施用生物炭和秸秆还田对农田温室气体排放及增温潜势的影响

【目的】农业生态系统增温潜势是影响全球气候变化的重要部分。本研究通过田间试验明确施用生物炭和秸秆还田对农田增温潜势的影响,以期为减缓气候变化和农业废弃物资源化利用提供理论依据。【方法】在山东省桓台县农业生态系统试验站的冬小麦-夏玉米轮作农田中开展了3年田间定位试验,试验共设置4个处理:①对照(CK);②施用生物炭9.0t·hm^(-2)·a^(-1)(C);③全量秸秆还田(S);④秸秆还田配施9.0 t·hm^(-2)·a^(-1)生物炭(CS)。4个处理均施等量的氮磷钾化肥,其中氮肥为尿素,用量为200 kg·hm^(-2)·a^(-1),磷肥为过磷酸钙,用量为55 kg·hm^(-2)·a^(-1),钾肥为硫酸钾,用量为40 kg·hm^(-2)·a^(-1)。采用静态暗箱-气相色谱法测定各处理温室气体(CO_(2)、N_(2)O和CH_4)的排放通量并计算净全球增温潜势(NGWP)和温室气体排放强度(GHGI),分析连续施用生物炭和秸秆还田对农田温室气体排放及增温潜势的影响。【结果】(1)综合3年的温室气体排放情况,与CK处理相比,S和CS处理的年平均生态呼吸排放量(Re)分别增加了47.8%和67.9%(P<0.05);C处理的年平均N_(2)O累积排放量降低了20.3%(P<0.05),而S和CS处理的N_(2)O年平均累积排放量分别增加了23.6%和41.4%(P<0.05)。(2)与CK处理相比,C、S和CS处理的土壤有机碳年平均变化量(ΔSOC)均有显著增加,其中CS处理增幅最大,增加了150.6%(P<0.05)。与第1年相比,C、S和CS处理第3年的ΔSOC均有显著增加(P<0.05),分别增加了21.7%、20.8%和17.8%。各处理的NGWP和GHGI均存在显著差异,与CK相比,C、S和CS处理的年平均NGWP分别降低了163.5%、171.7%和273.0%(P<0.05),与第1年相比,C、S和CS处理第3年的NGWP均有显著降低(P<0.05),分别降低了73.4%、58.8%和54.7%。与CK相比,C、S和CS处理的年平均GHGI分别降低了236.2%、253.3%和388.9%(P<0.05),C、S和CS处理第3年的GHGI较第1年分别降低了126.3%、98.2%和108.6%(P<0.05)。就产量而言,C、S和CS处理的作物产量保持相对稳定,有轻微增长,但与CK相比无显著差异。【结论】与单施化肥相比,在施化肥的基础上添加生物炭、秸秆还田、秸秆还田配施生物炭的措施均能够在不影响作物产量的前提下抑制增温潜势,其中秸秆还田配施生物炭能够最大程度地降低农田增温潜势,因此秸秆还田配施生物炭是增加农田固碳、缓解气候变化的一项有效措施。

不同灌溉量对小麦-玉米轮作农田生态系统净碳汇的影响

灌溉对农田温室效应与碳足迹贡献产生重要影响.本文采用静态暗箱-气相色谱法对关中平原小麦-玉米轮作(2014-2015年)农田温室气体(CO_2、CH_4和N_2O)排放通量进行了监测,并用净增温潜势(NGWP)和碳足迹两个指标评估不同灌溉量对关中平原农田温室效应、作物生产碳足迹的分布和构成的影响.试验在作物关键需水期(冬小麦越冬期和拔节期、夏玉米出苗期和拔节期)设置W_0(0 mm)、W_(120)(120 mm)、W_(180)(180 mm)、W_(240)(240 mm)4个处理.结果表明:与W_0处理相比,W_(120)、W_(180)、W_(240)处理下小麦产量分别增加了31.3%、44.3%、33.7%,玉米产量分别增加了9.9%、22.6%、33.8%;CO_2的年际排放总量分别增加了22.2%、24.3%、15.1%,N_2O的年际排放总量分别增加了18.6%、67.8%、91.5%,但CH_4的年际吸收总量分别降低了51.7%、79.6%、97.8%;NGWP分别增加了20.1%、31.6%、31.4%.W_(120)处理下碳足迹较W_0处理降低了19.1%,但W_(180)、W_(240)处理与W_0处理相比无显著性差异;W_(120)、W_(240)处理单位产量碳足迹较W_0处理分别增加了44.5%、23.3%,而W_(180)处理与W_0处理无显著性差异.综合考虑不同灌溉量的经济效应和环境效应,180mm的灌水量更有利于关中平原小麦-玉米轮作系统的节水及固碳减排.

亏缺灌溉对冬小麦农田温室气体排放的影响

为研究不同时期亏水量对冬小麦农田土壤温室气体排放的影响,优化灌溉管理措施,试验采用静态箱-气相色谱法对关中平原冬小麦(2016年10月～2017年6月)农田温室气体(CO_2、N_2O和CH_4)排放通量进行了监测研究.试验在冬小麦3个生育期(越冬期、拔节至抽穗期、抽穗至灌浆期)各设置3个灌水水平(充分灌溉,100%;轻度水分亏缺,80%;重度水分亏缺,60%),共6个处理(CK、T1、T2、T3、T4、T5,其中CK处理为充分灌溉处理,其它处理均为不同程度的水分亏缺处理).阐述了3种气体(CO_2、N_2O和CH_4)在全生育期的动态变化特征,并用作物产量、长远增温效应(net GWP_L)和当季增温效应(net GWPS)这3个指标综合评估不同生育期亏水水平对关中平原小麦经济效应和生态效应的影响.结果表明,生育期灌溉后CO_2、N_2O排放通量基本上呈增加趋势,以CK处理最高,而灌溉后土壤CH_4吸收通量迅速减小,高水分处理甚至出现排放特征.与CK处理相比,T1、T2、T3、T4和T5处理下小麦季CO_2排放总量分别显著降低了13. 32%、25. 98%、5. 55%、15. 47%和17. 52%(P <0. 05),N_2O排放总量分别显著降低了12. 20%、18. 00%、5. 63%、11. 54%和13. 53%(P <0. 05),CH_4吸收总量分别显著增加了46. 47%、75. 78%、19. 47%、53. 40%和62. 33%(P <0. 05); T1、T2、T3、T4和T5处理net GWP_L较CK处理分别显著降低了10. 07%、12. 77%、6. 50%、6. 81%和11. 53%(P <0. 05);除T3处理外,其他处理较CK处理net GWPS分别显著降低了13. 21%、37. 65%、24. 60%和19. 86%(P <0. 05); T1、T2、T3、T4和T5处理小麦产量较CK处理分别显著减少了12. 56%、32. 53%、2. 25%、20. 93%和18. 14%(P <0. 05),T3处理较CK处理减产2. 25%,但无显著性差异(P> 0. 05).亏缺灌溉显著降低了小麦地温室气体的排放,但会造成不同程度的减产,综合考虑不同生育期亏水水平处理下小麦地的经济效应和生态效应,T3处理更有利于关中平原冬小麦的保产节水减排.