田间老化生物质炭对潮土氨挥发的影响

为了揭示不同用量生物质炭田间老化后对土壤氨挥发的影响,采用密闭通气法监测了小麦-玉米轮作下土壤氨挥发损失。试验设5个处理：不施肥（Control）、常规施氮（CN）以及常规施氮加3、6、12 t·hm^-2生物质炭（NB3、NB6、NB12）。结果表明： 6 t·hm^-2和12 t·hm^-2生物质炭施用3 a后降低了小麦产量,但对玉米产量无影响;生物质炭显著降低了小麦籽粒氮吸收量,但3 t·hm^-2和6 t·hm^-2生物质炭增加了玉米籽粒氮吸收量。田间老化生物质炭显著降低了小麦季NH₃挥发,相反增加了玉米季NH₃挥发,但是6 t·hm^-2和12 t·hm^-2生物质炭显著降低了年度NH₃挥发累积量。6 t·hm^-2生物质炭田间老化3 a后显著降低了单位小麦产量NH₃排放量,对单位玉米产量NH₃排放量无显著影响,总体降低了年度单位产量NH₃排放量。研究表明,田间老化3 a后,6 t·hm^-2和12 t·hm^-2生物质炭处理显著降低了年度NH₃挥发量。     

秸秆还田与氮肥配施对中南地区稻田土壤固碳和温室气体排放的影响

秸秆还田和氮肥施用是影响稻田土壤固碳潜力和温室气体排放的重要农作措施。通过研究油菜秸秆全量还田并配合施入不同量氮肥（150、225、300 kg·hm^-2和375 kg·hm^-2）对稻田土壤固碳量和温室气体排放的影响,评估综合增温潜势,对分析秸秆还田配施氮肥对稻田固碳效果有重要作用。结果表明,与单施氮肥和单施秸秆处理相比,秸秆还田配施氮肥显著增加土壤固碳量,秸秆配施氮肥处理固碳量最高值为147.74 kg·hm^-2,比单施氮肥处理平均高出38%。在降低温室效应方面,与单施氮肥相比,秸秆配施氮肥处理显著降低N₂O的累积排放量;与单一秸秆还田处理相比,秸秆配施氮肥处理显著提高水稻产量,降低CO₂的累积排放量,但在一定程度上增加了CH₄的排放。秸秆配施氮肥处理的温室气体强度和综合温室效应分别为0.372、5 394.22 kg CO₂-eq·hm^-2,显著低于单施氮肥处理的0.630、9 339.94 kg CO₂-eq·hm^-2,以及单一秸秆还田处理的0.816、9 872.2 kg CO₂-eq·hm^-2,因此,秸秆还田配施氮肥是降低温室气体排放强度、减缓净温室效应的有效措施。     

厢作免耕下生态种养对稻田CH4和N2O排放的影响

为明确厢作免耕养鸭、养鱼模式对双季稻田CH₄、N₂O排放量及其增温潜势（GWP）和温室气体排放强度（GHGI）的影响,了解稻田厢作免耕养殖的温室气体排放情况,本研究设置厢作免耕养鸭（W-RD）、厢作免耕养鱼（W-RF）、厢作免耕（W-CK）、平作翻耕养鸭（F-RD）、平作翻耕养鱼（F-RF）和平作翻耕（F-CK） 6个处理进行大田对比试验,采用密闭静态箱法收集CH₄和N₂O的排放量,探究双季早晚稻田CH₄和N₂O的累积排放量、GWP和GHGI。结果表明：早稻CH₄累积排放量在分蘖末期-孕穗期阶段排放最多,晚稻CH₄累积排放量主要集中在返青-分蘖末期阶段,相对于晚稻,早稻CH₄排放量占双季稻总排放量的61.60%~77.00%。早稻和晚稻的N₂O累积排放量均在分蘖末期-孕穗期阶段排放最多,W-CK处理N₂O累积排放量最高为7.85 kg·hm^-2,F-RF处理最低为2.64 kg·hm^-2,且W-CK与F-RF处理达到显著差异;厢作免耕各处理早晚稻累积N₂O排放的CO₂当量均显著高于平作翻耕各处理,且厢作免耕与平作翻耕各处理均显著低于CK处理。双季稻全球增温潜势（总GWP）和双季稻温室气体排放强度（总GHGI）均以F-CK处理最高（总GWP为25 258.08 kg·hm^-2,总GHGI为4 501.41 kg CO₂-eq·kg^-1）,以W-RF处理最低（总GWP为14 819.94 kg·hm^-2,总GHGI为2 322.83 kg CO₂-eq·kg^-1）,W-RF处理总GWP和总GHGI分别低于F-CK处理41.33%、48.40%,均达到显著差异。双季水稻总产量中W-RF和F-RF处理显著高于其他处理,W-RF和F-RF处理周年水稻总产量分别为13.36、13.20 t·hm^-2。综上所述,厢作免耕养鱼模式（W-RF）与其他处理相比既可保证水稻高产又可降低GWP和GHGI,而厢作免耕养鸭模式（W-RD）对稻田温室气体排放的影响还需要进一步研究。     

太湖流域不同再生稻品种的温室气体排放强度

为明确太湖流域种植再生稻的可行性及其对温室气体排放的影响,于2021年4—10月采用静态箱-气相色谱法观测了旱优73、甬优2640、丰两优香1号、两优6326和C两优华占5个品种再生稻的CH₄和N₂O排放通量以及产量。结果表明：稻季观测期内,CH₄排放峰分别出现在中稻季分蘖期和抽穗前后以及再生季前期;两季CH₄累积排放量为209~289 kg·hm^-2,再生季占比为8.3%~23.0%,其中两优6326的值最高,显著高于旱优73、甬优2640和丰两优香1号（P<0.05）。N₂O排放峰主要出现在肥料施用后和土壤水分发生剧烈变化时;两季N₂O累积排放量为0.386~0.548 kg·hm^-2,再生季占比为0.5%~2.4%,5个品种间N₂O排放量无显著差异。不同处理两季水稻总产量为6.12~12.62 t·hm^-2,再生季占比为23.8%~36.7%,其中甬优2640和丰两优香1号的两季总产量相对较高。不同处理的温室气体排放强度为0.50~1.35 t CO₂ e·t^-1,其中甬优2640最低,两优6326最高（P<0.05）。研究表明,甬优2640和丰两优香1号的两季总产量较高,且温室气体排放强度相对较低。     

不同水旱轮作模式全生命周期温室效应及经济效益评价

以不同水旱轮作稻田为研究对象,对比分析不同轮作模式温室气体排放特征,挖掘关键影响因素,并将温室效应和成本-收益计量相结合,通过综合评价筛选环境友好、经济效益高的轮作模式。基于大田小区试验,设置休闲-水稻、紫云英-水稻、小麦-水稻、油菜-水稻、青饲小麦-水稻、蚕豆-水稻6种水旱轮作处理,采用静态箱-气相色谱法,于2020年6月—2021年5月进行CH₄和N₂O排放原位监测,通过结构方程模型挖掘影响CH₄和N₂O排放的关键因素,采用全球增温潜势和成本-收益计算方法,评价不同轮作制度的环境和经济效应。结果表明：不同水旱轮作模式CH₄累积排放量为95.6~173.3 kg·hm^-2,排放量与冬茬秸秆还田量和水稻产量有关;N₂O累积排放量为1.5~2.5 kg·hm^-2,受施氮量、冬茬秸秆还田量、水稻产量和土壤有机质含量影响。增加氮肥施用量不仅可增加N₂O排放量,而且会导致土壤有机质含量的降低;冬茬秸秆还田量、水稻产量的变化会导致CH₄和N₂O排放的此消彼长,即秸秆还田量和水稻产量与CH₄排放量呈正相关,而与N₂O排放量呈负相关。青饲小麦-水稻轮作模式的经济效益为10 139元·hm^-2,高于其他轮作模式。对比单位经济效益的温室气体排放量发现,尽管青饲小麦-水稻轮作模式周年N₂O排放量最高、土壤固碳量低,但其单位经济收益的温室气体排放量仍最低（0.41 kg CO₂e·元^-1）;紫云英-水稻轮作分别比油菜、小麦、休闲、蚕豆与水稻的轮作方式低51%、33%、20%和4%。不同水旱轮作方式下的稻田周年温室效应有显著差异,紫云英-水稻轮作的综合温室效应（3.1 t CO₂e·hm^-2）显著低于小麦-水稻轮作（5.4 t CO₂e·hm^-2）。研究表明,与其他轮作模式相比,紫云英-水稻和蚕豆-水稻轮作在保证较高经济收益的同时温室气体排放量相对较低,冬茬秸秆还田量、绿肥还田生物量是环境效应和经济效益协同的重要影响因素。     

不同遮阴处理下施肥对稻田CH4和N2O排放的影响

太阳辐射减弱是气候变化的主要特征之一。太阳辐射减弱下不同肥料种类和施用量对水稻生产、稻田甲烷（CH₄）和氧化亚氮（N₂O）排放的影响尚不明确。通过田间模拟试验研究了不同生育期遮阴条件下施用氮磷钾复合肥和硅肥对水稻产量、稻田土壤CH₄和N₂O排放的影响。采用3因素3水平正交试验设计,遮阴设3水平,即不遮阴（S₀,遮阴率为0）、水稻开花-成熟遮阴（S₁,遮阴率为64%）和分蘖-成熟遮阴（S₂,遮阴率为64%）;氮磷钾复合肥设3水平,即100 kg·hm^-2（F₁）、200 kg·hm^-2（F₂）和300 kg·hm^-2（F₃）;硅肥设3水平,即不施硅（R₀）、钢渣200 kg·hm^-2（R₁）和钢渣400 kg·hm^-2（R₂）。结果表明,遮阴明显降低水稻产量,与S₀相比,S₁和S₂分别降低了43.33%和48.51%。遮阴极显著降低CH₄累积排放量,与S₀相比,S₁和S₂分别降低了7.46%和57.71%;氮磷钾复合肥可显著提高CH₄和N₂O累积排放量,与F₁相比,F₂和F₃ CH₄累积排放量分别增加了48.34%和57.03%,N₂O累积排放量分别增加了85.81%和192.98%;施钢渣硅肥显著影响CH₄累积排放量,与R₀相比,R₁降低了20.42%,R₂增加了17.56%。所有处理CH₄增温潜势占总温室效应的比例均高于91%,稻田CH₄排放在稻田总温室效应中起主导作用。研究表明,太阳辐射减弱背景下,保证产量的同时控制氮磷钾复合肥和钢渣硅肥施用量可有效降低CH₄和N₂O综合温室效应和排放强度,最适组合为复合肥100 kg·hm^-2（F₁）和钢渣硅肥400 kg·hm^-2（R₂）。     

施用生物炭和硅肥对增温水稻叶片光合及荧光特性的影响

夜间增温幅度大于白天是气候变暖的主要特征之一。夜间增温、施硅或施生物炭单因子对水稻生产的影响已有报道,但三者耦合如何影响水稻植株光合及荧光特性,尚不清楚。通过田间模拟试验,研究了夜间增温下施硅和生物炭对水稻不同生育期叶片光合作用和灌浆期荧光特性的影响。采用3因素3水平正交试验设计,用铝箔反光膜夜间（19：00—6：00）覆盖水稻冠层模拟夜间增温,设常温对照（W0）、5 mm铝箔膜覆盖（W1）和11 mm铝箔膜覆盖（W2）3水平;生物炭施用量设不施生物炭（B0）、施7.5 t·hm^-2（B1）和施17.5 t·hm^-2（B2）3水平;硅肥设不施硅（Si0）、钢渣粉（Si1,200 kg·hm^-2）和矿粉（Si2,200 kg·hm^-2）3水平。结果表明,5 mm和11 mm铝箔膜可使5 cm土层夜间均温分别提高0.72℃和0.28℃,10 cm土层提高0.43℃和0.05℃。夜间增温降低水稻叶片平均净光合速率（Pn）、气孔限制值（Ls）和水分利用效率（WUE）,提高平均蒸腾速率（Tr）、胞间CO₂浓度（Ci）和气孔导度（Gs）;增加灌浆期的荧光耗散,抑制PSⅡ原初光能转化效率和光合性能,其中对Ls、Gs、Ci和光合性能的影响达显著水平（P<0.05）。施用生物炭（7.5 t·hm^-2）和硅肥可提高Pn,缓解夜间增温对水稻光合作用和荧光特性的抑制作用。在增温和不施硅条件下,施用生物炭（7.5 t·hm^-2）可促进光合作用,实现增产。     

施生物炭与有机肥对白浆土土壤酶活性的影响

为探讨施生物炭和有机肥对白浆土土壤酶活性的影响,以白浆土为试验土壤进行施生物炭（C₁：施生物炭15000kg·hm^-2、C₂：施生物炭30 000 kg·hm^-2）与有机肥（OM）的定位试验,监测施用后3 a肥效,采集土壤测定β-1,4-葡萄糖苷酶（BG）、β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶（NAG）、亮氨酸氨基肽酶（LAP）、酸性磷酸酶（AP）活性。结果表明,在白浆土上施生物炭和有机肥连续3 a均增加了玉米产量,但从经济效益分析施生物炭仍为负效益,施有机肥为正效益。3 a后仅C₂显著增加了有机质含量,其他处理下有机质和全氮含量增加均不显著。与常规处理相比,C₁仅显著提高了BG酶活性,提高了82.2%,对其他3种酶活性提高均不显著,C₂可显著提高4种酶活性23.1%~47.9%;施有机肥可显著提高AP和LAP酶活性。施生物炭30 000 kg·hm^-2对白浆土土壤改良效果较好,其后效可维持3a以上,但经济效益仍为负。因此实际生产中还应以施用有机肥培肥土壤为重,对于出现严重减产的地块可以考虑通过施用生物炭一次性改良土壤。     

施用生物炭对农田土壤N2O的减排效应

生物炭作为一种土壤改良剂,在农田土壤氮素转化和温室气体减排等方面发挥着重要作用。本实验对不同施氮量的农田土壤添加生物炭,研究了其对N₂O的减排潜力,为生物炭的固氮减排提供理论依据。于2015年6月18日至9月25日,利用盆栽实验研究了施用生物炭对农田土壤在不同氮肥用量下N₂O排放的影响,实验共设4个处理：对照（CK）为不施氮处理、N1（200 kg·hm^-2）、N2（400 kg·hm^-2）和N3（600 kg·hm^-2）,各处理均施用土壤质量15%（W/W）的等量生物炭。结果表明,随着施氮量的增加,土壤N₂O的累积排放量逐渐增加,N2和N3处理差异不显著,N₂O排放系数逐渐降低,N1、N2、N3的排放系数分别为1.33%、1.27%、0.90%。Pearson相关分析表明,土壤孔隙含水量（WFPS）、土壤pH、土壤NO₃^--N和土壤微生物量氮（MBN）含量是影响N₂O排放最主要的因素,其中土壤WFPS、土壤NO₃^--N和MBN含量与N₂O排放通量之间呈极显著的正相关关系,土壤pH与N₂O排放通量之间呈极显著负相关关系。生物炭的施用对农田土壤N₂O具有巨大的减排潜力,并且生物炭与氮肥配施对土壤氮素有很好的固持作用。     

不同氮肥管理方式对华北粮田N2O排放和作物产量的影响分析

通过华北小麦和玉米田已发表文献分析,明确不同施氮量、氮肥基追比及氮素调控措施对土壤N₂O排放和作物产量的影响。结果表明：高氮水平下减少氮肥用量并调整基追比有助于减少土壤N₂O排放;添加硝化抑制剂双氰胺（DCD）对小麦和玉米产量的提高和土壤N₂O的减排效果均较好。兼顾华北粮田N₂O减排和作物产量,小麦季推荐合理施氮量167～174 kg·hm^-2,基追比1∶1,添加DCD,土壤N₂O总排放量为 0.31 kg·hm^-2,籽粒产量6200 kg·hm^-2以上;玉米季推荐合理施氮量177～181 kg·hm^-2,基追比2∶3～1∶2,添加DCD,土壤N₂O总排放量1.70 kg·hm^-2,籽粒产量9000 kg·hm^-2以上。     

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。     

化肥配施生物炭对稻田田面水氮磷流失风险影响

在控制外源氮输入相同的前提下,通过大田试验研究生物炭部分替代化肥作为底肥,不同生物炭施用量(5、10、20 t·hm~(-2))对水稻生长期内稻田田面水氮磷迁移转化特征的影响。研究结果表明:各处理的田面水总氮、硝氮、铵氮浓度在施肥后第3 d达到最高,然后迅速下降,并逐渐稳定;田面水总磷浓度在施肥后2~4 d内增幅较小,而后迅速下降至稳定,施加生物炭对田面水总磷的影响不大;可溶性磷浓度在施肥后2~4 d内处于平稳下降的状态,之后迅速下降至稳定。稻田施肥后10 d内是控制氮磷流失的最佳时段。采用生物炭代替部分化肥的施肥方式,在一定范围内能降低稻田田面水的氮磷浓度,稻田退水氮、磷的输出负荷分别减少了39%~50%和38%~50%,显著提高了水稻生态效益。通过综合效益评估可知,施加5 t生物炭代替化肥是综合效益最高的施肥方法,该施肥方式下氮、磷的年输出负荷分别为16.83、1.89 kg·hm~(-2)。     

施用生物炭对干旱区玉米农田碳足迹的影响

为粮食稳定增产的同时降低农田生态系统的温室气体排放和碳足迹。本研究在科尔沁沙丘-草甸梯级生态系统中的玉米农田设置施入不同含量生物炭的对比试验,其施用生物炭量分别为:0(CK)、15(C15)、30 t?hm~(-2)(C30)和45 t?hm~(-2)(C45),就各处理生命周期内温室气体(CO_2、CH_4及N_2O)通量进行观测,对其农资投入进行统计,并进行碳足迹的计算。结果表明:施用生物炭会有效降低玉米农田生态系统的温室气体累计排放总量,处理C15、C30、C45与对照CK相比,其温室气体累计排放量分别降低21.4%、14.2%、16.8%;碳足迹及单位产量碳足迹则随着生物炭添加含量的增加而明显增大,处理C15、C30、C45与对照CK相比,其碳足迹分别增大73.1%、149.1%、227.8%,其单位产量的碳足迹分别增大59.8%、121.2%、195.9%。相比对照C15,处理C30和C45分别提高了玉米产量的4.2%和2.2%,但增幅均并不显著。因此综合经济效益和环境因素考虑,建议科尔沁地区玉米农田在生产过程中施用15 t?hm~(-2)生物炭,在保证增加产量的同时将农田生态系统的碳足迹控制在较低范围内。     

运用“碳足迹”的方法评估小麦秸秆及其生物质炭添加对农田生态系统净碳汇的影响

为分析添加秸秆、生物质炭后小麦生产过程中碳足迹的动态、分布以及构成,研究了不同处理在小麦生长期的CO2、N_2O、CH4排放情况,以及不同处理的单位面积碳足迹构成与碳足迹总量,试验设置5个处理:对照(CK)、常规施肥(N)、施肥并添加4 t·hm-2秸秆(NS)、施肥并添加4 t·hm-2生物质炭(NBClow)、施肥并添加8 t·hm-2生物质炭(NBChigh)。结果表明,小麦生产中碳足迹的构成主要为农田生态系统净初级生产力(NPP)和氮肥生产过程中的能源消耗,与常规施肥相比:添加4 t·hm-2秸秆、4 t·hm-2生物质炭与8 t·hm-2生物质炭处理,小麦产量分别增加了30.9%、66.3%和36.6%;添加4 t·hm-2秸秆使土壤CO2的季节排放总量增加了68.7%,生态系统N_2O的季节排放总量降低了33.9%,添加4 t·hm-2和8 t·hm-2生物质炭生态系统N_2O的季节排放总量降低了23.8%和58.6%,但是土壤CO2的季节排放总量没有显著性的差异;添加4 t·hm-2秸秆使小麦生产过程中的碳足迹升高了26.0%,添加4 t·hm-2和8 t·hm-2生物质炭碳足迹分别降低了198.0%和112.9%。生物质炭的添加降低了小麦生产过程中的碳足迹。     

生物质炭对旱作春玉米农田N2O排放的效应

通过田间试验,采用密闭式静态暗箱-气相色谱法研究不同生物质炭添加量(0、10、20、30t·hm-2)对黄土旱塬旱作春玉米农田N2O排放的影响。结果表明:生物质炭添加降低了施氮农田春玉米生长季N2O排放通量峰值和排放总量,添加30、20、10 t·hm-2生物质炭的三个处理N2O排放总量比不添加生物质炭的处理分别降低19.24%、9.89%、3.40%,其中添加30 t·hm-2生物质炭处理降低显著(P0.05),但添加20 t·hm-2的生物质炭未对不施氮农田N2O排放通量和总量产生显著影响。无论添加生物质炭与否,生长季不施氮处理的N2O排放通量和总量均显著低于施氮处理。添加生物质炭不同程度提升了农田0 cm和10 cm土壤温度,减少了施氮处理0~20cm土壤NH+4-N和NO-3-N含量,但对农田0~20 cm土层土壤含水量影响不显著。相关分析表明,试验农田N2O的排放通量与0~20 cm土层土壤NO-3-N和NH+4-N含量、含水量均呈极显著正相关关系(P0.001),与0 cm与10 cm土壤温度呈负相关关系。添加生物质炭后矿质氮含量的减少可能是旱作春玉米农田N2O排放减少的主要原因。     

生物炭对施用沼液稻田土壤重金属生物有效性的影响

为探讨施用沼液条件下,添加生物炭对农田土壤重金属生物有效性的影响,以滨海盐土农区稻田为研究对象,设置0、250、500、750 m³·hm^-2四个沼液施用水平（折合施氮量分别为0、205、410、615 kg·hm^-2）以及0、15 t·hm^-2两个生物炭用量,对0~20cm土层土壤重金属（Cu、Zn、Pb、Cd）生物有效性进行研究。结果表明：低沼液用量（250 m³·hm^-2）下,无论是否添加生物炭,土壤中四种重金属的弱酸提取态质量分数均无显著变化。中、高沼液用量（500~750 m³·hm^-2）下,添加生物炭前,与不施用沼液相比,Cu、Zn、Pb和Cd弱酸提取态质量分数显著提升;添加生物炭后,Cu和Pb弱酸提取态质量分数较添加前显著下降（P<0.05）。添加生物炭前,施用沼液使水稻籽粒中Cu含量增加了44.0%~116.5%,Pb、Cd含量无显著变化。添加生物炭后,中、高沼液用量下籽粒中Zn、Pb和Cd含量无显著变化,但Cu含量降低了21.8%~37.5%（四种重金属含量均低于GB 2762—2017限值）。研究表明,对施用沼液稻田而言,添加生物炭能显著降低土壤中Cu和Pb的生物有效性,是降低水稻籽粒中Cu含量的有效措施。