不同竹炭施用量对稻田甲烷和氧化亚氮排放的影响

以来源于竹材废弃物的生物炭为试验材料,采集宁绍平原典型稻田土壤进行水稻盆栽试验,探究不同竹炭施用量条件下生物炭对稻田温室气体排放的影响。研究结果表明:与空白对照处理相比,来源于竹材废弃物的生物质经炭化后还田对稻田温室气体CH4和N2O排放有显著的抑制作用,且减排效果随着竹炭施用量的增加而增强,生物炭处理的水稻产量亦比空白和常规施肥处理有所提高。施用竹炭条件下,CH4和N2O季节累积排放量比对照处理分别降低了58.2%~91.7%和25.8%~83.8%;相对常规施肥处理而言,降低幅度分别高达64.3%~92.9%和72.3%~93.9%。这可能是由于竹炭所包含的有机碳高度芳香化而具有生物化学和热稳定性,同时竹炭有很大的比表面积和表面吸附能,竹炭的施用可能改善了水稻土理化特性并抑制相关微生物的活性,从而降低了稻田温室气体排放。     

不同温度制备的水稻秸秆生物炭对稻田土壤固碳减排及微生物群落结构的影响

通过田间水稻培养试验,采用静态箱-气相色谱法和高通量测序技术,研究了不同温度条件下制备的生物炭施用对稻田作物产量及土壤中CO_2、CH_4、N_2O排放通量以及累积排放量的影响,以及对土壤微生物群落结构的影响。试验设置4个处理:对照(CK)、施用300℃制备的生物炭(DY-300)、施用500℃制备的生物炭(DY-500)、施用700℃制备的生物炭(DY-700)。结果表明,与对照相比,各生物炭处理CH_4、N_2O累积排放量削减,生物炭的施入优化了土壤微生物群落结构。DY-300、DY-500、DY-700处理中,CH_4累积排放量抑制率分别为39.2%、49.1%和24.0%,N_2O累积排放量抑制率分别为30.0%、39.8%和13.1%,Chao1指数增幅为2.5%～29.8%。而生物炭施用对CO_2排放的抑制作用不明显。总之,500℃制备的生物炭抑制温室气体排放的效果最佳,700℃制备的生物炭具有对微生物群落结构的优化作用以及稻田作物的增产作用。     

秸秆还田下生物炭和硫酸铵对稻田N2O和CH4排放的影响

【目的】以江淮地区麦茬稻田为对象,研究秸秆还田下不同施肥处理对稻田N2O和CH4排放的影响,并结合水稻产量计算不同处理综合温室效应（GWPs）和温室气体强度（GHGI）。【方法】试验采用裂区设计,主处理2个水平,为秸秆还田（S）和秸秆移除（NS）,副处理4个水平,分别为不施氮肥（CK）、传统施肥（T0）、生物炭与尿素配施（T1）和单施硫酸铵（T2）,共计8个处理,采用静态暗箱GC气相色谱法检测不同处理稻田N2O和CH4排放通量,测定土壤温度、湿度和无机氮含量,统计水稻产量,计算综合温室效应和温室气体强度。【结果】无论是秸秆还田还是移除条件下,除CK外,其他施肥处理的 N2O和CH4排放通量都会在基肥和追肥施用后出现峰值。无论秸秆还田与否,与传统施肥处理相比,生物炭与尿素配施和单施硫酸铵处理均能显著降低N2O和CH4累积排放通量。在秸秆还田和移除条件下,与传统施肥处理相比,生物炭与尿素配施处理均会导致水稻产量显著降低,但会提高土壤NO-3含量,增加对周围水体污染的风险。在秸秆移除和还田条件下,与传统施肥处理相比,单施硫酸铵均能显著增加水稻产量,增幅分别为12.27%和7.78%。与秸秆移除相比,秸秆还田条件下单施硫酸铵会显著促进N2O排放,但显著降低CH4的排放以及综合温室效应和温室气体强度。【结论】在目前秸秆还田造成CH4排放增加的背景下,用硫酸铵替代尿素能显著降低CH4排放,并提高水稻产量,降低综合温室效应,施用效果最佳。     

秸秆还田下生物炭和硫酸铵对稻田N2O和CH4排放的影响

【目的】以江淮地区麦茬稻田为对象，研究秸秆还田下不同施肥处理对稻田N2O和CH4排放的影响，并结合水稻产量计算不同处理综合温室效应（GWPs）和温室气体强度（GHGI）。【方法】试验采用裂区设计，主处理2个水平，为秸秆还田（S）和秸秆移除（NS），副处理4个水平，分别为不施氮肥（CK）、传统施肥（T0）、生物炭与尿素配施（T1）和单施硫酸铵（T2），共计8个处理，采用静态暗箱GC气相色谱法检测不同处理稻田N2O和CH4排放通量，测定土壤温度、湿度和无机氮含量，统计水稻产量，计算综合温室效应和温室气体强度。【结果】无论是秸秆还田还是移除条件下，除CK外，其他施肥处理的 N2O和CH4排放通量都会在基肥和追肥施用后出现峰值。无论秸秆还田与否，与传统施肥处理相比，生物炭与尿素配施和单施硫酸铵处理均能显著降低N2O和CH4累积排放通量。在秸秆还田和移除条件下，与传统施肥处理相比，生物炭与尿素配施处理均会导致水稻产量显著降低，但会提高土壤NO-3含量，增加对周围水体污染的风险。在秸秆移除和还田条件下，与传统施肥处理相比，单施硫酸铵均能显著增加水稻产量，增幅分别为12.27%和7.78%。与秸秆移除相比，秸秆还田条件下单施硫酸铵会显著促进N2O排放，但显著降低CH4的排放以及综合温室效应和温室气体强度。【结论】在目前秸秆还田造成CH4排放增加的背景下，用硫酸铵替代尿素能显著降低CH4排放，并提高水稻产量，降低综合温室效应，施用效果最佳。     

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。     

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。     

施用生物质炭后稻田土壤性质、水稻产量和 痕量温室气体排放的变化

【目的】研究生物质炭对连续两年稻田土壤性质、水稻产量和痕量温室气体排放的影响,为合理施用生物质炭而促进水稻生产可持续的低碳发展提供科学依据。【方法】选择成都平原稻田,2010年布设了施氮与否（0与240 kg N•hm-2）下生物质炭土壤施用（0、20、40 t•hm-2）试验,连续两年观测土壤性质、水稻产量、土壤CH4和N2O排放的变化。【结果】施氮肥条件下,生物质炭连续两年对主要土壤肥力性质表现出改善效应,提高了土壤有机碳、全氮含量和pH,同时降低土壤容重,但对水稻产量影响不显著。生物质炭对CH4排放的影响依氮肥施用而异。不施氮肥下,施用生物质炭提高当季土壤CH4排放（20 t•hm-2用量时）,但次年无影响。施用氮肥下,不同用量生物质炭对土壤CH4排放无显著影响,仅40 t•hm-2用量时次年CH4排放有所增加;生物质炭对不施氮肥土壤当季N2O排放无显著影响,并降低次年的排放。然而,施氮肥下,生物质炭连续两年显著降低了土壤N2O的排放,其降幅高达66%。施氮肥条件下,连续两年生物质炭处理降低稻田痕量温室气体的综合温室效应及其水稻生产的碳强度,特别是40 t•hm-2的高用量下。【结论】在连续两年内,稻田采用生物质炭配施氮肥的管理措施对改善土壤性质和稳定水稻产量具有持续效应,高用量生物质炭(40 t•hm-2)显著降低稻田CH4和N2O痕量温室气体排放的综合温室效应和水稻生产的碳强度,且在连续两年内具有稳定的持续性。因此,在当前稻田管理措施下,生物质炭施用量为40 t•hm-2可实现稻田稳产和固碳减排的目标。     

生物炭及与秸秆联用对我国热带地区稻田土壤CH4和N2O的影响

为了研究添加生物炭、秸秆、生物炭与秸秆联用对热带地区稻田温室气体排放的影响,通过盆栽培养试验,设常规施肥（CK）、常规施肥配施 40 t·hm?2 椰糠生物炭（B）、常规施肥配施3 t·hm?2水稻秸秆（C）、常规施肥配施 40 t·hm?2 椰糠生物炭加3 t·hm?2水稻秸秆（B+C）4个处理,采用静态箱-气相色谱法监测整个水稻种植季CH₄和N₂O排放,估算全球增温潜势（GWP）并测定收获后作物产量。结果表明,相比CK处理, B、C和B+C处理的N₂O累计排放量分别降低21.43%、21.89%和14.77%;B处理的CH₄累计排放量降低38.21%,而C和B+C处理的CH₄累计排放量分别增加14.63%和19.85%;C和B+C处理显著增加GWP,而B处理显著降低GWP;单独添加生物炭减排效果最佳。与CK相比,B、C处理的单株水稻产量分别增加5.22%、8.76%,而B+C处理的单株水稻产量降低18.39% (P<0.05)。因此,在我国热带地区稻田,单独施用40 t·hm?2生物炭,可以实现温室气体减排和增产,值得在田间推广应用。     

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。     

生物基包膜抑制型尿素对土壤温室气体排放及小青菜产量的影响

为研究生物基包膜氮肥对土壤温室气体排放及小青菜(Brassica chinensis)产量的影响,采用密闭式静态箱-气相色谱法测定盆栽试验条件下施用不同类型包膜尿素对土壤温室气体的排放特征,探究不同类型包膜尿素对土壤温室气体排放综合增温潜势(GWP)、排放强度(GHGI)及小青菜产量的影响。结果表明:抑制型尿素(I)、生物基包膜尿素(CRU)、生物基包膜抑制型尿素(CIRU)能够显著降低N_2O、CO_2、CH_4 3种温室气体的累积排放量。与普通尿素(U)相比,处理I、CRU和CIRU的N2O累积排放量显著降低了20.79%～79.52%,CO_2的累积排放量显著降低了46.53%～62.24%,CH4的累积排放量显著降低了25.38%～30.11%。与处理U相比,处理I、CRU和CIRU的GWP分别显著降低了40.44%、60.66%和65.02%;温室气体GHGI与GWP呈现出同样的趋势,处理I、CRU和CIRU分别显著降低了26.32%、70.53%和78.95%。与其他处理相比,处理CIRU具有最优的温室气体减排效果。处理CIRU的小青菜产量最高,为1 960.00 kg·hm~(-2),较处理U显著增产68.00%。研究表明,生物基包膜抑制型尿素在提高小青菜产量的同时还可以减少菜地温室气体排放及氮素气态损失。