生物炭长期施入对燥红土有机碳及其组分的影响

为探究生物炭长期施入对土壤有机碳(SOC)及其活性组分的影响,通过室内培养试验,比较短期(1个月)施用生物炭(BF)和生物炭施入3 a(BA)对SOC及其组分的影响。结果表明:生物炭施入显著提高了SOC、颗粒有机碳(POC)、易氧化有机碳(EOC)、轻组有机碳(LFOC)和微生物生物量碳(MBC)含量。相比不施生物炭处理(CK),施用生物炭处理土壤的POC、EOC、LFOC和MBC分别增加了97.5%~241.5%、21.8%~59.4%、66.8%~202.7%和83.7%~199.9%。相较于BF,BA的SOC、EOC、POC和MBC含量显著降低,但溶解性有机碳(DOC)含量显著升高。相较于CK,施生物炭土壤的碳库管理指数(CPMI)显著提高,培养1个月的1%生物炭(BF1)和2%生物炭(BF2)及培养3 a的1%生物炭(BA1)和2%生物炭(BA2)处理的CPMI值分别提高了48.81%、89.73%、54.66%和157.48%。相关分析显示,MBC、POC、LFOC及EOC含量与SOC含量显著正相关。综上所述,施用生物炭能实现土壤固碳,但随着施用年限延长,CPMI显著降低,从而降低了SOC的稳定性。

不同土壤类型和利用方式下土壤酸缓冲性能分异及其机理探讨——以海南省为例

【目的】通过研究海南省典型土壤酸缓冲性能在不同土壤类型和土地利用方式下的分异及其机理,为海南省酸化土壤的合理利用和管理提供理论依据。【方法】于2019年夏季选取海南省内33处地点,采集各典型植被类型(旱地、水田、林地和园地)下的主要类型土壤(砖红壤、赤红壤、黄壤、燥红土、滨海风沙土、水稻土),对其酸缓冲性能进行研究。【结果】海南省典型土壤酸缓冲容量在3.17~27.70 mmol/kg,平均值为9.01 mmol/kg,供试土壤均对酸敏感。不同土地利用方式下,园地土壤酸缓冲容量(12.14 mmol/kg)显著高于林地、水田和旱地。不同土壤类型下,黄壤酸缓冲容量(17.13 mmol/kg)显著高于砖红壤、赤红壤、燥红土、滨海风沙土和水稻土。海南省典型土壤酸缓冲容量与阳离子交换量、比表面积、黏粒含量和粉粒含量呈极显著正相关(P<0.01),与有机质含量、交换性盐基总量和盐基饱和度呈显著正相关(P<0.05),此外,土壤酸缓冲容量与pH(H2O)和砂粒含量呈极显著负相关(P<0.01),与交换性氢呈显著负相关(P<0.05)。供试土壤中稍易受酸害等级有1个,占3.0%;极易受酸害等级土壤有2个,占6.0%;易受酸害等级土壤有30个,占91.0%。【结论】海南省不同土地利用方式下,园地土壤酸缓冲性能由阳离子交换量决定;旱地和林地土壤酸缓冲性能由比表面积、阳离子交换量和盐基饱和度决定;水田土壤对酸的敏感性由有机质含量决定。不同土壤类型中,黄壤酸缓冲性能受比表面积影响最大;砖红壤和赤红壤酸缓冲性能由比表面积决定;燥红土由阳离子交换量决定;滨海风沙土由pH(H2O)决定;水稻土由有机质含量决定。在日后的农业生产中,合理施用化肥、增施有机肥或采用土壤酸性调节剂等有利于提高土壤酸缓冲容量,为农业生产提供良好的环境。

施用生物炭对分次施氮砖红壤N_(2)O排放的影响

【目的】探讨添加生物炭对先后2次施氮砖红壤N_2O排放的影响,为生物炭还田施氮技术提供科学依据。【方法】利用室内培养试验,按砖红壤风干土质量的0、1%和2%水平添加生物炭,各处理先后2次施入等量氮,施氮后观测土壤N_2O排放及土壤理化性质变化。【结果】土壤pH、阳离子交换量(CEC)和土壤有机碳、速效磷、速效钾和全氮含量随着生物炭添加量的增加而增加。第1次施氮后,生物炭添加促进土壤硝化作用,显著降低施肥后土壤NH_4~+-N含量(P<0.05),增加土壤NO_3~--N含量。相比对照,添加生物炭显著降低第1次施氮后N_2O排放(P<0.05),降低幅度随生物炭用量增加而增加。第2次施氮,生物炭反而促进N_2O排放。综合2次施氮后N_2O的排放总量,相比对照,添加生物炭仍显著降低N_2O排放。【结论】施用生物炭显著改善土壤肥力,提高土壤保肥性能和减轻酸化程度。配合水分管理,可有效实现N_2O减排。

生物炭和秸秆添加对海南热带水稻土氮素淋溶的影响

通过室内土柱模拟淋洗试验,研究不同水分条件下添加秸秆和生物炭对海南热带水稻土氮淋失的影响。物料添加设对照(CK)、添加生物炭(B)、生物炭+水稻秸秆(BCS)、水稻秸秆(CS)4个处理,培养水分设75%田间持水量(WHC,模拟旱作土壤)和淹水(模拟水田)2个水平。结果表明,生物炭和秸秆添加均可以提高土壤pH,增加土壤有机质、全氮、速效钾和有效磷含量。75%WHC条件下,相比CK,BCS和CS处理显著增加土壤NH_(4)^(+)—N的淋失量,分别增加16.30%和48.56%,B处理无显著差异;CS处理增加土壤NO_(3)^(-)—N淋失,BCS处理降低土壤NO_(3)^(-)—N淋失,B处理对硝、铵态氮淋失无显著影响;BCS和CS处理显著增加土壤硝、铵态氮总量(S)淋失,B处理对S无显著影响。淹水条件下,相比CK,B处理降低土壤的NH_(4)^(+)—N和S的淋失,分别降低16.30%和12.81%,而对NO_(3)^(-)—N淋失量无显著影响;CS处理土壤降低土壤NH_(4)^(+)—N、NO_(3)^(-)—N和S的淋失,分别降低19.26%,33.96%和22.37%;BCS处理降低土壤NH_(4)^(+)—N和S的淋失,分别降低14.52%和14.19%,但对NO_(3)^(-)—N淋失影响不显著。综上,海南热带地区稻菜轮作种植模式下,旱作条件秸秆还田增加土壤NH_(4)^(+)—N和NO_(3)^(-)—N的淋失,但生物炭对硝、铵态氮淋失无影响;水田时,生物炭添加可以降低土壤NH_(4)^(+)—N淋失,对NO_(3)^(-)—N无影响,秸秆还田后土壤NH_(4)^(+)—N和NO_(3)^(-)—N的淋失均降低。

施氮量对海南燥红壤和砖红壤N_(2)O/CO_(2)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))、N_(2)(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N_(2)O、CO_(2)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、N_(2)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NH_(4)^(+)−N和NO_(3)^(−)−N含量,各处理土壤铵态氮和硝态氮含量均表现为N3>N_(2)>N1>N0。氮添加促进土壤N_(2)O和CO_(2)排放,相较于N0,燥红壤N_(2)O和CO_(2)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N_(2)O和CO_(2)排放的重要因素。土壤N_(2)O和CO_(2)排放与施氮量呈线性显著相关,减少施肥是降低土壤N_(2)O排放最直接和最有效的措施。与砖红壤相比,燥红壤N_(2)O和CO_(2)排放对氮素添加的响应更敏感。

添加生物炭对海南燥红壤N_(2)O和CO_(2)排放的影响

为探讨海南燥红壤N_(2)O和CO_(2)排放对生物炭添加的响应,通过室内培养试验分析生物炭加入后对土壤化学性质、NH+4-N和NO-3-N含量以及N_(2)O和CO_(2)排放通量及累积排放量的影响。试验设置CK(不施生物炭)、B1(2%生物炭)、B2(4%生物炭)、B3(6%生物炭)4个处理。结果表明:添加生物炭后,土壤有机质、全氮和速效钾含量显著提高,较CK增幅分别为67.4%~246.6%、38.6%~90.9%和696.0%~1764.7%。相比于CK,不同量生物炭添加后均导致了NH+4-N和NO-3-N含量降低,总体上,不同处理NH+4-N浓度表现为CK>B3>B2>B1,NO-3-N含量表现为CK>B1>B2>B3;随培养时间增加,各处理NH+4-N浓度呈下降趋势,NO-3-N含量呈上升趋势。生物炭施用延后了N_(2)O排放通量出现峰值的时间。各处理之间N_(2)O和CO_(2)排放通量的变化过程大致表现出一致的趋势,即随培养时间延长,N_(2)O排放通量先升高后降低,CO_(2)排放通量先升高后趋于稳定。和CK相比,生物炭添加不同程度地促进了N_(2)O和CO_(2)排放,B1、B2和B3处理下N_(2)O累积排放量分别增加了399.2%、494.2%和194.5%,CO_(2)排放总量分别增加了87.6%、153.3%和147.6%。本研究结果显示,生物炭施用短期内促进了土壤N_(2)O和CO_(2)的排放通量。

不同水分条件下海南红壤N_(2)O排放对不同碳源添加的响应

为探讨添加不同水分条件下土壤N_(2)O排放对碳源添加的响应,以无任何添加的土壤为空白处理(CK),设置B1、B2两个生物炭处理(B1:生物炭添加量为土壤质量的1%;B2:生物炭添加量为土壤质量的2%)和秸秆处理S(水稻秸秆添加量为土壤质量的2.75%,秸秆用量与制备B1的秸秆用量相当),同时设置45%持水量W1(模拟干旱)、75%持水量W2(适中)和100%持水量W3(淹水)3个水分条件,培养25 d。结果表明:不同水分条件下土壤NH_(4)^(+)-N含量为W1>W2>W3,NO_(3)-N含量为W3>W2>W1。土壤水分显著影响N_(2)O排放,相比W1,CK、S、B1、B2处理在W2和W3水分条件下的N_(2)O累积排放量分别增加806.2%、455.8%、713.2%、311.3%和798.6%、315.3%、801.6%、661.7%。W1和W2水分条件下,相比CK,秸秆添加显著增加土壤N_(2)O累积排放量,增幅分别为80.9%和10.9%。添加生物炭在各水分条件下均降低土壤N_(2)O累积排放量,水分含量越高,降幅越大,B1和B2降幅分别为25.7%~33.5%和22.9%~65.0%。研究表明,海南红壤中添加生物炭可以减少土壤N_(2)O排放,而秸秆还田在持水量小于75%时可增加土壤N_(2)O排放,在淹水条件下可降低土壤N_(2)O排放。

生物炭及与秸秆联用对我国热带地区稻田土壤CH_(4)和N_(2)O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CH_(4)和N_(2)O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N_(2)O累计排放量分别降低21.43%、21.89%和14.77%;B处理的CH_(4)累计排放量降低38.21%,而C和B+C处理的CH_(4)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。

蔗渣生物质炭对喀斯特农田石灰性土壤氮转化过程的短期影响

生物质炭对于土壤中不同形态氮库的含量影响已有较多研究,但对西南喀斯特区石灰性土壤氮素形态,尤其是控制氮素形态的转化过程研究较为缺乏。本研究设置土壤中添加1%(C1)和3%(C2)蔗渣生物质炭2个用量水平,并以不施用蔗渣生物质炭作为对照(CK),共3个处理,通过 15 NH 4 NO 3 和NH^15 4 NO 3 成对标记技术,结合MCMC氮素转化模型研究了不同用量的蔗渣生物质炭对石灰性土壤氮转化过程的短期影响,为该地区蔗渣资源化利用和土壤氮保持提供理论支撑。结果表明,与CK相比,添加蔗渣生物质炭能够快速提高土壤pH和有机碳含量。添加生物质炭并没有显著改变土壤氮的矿化、铵态氮(NH^+ 4 )和硝态氮(NO^- 3 )的微生物同化和异养硝化速率,但NH^+ 4 吸附速率随生物质炭用量的增加而提高,以添加量最高的C2处理最大。添加生物质炭同样提高了土壤NH^+ 4 释放速率,但C1和C2处理的土壤NH^+ 4 释放速率并无显著性差异。与CK和C1处理相比,施用高量蔗渣生物质炭通过抑制自养硝化速率而显著降低了硝态氮净产生速率。这些结果表明,施用高量蔗渣生物质炭于石灰性土壤中可快速实现对NH^+ 4 吸附,降低自养硝化速率,减少NO^- 3 产生,从而降低了其损耗和淋失风险。

秸秆还田和添加生物炭对热带地区稻菜轮作体系中淹水后土壤温室气体排放的影响

热区稻菜轮作系统瓜菜季施肥后大量硝态氮积累,导致后续的水稻季淹水后硝态氮的淋失以及大量N_(2)O排放,使氮素损失以及温室效应加剧.如何提高硝态氮利用率,减少N_(2)O排放成为了亟待解决的问题.试验共设置6个处理:添加200 mg·kg^(-1)(以N计,下同)KNO_(3)(CK);添加200 mg·kg^(-1)KNO_(3)+2%生物炭(B);添加200 mg·kg^(-1)KNO_(3)和1%花生秸秆(P);添加200 mg·kg^(-1)KNO_(3)+2%生物炭+1%花生秸秆(P+B);添加200 mg·kg^(-1)KNO_(3)+1%水稻秸秆(R);添加200 mg·kg^(-1)KNO_(3)+2%生物炭+1%水稻秸秆(R+B),进行114 d的25℃恒温淹水培养,来探究有机物料添加对土壤淹水后温室气体排放和氮素利用的影响.结果表明,与CK相比,添加秸秆或秸秆和生物炭配施显著增加了土壤pH(P<0.05);B和P处理分别显著增加了41.6%和28.5%的N_(2)O累计排放(P<0.05),P+B、R和R+B处理分别显著降低了14.1%、24.7%和36.7%的N_(2)O累计排放(P<0.05);添加秸秆增加了净温室气体增温潜势(NGWP),增施椰壳生物炭能够显著减缓秸秆对NGWP的影响(P<0.05),秸秆和生物炭配合施用降低了NGWP,其中P+B显著降低NGWP(P<0.05),R+B不显著;添加秸秆或生物炭显著增加了土壤微生物量碳(MBC)(P<0.05),P+B最高,为502.26mg·kg^(-1);秸秆和生物炭配施增加了土壤微生物量氮(MBN),P+B最高.N_(2)O排放通量与pH呈极显著负相关(P<0.01),与NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N呈极显著正相关(P<0.01);N_(2)O累计排放量与MBN呈极显著负相关(P<0.01);NO_(3)^(-)-N与MBN呈显著负相关(P<0.05),说明硝态氮的减少可能被微生物固持,微生物对硝态氮固持的增加也减少了N_(2)O排放.综上所述,花生秸秆和椰壳生物炭配合施用能够显著抑制N_(2)O排放,增加土壤MBC和MBN,是一种海南瓜菜季后充分利用氮肥,减少氮素损失,减缓N_(2)O排放的一种合理措施.

生物炭施用两年后对热带地区稻菜轮作土壤N_(2)O和CH_(4)排放的影响

通过探究生物炭施用两年后对海南典型稻菜轮作模式土壤氧化亚氮(N_(2)O)和甲烷(CH_(4))排放的影响,旨在明确生物炭在该模式下对温室气体排放的长期效应,可为我国热带地区稻菜轮作系统N2O和CH_(4)减排提供理论依据.田间试验共设置4个处理,分别为:不施氮肥对照(CK)、施氮磷钾肥(CON)、施氮磷钾肥配施20 t·hm^(-2)生物炭(B1)和施氮磷钾肥配施40 t·hm^(-2)生物炭(B2)处理.结果表明:(1)相较于CON常规施氮处理,B1和B2添加生物炭处理显著减少了早稻季32%和54%的N_(2)O排放,但在晚稻季B1和B2处理显著增加了31%和81%的N_(2)O排放,辣椒季N_(2)O的累积排放量则显著高于早稻和晚稻季,且B1处理显著减少了35%的N_(2)O的排放,B2处理相较于CON处理无显著性差异;(2)B1和B2比CON处理显著减少了早稻季63%和65%的CH_(4)排放,在晚稻季B2处理显著增加了41%的CH_(4)排放,B1处理相较于CON处理无显著性差异,辣椒季各处理CH_(4)的累积排放量无显著性差异;(3)晚稻季贡献了稻菜轮作系统主要的总增温潜势(GWP),CH_(4)的排放量决定了GWP和温室气体排放强度(GHGI)的大小.生物炭施用两年后,B1降低了整个稻菜轮作系统的GHGI,B2增加了GHGI,并达到显著水平,但B1和B2处理在早稻季和辣椒季显著降低了GHGI,仅B2处理在晚稻季增加了GHGI;(4)B1和B2相较于CON处理显著增加了早稻产量33%和51%,且B1和B2处理显著增加辣椒季产量53%和81%,晚稻季除不施氮肥CK处理外,其它处理产量无显著性差异.研究结果表明,热带地区稻菜轮作系统温室气体排放的大小主要取决于晚稻季的CH_(4)排放,而生物炭施用两年后仅低量生物炭配施氮肥有显著的减排作用,但高低量生物炭配施氮肥对早稻和辣椒季作物增产具有持续性.

不同土地利用方式下冬季N_(2)O排放及其影响因素

由于冬季气温低,温室气体的排放往往被忽视.而最新研究结果显示,土壤冬季仍然持续排放N2O.研究不同土地利用方式下冬季N2O排放规律对于评估农田土壤N2O排放有重要意义.在中国科学院桃源农业生态试验站选择4种不同的土地利用方式包括冬闲稻田、油菜地、蜜柚园和撂荒地,采用静态箱采集和气相色谱法结合监测N2O排放动态.结果表明,冬闲稻田和油菜地N2O排放量明显高于蜜柚园和撂荒地,其顺序为:油菜地>冬闲稻田>蜜柚园>荒地.N2O的累积排放量分别为0.502、0.392、0.162、0.075 kg·hm-2.冬闲稻田和油菜地的累计排放量占全年排放量的贡献较大而蜜柚园和荒地则较小.相关性分析结果表明,对于不同的土地利用方式,当土壤温度>5℃时,冬季N2O排放通量与土壤温度都有显著指数正相关,而与水分没有相关性.本研究表明,当土壤温度>5℃,土壤温度是冬季桃源不同土地类型N2O排放的主导因素;当土壤温度<5℃时,土壤温度和其他环境因素综合影响了N2O的排放.

双氰胺对冬闲稻田和油菜地N2O排放的影响

冬季的温室气体排放往往被忽视,而最新的研究结果表明,冬闲稻田和冬季油菜地N_2O排放仍较大,研究相应的减排措施及减排机制对于减少农田土壤N_2O排放有重要意义.在中国科学院桃源农业生态试验站选择冬闲稻田和油菜地两种不同土地利用方式,并设置添加和不添加双氰胺(DCD)处理,采用静态箱采集和气相色谱法结合监测N_2O排放动态,利用分子生物学手段分析氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)的群落结构和丰度变化.结果表明,添加DCD后明显抑制了冬闲稻田和油菜地N_2O排放,分别减少了36.7%和23.6%.DCD施入抑制了冬闲稻田AOA和AOB的丰度但只改变AOA的群落结构,DCD使AOA和AOB丰度分别减少了59.3%和73.7%.与此相反,添加DCD只改变油菜地AOB的群落结构同时只抑制了AOB的丰度.本研究表明,施加DCD能有效减少冬闲稻田和冬季油菜地N_2O排放,但减排机制不一致.

多年蔬菜连作对土壤氨氧化微生物群落组成的影响

为揭示农业生产中长期大量施用化学肥料对土壤硝化过程微生物种群的影响及其与土壤硝化能力的偶联关系,本研究通过在长沙黄兴蔬菜基地采集长期连作蔬菜(20 a以上,VL)和短期蔬菜种植地(2 a左右,VS)表层土壤(0～20 cm),利用末端限制性片段多态性(T-RFLP)和实时定量PCR(Q-PCR)等手段系统研究了蔬菜连作对氨氧化细菌(ammonia-oxidizingbacteria,AOB)和氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)的组成和丰度的影响及其与土壤硝化势的偶联关系.结果表明,长期蔬菜连作显著使得土壤中AOB amoA的组成趋于单一,同时也影响了土壤中AOA amoA的群落组成;RDA分析结果表明,影响AOB amoA群落结构的主要土壤因素为土壤pH以及Olsen-P的含量.土壤中AOA amoA基因拷贝数明显高于AOB,平均为细菌丰度的6倍,但土壤硝化势(PNF)与土壤中AOB amoA基因丰度成显著的正相关,而与土壤中AOA amoA基因丰度没有显著的相关性.尽管多年蔬菜连作对AOB和AOA丰度的影响还不清楚,却使得AOB优势种群富集,土壤硝化能力增强.

稻草还田对水稻土固氮基因(nifH)组成结构和多样性的影响

以中国科学院桃源农业生态试验站长期定位施肥试验为平台,选取稻草还田(C)、氮磷钾(NPK)、氮磷钾加稻草还田(NPK+C)和不施肥对照(CK)4个处理,在晚稻的分蘖期、孕穗期和成熟期分别采集土样,利用实时定量PCR(Q-PCR)和末端限制性片段多态性(T-RFLP)等分子生物学方法研究长期稻草还田对水稻土含nifH基因固氮微生物群落丰度、组成和多样性的影响.结果表明:与对照相比,稻草还田和单施化肥处理均显著增加nifH基因的丰度(分蘖期除外),NPK+C处理中含nifH基因的微生物数量最高;nifH基因组成也受到长期施肥的影响,其中CK处理nifH基因组成与各施肥处理明显不同,C与NPK处理间nifH基因组成存在一定差异,而NPK与NPK+C处理间无显著差异.长期施肥不会引起含nifH基因微生物群落多样性的显著改变.可见,稻草还田不仅引起nifH基因群落的组成发生变化,而且导致其数量显著增加,因而可增加土壤的固氮能力.

生物炭对热带地区辣椒种植土壤N_(2)O排放及其功能基因的影响

生物炭具有一定的增产和减少N_(2)O排放效果,但关于其相关氮循环微生物作用的动态变化过程了解较少.为探明热带地区生物炭的增产减排效应潜力及相关微生物动态作用机制,通过辣椒盆栽试验对比添加生物炭(B)、常规施肥(CON)和不施氮(CK)处理对辣椒产量、氧化亚氮(N_(2)O)的排放及相关功能基因丰度的影响.结果表明,CON处理产量高于CK处理;与CON处理相比,生物炭显著增加辣椒产量18.0%(P<0.05),添加生物炭在辣椒生长的大部分时期增加土壤NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N含量;在辣椒的生长周期内,相比CON处理,生物炭处理显著减少土壤N_(2)O累积排放量18.3%(P<0.05).N_(2)O排放通量与氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)的amoA基因丰度呈极显著负相关(P<0.01);与nosZ基因丰度呈显著负相关(P<0.05),表明N_(2)O排放可能主要来自反硝化过程;在辣椒生长初期,生物炭处理通过降低(nirK+nirS)/nosZ值显著降低N_(2)O的排放,而在辣椒生长后期B处理的(nirK+nirS)/nosZ值高于CON处理导致其N_(2)O通量高于CON处理.因此,添加生物炭不仅能够达到使热带地区蔬菜增产的效果,同时也减少N_(2)O的排放量,可以作为海南等热带地区土壤地力提升的新策略.

氮肥深施及间种白三叶草对茶园N2O排放的影响

近年来我国茶园面积不断扩大,茶园施氮(N)量大、N2O排放量高,是重要的N2O排放源,开展茶园的N2O减排研究十分有必要.本研究在位于我国亚热带丘陵区的典型茶园,通过设置常规施肥、氮肥深施和间种白三叶草这3种处理,观测不同施肥及管理措施下茶园土壤N2O排放及其相关土壤环境因子动态,旨在明确不同措施对茶园N2O排放的减排效果,并解析相关影响因子.通过3a的田间试验表明,亚热带丘陵茶园具有较高的N2O排放,N2O-N年累积排放量高达5.1~10.1kg·hm^-2.N2O排放主要发生在春夏季,当土壤温度低于15℃,其排放主要与土壤温度呈正相关;当温度高于15℃,则主要与土壤含水量、土壤NH4^+-N和NO3^--N含量呈正相关.三年间茶园间种白三叶草较常规施肥未显著影响N2O排放,肥料深施在降雨量较高年份增加了茶园N2O排放,间种白三叶草和肥料深施未显著影响茶叶产量.本研究表明,亚热带茶园间种白三叶草减排N2O的效果不显著,不减少氮肥用量下氮肥深施未能降低N2O排放,今后有必要研究肥料深施配合氮肥减量来减排N2O.

水肥管理对热带地区双季稻田CH4和N2O排放的影响

水稻土被广泛认为是甲烷(CH4)和氧化亚氮(N_(2)O)主要排放源,深入研究不同水肥管理条件下热带地区双季稻田CH4和N_(2)O的排放特征,对补充我国双季稻田温室气体排放研究的不足意义重大.本研究设置8个处理:常规灌溉-施磷钾肥(D-PK)、常规灌溉-施氮磷钾肥(D-NPK)、常规灌溉-施氮磷钾+有机肥(D-NPK+M)、常规灌溉-施有机肥(D-M)、长期淹水-施磷钾肥(F-PK)、长期淹水-施氮磷钾肥(F-NPK)、长期淹水-施氮磷钾+有机肥(F-NPK+M)和长期淹水-施有机肥(F-M).采用密闭静态箱-气相色谱法测定双季稻田CH4和N_(2)O排放量,测定水稻产量和估算全球增温潜势(GWP)及温室气体排放强度(GHGI).结果表明:(1)早稻季和晚稻季CH4累积排放量分别为10.3~78.9 kg·hm^(-2)和84.6~185.5 kg·hm^(-2).与F-PK和F-NPK处理相比,早稻季F-NPK+M和F-M处理显著增加CH4累积排放量.同一施肥条件下,长期淹水处理CH4累积排放量高于常规灌溉处理.灌溉和施肥极显著影响早稻季CH4累积排放量.(2)早稻季和晚稻季N_(2)O累积排放量分别为0.18~0.76kg·hm^(-2)和0.15~0.58 kg·hm^(-2).与F-PK处理相比,早稻季F-NPK处理N_(2)O累积排放量显著增加;与D-PK相比,D-NPK、D-NPK+M和D-M处理显著增加N_(2)O累积排放量.与F-PK相比,晚稻季长期淹水其它处理N_(2)O累积排放量显著增加;与D-PK处理相比,D-NPK和D-M处理N_(2)O累积排放量显著增加.施肥极显著影响早稻季N_(2)O排放;灌溉和施肥极显著影响晚稻季N_(2)O排放.(3)早稻和晚稻产量分别为7310.7~9402.4 kg·hm^(-2)和3902.8~7354.6 kg·hm^(-2),且F-NPK和F-M处理下早稻产量显著高于F-PK和D-NPK、D-PK和D-NPK处理.与PK处理相比,同一灌溉条件下其余3种施肥处理均显著增加晚稻产量.早稻季GWP和GHGI分别为580.8~2818.5kg·hm^(-2)和0.08~0.30 kg·kg^(-1).与F-PK处理相比,常规灌溉条件下早稻季各施肥处理间GWP无显著性差异;但长期淹水条件下F-NPK+M和F-M处理GWP均显著增加.早稻季F-NPK+M和F-M处理GHGI显著高于其它处理.晚稻季GWP和GHGI分别为3091.6~6334.2 kg·hm^(-2)和0.50~1.23 kg·kg^(-1).灌溉显著影响早稻和晚稻季GWP和GHGI,施肥对晚稻季GWP和GHGI的影响不显著.(4)土壤NH^(+)_(4)-N含量和5 cm土温均与CH4排放呈极显著负相关,p H与CH4排放呈极显著正相关,但与N_(2)O排放呈显著负相关.土壤NH^(+)_(4)-N和NO^(-)_(3)-N含量与N_(2)O排放呈极显著负相关.综合作物产量、GWP和GHGI考虑,D-NPK+M可推荐为当地最优的减排稳产的水肥管理模式.

优化施肥模式对我国热带地区水稻-豇豆轮作系统N2O和CH4排放的影响

选择海南典型的水稻-豇豆轮作系统进行氧化亚氮(N2O)和甲烷(CH4)排放的原位监测,探究不同施肥模式下该系统土壤温室气体排放特征.试验设当地常规施肥对照(CON)、优化施肥量(OPT)、有机无机配施(ORG)、缓控肥替代优化(SCOPT)及不施氮对照(CK)共5个处理,采用静态箱-气相色谱法监测整个种植季土壤N2O和CH4排放,并估算增温潜势(GWP)和温室气体排放强度(GHGI).结果表明,各处理水稻季N2O累积排放量为0.19~1.37 kg·hm^-2,相较于CON处理,优化施肥处理N2O减排50%~86%;豇豆季N2O累积排放量为1.29~3.55 kg·hm^-2,除ORG增加14%,其他处理减排16%~59%.各处理水稻季CH4累积排放量为4.67~14.23 kg·hm^-2,CK、OPT和ORG处理分别较CON增加116%、22%和102%,而SCOPT减少了29%;豇豆季CH4累积排放量为0.03~0.26 kg·hm^-2,期间出现CH4吸收.比较两个作物季和休闲期对农田土壤直接排放的温室气体GWP的贡献率,豇豆季在CH4排放极低的情况下,仍有44.7%~54.5%的占比;两种温室气体比较中,N2O对GWP的贡献率为66.7%~77.2%.SCOPT处理的GWP和两季作物GHGI均显著低于CON处理.3个优化施肥处理中,SCOPT的增产减排效果最显著,为最优的施肥方案.

椰糠生物炭对热区双季稻田N_(2)O和CH_(4)排放的影响

基于稻菜轮作模式,选择海南双季稻田为对象进行氧化亚氮(N_(2)O)和甲烷(CH_(4))排放的原位监测,探究椰糠生物炭对该系统稻田温室气体排放的影响.试验设当地常规施肥对照(CON)、氮肥配施20 t·hm^(-2)生物炭(B1)、氮肥配施40 t·hm^(-2)生物炭(B2)及不施氮对照(CK) 4个处理,采用静态箱-气相色谱法监测整个水稻种植季稻田N_(2)O和CH_(4)排放,并估算增温潜势(GWP)和温室气体排放强度(GHGI).结果表明,早稻季N_(2)O排放动态与土壤矿质氮含量密切相关,排放集中在水稻苗期与分蘖期施肥后,各处理早稻季N_(2)O累积排放量为0.18~0.76 kg·hm^(-2),相较于CON处理,生物炭处理减排18%~43%,其中B2处理达显著水平;生物炭可能通过促进N_(2)O的还原减少早稻苗期N_(2)O排放;提高土壤硝态氮含量而增加了早稻分蘖期N_(2)O排放.晚稻季N_(2)O排放集中在抽穗期和成熟期,累积排放量为0.17~0.34 kg·hm^(-2),B1处理减排37%,B2增加3%,差异均不显著.稻田CH_(4)排放高峰出现在早稻季后期与晚稻季前期.各处理早稻季CH_(4)累积排放量为3.11~14.87 kg·hm^(-2),CK较CON处理增排39%,生物炭处理可能提高土壤通气性限制早稻季产CH_(4)能力,B1和B2处理分别较CON减排28%和71%;晚稻季CH_(4)累积排放量为53.1~146.3 kg·hm^(-2),排放动态与NH4+-N含量极显著正相关,CK和B1分别较CON处理增加52%和99%,B2处理显著增加176%CH_(4)排放.早稻季B1和B2处理较CON分别增产12.0%和14.3%,晚稻季分别增产7.6%和0.4%.由于晚稻季甲烷排放的增加,施用生物炭增加了双季稻田总增温潜势(GWP),其中高量生物炭达显著水平;不同施用量生物炭对双季稻田温室气体排放强度(GHGI)无显著影响.椰糠生物炭在热区稻田温室气体减排方面的应用仍需进一步研究.