麦秆还田方式对旱地土壤综合温室效应的影响

采用静态箱–气相色谱法,研究了秸秆还田方式对华北平原旱地玉米生长季土壤温室气体(CO2、CH4和N2O)排放的影响。结果表明:小麦秸秆不同还田方式下,土壤CO2、CH4和N2O的排放动态无显著差异,但排放量因温室气体种类而异。秸秆直接还田处理的CO2、N2O排放量分别显著高于无秸秆还田、秸秆原位焚烧、生物质炭还田处理的29.7%、17.5%、31.7%和78.1%、76.3%、114.0%;而CH4排放量在各试验处理间无显著差异。从各处理的综合温室效应(GWP)来看,生物质炭还田处理的GWP比秸秆直接还田处理显著降低28.7%,而与无秸秆还田和秸秆原位焚烧处理无显著差异。考虑到作物产量变化,进一步分析表明,生物质炭还田处理温室气体强度(GHGI)比无秸秆还田和秸秆原位焚烧处理分别降低4.9%和14.9%,差异不显著,比秸秆直接还田处理显著降低36.0%。因此,在华北平原秸秆炭化生物质炭还田具有显著的综合减排作用,是一种土壤农田低碳生产的秸秆利用途径。     

生物质炭和秸秆长期还田对红壤团聚体和有机碳的影响

生物质炭和秸秆还田是提高土壤有机碳含量和改良土壤团聚体结构的有效方法,但在长期尺度上生物质炭与秸秆还田改良土壤的效率仍不清楚。本研究针对中亚热带第四纪红黏土发育的红壤,基于等碳量不同碳源投入的5 a田间定位试验,包括对照、单施化肥、秸秆还田、秸秆–猪粪配施和生物质炭还田5个处理,采用干筛和湿筛法分析了不同施肥处理对土壤团聚体组成、稳定性和有机碳分布的影响。研究表明:施用等碳量的不同有机碳源5 a后显著增加了土壤有机碳含量,其增幅顺序为:生物质炭还田秸秆–猪粪配施秸秆还田。干筛法分析结果表明:与单施化肥处理相比,秸秆–猪粪配施和生物质炭还田处理显著增加0.25 mm机械稳定性团聚体含量(R0.25)和平均重量直径(mean weight diameter,MWD);秸秆还田和生物质炭还田处理显著增加了0.25~2 mm团聚体对土壤有机碳的贡献率。湿筛法分析结果表明:与单施化肥处理相比,秸秆还田和秸秆–猪粪配施处理显著增加R_(0.25)和MWD,但生物质炭还田处理和单施化肥处理相比差异不显著;秸秆还田和秸秆–猪粪配施处理显著降低团聚体破坏率(PAD),生物质炭还田处理显著增加了PAD;秸秆配施猪粪处理和秸秆还田处理显著增加了2 mm团聚体对土壤有机碳的贡献率。总体上,秸秆配施猪粪协同提高团聚体有机碳含量和团聚体稳定性的作用比秸秆还田和生物质炭还田要强。     

油菜秸秆生物质炭对紫色土有机碳矿化和累积效应的影响

采用室内模拟培养试验,以油菜秸秆为对比,分析油菜秸秆生物质炭的施用对紫色土有机碳矿化的影响。在培养试验中,设置0.25%,0.5%和1%3个不同秸秆/土壤质量比的油菜秸秆还田培养处理,依次标记为J_1,J_2和J_3;同时,设置3个不同油菜秸秆生物质炭添加量的培养处理,其生物质炭添加量分别为J_1,J_2和J_3处理中添加的等量油菜秸秆在600℃下制成的生物质炭量,依次标记为S_1,S_2和S_3,所有处理置于25℃下避光培养56d。在培养期内,各处理中土壤有机碳(SOC)矿化速率随时间的变化符合乘幂函数。添加生物质炭处理的SOC累积矿化量、矿化强度和易分解有机碳占总有机碳含量的比例(Ca/CSOC)显著低于与其对应的油菜秸秆处理(P0.05),表明油菜秸秆经过热解制成生物质炭后可显著提高其在土壤中的稳定性。各添加生物质炭处理的SOC累积矿化量、矿化强度、Ca/CSOC和难分解有机碳占总有机碳含量的比例(Cs/CSOC)与对照(无外源碳添加)之间无显著性差异,添加生物质炭几乎不影响紫色土有机碳的分解。另外,S_1处理中外源碳的表观残留率显著高于其它培养处理,而S_2和S_3处理中外源碳的表观残留率则显著低于与其对应的油菜秸秆处理(J_2和J_3)(P0.05)。这表明在低量油菜秸秆还田时,将其制成生物质炭还田比直接还田更利于紫色土有机碳的积累。     

旱地土壤施用生物质炭的后效应——水分条件对土壤有机碳矿化的影响

农田施用生物质炭作为农田土壤固碳减排技术的重要措施已受到广泛关注。本研究选择一次性大量施入生物质炭3年后且长期种植玉米的旱地土壤为研究对象,通过室内培养试验,研究了不同水分条件下的有机碳稳定性的变化,结果表明:一级动力学方程较好地描述了土壤有机碳的矿化动态,总体看来旱地土壤有机碳的矿化强度随土壤含水量的增加而增大,在25%WHC(持水量,water holding capacity)、50%WHC和75%WHC水分条件下,与C0(无生物质炭)相比,C20(生物质炭20 t/hm2)、C40(生物质炭40 t/hm2)处理下,有机碳的矿化强度分别降低了28.57%~42.86%(25%WHC)、22.22%~33.33%(50%WHC)、15.00%~30.00%(75%WHC),不同处理下土壤的微生物商和微生物代谢熵对水分的响应存在明显差异,与对照相比,生物质炭施用下微生物量相对稳定,且稳定程度与生物质炭用量有关。因此,旱地土壤施用生物质炭具有保持微生物量稳定且降低土壤有机碳矿化与CO2释放的作用,这对于农田土壤有机碳的固持增汇具有重要意义。     

生物质炭和秸秆长期还田对红壤团聚体和有机碳的影响

要 ：秸秆还田和施用生物炭是提高土壤有机碳含量和改良土壤团聚体结构的有效方法,但长期施用生物炭与秸秆还田改良土壤的效率研究仍然缺乏比较。本研究针对中亚热带典型的旱地红壤,基于等碳量不同碳源投入的5年野外定位试验,研究秸秆还田、秸秆-猪粪配施和生物炭还田对红壤团聚体组成、稳定性和有机碳分布的影响,为建立红壤地力快速提升的有机培肥措施提供科学依据。本试验共设置对照、单施化肥、秸秆还田、秸秆-猪粪配施和生物炭还田五个处理,采用干筛和湿筛法分析了连续施用不同碳源5年后对土壤团聚体组成、稳定性和有机碳分布的影响。研究表明,施用等碳量的不同有机碳源5年后显著增加了土壤有机碳含量,其增幅顺序为：生物炭还田>秸秆-猪粪配施>秸秆还田。干筛法分析结果表明：与单施化肥处理相比,秸秆-猪粪配施和生物炭还田处理显著增加>0.25 mm机械稳定性团聚体含量(R_0.25)、平均重量直径(mean weight diameter, MWD)和几何平均直径(geometric mean diameter, GMD);秸秆还田和生物炭还田处理显著增加了0.25-2 mm团聚体对土壤有机碳的贡献率。湿筛法分析结果表明：与单施化肥处理相比,秸秆还田和秸秆-猪粪配施处理显著增加R_0.25、MWD和GMD,但生物炭还田处理和单施化肥处理相比差异不显著;秸秆还田和秸秆-猪粪配施处理显著降低团聚体破坏率(PAD),生物炭还田处理显著增加了PAD;秸秆配施猪粪处理和秸秆还田处理显著增加了>2mm团聚体对土壤有机碳的贡献率。总体上,秸秆配施猪粪协同提高团聚体有机质含量和团聚体稳定性的作用比秸秆还田和生物炭还田要强。     

秸秆及其生物炭对土壤碳库管理指数及有机碳矿化的影响

以河南省粮食主产区壤质潮土和砂土为研究对象,通过盆栽试验和室内恒温培养试验,研究了生物炭与不同腐殖化程度的传统有机物料(秸秆和腐熟鸡粪)单施及配施对壤质潮土和砂土有机碳储量、活性及碳库管理指数的影响,并进一步比较了小麦秸秆直接还田和制炭还田对土壤有机碳矿化的影响,以及生物炭对土壤原有有机碳矿化的调控作用。结果表明:相同添加量下,生物炭对土壤有机碳含量的提升效果优于秸秆和腐熟鸡粪,在壤质潮土和砂土上分别较对照提升了63.15%和115.62%。另外,生物炭显著增加了土壤稳态碳含量和土壤碳库指数(CPI),但降低了土壤碳素有效率(SC)和碳库活度指数(AI),对土壤易氧化有机碳(POXC)和碳库管理指数(CMPI)无显著影响,添加秸秆显著增加了2种土壤POXC含量、基础呼吸和CPMI。进一步通过室内恒温培养试验发现,秸秆可在培养前期(0～37天)大幅度提升2种类型土壤有机碳矿化速率和累积矿化量,秸秆制炭还田对土壤有机碳矿化无显著影响。此外生物炭对土壤原有有机碳矿化的调控作用受其施用量、外源活性有机碳输入和土壤类型的影响,高量生物炭(2%)对非秸秆还田土壤有机碳矿化表现出较强的负激发效应,而低量生物炭(0.55%)对秸秆还田土壤有机碳矿化表现出较明显的负激发效应。因此,从"固碳减排"角度考虑,秸秆制炭还田是更合理的利用方式,且应根据土壤施肥管理措施和土壤类型考虑生物炭的施用量,添加质量比为2%的生物炭可显著抑制土壤原有有机碳矿化,降低CO_2排放,但应避开秸秆快速腐解期施用。     

持续棉杆还田对新疆棉田土壤可矿化碳库的影响

依据新疆绿洲棉花长期连作的微区定位试验,研究了在秸秆还田和不还田处理下,棉田土壤有机碳矿化特征,以及土壤有机碳释放随棉花秸秆还田年限的变化规律.结果表明:秸秆还田与不还田处理相比增加了0~60 cm土层土壤的总有机碳(TOC)、可矿化碳(MC)的含量和矿化速率(MR),并且随着秸秆还田年限的加长呈上升趋势,但随土层的加深而下降.持续秸秆还田后棉田随着秸秆还田时间增加土壤有机碳矿化速率、累积矿化排放量(CO2-C排放量)增加,但矿化强度呈降低趋势,而棉花连作但秸秆不还田的棉田变化趋势与之相反.说明棉花秸秆还田措施增加了新疆绿洲棉田土壤有机碳含量,土壤中有机碳虽然不断得到补充,但尚未达到饱和状态,随着秸秆还田时间延长棉田固碳能力下降.     

持续棉秆还田对新疆棉田土壤可矿化碳库的影响

依据新疆绿洲棉花长期连作的微区定位试验,研究了在秸秆还田和不还田处理下,棉田土壤有机碳矿化特征,以及土壤有机碳释放随棉花秸秆还田年限的变化规律。结果表明:秸秆还田与不还田处理相比增加了0~60 cm土层土壤的总有机碳(TOC)、可矿化碳(MC)的含量和矿化速率(MR),并且随着秸秆还田年限的加长呈上升趋势,但随土层的加深而下降。持续秸秆还田后棉田随着秸秆还田时间增加土壤有机碳矿化速率、累积矿化排放量(CO_2-C排放量)增加,但矿化强度呈降低趋势,而棉花连作但秸秆不还田的棉田变化趋势与之相反。说明棉花秸秆还田措施增加了新疆绿洲棉田土壤有机碳含量,土壤中有机碳虽然不断得到补充,但尚未达到饱和状态,随着秸秆还田时间延长棉田固碳能力下降。     

施用生物质炭对旱地红壤有机碳矿化及碳库的影响

为探究生物质炭施入旱地红壤后对该地区土壤有机碳矿化以及有机碳库的影响,采用田间定位试验,设置7种生物质炭施用量处理,分别为0(C0),2.5(C1),5(C2),10(C3),20(C4),30(C5),40t/hm2(C6),以三库一级动力学理论为基础,对这7种处理的土样进行了室内呼吸培养试验。结果表明:(1)与C0相比,C4、C5和C6处理的土壤有机碳含量呈上升趋势,C5处理土壤有机碳含量上升幅度最大为14.66%;C2、C3、C4、C5和C6处理土壤活性碳均显著增加,C6处理增幅最大为25.00%;土壤惰性碳在C3、C4、C5和C6处理中显著增加,增幅分别为18.92%,40.09%,53.60%和49.55%;除C5处理外,其他生物质炭施用量下土壤缓性碳相对于C0处理,分别降低了1.96%,6.54%,8.82%,9.31%和12.91%。(2)与C0处理相比,施加生物质炭后土壤有机碳累积矿化量均显著降低,C6处理降低幅度达25.93%。随着生物质炭施用量的增加,土壤有机碳累积矿化量逐渐降低。(3)土壤有机碳、活性碳和惰性碳与生物质炭施用量存在极显著(p0.01)的正相关,土壤缓性碳与其存在显著(p0.05)的负相关。研究结果可为提升典型旱地红壤肥力,减缓温室气体排放提供科学依据。     

稻草还田条件下水田和旱地土壤有机碳矿化特征与差异

采用14C示踪技术,通过100 d的原状土柱室内模拟试验,得出以下研究结果:培养100 d后,有34.74%(水田覆盖)、17.85%(水田翻埋)、35.68%(旱地覆盖)和36.06%(旱地翻埋)的稻草碳被矿化,水田和旱地土壤分别有0.99%～1.17%和2.25%～2.53%的原有有机碳被矿化。土地利用和稻草还田方式及两因素的交互作用,对添加稻草碳的矿化速率和累积矿化率均有显著影响(p<0.01),但对于土壤原有有机碳的矿化速率和累积矿化量,只有土地利用方式对其有显著影响(p<0.01);添加稻草后,土壤总累积矿化量没有发生显著变化(旱地翻埋除外),因为稻草还田抑制了土壤原有有机碳的降解,使100 d的累积矿化量相对于各自对照减少了13.95%(水田覆盖)、15.68%(水田翻埋)、11.04%(旱地覆盖)和3.34%(旱地翻埋)。水田翻埋和旱地覆盖是稻草资源合理利用的较好方式,更有利于土壤有机碳的积累;添加的稻草碳和土壤原有有机碳在水田的矿化速率均显著低于旱地,是水田有机碳含量通常高于同一景观单元旱地的主要原因之一。