78.4%;B2处理与B0相比能够显著减少CO_2排放总量,而B1、B3处理效果不显著,但能够显著减少堆肥过程中CH4的排放;与B0相比,添加生物质炭处理CH4排放总量降低16.3%~23.5%,且可显著降低堆肥过程中N_2O的排放,其中B2、B3的N2O排放总量比B0减少70.7%。     

长期不同施肥下太湖地区稻田净温室效应和温室气体排放强度的变化

利用田间观测和模型预测方法对太湖地区一个长期不同施肥处理的稻田生态系统进行了稻季温室气体排放观测和净温室气体排放强度分析。结果表明,不同施肥管理下,稻田土壤有机碳含量不同程度提高,有机无机肥料配施较单施化肥处理显著提高有机碳库储量,并且秸秆处理略高于猪粪处理。与不施肥处理相比,长期施用肥料显著提高了稻田生态系统CH4和CO2的排放量,有机肥料与化肥配施较单纯施用化学肥料下土壤碳(CO2和CH4)排放增加,但化肥配施秸秆与化肥配施猪粪下稻田生态系统CH4和CO2的排放没有显著差异。不同施肥处理下,稻田生态系统净温室效应表现为CFM≈CFS>CF>NF,但水稻生产的净温室气体排放强度并没有显著性差异。因此,在提高水稻产量的同时,有机无机配合施肥并没有提高净温室气体的排放强度。     

秸秆还田对免耕稻田温室气体排放及土壤有机碳固定的影响

秸秆还田影响免耕稻田土壤固碳潜力,相应地改变了温室气体的排放,从而影响秸秆还田后稻田土壤固碳减排对减缓全球变暖的贡献。通过研究不同油菜秸秆还田量(0、3000、4000kg·hm-2和6000kg·hm-2)对免耕稻田温室气体(CO2、CH4和N2O)排放和土壤碳固定的影响,评估秸秆还田后温室气体增排的综合增温潜势对稻田固碳减缓全球变暖的贡献的抵消作用。结果表明,秸秆还田显著提高CO2和N2O排放,降低CH4排放,显著提高土壤有机碳含量,有效地提高土壤碳固定,从而有效地提高稻田土壤碳固定对温室气体增排的温室效应抵消作用。随着秸秆还田量的增加,稻田土壤固碳减缓全球变暖的贡献相应增加,因此必须考虑免耕稻田秸秆还田量的问题,以有效发挥免耕稻田秸秆还田的固碳潜力和降低温室气体的排放。     

等氮量条件下有机肥替代化肥对玉米农田温室气体排放的影响

[目的]明确大田等氮量条件下,有机肥替代化肥对玉米农田土壤温室气体(N20和Co2)排放及其增温潜势的影响,为稳定作物产量、减少化肥投入、减少氮肥流失、提高氮肥利用效率提供理论依据.[方法]2018和2019年大田采用静态箱-气相色谱法,以不施肥(CK)为对照,比较等氮量条件下常规单施化肥(NPK)、有机肥替代30％(...     

生物炭和双氰胺对设施蔬菜土壤温室气体排放的影响

【目的】通过探究生物炭、双氰胺（DCD）及二者联合施用对设施土壤温室气体（N₂O、CO₂和CH₄）排放的综合效应,为设施蔬菜生产体系的温室气体减排和绿色发展提供科学依据。【方法】以设施小油菜（Brassica campestris L.）田为研究对象,设置不施氮（CK）、传统施氮（CN）、推荐施氮（RN）、推荐施氮+生物炭（RNB）、推荐施氮+DCD（RND）和推荐施氮+生物炭+DCD（RNBD）6个处理。分析不同处理下土壤温室气体的排放特征,以及排放强度（GHGI）和全球增温潜势（GWP）的差异。【结果】与CN相比,推荐施氮条件下各处理（RN、RNB、RND和RNBD）的小油菜产量降低2.9%—29.3%,但在推荐施氮条件下,生物炭+DCD联合施用处理（RNBD）则使小油菜产量增加了34.4%,生物炭和DCD在小油菜增产方面表现出协同效果（P<0.05）。推荐施氮的各处理较传统施氮（CN）降低了29.4%—76.5%的土壤N₂O排放量,以RND效果最优,但对土壤CO₂、CH₄排放影响不大;与CN相比,推荐施氮的各处理总GWP有所降低,降低幅度为4.3%—51.2%,以RND减排效果最优;就GHGI而言,各推荐施氮处理间差异则不显著（P>0.05）。【结论】相同尿素施用量条件下,推荐施氮配施生物炭或双氰胺对小油菜产量影响不大,但二者联合配施可显著促进小油菜增产,并可在一定程度上降低温室气体累积排放与全球增温潜势,但二者配合施用的效果并不优于推荐施氮与双氰胺配施的处理。     

UV-B辐射对元阳梯田稻田土壤活性有机碳含量与温室气体排放的影响

大田原位条件下,种植元阳梯田地方水稻品种白脚老粳,研究UV-B辐射增强(0、5.0 k J·m-2)对水稻生长期稻田土壤活性有机碳含量及其转化相关酶活性、温室气体排放量的影响,结果表明:UV-B辐射增强导致稻田土壤多酚氧化酶和蔗糖酶的活性显著降低,降幅为10%~17%;纤维素酶活性分蘖期和拔节期显著增加,分别增加了2.7 U·g~(-1)和5.5 U·g~(-1)。UV-B辐射增强显著降低水稻孕穗期、抽穗期和成熟期稻田土壤微生物量碳和易氧化有机碳的含量,降幅分别为10%~36%和9%~31.5%;增加拔节期、孕穗期和成熟期土壤溶解性有机碳的含量,分别增加了123.0、79.5 mg·kg~(-1)和57.8 mg·kg~(-1)。UV-B辐射增强显著降低水稻生长期稻田CH4的排放通量,降幅为23%~42%;但显著增加CO2和N2O的排放通量,分别平均增加418.9 mg·m-2·h-1和3.7μg·m-2·h-1。相关分析发现,稻田土壤多酚氧化酶活性与微生物量碳、易氧化有机碳含量呈显著正相关,且土壤微生物量碳含量与CH4排放通量呈极显著正相关。因此,UV-B辐射通过改变稻田土壤碳转化酶活性与活性有机碳含量,进而影响稻田温室气体排放。     

施用生物炭和秸秆还田对农田温室气体排放及增温潜势的影响

【目的】农业生态系统增温潜势是影响全球气候变化的重要部分。本研究通过田间试验明确施用生物炭和秸秆还田对农田增温潜势的影响,以期为减缓气候变化和农业废弃物资源化利用提供理论依据。【方法】在山东省桓台县农业生态系统试验站的冬小麦-夏玉米轮作农田中开展了3年田间定位试验,试验共设置4个处理：① 对照（CK）;② 施用生物炭9.0 t·hm^-2·a^-1（C）;③ 全量秸秆还田（S）;④秸秆还田配施9.0 t·hm^-2·a^-1生物炭（CS）。4个处理均施等量的氮磷钾化肥,其中氮肥为尿素,用量为200 kg·hm^-2·a^-1,磷肥为过磷酸钙,用量为55 kg·hm^-2·a^-1,钾肥为硫酸钾,用量为40 kg·hm^-2·a^-1。采用静态暗箱-气相色谱法测定各处理温室气体（CO₂、N₂O和CH₄）的排放通量并计算净全球增温潜势（NGWP）和温室气体排放强度（GHGI）,分析连续施用生物炭和秸秆还田对农田温室气体排放及增温潜势的影响。【结果】（1）综合3年的温室气体排放情况,与CK处理相比,S和CS处理的年平均生态呼吸排放量（Re）分别增加了47.8%和67.9%（P<0.05）;C处理的年平均N₂O累积排放量降低了20.3%（P<0.05）,而S和CS处理的N₂O年平均累积排放量分别增加了23.6%和41.4%（P<0.05）。（2）与CK处理相比,C、S和CS处理的土壤有机碳年平均变化量（ΔSOC）均有显著增加,其中CS处理增幅最大,增加了150.6%（P<0.05）。与第1年相比,C、S和CS处理第3年的ΔSOC均有显著增加（P<0.05）,分别增加了21.7%、20.8%和17.8%。各处理的NGWP和GHGI均存在显著差异,与CK相比,C、S和CS处理的年平均NGWP分别降低了163.5%、171.7%和273.0%（P<0.05）,与第1年相比,C、S和CS处理第3年的NGWP均有显著降低（P<0.05）,分别降低了73.4%、58.8%和54.7%。与CK相比,C、S和CS处理的年平均GHGI分别降低了236.2%、253.3%和388.9%（P<0.05）,C、S和CS处理第3年的GHGI较第1年分别降低了126.3%、98.2%和108.6%（P<0.05）。就产量而言,C、S和CS处理的作物产量保持相对稳定,有轻微增长,但与CK相比无显著差异。【结论】与单施化肥相比,在施化肥的基础上添加生物炭、秸秆还田、秸秆还田配施生物炭的措施均能够在不影响作物产量的前提下抑制增温潜势,其中秸秆还田配施生物炭能够最大程度地降低农田增温潜势,因此秸秆还田配施生物炭是增加农田固碳、缓解气候变化的一项有效措施。     

稻草还田下添加DCD对稻田CH4、N2O和CO2排放的影响

为研究秸秆还田下硝化抑制剂的效应,本研究借助温室盆栽,设置5个处理:不施肥(CK)、传统施肥(CF)、传统施肥配施硝化抑制剂双氰胺DCD(CF+DCD)、传统施肥稻草还田(CF+S)、传统施肥稻草还田配施DCD(CF+S+DCD),探讨秸秆还田下施用DCD对水稻整个生育期土壤CH_4、N_2O和CO_2排放的影响。结果表明:整个生育期,CH_4和CO_2排放量以CF+S最高,CF+S+DCD次之,而CK最低;N_2O排放量以CF最高,CF+DCD次之,而CF+S+DCD最低。与CF和CF+S相比,施用硝化抑制剂后CH_4和N_2O减排效果显著,而CO_2减排不显著。就水稻产量、综合温室效应(GWP)、温室气体强度(GHGI)和净生态系统经济预算(NEEB)而言,秸秆还田和硝化抑制剂施用,都可显著提高水稻产量和NEEB,而降低GWP和GHGI;与CF和CF+S相比,施用硝化抑制剂后,CF+DCD和CF+S+DCD分别增产9.5%和10.0%,NEEB增加16.8%和20.1%;GWP分别降低23.7%和21.0%,GHGI降低23.7%和21.1%。可见,无论稻草还田与否,硝化抑制剂对温室气体排放及水稻产量的影响效应比较稳定。因此,稻草还田配施DCD(即CF+S+DCD处理)在保证水稻产量的基础上,显著降低稻田土壤CH_4和N_2O排放,是一种经济可行的温室气体减排措施。     

秸秆还田和种植制度对长江中游稻田温室气体排放的影响

为研究长江中游地区不同稻作种植制度下温室气体排放对秸秆还田的响应,本研究通过田间试验,连续监测秸秆还田和不还田条件下,双季稻、再生稻和春玉米-晚稻（玉稻）3种稻作模式甲烷（CH₄）、氧化亚氮（N₂O）排放通量及土壤理化性质和相关环境因子的变化差异。结果表明：双季稻和再生稻周年 CH₄累积排放量分别比玉稻模式高 175.5%和 203.4%（秸秆还田）及 109.6%和126.4%（秸秆不还田）;秸秆还田导致双季稻周年CH₄累积排放量提高了31.4%,再生稻提高了33.9%,但对玉稻模式周年CH₄累积排放没有显著影响。无论是否秸秆还田,玉稻模式周年N₂O累积排放量显著高于双季稻和再生稻模式;秸秆还田导致玉稻模式周年 N₂O 累积排放量增加 36.3%,双季稻模式增加 43.7%,但对再生稻模式周年 N₂O 累积排放量没有显著影响。相关分析显示,CH₄排放量与气温及土壤含水量呈显著正相关,与硝态氮呈显著负相关（P<0.05）,而N₂O排放量与硝态氮、铵态氮呈显著正相关。在 100年尺度 CO₂当量下,玉稻模式的周年全球增温潜势（GWP）显著低于双季稻和再生稻模式;相对于秸秆不还田,秸秆还田下双季稻模式的周年 GWP显著增加 31.8%,再生稻模式周年 GWP显著增加 32.8%,玉稻模式的周年 GWP在秸秆还田和不还田下无显著差异。在所有处理中,周年 GWP主要由 CH₄排放贡献,N₂O排放引起的增温潜势占比较小,表明减少稻作系统 CH₄排放对减缓温室效应至关重要。无论秸秆是否还田,玉稻模式周年温室气体排放强度（GHGI）均低于双季稻和再生稻模式,秸秆还田对不同稻作系统的周年 GHGI均无显著影响。综上所述,秸秆还田对温室气体排放的影响程度因稻作模式而异,玉米-晚稻轮作是一种生态环境友好型的稻田种植模式。     

太湖地区有机与常规种植方式下稻麦轮作农田温室气体短期排放特征

为探明有机种植模式对农田温室气体排放的影响,以太湖地区有机与常规种植模式下稻麦轮作农田为研究对象,采用静态箱-气相色谱法监测农田温室气体(CO_2、CH_4和N_2O)排放的动态变化特征,并运用温室气体增温潜势(GWP)和排放强度(GHGI)进行温室效应估算。结果表明:在稻麦轮作季,有机与常规种植模式下温室气体排放通量整体动态变化趋势基本一致。在稻季,有机种植土壤CH_4排放总量为195.56 kg·hm~(-2),显著高于常规种植(119.77 kg·hm~(-2)),而CO_2和N_2O排放总量与常规种植无显著差异;在麦季,有机种植土壤CO_2、N_2O和CH_4排放总量分别为12 554.92、1.44 kg·hm~(-2)和7.02 kg·hm~(-2),常规种植土壤分别为8 096.61、2.67 kg·hm~(-2)和6.74 kg·hm~(-2)。稻季有机种植土壤温室气体GWP和GHGI显著高于常规种植,而在麦季常规种植较高。在整个稻麦轮作季,有机种植模式下温室气体GWP和GHGI分别为6 501.69 kg CO_2-eq·hm~(-2)和0.44 kg·kg~(-1),显著高于常规种植模式(4 745.38 kg CO_2-eq·hm~(-2)和0.37 kg·kg~(-1))。有机种植模式在稻季温室气体减排方面无明显优势,但是有利于麦季农田土壤温室气体的减排。