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%～2 005.63%,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。     

秸秆直接还田与炭化还田下土壤有机碳稳定性和温室气体排放潜力的对比研究

选取北方旱地和南方水田两种不同农业利用方式的土壤为研究对象,分别在旱地和水田设置了无秸秆还田(NR)、秸秆直接还田(SR)和秸秆转化为生物质炭还田(BR)三种处理,在作物收获后,采集对应处理的土壤通过室内培养对比研究了秸秆直接还田和生物质炭还田下土壤有机碳的稳定性及温室气体排放潜力的变化。研究结果表明:秸秆直接还田与生物质炭还田均可显著增加土壤有机碳和全氮含量,但不同处理下的土壤有机碳稳定性存在显著差异。从有机碳的矿化量和矿化率来看,生物质炭还田处理与秸秆直接还田处理相比,分别降低旱地、水田土壤矿化量的36.0%、21.5%和矿化率的47.0%、34.7%;水田与旱地相比,表观上水田矿化显著高于旱地土壤,但从土壤有机碳矿化率来看,水田土壤各处理均显著低于旱地土壤相同处理的19.0%、26.2%和9.2%。不同处理显著影响土壤N2O的释放,无论旱地还是水田土壤,与秸秆直接还田相比,施用生物质炭均显著降低土壤N2O的释放;进一步分析土壤产生的综合温室效应(GWP)表明,生物质炭还田下的GWP比秸秆直接还田显著降低39.6%和28.5%。因此,秸秆转化为生物质炭后还田可作为一项重要的农田土壤固碳减排措施进行秸秆利用。     

不同秸秆还田年限对稻麦轮作系统温室气体排放的影响

为揭示稻麦轮作系统不同秸秆还田年限下温室气体排放特征及减排调控机制,本研究采用大田小区试验,考察了稻麦轮作不同秸秆还田年限[空白对照(CK)、常规处理秸秆不还田(NT)、1年秸秆还田(SR1)和5年秸秆还田(SR5)]对CH4、CO2和N2O 3种温室气体排放规律的影响,同时测定了土壤固碳量,估算了秸秆焚烧产生的温室气体排放量,综合计算了4种处理对全球变暖的贡献。试验结果表明,SR1和SR5均显著提升CH4和CO2的排放通量,分别高出NT、CK处理73.52%、309.49%和13.29%、13.06%;同时显著降低N2O排放通量,较NT降低29.68%和42.55%;但SR1和SR5之间温室气体排放通量差异不显著;与NT相比,SR1和SR5可以显著提高土壤固碳量517.9%和709.03%,SR5土壤固碳量高出SR1达30.93%;NT秸秆焚烧产生的全球气温变暖贡献为9 698.49 kg(CO2-eqv)·hm?2,比CK高126.98%。综合分析温室气体排放、土壤固碳以及秸秆焚烧3个因素,SR1全球升温贡献最低,显著低于NT 4.72%。短期全量秸秆还田有助于降低总体温室气体排放,长期进行秸秆还田后降低幅度会逐步减小。     

秸秆还田与施氮对黑土区春玉米田产量、 温室气体排放及土壤酶活性的影响

探讨秸秆还田与施氮对高纬度黑土区春玉米产量与温室气体排放特性的影响,对促进粮食增产和降低环境代价具有重要意义。本研究通过位于黑土区的大田定位试验,利用静态箱-气相色谱计数方法,在秸秆还田与不还田和3个氮素用量(纯N:120 kg·hm~(-2),240 kg·hm~(-2)和300 kg·hm~(-2))条件下,研究了春玉米不同生育时期农田土壤CO2、N2O和CH4综合温室效应与排放强度,以及土壤过氧化氢酶和脲酶活性的变化。结果表明:无秸秆还田时,高氮用量处理春玉米产量最高;秸秆还田后,中等氮用量处理(240 kg·hm~(-2))春玉米产量最高,且与无秸秆还田的高氮处理间无显著差异。无秸秆还田时,随施氮量增加,CO2、N2O和CH4排放量均显著提高,综合温室效应和土壤温室气体排放量与强度显著增加(P0.05);增施氮肥配合秸秆还田,增加了CO2和N2O的排放量,而土壤CH4的碳汇功能增强,温室气体排放量与强度未显著提高(P0.05)。无秸秆还田,增施氮肥降低了土壤过氧化氢酶活性但提高了土壤脲酶活性;而秸秆还田使得增施氮肥引起的土壤过氧化氢酶活性降低的幅度加大但土壤脲酶活性提高的幅度变小。因此,秸秆还田后配合中等用量氮处理(240 kg·hm~(-2))玉米产量最高,且能够抑制单纯增施氮肥对综合温室效应和土壤温室气体排放强度的促进作用,推荐在生产中参考使用。     

耕作措施对双季稻田CH4与N2O排放的影响

随着全球气温的不断升高,温室气体减排成为研究的热点。该文旨在研究不同耕作措施下双季稻田CH4及N2O排放特征及其消长关系,为稻田温室气体减排及土壤固碳潜力评价提供依据。试验在湖南省宁乡县进行,通过静态箱法测定翻耕秸秆还田（CT）、旋耕秸秆还田（RT）、免耕秸秆还田（NT）的稻田CH4及N2O排放。结果表明：CH4排放主要来自于晚稻田,翻耕、旋耕和免耕晚稻田CH4排放分别占研究时段CH4排放的69%,67%,73%;各处理冬闲季CH4排放均不到研究时段排放量1%,冬闲CH4排放量为RT＞CT＞NT,差异显著;N2O排放时间变异性较大,早稻稻田N2O排放量为RT＞NT＞CT,晚稻稻田N2O排放量为NT＞RT＞CT,冬闲期各处理稻田N2O均为负排放;从研究时段排放量分析,翻耕秸秆还田有利于减少N2O排放,免耕秸秆还田有利于减少CH4排放;CH4与N2O排放呈显著负相关,冬闲季稻田CH4与N2O排放相关性不显著。总之,NT减少了CH4排放,虽N2O排放略有增加,但CH4与N2O引发的综合温室效应有所减弱。     

施肥对稻田温室气体排放及土壤养分的影响

【目的】农业活动引起的温室气体排放对全球变暖的影响日益得到关注,本试验研究不同施肥处理对稻田温室气体排放、 产量和土壤养分的影响,以期为农田可持续利用和温室气体减排提供依据。【方法】在长江中下游地区稻麦轮作区进行田间试验,设置不施氮肥(CK)、 当地习惯施肥(FP)、 推荐N肥(OPT)、 有机无机配施(OPT+M)、 秸秆还田(OPT+S)5个处理,采用静态箱/气相色谱(GC)法测定了稻季CH4、 N2O和CO2的排放情况,调查了不同施肥措施对稻田温室气体增温潜势以及产量,测定了土壤养分,并综合产量和增温潜势对温室气体排放强度进行分析,提出该区域稻田减排增产的合理施肥措施。【结果】 1) 不同处理CH4季节排放总量为OPT+SOPT+M FP OPT CK,排放量为99.02~143.69 kg/hm2; N2O季节排放量为FPOPT+MOPT OPT+S CK,排放量范围为0.95~3.57 kg/hm2; CO2排放顺序与CH4季节排放趋势一致,排放量为7231.64~13715.24 kg/hm2。2)根据稻季CH4和N2O季节排放量以及在100年尺度上的CO2当量计算,不同处理温室气体全球增温潜势大小顺序为OPT+SOPT+M FP OPT CK。在CK、 FP、 OPT、 OPT+M和OPT+S的全球增温潜势中,N2O占的比重分别为10.31%、 26.39%、 21.51%、 22.91% 和11.58%,CH4所占比重分别为89.69%、 73.61%、 78.49%、 77.09%和88.42%。稻田N2O的排放量很少,排放以甲烷为主,因此不同施肥措施所排放的N2O对综合温室效应的贡献远低于CH4。相对于当地习惯施肥处理,OPT、 OPT+M和OPT+S 3种优化施肥措施均在减少化肥施用量的情况下增加了水稻产量,增产率分别为3.6%、 14.3%和 8.5%,其中以有OPT+M处理增产效果最明显。3)不同施肥处理下,CO2排放强度为FP(0.56)OPT+S(0.52) OPT(0.50)OPT+M(0.49),OPT和OPT+M显著低于当地习惯施肥处理,OPT+M CO2排放强度最低。4)有机碳、 全氮、 速效磷和速效钾含量均在OPT+S处理中最高。【结论】不同施肥措施影响稻季温室气体排放,施用有机肥和氮肥均增加了CO2、 CH4、 N2O的排放,秸秆还田增加了CO2和CH4排放,减少了N2O排放。稻田减排应以减少CH4排放为主,推荐氮肥量配施有机肥为碳强度评价体系下最优处理。秸秆还田对土壤养分的改善趋势明显,虽然增加了CO2排放,但考虑到其可避免因焚烧造成大量CO2的排放,总体上依然减少了CO2的排放,但对秸秆还田的适宜量需要进一步研究。     

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。     

秸秆条带状覆盖对稻田CH_4和N_2O排放的影响

采用3种秸秆还田方式(对照、秸秆均匀混施和秸秆条带状覆盖)进行田间试验,观测稻田CH4和N2O的排放通量,以探讨秸秆条带状覆盖对稻田CH4和N2O排放的影响。结果表明:秸秆条带状覆盖的CH4排放量是对照的2.7倍,二者的N2O排放量无明显差异;秸秆条带状覆盖的稻田CH4排放量较秸秆均匀混施减少32%,其N2O排放量是后者的5.1倍;稻田排放CH4和N2O的全球增温潜势(GWP)为:秸秆均匀混施秸秆条带状覆盖对照,且差异显著;秸秆条带状覆盖的水稻产量分别较对照和秸秆均匀混施增加27%和17%。秸秆条带状覆盖是值得推荐的稻季秸秆还田方式。     

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。     

不同耕作措施下土壤N2O排放及其农学效率

为评价不同耕作措施下华北平原农田土壤N2O排放及其农学效率,通过设置常规耕作秸秆还田(CT+)、常规耕作无秸秆还田(CT?)、免耕秸秆还田(NT+)、免耕无秸秆还田(NT?)4个处理田间定位试验,采用静态箱?气相色谱法测定分析了连续3个小麦生长期的表层土壤N2O排放及其主要相关因子,同时测定了小麦产量与氮吸收量等相关指标。结果表明:在4个处理下,小麦生长期内表层土壤N2O排放动态基本一致,而土壤N2O累积排放量却存在显著差异,而且耕作方式与秸秆还田存在显著的互作效应。在常规耕作和免耕措施下,单位面积土壤N2O累积排放量均表现为秸秆还田土壤显著高于无秸秆还田土壤,CT+和NT+分别比CT?和NT?高26.2%和74.6%;在无秸秆还田条件下,土壤N2O排放量表现为常规耕作比免耕高42.4%。相关分析表明,土壤N2O排放通量与地下5 cm土壤温度、土壤孔隙充水率(WFPS)之间呈显著正相关关系,与土壤溶解性有机氮(DON)含量之间呈显著负相关关系。利用农学效率指标度量N2O排放量时可知,虽然小麦籽粒产量和氮肥偏生产力在各处理间没有达到显著性差异,但每生产1 kg小麦籽粒表层土壤N2O排放量为0.18~0.73 g N2O-N,每投入1 kg氮素表层土壤N2O排放量为5.1~18.0 g N2O-N,处理间存在显著差异;与单位面积土壤N2O排放量表现一致,单位籽粒产量N2O排放量和单位氮素投入N2O排放量均表现为无论是常规耕作还是免耕措施,秸秆还田土壤均显著高于秸秆不还田土壤,在秸秆不还田条件下,常规耕作土壤均显著高于免耕土壤。总之,免耕是有效减少土壤N2O排放的一种耕作措施。     

玉米秸秆源有机物料对黑土养分有效性与酶活性的提升效应

  【目的】  研究以玉米秸秆为主要原料制备的不同类型有机物料对东北黑土土壤肥力和玉米产量的影响,为黑土地保护和秸秆资源高效利用提供理论依据。  【方法】  田间定位试验连续进行了5年。试验设不施肥对照 (CK)、单施化肥 (NPK)、化肥配施秸秆 (NPK+ST)、化肥配施生物炭 (NPK+BR) 以及化肥配施堆肥 (NPK+CP) 5个处理,各有机物料每年均为等碳量投入 (C 3200 kg/hm2)。5年后,采集耕层 (0—20 cm) 和亚耕层 (20—40 cm) 土壤样品,测定土壤有机碳 (SOC)、活性有机碳 (LOC)、速效养分与酶活性,并结合年际间玉米产量变化进行综合评价。  【结果】  与NPK相比,NPK+BR处理显著增加了耕层及亚耕层SOC含量,增幅分别为28.2%和11.2%;NPK+CP和NPK+ST处理增加了耕层SOC含量,增幅分别为15.5%和7.6%,对亚耕层SOC含量影响不显著;配施有机物料处理显著增加了0—40 cm土层LOC含量,且NPK+CP和NPK+ST处理LOC含量在0—20 cm土层显著高于NPK+BR,增幅分别为13.2%和8.7%,各种有机物料处理LOC含量在20—40 cm土层差异不显著;3个配施有机物料处理均显著增加了0—20 cm土层有效磷含量,仅NPK+CP和NPK+BR处理显著提高了20—40 cm土层有效磷含量;配施有机物料处理对0—40 cm土层土壤速效氮和速效钾含量影响均不显著,但配施堆肥处理0—20 cm土层土壤速效氮含量显著高于配施秸秆和生物炭处理。配施有机物料处理比NPK处理显著增加了0—40 cm土层土壤纤维素酶、蔗糖酶和磷酸酶活性。NPK+ST和NPK+BR处理比NPK+CP处理更利于提高耕层纤维素酶活性,NPK+ST处理耕层蔗糖酶活性显著高于NPK+BR和NPK+CP处理;配施有机物料处理亚耕层土壤纤维素酶和蔗糖酶活性差异不显著。NPK+ST和NPK+CP处理较NPK+BR处理显著提高了0—40 cm土层土壤磷酸酶活性。不同处理玉米产量在年际间波动变化,配施有机物料处理玉米产量高于NPK处理,NPK+CP和NPK+ST处理对玉米产量的提升在第一年即有明显效果,而NPK+BR处理对玉米产量的积极效果在4年后才表现出来。各处理平均玉米产量的高低表现为NPK+CP > NPK+ST > NPK+BR > NPK > CK。  【结论】  化肥配施生物炭对0—40 cm土层土壤有机碳的积累作用最突出,而配施秸秆和堆肥更利于提升土壤活性有机碳的含量。配施堆肥0—20 cm土层土壤速效氮含量显著高于配施秸秆和生物炭处理,三者0—20 cm土层土壤有效磷含量无显著差异,但配施堆肥和生物炭20—40 cm土层有效磷含量显著高于配施秸秆处理。配施秸秆或生物炭增强了0—40 cm土层土壤纤维素酶活性,而蔗糖酶和磷酸酶活性以配施秸秆和堆肥处理为最高。随着土壤肥力的提高,配施有机物料处理促进了玉米产量的提升,以配施堆肥处理对玉米平均产量的增加幅度最高。因此,对于基础肥力较高的黑土而言,生物炭还田可实现黑土有机碳的快速提升,而堆肥和秸秆直接还田对玉米产量的促进作用更为明显。     

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。      

Meta分析生物质炭对中国主粮作物痕量温室气体排放的影响

该文采用Meta分析方法定量分析生物质炭输入对中国主粮作物痕量温室气体的影响,研究可为农田痕量温室气体减排提供有效的途径.结果表明相对于不施加生物质炭,生物质炭输入对甲烷吸收/排放并无显著影响,而甲烷排放在不同耕作和施氮情况下发生显著变化.旋耕和不施氮情况下施加生物质炭分别显著提高稻田甲烷排放达30%和46%,而在翻耕和施氮的情况下施加生物质炭可减少稻田甲烷排放达9%和10%.生物质炭输入分别可显著减少主粮作物氧化亚氮、全球增温潜势(global warming potential,GWP)及温室气体排放强度(greenhouse gas intensity,GHGI)达41%、18%及25%.不同土地利用类型、耕作类型、生物质炭施用量及生物质炭类型均可显著影响农田氧化亚氮、GWP和GWPI.合理的管理主粮作物生物质输入可为减少温室气体排放做出贡献,建议生物质炭与施氮和翻耕2种农作措施相结合,施加小于10 t/hm2及碳氮比(C/N)低于80的生物质炭,以利于主粮作物综合温室效应的减排.     

生物炭和秸秆对华北农田表层土壤矿质氮和pH值的影响

基于2014-2015年华北农田定位试验,设CK(单施氮磷钾肥)、C1(生物炭4.5t?hm~(-2)?a~(-1)+氮磷钾肥)、C2(生物炭9.0t?hm~(-2)?a~(-1)+氮磷钾肥)和SR(秸秆还田+氮磷钾肥)4个处理,对施用生物炭和秸秆还田对表层土壤矿质氮(NO_3~--N、NH_4~+-N)含量以及土壤p H值的影响进行研究。结果表明,不同处理土壤矿质氮的动态变化趋势基本一致,施用生物炭和秸秆还田均可显著提高土壤NO_3~--N含量(P0.05),但对土壤NH_4~+-N含量影响不大。与秸秆还田相比,高量施用生物炭有利于增加土壤NO_3~--N含量。各处理土壤中矿质氮主要以NO_3~--N为主,NH_4~+-N含量均保持在一个较低水平。将冬小麦整个生育期内各处理土壤NO_3~--N、NH_4~+-N含量与夏玉米的相比,前者显著高于后者。在整个冬小麦-玉米轮作周期内,高量施用生物炭显著提高了土壤p H值,且各处理土壤NO_3~--N与土壤p H值呈显著负相关(P0.05),土壤NH_4~+-N含量与土壤p H值相关性不显著;而各处理土壤NO_3~--N、NH_4~+-N含量与土壤含水量均呈显著正相关(P0.05)。可见,添加生物炭对减少氮素的转化和流失具有较大潜力。     

长期施肥下黑土玉米田土壤温室气体的排放特征

研究不同施肥措施下东北黑土区玉米农田温室气体(CO_2、N_2O和CH_4)的排放量及其增温潜势,将为制定农业温室气体减排措施提供理论依据。本研究以国家(公主岭)黑土长期定位试验为平台,采用静态箱-气相色谱法对不同施肥措施下玉米农田土壤温室气体排放通量进行了监测,并分析了不同施肥处理间玉米田的综合温室效应差异。结果表明:各施肥处理土壤温室气体CO_2和N_2O的排放高峰均出现在玉米拔节期。农家肥和化肥配施(M_2NPK)处理土壤CO_2、N_2O排放通量和CH_4吸收量均显著高于施化肥处理(P0.05);施用化肥处理土壤CO_2、N_2O排放通量高于不施肥处理;撂荒区土壤CO_2排放通量最高,而土壤N_2O排放通量显著低于施肥处理;等施氮量条件下,化肥(NPK)处理土壤N_2O排放通量明显高于秸秆还田(SNPK)处理,而土壤CH4净吸收量结果则截然相反。从土壤综合温室效应和温室气体强度可分析出,与不施肥(CK)比较,偏施化肥N和NPK处理的综合温室效应(GWP)分别增加了142%和32%,SNPK综合温室效应降低了38%;尤其是有机无机配施(M_2NPK)处理的综合温室效应为负值,为净碳汇。平衡施肥NPK和有机无机肥配施(SNPK和M_2NPK)温室气体排放强度(GHGI)较弱,显著低于不施肥(CK)和偏施化肥(N)处理,其中M2NPK为-222 kg CO_2-eq·t~(-1)。因此,为同步实现较高的玉米产量和较低的温室气体排放强度,有机无机肥配施是东北黑土区较为理想的土壤培肥方式。     

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。     

玉米秸秆及其生物炭对东北黑土溶解有机质特性的影响

以典型东北黑土为研究对象,连续3年(2016—2018年)在吉林省长春市中国科学院东北地理与农业生态研究所长春综合农业实验站开展田间定位试验,研究生物炭(BR)、秸秆(SR)以及生物炭和秸秆联合施用(BS)对土壤理化性质和溶解有机质(DOM)特性的影响。结果表明:与对照(CK)相比,BR、SR和BS处理显著增加玉米产量和生物量、土壤团聚体平均重量直径以及亮氨酸氨基肽酶活性。此外,与CK相比,BR显著降低腐殖化指数(HIX)10.0%,显著增加活性有机碳和速效磷含量,增幅分别达35.6%和51.3%;SR显著增加激发波长为355 nm时发射波长为440~470 nm范围内最大荧光强度(Fn(355))、HIX、DOM在254 nm处的吸光度值与溶解有机碳浓度的比值(SUVA 254)和全氮/全磷,增幅分别达43.6%,4.1%,45.5%和18.8%;BS显著提高土壤pH、有机碳/全磷、速效钾含量和DOM在250 nm处与365 nm处吸光度值的比值(E2/E3)。总体上,施用生物炭可降低DOM腐殖化程度和复杂性,但会提高土壤活性有机碳含量,而秸秆还田可增加DOM腐殖化程度和复杂性。     

长期连续秸秆还田和生物质炭施用对稻田N2O排放的影响

为了评估麦季多年连续秸秆还田和生物质炭施用对稻麦轮作系统下稻田N₂O排放的影响，于2010年麦季开始开展了为期11 a的麦季秸秆还田和生物质炭施用定位试验。试验共包括5个处理：无玉米秸秆还田和生物质炭施用(CK);6 t/(hm²·a)玉米秸秆还田(CS);2.4 t/(hm²·a)生物质炭施用(BC1);6 t/(hm²·a)生物质炭施用(BC2)和12 t/(hm²·a)生物质炭施用(BC3)。结果表明，BC2和BC3处理较CK均显著提高了土壤碱解氮、有效磷、速效钾、易氧化碳、可溶性有机氮和土壤微生物生物量氮含量。CS、BC1和BC2处理水稻生长季N₂O总排放量与CK没有显著差异，但是BC3处理的N₂O总排放量比CK提高了245.31%，并显著高于其他处理。BC3处理的N₂O总排放量和施氮肥后N₂O排放高峰期的累积排放量分别比CK提高了3.84 kg/hm²和3.3...