生物质炭和腐殖质对稻田土壤CH4和N2O排放的影响

为探讨生物质炭与腐殖质单独施用与配合施用对稻田土壤CH₄和N₂O气体排放以及水稻产量的影响。以浙江临安潜育性水稻土的稻田系统为研究对象,设置2个水稻秸秆生物质炭添加水平(0,20 t/hm²)和3个腐殖质水平(0,0.6,1.2 t/hm²),共6个处理,分别为:(1)B0F0(对照,不添加生物质炭和腐殖质);(2)B0F1(腐殖质用量为0.6 t/hm²);(3)B0F2(腐殖质用量为1.2 t/hm²);(4)B1F0(生物质炭用量为20 t/hm²);(5)B1F1(生物质炭和腐殖质用量分别为20,0.6 t/hm²);(6)B1F2(生物质炭和腐殖质用量分别为20,1.2 t/hm²),研究生物质炭和腐殖质输入对水稻产量、稻田CH₄和N₂O气体排放的影响。结果表明:(1)与B0F0相比,单独施用生物质炭和腐殖质或生物质炭与腐殖质配施均降低了土壤CH₄累积排放量,但增加了土壤N₂O累积排放量;(2)生物质炭处理对GWP(global warming potential)和GHGI(greenhouse gas intensity)没有显著影响(P>0.05),腐殖质处理显著降低了GWP和GHGI(P<0.05),生物质炭和腐殖质对GWP和GHGI存在显著交互作用(P<0.05);(3)与B0F0相比,单独施用生物质炭和腐殖质或者生物质炭与腐殖质配施均能在一定程度上减少单位水稻产量的温室气体排放强度(GHGI),B0F2处理的GHGI最低,表明单施腐殖质处理(腐殖质用量为1.2 t/hm²)稻田土壤的减排效果和环境效应最好。研究结果为进一步探讨稻田土壤固碳减排提供数据支撑和理论依据。     

减氮条件下生物质炭施用对珠三角地区生菜产量、品质及土壤性质的影响

生物质炭(biochar,BC)施用具有改良土壤、提高作物产量等效应。本文探究了生菜产量、品质和土壤性质等对化肥氮(N)减施和生物质炭施用1年后的响应，以期为珠三角地区露地蔬菜生产中化肥合理减量和生物质炭科学施用提供依据。通过在佛山市三水区开展田间小区试验，观测了常规施氮(N100%)、减氮20%(N80%)、减氮40%(N60%)、减氮40%+生物质炭10 t/hm²(N60%+BC10)和减氮40%+生物质炭20 t/hm²(N60%+BC20)处理下生菜产量、品质、叶片SPAD值及土壤养分等指标的变化。结果表明：(1)较N100%处理，N60%处理生菜产量显著降低13.5%。减氮40%条件下，配施10～20 t/hm²生物质炭可提高生菜产量9.5%～22.7%，与N100%处理产量相当，说明生物质炭施用对生菜产量具有显著提升效果。(2)氮肥减量和生物质炭施用对生菜单株鲜重、直径和水分含量等均无显著影响，而对叶片SPAD值在不同生育期有不同影响。减氮条件下施用生物质炭处理生菜的氮和磷吸收量提高，是其增产机理之一。(3...     

生物质炭对酸性菜地土壤N2O排放及相关功能基因丰度的影响

【目的】 生物质炭显著影响土壤氧化亚氮 (N₂O) 排放,但关于其相关微生物机理的研究相对匮乏,尤其是生物质炭对酸性菜地土壤N₂O排放的微生物作用机理。本文通过研究氮肥配施生物质炭对酸性菜地土壤N₂O排放以及硝化和反硝化过程相关功能基因丰度的影响,探讨酸性菜地土壤N₂O排放与功能基因丰度的关系,阐释生物质炭对酸性菜地土壤试验N₂O排放的微生物作用机理。 【方法】 在田间一次性施入生物质炭 40 t/hm2,试验连续进行了3年,共9茬蔬菜。设置4个处理:对照 (CK)、氮肥 (N)、生物质炭 (Bc) 和氮肥 + 生物质炭 (N + Bc)。在施用后第三年,采集土壤样品进行室内培养,应用荧光定量PCR技术检测硝化过程氨氧化古菌 (AOA)、氨氧化细菌 (AOB) 功能基因amoA和反硝化过程亚硝酸还原酶基因 (nirK、nirS) 以及N₂O还原酶基因 (nosZ) 等相关功能基因丰度,同时监测土壤pH值、无机氮 (铵态氮、硝态氮) 含量及N₂O排放。 【结果】 与CK相比,生物质炭 (Bc) 处理的土壤有机碳 (SOC) 提高了27.1%,总氮 (TN) 提高了8.2%,amoA-AOB基因丰度显著降低了11.0%,nosZ基因丰度增加了21.2% (P < 0.05),N ₂O排放没有显著变化 (P > 0.05)。与CK相比,施用氮肥 (N) 显著降低土壤pH ( P < 0.05),显著增加土壤无机氮含量、 nirK、nirS和nosZ功能基因丰度以及土壤N₂O累积排放量 (P < 0.05)。与N处理相比,生物质炭与氮肥联合施用 (N + Bc) 处理显著增加 amoA-AOA、amoA-AOB、nirK、nirS和nosZ基因丰度,增幅分别为68.1%、39.3%、21.1%、19.8%、48.4% (P < 0.05),但 ( nirK + nirS)/nosZ的比值降低,同时N₂O累积排放量显著降低33.3% (P < 0.05)。室内培养期间N ₂O排放峰出现在1～5 d,N和N+Bc处理排放速率分别为 N 1.70 × 103和1.76 × 103 ng/(kg·h)。相关分析结果显示,N₂O排放速率与氧化亚氮还原酶的标记基因nosZ基因拷贝数 (P < 0.05)、NH ₄+-N含量 (P < 0.01) 呈显著正相关,与pH呈显著负相关 ( P < 0.01)。 【结论】 在菜地生态系统中氮肥和生物质炭联合施用可以有效缓解菜地土壤酸化,减少菜地土壤N₂O排放,主要归因于反硝化作用nosZ基因丰度增加,(nirK + nirS)/nosZ比值降低。      

添加秸秆及其生物质炭对淹水条件下砖红壤N2O和CH4排放的影响

为探讨添加秸秆及其生物质炭对淹水条件下砖红壤N₂O和CH₄排放的影响,以海南砖红壤为供试土壤,设置了玉米秸秆（Straw）、生物质炭（Biochar）、秸秆 + 生物质炭（Mix）和对照（CK）4个处理,探讨了等秸秆用量条件下添加不同秸秆形态对土壤氧化亚氮（N₂O）和甲烷（CH₄）排放的影响及形成强还原环境的可行性。结果表明:与CK处理相比,三个处理均可显著降低土壤N₂O累计排放量,但仅Straw处理可显著促进土壤CH₄排放、其它两个处理对土壤CH₄排放影响不显著,致使straw处理综合温室效应增加明显。与CK处理相比,与Mix处理5天内土壤氧化还原电位（Eh）显著下降,而Biochar处理土壤Eh变化不显著;三个处理均使土壤pH上升、但Straw与Biochar处理之间差异不显著,Mix处理土壤有机碳、全氮及速效钾含量显著增加。因此,玉米秸秆及其生物质炭的配合施用,既可有效降低淹水条件下海南砖红壤排放CH₄和N₂O的综合温室效应,还能改善土壤养分状况但易于形成强还原条件。     

生物质炭对集约化菜地N2O排放和蔬菜产量的影响

【目的】 本试验评价了生物质炭对菜地土壤温室气体排放和产量的长期效应。 【方法】 田间试验在江苏省南京市集约化种植菜地进行。共设置4个处理,分别为对照 (CK)、单施氮肥处理 (N)、施用氮肥 + 新生物质炭 (NC_F,C_F在2016年6月施用) 以及施用氮肥 + 4年陈化生物质炭 (NC_A,C_A在 2012 年6月施用)。生物质炭施用量为40 t/hm2。2016年11月至2017年11月连续种植4季蔬菜,分别为小青菜、空心菜、苋菜、菠菜,并伴有休耕期。每季蔬菜施氮量均为N 240 kg/hm2,其中空心菜收获三茬,在第一茬收获后按照N 240 kg/hm2 追肥一次。采用静态暗箱–气相色谱法测定N₂O浓度。 【结果】 观测期内各处理菜地N₂O排放主要集中在第二季和第三季,其单位产量N₂O排放量分别为0.038～0.131 kg/t和0.107～0.482 kg/t,而第一季和第四季的单位产量N₂O排放量分别是0.033～0.209 kg/t和0.007～0.070 kg/t。土壤温度和矿质氮变化未显著影响土壤N₂O排放通量;整个观测期内土壤充水孔隙度 (WFPS) 介于37%～93%之间,土壤含水量变化显著影响 (P < 0.01) 土壤N ₂O排放通量。与N处理相比,整个轮作周期内NC_F和NC_A处理N₂O周年累积排放量和周年排放系数均显著降低,两个施生物质炭处理之间差异不显著;NC_F处理N₂O周年累积排放量和周年排放系数降幅分别为35.6%和46.2%,NC_A处理降幅分别达38.8%和49.9%。与N处理相比,NC_F和NC_A处理均增加了集约化菜地蔬菜产量,增幅分别为4.6%和17.9%,NC_A处理达到显著水平,两个施生物质炭处理之间差异不显著。此外,NC_F和NC_A处理分别显著降低单位产量N₂O排放量49.8%和41.3% (P < 0.01)。 【结论】 在集约化菜地土壤中经4年陈化后的生物质炭仍然具有较强的减排和增产能力。与新施入的生物质炭相比,施用4年后的生物质炭增产效果更显著;施用生物质炭对集约化蔬菜生态系统减排和改善作物生产具有长期效应。      

长期连续施用生物质炭对土壤肥力、小麦产量和微生物群落结构的影响

摘 要：基于始于2010年的长期田间试验，研究了每年6 t/hm2 玉米秸秆还田(Straw)，每年2.4 t/hm2 (BC1)、6 t/hm2 (BC3)和12 t/hm2 (BC5)玉米秸秆生物质炭添加对土壤肥力、小麦产量和微生物群落结构的影响。结果表明：与不添加玉米秸秆及其生物质炭的处理（CK）相比，BC5处理显著提高了小麦产量，三个剂量生物质炭处理平均增加小麦产量15%。经过11年的连续添加，土壤容重（BD）从CK的1.06 g/cm3降低至BC5处理的0.73 g/cm3，总碳（TC）从CK的14.9 g/kg 增加至BC5处理的83.8 g/kg。土壤有效氮（AN）、速效钾（AK）和有效磷（AP）均随施用量增加而增加，表现为BC5 > BC3 > BC1 > Straw ≥ CK。本研究中，长期连续施用玉米秸秆及其生物质炭没有显著改变细菌群落多样性，而BC5处理略微增加真菌群落多样性。PICRUSt2功能预测表明生物质炭处理显著增加了碳固定相关功能基因丰度，而降低碳降解相关功能基因丰度。     

生物质炭与秸秆配施对紫色土团聚体中有机碳含量的影响

以油菜/玉米轮作农田生态系统为研究对象,通过田间微区试验,研究了生物质炭、秸秆(BC:8 000 kg·hm~(-2)生物质炭、CS:8 000 kg·hm~(-2)秸秆、0.5BC:4 000 kg·hm~(-2)生物质炭、0.5CS:4000kg·hm~(-2)秸秆、BC+CS:4 000 kg·hm~(-2)生物质炭+4 000 kg·hm~(-2)秸秆)与化肥配施对紫色土团聚体含量及稳定性、土壤有机碳及有机碳在各粒级团聚体中分布的影响,为合理利用有机物料及为紫色土培肥提供依据。结果表明:(1)与对照(CK)相比,秸秆、生物质炭还田(除0.5BC处理外)均能提高2 mm粒级团聚体含量,降低0.053 mm粒级团聚体含量,同时提高水稳性团聚体的平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、大于0.25 mm团聚体含量(R_(0.25)),其中只有CS处理达到了显著水平,且随着秸秆施用量增加,效果越显著。CS+BC处理则能显著提高0.25～2mm粒级水稳性团聚体含量。(2)除CS处理,其他各处理较CK均能显著提高土壤总有机碳含量,其中BC和CS+BC处理分别提高了45.55%和44.45%(P0.05),效果优于单施秸秆处理,且随着生物质炭施用量的增加,土壤总有机碳呈增加趋势。对不同粒级团聚体有机碳而言,各处理的团聚体有机碳主要分布在0.053mm和2mm粒级团聚体中;BC处理较其他处理能提高土壤不同粒级团聚体有机碳含量,其次为CS+BC处理。(3)通过计算团聚体有机碳贡献率发现,各处理对土壤团聚体有机碳贡献率主要分布在0.25～2 mm和0.053 mm粒级团聚体中,其中仅CS处理显著提高了2 mm粒级团聚体有机碳贡献率,较CK提高了53.53%;CS+BC、0.5BC处理分别较CK显著提高了0.053 mm粒级团聚体有机碳贡献率,增幅为26.20%,48.63%。(4)秸秆和生物质炭还田能提高玉米和油菜的生物产量和经济产量,其中CS、BC、CS+BC效果较明显。总之,秸秆与生物质炭配施是改善紫色土结构和提升碳水平的较优培肥措施。     

松嫩平原秸秆还田对连作春玉米氮素供应与吸收的影响

为探明松嫩平原秸秆还田对连作春玉米氮素供应与吸收的影响,在松嫩平原中南部,采用框栽和¹⁵N同位素标记的方法,设置5个秸秆还田量,分别为0(CK)、9.20、18.40、27.60和36.80 t·hm^-2,均施入¹⁵N标记的尿素350 kg·hm^-2(纯氮量约160 kg·hm^-2),开展秸秆还田试验。结果表明,秸秆还田改变了春玉米对肥料氮和土壤氮的利用比例,在一定秸秆还田量条件下,随着秸秆还田量的增加,苗期春玉米植株氮素积累中肥料氮所占比例增加,而拔节期后则呈相反趋势。通过方程拟合可知,秸秆还田量低于12.49 t·hm^-2时可以较CK提高当季氮肥利用率,高于12.49 t·hm^-2时则低于CK。秸秆还田不利于春玉米苗期和拔节期生长;秸秆还田量为11.25 t·hm^-2时,最有利于春玉米产量的形成,秸秆还田量高于23.96 t·hm^-2时则会引起减产。综上,在松嫩平原中南部,配施尿素350 kg·hm^-2时,最适秸秆还田量为11.25 t·hm^-2。本试验较系统地研究了玉米不同秸秆还田量对土壤供氮和下茬玉米氮素吸收的影响,为科学解析秸秆还田与土壤供氮关系提供了依据。     

紫云英与化学氮肥配施对双季稻田CH4与N2O排放的影响

【目的】 冬季种植紫云英翻压还田对促进稻田养分循环和提高氮素利用效率具有重要意义,本文重点研究了紫云英还田与氮肥配施对稻田温室气体排放的影响。 【方法】 盆栽试验条件下,设置紫云英与氮肥配施6个处理:不施肥 (CK);单施尿素 (CF);单施紫云英 (MV);1/4紫云英+3/4尿素 (1/4 MV+3/4 CF);1/2紫云英+1/2尿素 (1/2 MV+1/2 CF) 和3/4紫云英+1/4尿素 (3/4 MV+1/4 CF),除CK外,所有处理的施氮 (N) 量均为111.4 mg/kg干土。采用静态暗箱–气相色谱法,监测双季稻季节内稻田CH₄和N₂O排放特征及其全球增温潜势 (GWP) 与单位粮食产量温室气体排放强度 (GHGI)。 【结果】 1) 不同处理稻季CH₄排放规律基本一致,早稻和晚稻生长季各处理CH₄排放均集中在分蘖期与抽穗期,其中早稻季CH₄没有明显的排放峰,其最大值为5.69 mg/(m2·h);晚稻季有两个较为明显的排放峰,出现在水稻移栽初期以及晒田期,最大峰值分别为13.33 mg/(m2·h) 和8.83 mg/(m2·h);稻田CH₄累积排放量随紫云英施用比例的增加而增加。2) 不同施肥处理下N₂O排放通量有较为明显的季节变化规律。早稻季N₂O最大峰值出现在播后第3天,为1092.2 μg/(m2·h);晚稻季N₂O排放主要集中在分蘖期和后期干湿交替阶段,最大峰值为795.7 μg/(m2·h);N₂O累积排放量随紫云英施用比例的增加而减小,且MV的N₂O累积排放量为负值。3) CF处理双季稻产量最高,显著高于CK、1/4 MV+3/4 CF和MV;1/2 MV+1/2 CF处理双季稻产量显著高于CK和1/4 MV+3/4 CF;各处理对稻田GWP及GHGI的影响均不显著。 【结论】 通过不同配比紫云英与氮肥配施盆栽试验发现,与CF相比,紫云英与氮肥不同配比对于稻田GWP及GHGI并无显著影响。      

鱼蛋白作为激发剂促进还田秸秆腐解和有机碳在土壤中积累

[目的]秸秆还田量影响秸秆腐解、后茬作物生长和温室气体排放。研究不同秸秆还田量下,利用鱼蛋白作为激发剂促进秸秆分解、提高土壤有机碳积累的效果,为秸秆和鱼蛋白资源的合理高效利用提供理论依据。[方法]采用室内培养试验方法,设置秸秆还田量、有机激发剂种类及其在总激发剂中的占比3个因素。秸秆还田量包括适量(7500 kg/hm²)和高量(10500 kg/hm²)两个水平;供试有机激发剂包括猪粪、鱼蛋白;猪粪、鱼蛋白激发剂添加量占尿素氮量的比例分别为50%、100%(分别记为P50、F50、P100、F100),以两个秸秆还田量不添加激发剂处理为对照,共10个处理。激发剂总量按照调节投入秸秆碳氮比为35:1所需要的氮量计算,其中50%和100%的氮量由猪粪、鱼蛋白提供,培养期为60天。培养期间测定CO₂和N₂O排放速率及累计排放量。培养结束时,测定土壤养分含量、细菌和真菌丰度以及酶活性。[结果]高量秸秆还田虽然可增加土壤中有机碳的积累,但土壤CO₂排放量以及单位输入碳的排放量均高于适量...     

生物质炭输入减少稻田痕量温室气体排放

为揭示不同水平生物质炭输入对稻田土壤理化性质、水稻产量及温室气体排放的影响,采用自制竹炭在4种不同施用水平下(0、10、20、40 t/hm2)输入稻田土壤,开展了水稻一个生长周期的田间试验。结果表明,生物质炭输入可显著提高土壤p H值和有机碳含量(P0.05),且有机碳含量增幅与生物质炭施用水平呈正比(相关系数为0.78,P0.01)。生物质炭施用可显著降低土壤容重(P0.05),最大降幅为0.25 g/cm3,土壤容重随着生物质炭施用量的增加而降低。不同处理水稻产量无显著性差异(P0.05)。CH4累积排放量与生物质炭施用量呈负相关性(相关系数为-0.24,P0.01),投加生物质炭可显著降低稻田CH4排放通量和累积排放量(P0.05),但过量施用生物质炭(超过20 t/hm2)并不能显著降低CH4累积排放量(P0.05)。相比对照处理(不输入生物质炭),生物质炭输入后一周内可显著性降低N2O排放通量(P0.05),并在排水烤田时升高,最终稳定于9.80 mg/(m2·h)。生物质炭输入可显著性降低N2O累积排放量(P0.05),但不同水平生物质炭输入处理之间差异不显著(P0.05)。该试验条件下,生物质炭施用量为20 t/hm2时可实现稻田稳产和固碳减排目标,该研究可为太湖地区苕溪流域稻田增汇和温室气体减排提供参考。     

长期定位双季稻田施用生物炭的温室气体减排生命周期评估

该文评估了双季稻田施用生物炭的温室气体排放和固碳及经济效益。采用生命周期（life cycle assessment,LCA）方法核算了生物炭原料收集与运输、生物炭生产、运输和撒播以及避免秸秆燃烧等过程中的温室气体排放和土壤碳储量;采用静态箱-气相色谱法监测了不同生物炭施入量在4 a 8个生育期的稻田CH4和N2O排放量;计算了不同生物炭施入量处理的净温室气体排放量和减排百分比。水稻生长季温室气体排放结果显示,CK处理（不添加生物炭）、BC1处理（5 t/hm2）、BC2处理（10 t/hm2）、BC3处理（20 t/hm2）的4 a田间温室气体排放总量分别为19.5、15.6、16.1、12.4 t/hm2,BC1、BC2和BC3处理相对CK处理的总减排百分比分别为19.70%、17.46%和36.40%。综合生物炭全生命周期各阶段温室气体排放,CK、BC1、BC2和BC3处理的4 a总净排放量分别为19.5、20.3、10.9、4.2 t/hm2,BC1处理的4a净排放相对CK处理增加4.3%,BC2和BC3处理的4 a净排放相对CK处理分别减少了44.0%、78.6%。3个生物炭用量中,生物炭施用量越低,经济效益越好。稻田施用生物炭能够降低其温室气体排放;全生命周期评估结果表明中量和高量生物炭能够起到减排效果,高量生物炭减排效果最好;经济效益分析结果表明随着生物炭施用量增加,经济效益降低。     

秸秆与生物质炭施用对土壤温室气体排放的影响差异

采用室内培养试验,向土壤中添加小麦秸秆和不同量生物质炭,同时比较探究秸秆与生物质炭施用对土壤温室气体排放及微生物活性的影响差异。试验共设5个处理:土壤(S)、土壤+1%小麦秸秆(WT)、土壤+1%生物质炭(BC1)、土壤+2%生物质炭(BC2)和土壤+4%生物质炭(BC4)。在培养期内,施秸秆处理土壤CO2排放量比对照处理S显著增加约12.60%~2005.63%,而施生物质炭处理降低约51.49%~97.93%。施秸秆处理的温室气体增温潜势(GWP)是对照处理S的1.12~19.24倍,而施生物质炭处理,即处理BC1、BC2和BC4的GWP分别降低了0.27%~64.06%,15.78%~94.01%和29.43%~92.28%。小麦秸秆施用会明显增加土壤温室气体排放,增加温室效应;而添加生物质炭对土壤CO2、N2O排放表现出一定的抑制作用,并明显减弱温室气体增温潜势,即生物质炭能明显减弱温室效应。添加小麦秸秆促进土壤微生物生物量碳的增加,提高FDA水解酶、脲酶、过氧化氢酶、磷酸酶活性;生物质炭施用一段时间后对土壤过氧化氢酶活性表现为显著激活作用。     

有机肥和秸秆炭分别替代部分尿素和秸秆降低黑土温室效应的效果

【目的】 农田条件下研究用有机肥替代部分尿素、用秸秆生物炭替代秸秆对黑土有机质提升和温室气体排放的影响,为秸秆有效还田和“固碳减排”提供理论依据。 【方法】 2013—2015年在东北典型春玉米区进行田间定位试验,所有处理采用相同方法施用同量磷钾化肥,磷肥为磷酸氢二铵 (P₅O₂ 60 kg/hm2),钾肥为硫酸钾 (K₂O 75 kg/hm2),在施用4 t/hm2玉米秸秆前提下,设置:1) 不施尿素氮 (N0);2) 尿素氮100% (N 165 kg/hm2,N1);3) 尿素氮60% + 有机肥氮20% + 缓释氮20% (N2)。另外,处理4) 除了用2 t/hm2玉米秸秆炭替代4 t/hm2玉米秸秆外,其他与N2一致 (N3)。各生育期测定生态系统温室气体 (CO₂、N₂O和CH₄) 排放量,收获期测定作物产量和地上部生物量。 【结果】 N1、N2、N3处理间玉米产量差异不显著。在等氮条件下,N1、N2、N3处理生态系统CO₂排放分别为13170、10521、9994 kg/hm2,N2和N3处理降低CO₂排放的效果显著好于N1,N2和N3处理差异不显著 (P < 0.05),N1、N2、N3处理N ₂O累积排放分别为6.092、6.597、3.604 kg/hm2,N3降低N₂O累积排放的效果显著好于N1和N2处理;N1、N2、N3处理CH₄累积排放分别为0.694、1.652、–2.107 kg/hm2,N3处理降低CH₄累积排放的效果显著好于N1和N2处理。农田系统净碳收支 (NECB,除土壤固碳外,作物?土壤系统产生的碳收支,如作物光合、呼吸和产量移出等),N2处理为C 766.5 kg/hm2,是碳汇,而N1和N3处理是碳源 (C ?621.3 kg/hm 2和?673.3 kg/hm2)。当季作物尺度上用NECB估算的土壤固碳效应N1、N2和N3处理分别为C ?142.9、176.3、1385.1 kg/hm 2,N3处理土壤固碳效应显著好于N2和N1处理。在化肥生产和运输以及农事操作等投入产生的间接碳排放量方面,化肥氮是农业投入的主要碳源,分别占N1、N2和N3处理农业投入的73%、71%和66%。综合考虑农事操作带来的碳排放,化学品投入带来的碳排放,以及农田系统温室气体排放和土壤固碳的收支,综合净温室效应N1、N2、N3处理分别为2535.2、1488.2、–3769.7 CO₂ eq. kg/hm2,只有N3处理是碳汇。 【结论】 在供试黑土条件下,用有机肥替代部分化肥增加生态系统净碳收入;用秸秆生物炭替代秸秆显著增加土壤固碳效应、减少N₂O排放;从综合净温室效应看,有机肥与秸秆生物炭分别替代部分化肥与秸秆“固碳减排”效果最佳。      

生物质炭添加对华南双季稻田碳排放强度的影响

中国农田有机物料资源化利用是一项巨大挑战。为研究生物质炭农田施用的生态效应,探讨华南双季稻田碳排放强度(greenhouse gas intensity,GHGI)对生物质炭添加的响应,开展了基于静态箱-气相色谱法的连续两年野外观测。田间试验共设6个处理,即当地农民习惯(CK,化肥,无稻草还田),3个不同用量生物质炭添加处理,即BC1(5 t/hm2)、BC2(10 t/hm2)和BC3(20 t/hm2),和2个稻草还田处理(直接还田和稻草+腐熟剂还田)。结果表明,相比当地农民习惯和稻草还田处理生物质炭添加有效抑制了双季稻田温室气体排放(平均降低温室气体排放当量49.87%),显著降低了土壤容重,增强作物的碳氮养分吸收能力,稳定了水稻产量(平均增产3.54%),降低了稻田碳排放强度(平均降低52.13%)。4个生长季平均而言,相比CK、RS和RI,生物质炭3个处理分别降低稻田100a尺度上温室气体排放当量27.53%,58.65%和63.43%(P0.05),分别增产3.21%,5.11%和2.29%(P0.05),进而分别降低100a尺度上GHGI 30.57%,61.00%和64.82%(P0.05),综合而言,BC3具有较好的减排增产潜力。相关矩阵和主成分分析可视化表达了在生物炭添加影响下,稻田碳排放强度与水稻生长参数及土壤理化特性的关系。生物质炭添加影响着水稻产量、收获指数、土壤有机质、总碳和植株吸氮量等环境变量的分布。通过多元决策回归树分析,发现可通过水稻收获指数(0.5)定量判别其碳排放强度。该研究结果表明,通过优化田间管理,适量生物质炭回田(20 t/hm2)利用是增强土壤固碳、稳定水稻产量、降低稻田碳排放强度和应对气候变化不利影响的可行途径。该研究可为中国秸秆资源科学利用提供基础研究案例。     

污泥及其混合堆肥对番茄土壤性质和N_2O排放的影响

目前关于污泥及其生物质堆肥的土地利用过程中土壤性质变化和温室气体排放数据十分缺乏,难以满足农田土壤氮素保存和温室气体减排的需求。该研究通过在番茄种植过程中添加800 kg/hm2新鲜污泥(S-H)、400 kg/hm2新鲜污泥(S-L)、800 kg/hm2秸秆堆肥(VM-S)和800 kg/hm2猪粪堆肥(VM-M),开展土壤性质、无机氮形态、作物生长以及N2O排放特征的研究。结果表明:堆肥处理显著增加了土壤电导率(electric conductivity,EC)(P0.05),其中猪粪堆肥时土壤EC值最大。添加污泥和堆肥都使土壤p H值显著上升(P0.05),最终趋于中性,且VM-M对土壤酸化的抑制效果略优于VM-S。污泥和堆肥处理时土壤NO3--N浓度显著高于对照,且各处理组NO3--N浓度均随时间逐渐下降,NO3--N主要被番茄吸收,部分NO3--N从土壤上层淋溶至下层;NH4+大多数被氧化为NO3-,部分NH4+被植物吸收。在施入的无机氮量相等情况下,VM-M、VM-S、S-H处理组中番茄地上部分生物量分别为1 515、1 383、1 103 g/株,株高分别为56.8、54.5、51.3 cm,对番茄生长的促进效果为VM-MVM-SS-H,而S-H比S-L多施入的氮肥对番茄生长并未起到明显促进作用(P0.05)。与对照相比,污泥或生物质堆肥都显著提高了土壤N2O的排放(P0.05),各处理组N2O的排放均集中于施肥后的前20天,且土壤N2O的排放通量大小顺序为S-L(0.76 kg/(hm2·a))VM-M(0.95 kg/(hm2·a))VM-S(1.19 kg/(hm2·a))S-H(1.71 kg/(hm2·a))。因此,在进行污泥及其生物质堆肥的土地利用时,应考虑有机肥的种类及其施用量,以在提高作物产量的同时改善土壤并减少温室气体排放,在进行污泥的农田利用时可先将污泥与畜禽粪堆肥。     

两种水分含量下生物质炭对黑土N2O排放及硝化反硝化基因丰度的影响

生物质炭对土壤结构改良、土壤肥力提升和农田温室气体排放具有重要意义。本研究以吉林省梨树县典型黑土为研究对象，通过培育实验，研究不同土壤水分含量（40%WHC和100%WHC）下，生物质炭种类（玉米秸秆生物质炭和稻壳生物质炭）和施加量（0%、1%和4%（w/w））对黑土N2O排放及硝化反硝化功能基因丰度的影响。结果表明，随着秸秆生物质炭施加量的增加，土壤N2O排放呈下降趋势，4%高量秸秆生物质炭添加下，土壤N2O排放量仅为1%低量秸秆生物质炭添加下的33.9%。同时土壤NO- 3-N也表现出一致性规律，4%高量生物质炭添加下土壤NO- 3-N含量显著低于1%低量生物质炭。在100%WHC土壤水分状况下，玉米秸秆生物质炭显著增加了土壤N2O排放，而稻壳生物质炭则显著降低了土壤N2O排放。高土壤水分显著促进了土壤N2O排放，进一步为实时荧光定量PCR结果所证实，高土壤水分通过增加nirS基因丰度进而促进了土壤反硝化作用过程，而4%高量稻壳生物质炭添加下nosZ基因丰度显著高于玉米秸秆生物质炭添加，表现出更强的N2O还原潜力。尽管amoA-AOA基因丰度在不同生物质炭添加量下并未发生显著变化，但amoA-AOB基因丰度在高量玉米秸秆生物质炭添加下显著下降。结果说明，土壤水分和生物质炭通过影响土壤硝化反硝化微生物的营养底物和代谢过程，进而影响土壤N2O排放特征。     

Effects of biochar addition on N<Subscript>2</Subscript>O and CO<Subscript>2</Subscript> emissions from two paddy soils

Impacts of biochar addition on nitrous oxide (N₂O) and carbon dioxide (CO₂) emissions from paddy soils are not well documented. Here, we have hypothesized that N₂O emissions from paddy soils could be depressed by biochar incorporation during the upland crop season without any effect on CO₂ emissions. Therefore, we have carried out the 60-day aerobic incubation experiment to investigate the influences of rice husk biochar incorporation (50 t ha⁻¹) into two typical paddy soils with or without nitrogen (N) fertilizer on N₂O and CO₂ evolution from soil. Biochar addition significantly decreased N₂O emissions during the 60-day period by 73.1% as an average value while the inhibition ranged from 51.4% to 93.5% (P < 0.05–0.01) in terms of cumulative emissions. Significant interactions were observed between biochar, N fertilizer, and soil type indicating that the effect of biochar addition on N₂O emissions was influenced by soil type. Moreover, biochar addition did not increase CO₂ emissions from both paddy soils (P > 0.05) in terms of cumulative emissions. Therefore, biochar can be added to paddy fields during the upland crop growing season to mitigate N₂O evolution and thus global warming.     

热解温度和氮肥用量影响生物炭的减排和增产效应

  【目的】  研究生物炭性质与氮肥用量对河套灌区春玉米田温室气体排放和产量的影响,为河套灌区高效利用生物炭固碳减排提供理论支撑。  【方法】  试验采用室内培养与田间试验相结合的方法,供试材料为秸秆生物炭和竹炭。田间试验设常规施氮300 kg/hm2对照(N)、常规氮量配施秸秆炭(SB+N)、常规氮量配施竹炭(BB+N)、减氮50%配施秸秆炭(SB+50%N)、减氮50%配施竹炭(BB+50%N)。采用静态暗箱–气象色谱法测定春玉米田温室气体排放量,并测定玉米产量。室内培养试验中分别制备热解温度为200℃、400℃和600℃的秸秆炭(S)和竹炭(B)加入土壤中,平衡3天后施入N 300 kg/hm2开始恒温恒湿培养,共培养14天。监测了不同培养时间土壤中N₂O、CO₂及CH₄气体的排放通量。  【结果】  与N处理相比,SB+N、BB+N、SB+50%N和BB+50%N处理0—5 cm深土壤温度分别提高了0.50℃、1.84℃、0.35℃和1.37°C,0—10 cm深土壤温度分别提高了0.43℃、1.83℃、0.39℃和1.11°C;0—10 cm土壤含水率分别提高13.70%、8.90%、12.33%和8.90%。与N处理相比,在春玉米整个生育期内SB+N、BB+N、SB+50%N和BB+50%N处理的土壤N₂O累积排放量分别减少了21.91%、23.16%、25.98%和28.17% (P<0.05);SB+N和BB+N处理的CO₂累积排放量分别提高了7.96%和9.94% (P<0.05),而SB+50%N和BB+50%N处理的分别降低了11.54%和10.74% (P<0.05);整个春玉米生育期各生物炭处理的CH₄累积排放量为负值,显著低于N处理(P<0.05);SB+N、BB+N、SB+50%N和BB+50%N处理土壤的全球增温潜势(GWP)分别降低了23.26%、23.98%、27.00%和29.14%,温室气体排放强度(GHGI)分别降低了27.24%、28.97%、32.57%和34.68% (P<0.05)。生物炭添加能够提高玉米产量,SB+N、BB+N、SB+50%N和BB+50%处理较N处理分别增加5.47%、7.01%、8.26%和8.47% (P<0.05)。培养试验发现生物炭能够减少土壤N₂O和CO₂的排放。N₂O和CO₂的排放通量随生物炭热解温度升高而减少,在相同热解温度下,竹炭的减排效果优于秸秆炭。各处理下土壤CH₄的排放均表现为碳汇,其中600°C制备的竹炭对CH₄的吸收量最高。  【结论】  施用生物炭能够改善土壤温度和土壤含水率,并显著降低N₂O和CH₄累积排放量,但常规施氮量下施用生物炭会提高CO₂累积排放量。施用生物炭能够显著提高春玉米的产量并降低春玉米田GWP和GHGI。培养试验进一步说明了竹炭的减排效果优于秸秆炭,高热解温度的生物炭减排效果优于低热解温度生物炭,综合考虑田间与室内培养试验的结果、环境效益和经济效益,减氮50%配施竹炭的处理是河套灌区春玉米田提高产量并减少温室气体排放较为合适的措施。     

秸秆还田年限及还田量对稻田净温室效应的影响

本文研究了不同秸秆还田年限（2 年和13 年）和还田量（0、1.6 、3.2和4.8 t/hm2）对稻田CH4和N2O排放、土壤固碳速率和净温室效应的影响。结果表明：稻田CH4排放量在第2年和第13年均随秸秆还田量的增加呈线性增加，但第13年单位秸秆还田量对CH4排放的平均促进效应比第2年降低3%；各处理N2O排放量在第2年无显著差异，第13年显著促进N2O排放55% ~ 171%，且随秸秆还田量的增加呈线性增加；土壤固碳速率在第2年随秸秆还田量的增加呈线性增加，但第13年下降80% ~ 84%，且各处理间无显著差异；净温室效应随秸秆还田量的增加呈线性增加，但从第2年到第13年经历了从汇到源的过程，这说明秸秆还田量对净温室效应的影响受还田年限调控，其增加的温室效应逐步完全抵消了土壤固碳的减排效益，加剧了全球气候变暖。因此，稻田在长期秸秆还田条件下是一个重要的碳源，亟待优化秸秆还田技术，进一步固碳减排，以实现农业可持续发展。