氮肥与生物炭施用对稻麦轮作系统甲烷和氧化亚氮排放的影响

摘要：

【目的】以我国稻麦轮作系统为对象,研究氮肥和小麦秸秆生物炭联合施用对CH4和N2 O排放规律的影响；结合小麦和水稻总产量进而评估对该生态系统综合温室效应(GWP)和温室气体强度(GHGI)的影响,为生物炭在减缓全球气候变化及农业生产中的推广应用提供科学依据。【方法】生物炭通过小麦秸秆在300500℃条件下炭化获得。田间试验于2012年11月至2013年10月进行,为稻麦轮作体系。采用静态暗箱—气相色谱法观测CH4和N2O排放通量；试验共设置不施氮肥不施生物炭(N0B0)、不施氮肥施20 t/hm2生物炭(N0B1)、施氮肥不施生物炭(N1B0)、氮肥与20 t/hm2生物炭配施(N1B1)、氮肥与40 t/hm2生物炭配施(N1B2)等5个处理,各处理3次重复。【结果】单施氮肥(N1B0)与不施氮肥(N0B0)处理相比,增加了稻麦轮作产量82．8%,增加了CH4排放0．6倍,增加了N2O排放5．5倍。单施生物炭(N0B1)与不施生物炭(N0B0)处理相比,显著增产25．4%,却不能减少CH4和N2 O的排放。在施氮的同时,配施20 t/hm2生物炭与单施氮肥处理相比,显著增加稻麦轮作产量21．6%,小麦和水稻总产量也比配施40 t/hm2生物炭处理高；配施40 t/hm2生物炭与单施氮肥处理相比,显著降低稻麦轮作系统CH4排放11．3%和N2 O排放20．9%,CH4和N2 O排放量也比配施20 t/hm2生物炭的排放量低。随着生物炭配施量的增加,CH4和N2 O减排效果更明显。单施生物炭并不能有效地减少GWP,但却可以显著增加作物产量,从而减小GHGI。对N0B0、N0B1、N1B0、N1B1四个处理进行双因素方差分析发现,氮肥和生物炭在CH4和N2 O排放、作物产量、GWP 和GHGI方面都不存在明显的交互作用。各处理在100 a时间尺度上总GWP由大到小的顺序为N1B0> N1B1> N1B2> N0B0> N0B1,GHGI值由大到小的顺序则为N1B0> N1B1> N0B0> N1B2> N0B1。单施生物炭与配施生物炭都能降低稻麦轮作系统的GWP 和GHGI,配施40 t/hm2生物炭处理降低效果更好。【结论】稻田麦季施用不同水平生物炭都能在保产或增产的同时,降低稻麦轮作系统CH4和N2 O的排放及GWP和GHGI。在当前稻麦轮作系统中,与20 t/hm2的生物炭施用量相比,40 t/hm2的生物炭施用量显著降低GWP,但增产效果不明显,因此二者GHGI相当,需要根据温室效应与作物产量权衡选择生物炭实际施用量。

关键词：生物炭、稻麦轮作系统、CH4 排放、N2 O排放、综合温室效应、温室气体强度

分类号：X501;S161.9(一般性问题)

资助基金：国家自然科学基金41171238,41471192;“十二五”农村领域国家科技计划课题农业生态系统固碳减排技术研发集成与示范2013BAD11B01;教育部高等学校博士点科研基金项目20110097110001资助。

在线出版日期：2015-10-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：1095-1103