生物质炭对土壤温室气体排放影响机制探讨

生物质炭可降低土壤中温室气体的排放,减缓全球气候变暖的进程。目前有关生物质炭对土壤温室气体减排的机制研究较少,文章从对土壤元素的吸附、改善土壤理化性质和影响土壤功能微生物种群结构与活性三个方面探讨了生物质炭影响温室气体排放的机制。     

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。     

废菌棒生物炭对亚热带红壤 温室气体排放的影响

为探究生物炭对亚热带红壤温室气体排放的影响,研究以亚热带红壤为研究对象,通过短期盆栽试验,采用静态箱-气相色谱法,探讨对照(CK)、化肥(F)、低炭(LB)、高炭(HB)、低炭+化肥(LBF)、高炭+化肥(HBF)6种不同处理下土壤温室气体的排放规律。研究结果表明:(1)二氧化碳(CO_2)平均排放通量范围为:-189.81～-97.34 mg/(m~2·h),施用生物炭可以降低CO_2的排放通量,且与生物炭施用量呈正相关,平均降幅为54.62%;(2)施用生物炭可以降低甲烷(CH_4)的排放通量,而且生物炭施用量越大、效果越显著,配施化肥则会减弱抑制作用;(3)施用生物炭可以降低氧化亚氮(N_2O)排放量,与对照相比低炭、高炭N_2O累积排放量分别降低1.67倍、1.97倍,配施复合肥则会减弱抑制作用;(4)生物炭能够显著降低综合温室效应(GWP),生物炭施用量越大,对综合温室效应的抑制作用越明显,低炭、高炭处理GWP较对照组分别降低了232%、319%。配施化肥则会减弱抑制作用。短期施用生物炭可以降低亚热带红壤CO_2、CH_4和N_2O排放通量与综合温室效应,且生物炭施用量越大,效果越佳,配施化肥,则效果减弱。     

生物质炭对城市污泥堆肥温室气体排放的影响

采用城市脱水污泥为研究对象,设置两种堆肥处理(试验组:添加水稻生物质炭;对照组:未添加生物质炭),考察污泥堆肥过程温室气体动态变化特征以及添加生物质炭的影响。结果表明:生物质炭能提高堆体温度、延长堆体高温期、加快堆体腐熟,减少堆体TC(总碳)、TOC(总有机碳)和氮素损失(特别是减少NH_4~+-N的损失),两种处理TC、TOC和TN(总氮)均呈显著性差异(P0.05)。CH_4排放主要集中在高温期和降温期,占CH_4总排放量的76.40%~82.40%,添加生物质炭会促进CH_4排放。CO_2排放主要集中在高温期和降温期,占排放总量的78.77%~78.83%,添加生物质炭能减少CO_2排放。超过84%的N_2O排放集中在腐熟期,添加生物质炭能减少堆肥过程中N_2O排放,试验组N_2O累积排放量比对照组低18.94%。添加生物质炭对污泥堆肥处理具有一定的温室气体减排作用,试验组与对照组CO_2排放当量(以干污泥计)分别为60.21 kg·t~(-1)和67.19 kg·t~(-1),添加生物质炭能减排温室气体10.39%。     

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。     

生物炭对山西菜地土壤温室气体排放强度的影响

试验采用室内培养结合气相色谱法,研究了秸秆生物炭与氮肥配施对土壤含水量60%、温度恒定26℃下的菜地土壤氧化亚氮(N_2O)、甲烷(CH4)与二氧化碳(CO_2)排放量的影响,以期为我国菜地土壤温室气体减排提供科学依据。结果表明,山西菜地土壤N_2O、CH4与CO_2的平均排放通量变幅分别为0.000 333～0.993μg/(m~2·h)、-0.005 34～0.005 86 mg/(m~2·h)和2.525 2～39.922 1 mg/(m~2·h);单施氮肥(N)和生物炭与氮肥配施(NB)均促进了土壤N_2O与CO_2排放;与不施生物炭和氮肥处理(CK)相比,N处理的N_2O与CO_2累积排放量分别为CK的22.3、1.07倍,NB处理的N_2O与CO_2累积排放量分别为N处理的1.34、1.24倍;各组处理中CH4排放规律不明显,其中,NB处理对CH4的排放表现为吸收,N、NB与CK间CH4排放差异不显著;与CK相比,N和NB处理都增强了GWP,较CK分别增加了22.13、29.8倍。综上所述,在室内培养条件下,秸秆生物炭与氮肥配施对菜地温室气体无减排作用。     

施用棉花秸秆生物质炭对华北平原农田温室气体排放的影响

以我国华北平原冬小麦-夏玉米轮作农田为研究对象,在常规施肥的情况下,研究了4种不同剂量棉花秸秆生物质炭[CK、C1(2.25 t/hm2生物质炭)、C2(4.5 t/hm2生物质炭)、C3(9.0 t/hm2生物质炭)]对土壤理化性质及温室气体(CH4、N2O)通量的影响,结合作物产量评估了不同处理对全球温室效应和温室气体强度的影响。结果表明:添加生物质炭不能显著影响土壤CH4的累积排放量。在夏玉米季,仅C2和C3处理可以显著降低土壤N2O累积排放量,分别为37.19%和48.58%;在冬小麦季,添加生物质炭处理均可以显著降低土壤N2O的排放,达24.26%～48.02%。路径分析结果表明,土壤NH4+-N含量是土壤N2O排放通量的主要影响因子。在夏玉米季,C2和C3处理可以显著增加玉米产量,分别达9.46%和10.99%;在冬小麦季,仅C3处理可以显著增加小麦产量,达7.13%。添加4.5 t/hm2和9 t/hm2的生物质炭处理可以显著降低全球增温潜势和温室气体强度,而添加2.25 t/hm2的生物质炭处理仅在冬小麦季可以显著降低全球增温潜势和温室气体强度。综上所述,将棉花秸秆转化为生物质炭用于华北平原农田,既能增加作物产量,又能降低温室气体排放。     

生物质炭添加对农田温室气体净排放的影响综述

农田是温室气体的重要排放源,降低农田温室气体排放对减缓全球气候变化具有重要意义。生物质炭是生物质在缺氧条件下热解产生的固体物质,因其含碳量高、难于分解、比表面积大、疏松多孔等特性,已成为农田温室气体减排研究中人们关注和研究的热点。通过综述农田添加生物质炭对温室气体CO2、CH4和N2O排放的影响及其机制,以及对温室气体净排放[包括净增温潜势(NGWP)、温室气体净排放(NGHGE)和温室气体排放强度(GHGI)]的影响等方面的国内外研究进展,并结合目前国内外生物质炭的研究现状,提出了未来生物质炭在农田温室气体减排领域的研究方向,旨在为生物质炭在农田温室气体减排中的应用提供思路和参考。     

不同施肥类型对北方稻田土壤温室气体排放的影响

利用静态暗箱-气相色谱法研究了吉林省延边地区不同施肥类型对水稻土壤CO2、CH4和N2O排放通量的影响。结果表明,稻田3种温室气体的排放存在明显的季节特征,CO2排放主要集中于8~10月,而CH4排放以7、8月为主,水稻生育盛期时N2O表现出明显的负排放特征,净排放发生于移栽期及秋季晒田期;有机肥与化肥配施促进了水稻生育盛期CO2和CH4的排放,导致生长季CO2和CH4排放总量显著高于单施化肥和单施有机肥处理,而单施化肥处理促进了生长季N2O净排放。水稻植株促进了水稻生育期6~8月稻田CO2和CH4的排放,与无植株相比,月均通量分别增加了42.9%~226.1%和146.6%~418.9%。生长季土壤温度对稻田CH4排放具有显著影响,但对CO2和N2O排放影响不显著。     

不同施肥措施对稻田土壤温室气体排放的影响

选取江西红壤性双季稻水稻土为研究对象,采用盆栽模拟试验研究了4种不同施肥措施即当地农民习惯施肥(FP)、较FP减施20%化肥氮且有机肥替代20%化肥氮(T1)、在T1基础上加施Si、Zn、S三种微肥(T2)和在T2基础上采用20%缓释氮肥替代普通化肥氮(T3)对稻田主要温室气体CO2、CH4和N2O排放的影响,并对土壤微生物量碳(SMBC)、土壤微生物量氮(SMBN)、水稻产量的影响进行了分析。结果表明:4种处理稻田土壤CO2的总排放通量均无显著性差异;稻田土壤N2O的总排放量与FP处理相比,T1、T2和T3处理均有显著性减少(P<0.05),分别减少了31.72%、27.17%和43.65%,T3较T2处理显著减少22.83%(P<0.05);稻田土壤CH4的总排放量与FP处理相比,T1、T2、T3处理分别高了13.06%、13.90%、21.97%,其中T3处理差异达到显著水平(P<0.05)。与FP处理相比,T1、T2、T3处理显著提高了SMBC和SMBN的含量(P<0.05),分别提高了18.91%、19.30%、20.07%和28.95%、31.66%、29.96%;T1、T2、T3处理对水稻产量均无显著性影响。稻田土壤CH4和N2O的排放与SMBC和SMBN存在显著的相关性(P<0.01)。总体看,T3处理在降低N2O的总排放量的同时对提升土壤SMBC和SMBN含量具有明显作用。     

生物炭与无机氮配施对稻田温室气体排放及氮肥利用率的影响

【目的】生物炭作为比表面积大、富含有多种营养元素的一种物质已被广泛应用于农业生产。弄清生物炭与化肥氮配合施用对稻田温室气体排放和氮肥利用率的综合影响,为合理使用生物炭提供科学依据。【方法】在武穴市花桥镇进行两年大田试验,设置4个处理,即不施氮肥(CK)、常规施氮(180 kg·hm^-2)(IF)、常规施氮+10 t·hm^-2生物炭(IF+C)、减氮30%+10 t·hm^-2生物炭(RIF+C)。采用静态箱-气相色谱法对2018和2019年水稻生长季节稻田CH4和N2O排放通量进行监测,并测定水稻产量,探讨生物炭配施不同量无机氮对稻田CH4和N2O排放、水稻产量以及氮肥利用率的影响。【结果】(1)稻季CH4和N2O排放呈现明显的季节性变化规律。CH4排放峰值主要出现在分蘖期和齐穗期,N2O排放峰值主要出现在氮肥施用和排水后。2018和2019年稻季各处理CH4排放通量分别为0.01—48.97mg·m^-2·h^-1和0.36—18.08 mg·m^-2·h     

稻田CH4和N2O排放消长关系及其减排措施

稻田CH4和N2O排放存在互为消长的关系,此种关系不受时间、空间及有无水稻植株的影响,考虑稻田CH4减排措施的同时必须兼顾该措施对N2O排放的促进作用.本文从水分管理、施肥管理、水稻品种、甲烷抑制剂及脲酶/硝化抑制剂、耕种方式及耕作制度等方面综述了近年来关于稻田CH4和N2O减排措施的研究,以期从农业实践中总结缓解稻田CH4和N2O排放引起的综合温室效应的生产措施.分析表明,稻田低施氮水平条件下进行中期烤田是减少CH4和N2O排放的有效措施,有机秸秆进行堆腐好氧分解后施入或在休闲期(如秋季或冬季)施人稻田表现出较好的应用前景,施用甲烷抑制剂、脲酶抑制剂及硝化抑制剂和缓释,控释肥料对降低稻田温室气体排放及提高作物产量意义重大.     

不同肥料的施用对稻田CH4和N2O排放的影响及其减排措施

稻田CH4和N2O的排放受水分、温度、施肥情况、有机质含量、pH值、氧化还原电位（Eh）等诸多环境环境因素的影响,而水分和肥料是稻田温室气体排放的2大驱动因子。综述了不同肥料施用对稻田CH4和NO排放的影响,并提出了相应的温室气体减排措施。     

不同土壤改良措施对冷浸田温室气体排放的影响

以临安山区典型的冷浸田为试验对象,通过开展田间水稻种植试验,探究生石灰、水稻秸秆和竹质生物炭对冷浸田温室气体(GHG)排放、作物产量和土壤理化性质的影响,旨在为改良冷浸田,实现水稻高产的同时,通过相关措施为实现稻田温室气体减排提供理论依据和技术支撑。结果表明,不同土壤改良处理对水稻产量和土壤肥力都有所提高,其中秸秆还田处理增产效果最显著,产量高达7 728.25 kg·hm-2,而施用生物炭对土壤中全氮、有效磷和速效钾含量的提高效果最明显,增幅分别为15.1%、49.0%和22.1%。与常规施肥处理相比,生石灰处理CH4累积排放量提高了21.9%,而生物炭处理CH4累积排放量降低了33.3%。试验各处理氧化亚氮排放通量和累积排放量都较低,其原因可能是各处理稻田土壤一直处于冷水浸润状态,施用生石灰提高了冷浸田土温,激发了微生物的活动,从而导致CH4大量排放,而施用生物炭改善了稻田土壤通气状况,增强甲烷氧化菌活性,进而导致CH4排放量降低。     

下辽河平原单季稻田主要温室气体排放及驱动机制

采用静态箱(暗箱)/气相色谱法对稻田CH4、N2O和CO2排放进行了原位测量,同时测量了土壤温度、气温、土壤Eh等相关因子。试验表明,观测期内3种气体排放各有其明显的季节变化规律。稻田3种处理中的CH4排放规律一致,各处理的CO2的季节变化规律均与相同处理的N2O变化规律相似。在整个生长季中,常规处理、无作物处理(CK)、无N处理的稻田CH4排放总量分别为1.55×102、0.74×102、1.36×102kg.hm-2;N2O排放总量分别为1.80、3.25、1.21kg.hm-2;CO2排放总量分别为9.47×103、2.75×103、8.72×103kg.hm-2。从各处理排放总量分析,CH4和CO2为常规>无N>无作物,N2O为无作物>常规>无N。稻田CH4和N2O排放并无明显相关关系,土壤水分含量与3种气体的排放密切相关;当土壤Eh降到-150mV以下时,土壤CH4排放剧烈。水稻植株对稻田CH4和CO2的排放有十分重要的贡献,其参与使得CH4和CO2排放量分别增加了109%、244%;相对于常规处理来说,不施N肥能降低稻田N2O的排放,在整个生长季内,施用N肥使N2O的排放增加了49%。     

不同稻草还田方式对稻田温室气体排放影响研究

本文以双季稻区早稻不同稻草还田方式田间试验为基础,采用静态箱法/气相色谱法测定3种稻草还田方式早稻期间的CH4、N2O排放速率。结果表明:不同稻草还田方式对稻田CH4的排放速率影响很大。免耕还田能降低CH4排放速率,翻耕还田和旋耕还田的CH4排放速率无明显差异;免耕还田的CH4排放峰值比翻耕还田和旋耕还田分别降低67.0%、54.3%,并迟7天出现;免耕还田CH4排放速率平均值比翻耕还田和旋耕还田分别降低了24.3%和27.0%;翻耕还田和旋耕还田CH4排放主要集中在早稻生长前期,而免耕还田CH4排放主要集中在中后期。旋耕还田和免耕还田的N2O排放峰值比翻耕推迟10天;免耕还田N2O排放速率平均值分别比翻耕还田和旋耕还田降低42.1%和16.7%。试验证明,免耕还田能降低稻田的CH4、N2O排放速率。     

灌溉下限对设施土壤N2O和NO排放特征的影响

【目的】合理灌溉是设施生产控制N₂O和NO排放,提高氮肥利用率的有效措施。研究不同灌水下限设施土壤N₂O和NO排放动态与土壤水分、无机氮和可溶性有机氮关系,分析N₂O和NO排放特征及影响因素,以期为N₂O、NO减排和设施土壤灌溉管理提供科学依据。【方法】基于连续7年的设施土壤不同灌溉下限的田间定位试验,以番茄为供试作物,设4个土壤水吸力处理,分别为25 kPa（W₁）、35 kPa（W₂）、45 kPa（W₃）和55 kPa（W₄）。采用密闭静态箱-气相色谱和氮氧化物分析仪法,分别对番茄生长季的N₂O和NO进行田间原位同步观测。【结果】番茄生长季不同灌水下限处理土壤N₂O和NO排放通量分别为 -34.46—1 671.78 μg N·m^-2·h^-1和6.83—269.89 μg N·m^-2·h^-1,二者排放峰值期同步且主要发生在施肥和灌溉后,各处理NO/N₂O均小于1。土壤N₂O和NO累积排放量分别为W₂和W₁处理最低（P <0.01）,各处理N₂O+NO总累积排放量表现为W₄处理>W₃处理>W₁处理>W₂处理。W₂处理番茄产量较W₁、W₃和W₄处理分别增加84%、32.4%和12%。单位产量N₂O+NO排放量表现为W₄处理最高（P <0.01）,W₂处理最低。各处理施肥和收获后土壤无机氮和可溶性有机氮含量的重复测量方差分析表明,除灌水下限和观测时间交互对亚硝态氮含量影响不显著外,灌水下限和观测时间及二者交互效应对土壤无机氮和可溶性有机氮均有极显著影响（P <0.01）。冗余分析和相关分析表明,NO₂^--N、NH₄⁺-N和土壤孔隙含水量（WFPS）可分别解释设施土壤N₂O和NO变异的55%、32.5%和20.7%,均是极显著影响不同灌溉下限N₂O和NO排放的主要影响因素。【结论】综合考虑产量和N₂O、NO减排效应,灌水下限35 kPa的W₂处理为本试验最适宜的灌溉管理措施。