秸秆还田的小麦–玉米农田 N2O 周年排放的量化分析

【目的】N₂O 是重要的温室气体之一,主要来源于农田土壤。华北平原是我国的粮食主产区,秸秆还田是该地区主要的农田管理措施,明确不同秸秆还田量对小麦玉米农田周年土壤温度和含水量的影响以及与 N₂O 排放之间的量化关系,对发挥秸秆还田的生态效应,明确硝化和反硝化作用机制具有重要意义。【方法】以冬小麦、夏玉米为研究对象,设置 5 种不同秸秆还田量处理:小麦、玉米秸秆均不还田 (T0);小麦秸秆 1875 kg/hm2 + 玉米秸秆 2000 kg/hm2 还田 (T1);小麦秸秆 3750 kg/hm2 + 玉米秸秆 4000 kg/hm2 还田 (T2);小麦秸秆 5625 kg/hm2 + 玉米秸秆 6000 kg/hm2 还田 (T3);小麦秸秆 7500 kg/hm2 + 玉米秸秆 8000 kg/hm2 还田 (T4)。于 2014 年 10 月～2015 年 10 月,采用静态箱–气相色谱法对农田 N₂O 排放进行测定,探究不同秸秆还田量下小麦玉米农田 N₂O 排放的周年变化,并量化分析土壤温度、含水量与 N₂O 排放的关系。【结果】秸秆还田量显著影响 N₂O 的排放,随着秸秆还田量的增加,周年内 N₂O 排放总量呈增加的趋势,增加量为 1.33～3.50 kg/hm2,增加率为 32.3%～85.0%;通量增加量为 15.52～40.87 μg/(m2·h),增加率为 32.3%～85.1%。玉米季 N₂O 排放通量和总量分别是小麦季的 2.42～2.62 和 1.05～1.14 倍。秸秆还田可提高 0—10 cm 土壤温度和 0—20 cm 土壤含水量,增加范围分别为 0.63～2.14℃ 和 0.6%～1.8%。相关性分析表明,各处理土壤温度和 N₂O 排放通量无相关关系(P > 0.05)。T0、T1、T2 处理土壤含水量与 N₂O 排放通量呈显著正相关(P < 0.05),而 T3、T4 处理与 N₂O 排放通量之间不相关(P > 0.05)。【结论】随着秸秆还田量的增加,N₂O 排放通量和总量均呈现增加趋势,且玉米季高于小麦季。秸秆还田显著促进 N₂O 排放并可提高 0—20 cm 土壤含水量和 0—10 cm 土壤温度,周年秸秆还田量在 7750 kg/hm2 及以下时,N₂O 排放通量与土壤含水量之间呈显著正相关,而与土壤温度之间不相关。     

麦秸与毛叶苕子共同调控青海高原土壤温室气体排放的作用机制

  【目的】  研究青海高原麦秸和豆科绿肥混合添加下土壤温室气体排放规律及其碳氮转化机制,为该地区农田系统秸秆和绿肥科学利用提供依据。  【方法】  采用室内模拟试验,设无添加对照(CK)、单独添加毛叶苕子(VS)、单独添加麦秸(WS)、麦秸与毛叶苕子混合添加(VWS),共4个处理。测定了温室气体排放速率、土壤活性碳氮组分、土壤酶活性、细菌、古菌、真菌、amoA、nirK和narG基因丰度。  【结果】  VWS处理与VS处理相比,CO₂和N₂O的累积排放量分别减少24.8%和74.6%,CH₄累积吸收量增加9.1%,综合增温潜势(global warming potential, GWP)显著降低76.1% (P<0.05);与WS处理相比,CO₂累积排放量增加33.7%,CH₄累积吸收量与N₂O累积排放量分别降低12.0%和43.1%,GWP降低49.4%。有机物料添加可调节土壤pH,增加土壤碳氮含量。VWS处理的土壤pH显著高于CK和VS处理;土壤水溶性有机碳(DOC)和微生物量碳(SMBC)含量较VS处理分别增加了21.6%和4.9%,无机氮(Nmin)、土壤水溶性有机氮(DON)和微生物量氮(SMBN)含量分别降低了77.3%、59.5%和6.3%;土壤Nmin、DOC、DON、SMBC和SMBN含量较WS处理分别增加64.0%、22.5%、56.5%、23.2%和27.8%。VWS处理较其他处理,α-葡萄糖苷酶(AG)和β-葡萄糖苷酶(BG)活性显著提高,亚硝酸还原酶(NIR)活性显著降低。VWS处理的真菌和古菌群落丰度较WS处理分别提高83.8%和69.8%,较VS处理分别降低62.6%和20.3%;VWS处理细菌群落丰度较VS处理降低33.4%。VWS处理下,AOB amoA、nirK和narG基因丰度较VS处理分别降低56.6%、41.4%和16.3%,较WS处理分别降低30.3%、25.9%和12.0%。相关分析结果表明,CO₂和CH₄排放与土壤有机碳、全氮、DOC、SMBC和SMBN含量,AG、NAG和NR活性,真菌、细菌、nirK和narG基因丰度呈显著正相关;N₂O排放与土壤全氮、DON、SMBC和SMBN含量、真菌、AOB amoA和nirK基因丰度呈显著正相关,与土壤pH和BG活性呈显著负相关。偏最小二乘路径模型分析(PLS-PM)表明,AOB amoA是调控土壤N₂O排放的主要功能菌群。  【结论】  麦秸、毛叶苕子单独添加以及二者混合添加均可促进土壤CO₂排放,减少CH₄吸收。相较于二者单独添加,混合添加可通过降低土壤AOB群落丰度等途径,实现N₂O减排和综合增温潜势下降,可作为青海高原旱地土壤温室气体减排的一项有效措施。     

玛纳斯河流域不同灌区棉田土壤CO2和N2O排放通量

为探究石河子灌区、新湖总场灌区、莫索湾灌区之间土壤温室气体排放的差异性,通过长期的野外观测及样品采集,采用静态箱—气相色谱法,于2019年棉花出苗期、花铃期、吐絮期对玛纳斯河流域石河子灌区、新湖总场灌区、莫索湾灌区棉田土壤温室气体进行日观测,应用统计学方法,并结合土壤温度、含水量、pH、有机碳、铵态氮、硝态氮等因素分析。结果表明：(1)土壤CO₂和N₂O具有明显的季节变化和日变化,土壤CO₂和N₂O排放通量的峰值出现在花铃期,分别为527.160,1.713 mg/(m²·h)。同时,CO₂排放通量日变化峰值出现在13:00,N₂O排放通量日变化峰值出现在17:00,表现为单峰曲线。2种土壤温室气体在生育期内的排放通量在不同灌区之间有所差异,呈现出新湖总场灌区>莫索湾灌区>石河子灌区。(2)土壤CO₂和N₂O排放通量受温度影响更为显著,土壤CO₂和N     

2050年农田土壤温室气体排放及碳氮储量变化SPACSYS模型预测

【目的】 优化华北平原农田土壤的施肥措施,实现维持农田作物产量、提升土壤肥力的同时减少温室气体排放。 【方法】 基于长期定位试验观测数据,选取氮磷钾化肥 (NPK)、有机肥配施化肥 (NPKM) 和单施有机肥 (OM) 三个试验处理来评价和验证过程模型 (SPACSYS) 对不同施肥措施下的作物产量、土壤有机碳 (SOC) 和土壤全氮 (TN) 储量及土壤CO₂和N₂O排放动态变化的模拟效果,并预测至2050年不同施肥情景和肥料配施情景下作物产量、SOC、TN储量及土壤CO₂和N₂O排放量。 【结果】 统计分析结果表明,SPACSYS模型的小麦和玉米产量模拟值与实测值的相关系数R2为0.63～0.78,RMSE为3.78%～4.86%,EF为0.59～0.73;土壤有机碳和全氮储量模拟值与实测值的R2为0.73～0.89,RMSE为2.69%～3.79%,EF为0.67～0.82;土壤CO₂和N₂O排放量模拟值与实测值的R2为0.16～0.80,RMSE为4.03%～9.99%,EF为0.24～0.78,相关性均达到显著水平,表明SPACSYS模型模拟值的可靠性和准确性较高。利用该模型进行预测,结果显示到2050年,在当前施氮水平下,减氮50%会显著降低玉米产量约9%;减氮25%,与单施化肥处理相比,有机肥配施化肥处理和单施有机肥处理分别显著提高SOC年均储量约31%和62%,提高TN年均储量约18%和6%,而CO₂和N₂O年均排放量均没有显著增加。 【结论】 SPACSYS模型可以模拟中国华北平原典型农田冬小麦?夏玉米轮作体系的农作物产量、SOC和TN储量以及土壤CO₂和N₂O的排放情况。但是模型低估了OM处理的全氮储量,下一步研究需对模型做相应改进。至2050年,施用化肥和有机肥均可不同程度地提高有机碳和全氮储量,且该地区可适当降低氮肥施用量 (减氮25%),并采用有机肥配施化肥或单施有机肥的方式来维持作物产量、提升土壤肥力,同时降低温室气体排放。      

硝化抑制剂与尿素配施对旱地土壤温室气体排放及硝化微生物的影响

为明确施肥措施对旱地土壤温室气体排放的综合效应及微生物机理,采集典型麦田土壤进行室内微宇宙培养,研究了双氰胺(DCD)和烯丙基硫脲(ATU)分别与尿素配施对旱地土壤氮素转化及N₂O、CO₂和CH₄排放的影响,同时监测了不同类型微生物群落的动态变化。结果表明氨氧化细菌(AOB)主导了施氮麦田土壤硝化过程及N₂O排放。单施尿素促进AOB迅速繁殖,使N₂O排放总量提高235%,同时促进了细菌生长,CO₂排放量增加18.5%。DCD与尿素配施极大程度抑制了AOB的生长,显著降低了N₂O排放(59.4%),但促进了细菌的生长并提高了CO₂的排放总量(50.6%)。而ATU与尿素配施同时抑制了真菌、细菌和AOB的生长,对反硝化细菌的影响则相反,使CO₂和N2O排放分别下降28.4%和35.2%。与不施肥相比,氮肥及与两种硝化抑制剂配施均显著降低了CH4的排放量。3种温室气体的综合温室效应在处理间差异显著...     

长期施肥下红壤玉米关键生育期氧化亚氮排放差异及其影响因素

【目的】探究红壤区玉米关键生育期氧化亚氮(N₂O)的排放量及影响因素，为红壤区玉米季温室气体减排提供理论支撑。【方法】典型红壤长期施肥定位试验始于1990年，选取不施肥(CK)、氮钾化肥配施(NK)、氮磷钾化肥配施(NPK) 3个处理，监测玉米苗期、喇叭口期、灌浆期和成熟期N₂O排放、温度和降雨量，测定了表层土壤理化性状和硝酸还原相关酶的活性。【结果】与CK相比，NK和NPK处理均显著提高了N₂O累积排放量，NPK处理显著增加苗期N₂O累积排放量，而NK处理显著提高了喇叭口期和灌浆期N₂O累积排放量，但两个处理的玉米生育期N₂O累积排放总量没有显著差异。从玉米苗期到成熟期，NK处理土壤pH整体呈下降趋势，降低了17.8%，而CK和NPK处理无显著变化；CK、NK和NPK处理土壤有机碳(SOC)整体呈上升趋势，分别较灌浆期升高了15.2%、16.4%和16.2%,NH₄⁺-N含量呈逐渐降低趋势，而NO_3<...     

控释氮肥与水溶肥配施减少设施土壤N2O排放的机理

【目的】控制N₂O排放是提高氮肥利用和环境效益的一个重要任务。在滴灌条件下,研究以控释氮肥替代尿素基施减少设施土壤N₂O排放的机制,并探讨减少氮肥投入的可能性。【方法】在大棚内布设小区试验,供试番茄品种为‘盛世辉煌’,氮肥40%基施,60%分3次随水滴灌追施。试验以不施氮肥为对照 (CK),设:常规化肥用量 (基施尿素,总N量440 kg/hm2,U);常规化肥用量减氮20% (基施尿素,总N量376 kg/hm2,–20%U);控释氮肥常规用量 (基施控释氮肥,总N量440 kg/hm2,CRU);控释氮肥常规用量减氮20% (基施控释氮肥,总N量376 kg/hm2,–20%CRU) 4个处理。施底肥后15天内每天取气体样1次;追肥后每2天取气体样1次,连续取样3次;其余时间间隔5～7天取气体样1次。静态箱–色谱法测定土壤N₂O排放通量;在定植后40、80和120天取土样测定土壤理化性质;用实时荧光定量PCR检测相关功能基因数量变化;收获后测产。【结果】控释氮肥与水溶肥配施导致基肥N₂O排放峰值出现时间从第8～13天延迟到第28～32天,并且显著降低了其N₂O排放峰值,所有处理追水溶肥后均在3～5天出现N₂O排放峰值,而控释氮肥与水溶肥配施降低了此阶段N₂O排放峰值。相同氮肥施用量条件下,控释氮肥与水溶肥配施显著降低了基肥期土壤N₂O排放通量和累积排放量,降低了追肥期土壤N₂O排放通量和累积排放量,显著降低了番茄生长季土壤NH₄+-N和NO₃?-N含量与微生物功能基因AOA amoA、AOB amoA和nirK数量,降低了nirS数量。与U处理相比,CRU处理增加番茄产量和经济效益,生长季土壤N₂O累积排放量减少了24.8%,差异显著,同时显著降低了N₂O排放强度;与–20%U处理相比,–20%CRU处理增加番茄产量和经济效益,N₂O累积排放量减少了22.1%,亦显著降低了N₂O排放强度 (P < 0.05)。【结论】在常规用氮量和减氮20%用量下,以缓释氮肥代替尿素基施,不仅可显著增加番茄的产量和效益,还显著推迟了番茄生长初期N₂O释放高峰的出现,减少了整个生育期N₂O的排放强度和累积排放量。其主要原因在于缓释氮肥有效控制了土壤中NH₄+-N和NO₃?-N含量的变化,进而减少了与硝化和反硝化相关的微生物数量。在使用缓释肥做基肥时,适当减少氮肥投入不会降低番茄的产量。     

碳氮添加对淹水农田黑土温室气体排放的影响

为探究外源碳氮添加对农田土壤温室气体排放的影响，以农田黑土为对象，在25℃和淹水条件下开展室内培养试验，研究外源碳(葡萄糖和乙酸)和氮(硫酸铵)添加对温室气体排放的影响。结果表明，淹水条件碳氮配施显著降低了土壤硝态氮含量，以氮肥配施葡萄糖处理效果更明显。与不施肥的对照处理相比，单施氮肥处理对CO₂排放速率无显著影响；与单施氮肥处理相比，碳氮配施显著提高了CO₂的排放速率，氮肥配施葡萄糖处理和氮肥配施乙酸处理的CO₂累积排放量分别为单施氮肥处理的3.93和2.44倍。与不施肥的对照处理相比，单施氮肥显著增加了N₂O排放速率，其累积排放量是对照处理的3.60倍；与单施氮肥处理相比，氮肥配施葡萄糖处理仅在第1天对N₂O排放速率有显著促进效果，培养期间N₂O累积排放量与单施氮肥处理无显著差异；氮肥配施乙酸处理对N₂O排放速率的促进效果持续了5 d，其N₂O累积排放量是单施氮肥处理的3.58倍。与不施肥的对照处理相比，单施...     

全球环境变化对土壤N2O排放影响的研究进展

全球环境变化一直是人们广泛关注的热点问题,由人类活动和化石燃料燃烧引起的温度持续升高、温室气体排放增加、极端天气频繁发生等现象对土壤理化性质及微生物活动产生深刻影响。N₂O作为一种具有强增温潜势的温室气体,对生态环境造成极大威胁。因此,全面深入地探究全球变化下不同环境因子对土壤N₂O排放的影响有重要意义。论文综述了模拟全球变暖、CO₂浓度倍增、降水格局改变以及氮沉降对土壤N₂O排放的影响及微生物作用机制,阐述不同变化因子对N₂O排放的交互效应。温度升高、CO₂浓度增加和氮沉降均能促进N₂O排放,但不同变化因子交互作用对N₂O排放的影响存在差异。未来应加强对多个变化因子交互作用的研究,不仅有助于进一步了解N₂O产生的影响因素,而且能为将来土壤生态系统对全球环境变化的响应研究和预测模型的建立提供理论基础。     

施氮量对海南燥红壤和砖红壤N2O/CO2排放的影响

利用室内培养实验,分析燥红壤和砖红壤中分别施加N0（不添加氮素）、N1（氮添加量为100mg·kg⁻¹）、N2（氮添加量为200mg·kg⁻¹）和N3（氮添加量为300mg.kg⁻¹）4个水平氮后对土壤性质及N₂O、CO₂排放的影响。结果表明：氮肥添加显著降低了土壤pH和有机碳含量。相较于N0,燥红壤N1、N2和N3处理pH和有机碳降幅分别为8%～18%和4%～12%,砖红壤降幅分别为5%～23%和3%～15%;添加氮肥后各处理土壤全氮含量显著增加,燥红壤和砖红壤分别增加15%～54%和13%～52%。氮施入增加了土壤NH₄⁺−N和NO₃⁻−N含量,各处理土壤铵态氮和硝态氮含量均表现为N3>N2>N1>N0。氮添加促进土壤N₂O和CO₂排放,相较于N0,燥红壤N₂O和CO₂累积排放量分别增加1176%～2425%和124%～281%,砖红壤分别增加1054%～1887%和138%～256%。施氮量和土壤类型是影响农田土壤N₂O和CO₂排放的重要因素。土壤N₂O和CO₂排放与施氮量呈线性显著相关,减少施肥是降低土壤N₂O排放最直接和最有效的措施。与砖红壤相比,燥红壤N₂O和CO₂排放对氮素添加的响应更敏感。     

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。     

施氮方式与添加脲酶/硝化抑制剂对稻季NH3挥发和N2O排放的影响

【目的】分析施肥方式及添加脲酶/硝化抑制剂对稻田NH₃挥发和N₂O排放的影响,基于稻田NH₃和N₂O减排的效果评价优化施肥措施的可行性。【方法】在太湖地区开展为期两年的稻季田间小区试验,供试脲酶抑制剂为N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT),硝化抑制剂为对羟基苯丙酸甲酯(MHPP),用量为施氮量的1%。设置6个处理：1)不施氮肥对照(CK);2)表施尿素N 300 kg/hm² (当地常规施肥,CN);3)表施尿素N 225 kg/hm²(RNB);4)尿素N 225 kg/hm²,50%表施,50%深施(RND);5)表施尿素N 225 kg/hm²+NBPT+MHPP(RNB+DI);6)尿素N 225 kg/hm²+NBPT+MHPP,50%表施,50%深施(RND+DI)。每次施肥后两周内,用密闭式抽气法监测稻田NH₃挥发,在水稻生育期内用静态箱—气相色谱法监测稻田N...     

Effects of disturbance and glucose addition on nitrous oxide and carbon dioxide emissions from a paddy soil

The effects of disturbance and glucose addition on N₂O and CO₂ emissions from a paddy soil at 45% WFPS (water-filled pore space) and at 25 °C were determined. During a 45-day incubation, disturbances with and without glucose addition were imposed 0, 1, 3, and 5 times. The total amount of glucose added to soil with 1, 3, and 5 disturbances was equal (0.6% of oven-dry soil basis). Strong nitrification occurred in the paddy soil during the incubation. Disturbance alone did not influence N₂O and CO₂ emissions significantly, but disturbance with glucose addition did (P < 0.01). A flush of N₂O as well as CO₂ was always observed following disturbance with glucose addition. The discrepancy in N₂O emission between disturbance alone and disturbance with glucose addition was ascribed to the different magnitude of denitrification and/or heterotrophic nitrification. Greater cumulative emission of N₂O was observed in the treatment of three disturbance times with glucose addition (4.3 mg N kg⁻¹ soil), compared with five disturbances with glucose addition (2.5 mg N kg⁻¹ soil) and one disturbance with glucose addition (2.5 mg N kg⁻¹ soil). Cumulative CO₂ emission was significant larger in one and three disturbances with glucose addition than that five disturbance with glucose addition. Supplies of available organic C appear to be a critical factor controlling denitrification and/or heterotrophic nitrification processes and N₂O emission under relatively low moisture conditions, i.e. 45% WFPS.     

有机肥替代化肥氮对苹果产量、品质及温室气体排放的影响

【目的】通过连续5年田间试验,研究有机肥替代化肥氮对苹果产量、品质以及果园温室气体排放及增温潜势的影响,以确定适宜的有机替代比例,为果园提质、增效、减排提供理论依据。【方法】田间试验于2016—2021年在河北省邢台市果园进行,供试材料为13年生富士苹果。试验设置4个处理,分别为农民传统施肥(CT)、推荐施肥(OPT)、推荐施肥基础上有机肥替代25%化肥氮(OPT25)、推荐施肥基础上有机肥替代50%化肥氮(OPT50),测定了历年苹果产量、品质,并在试验第5年监测了果园土壤的温室气体排放。【结果】1)与CT相比,OPT和OPT25处理苹果产量在后3年显著增加(P<0.05);OPT、OPT25和OPT50的苹果产量没有显著差异,产量均以OPT25最高,2021年相对CT处理显著增加28.42%(P<0.05)。2)有机肥替代处理的苹果品质优于传统施肥处理,且随试验年限的增加,较高比例的有机肥处理对苹果品质提升效果更显著;而施加有机肥显著提高了果实Vc含量、糖度与糖酸比,显著降低了果实酸度。3) OPT25处理土壤N₂O累积排放量最低,为2.40 kg...     

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。      

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。