不同條件秸稈還田下旱地玉米--小麥輪作系統(tǒng)生產(chǎn)力及溫室氣體排放的變化.pdf

1、近年來，由于溫室氣體在大氣中濃度不斷升高所引發(fā)的氣候變化受到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注，減緩氣候變化，共同推進(jìn)綠色、低碳發(fā)展已成為當(dāng)今世界的主流。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)作為溫室氣體的重要排放源，其中化肥的大量施用是加劇土壤溫室氣體排放的重要因素，如何通過農(nóng)田管理措施降低農(nóng)業(yè)碳排放和增加土壤碳固定已經(jīng)成為當(dāng)前農(nóng)田土壤固碳研究的重要課題。近年來，隨著生物質(zhì)炭研究的不斷深入，農(nóng)作物秸稈炭化還田為農(nóng)田土壤固碳提供了新途徑。生物質(zhì)炭是農(nóng)作物秸稈等有機(jī)廢棄物在高溫裂解

2、下的富碳產(chǎn)物，其應(yīng)用作為農(nóng)田固碳減排的重要措施已經(jīng)受到國(guó)內(nèi)外研究者的普遍關(guān)注，而在減施氮肥下秸稈生物質(zhì)炭對(duì)農(nóng)田綜合溫室效應(yīng)的影響還相對(duì)缺乏，因此，本研究以華北平原典型的旱地土壤-褐土為研究對(duì)象，田間試驗(yàn)共設(shè)置了，試驗(yàn)1.不同類型秸稈生物質(zhì)炭還田的對(duì)比試驗(yàn):不施肥處理(CK)，小麥秸稈炭和玉米秸稈炭不配施氮肥處理(WCN0和MCN0)，小麥秸稈炭和玉米秸稈炭配施氮肥處理(WCN1和MCN1);試驗(yàn)2.減施氮肥條件下秸稈炭化還田與直接還田的

3、對(duì)比試驗(yàn):秸稈還田配施全量化肥氮肥處理(SN100)、減氮10％處理(SN90)、減氮20％處理(SN80)，生物質(zhì)炭配施化肥全量氮肥處理(BN100)、減氮10％處理(BN90)、減氮20％處理(BN80)，研究了小麥-玉米輪作系統(tǒng)中不同秸稈生物質(zhì)炭及減施氮肥條件下秸稈直接還田與生物質(zhì)炭還田對(duì)土壤性質(zhì)，作物產(chǎn)量以及溫室氣體排放的影響，主要研究結(jié)果如下:
　　1.不同秸稈生物質(zhì)炭對(duì)土壤性質(zhì)的影響:生物質(zhì)炭處理顯著提高了土壤有機(jī)碳(

4、SOC)和全氮(TN)含量，并且可降低土壤容重，并顯著增加硝態(tài)氮，速效磷和速效鉀等土壤養(yǎng)分含量;除玉米炭處理比小麥炭處理的速效鉀含量提高16.01％之外，各處理間的土壤性質(zhì)無顯著差異。土壤微生物量炭與作物生育期有關(guān)，從苗期到拔節(jié)期呈增加的趨勢(shì)，而后至成熟期不斷降低。而除玉米抽穗期小麥炭處理顯著高于玉米秸稈炭處理24.68％外，其余處理間的微生物量無顯著差異。
　　2.不同秸稈生物質(zhì)炭對(duì)作物產(chǎn)量及氮素利用率的影響:無論施用氮肥與否，

5、施用秸稈炭處理的作物產(chǎn)量均高于CK。在不施氮條件下，兩種秸稈炭處理的玉米產(chǎn)量雖無顯著差異，但玉米炭比相應(yīng)小麥炭處理的小麥產(chǎn)量顯著增加了12.34％;在施氮肥條件下，對(duì)于后茬玉米產(chǎn)量，玉米炭處理比小麥炭處理顯著增加了9.18％，兩種秸稈炭處理的其它作物季產(chǎn)量無顯著差異。不同秸稈炭對(duì)作物產(chǎn)量與氮素農(nóng)學(xué)利用率的效應(yīng)不同，兩種秸稈炭處理相比，玉米炭較小麥炭可顯著增加作物產(chǎn)量，而對(duì)于氮素的農(nóng)學(xué)利用率而言，小麥秸稈炭促進(jìn)玉米季氮素農(nóng)學(xué)利用率，而在麥

6、季兩種秸稈炭的作用相反。
　　3.無論施用氮肥與否，兩種秸稈炭處理的N2O和CH4排放均無顯著差異。小麥炭處理在不施氮肥條件下在后茬玉米中，玉米炭處理比小麥炭處理的CO2季節(jié)排放量顯著增加24.72％，然而其它條件下兩種秸稈炭處理間其排放無顯著差異。不施氮條件下，小麥炭處理比玉米炭處理第一季玉米季的綜合溫室效應(yīng)(GWP)和溫室氣體排放強(qiáng)度(GHGI)顯著降低了23.16％和13.70％;在施氮條件下，兩種秸稈炭的GWP和GHGI,

7、均無顯著差異。
　　4.氮肥減施條件下秸稈還田與生物質(zhì)炭還田對(duì)旱地土壤理化性質(zhì)及作物產(chǎn)量影響顯著。與秸稈還田直接相比，生物質(zhì)炭還田在小麥-玉米生長(zhǎng)季中顯著增加土壤有機(jī)碳含量13.37％～16.79％。與常規(guī)處理相比，在減氮10％條件下秸稈還田和生物質(zhì)炭還田與其土壤全氮無顯著差異;在減氮20％條件下，秸稈還田土壤全氮顯著下降，而生物質(zhì)炭處理的氮素水平無顯著變化。從作物的產(chǎn)量來看，與常規(guī)處理相比，生物質(zhì)炭還田在減施氮肥20％條件下的作

8、物產(chǎn)量無顯著變化，而秸稈還田處理在減施氮肥10％條件下對(duì)作物產(chǎn)量無顯著影響，但減氮20％條件下顯著降低小麥產(chǎn)量6.42％。
　　5.氮肥減施條件下秸稈還田與生物質(zhì)炭還田對(duì)旱地土壤溫室氣體排放和綜合溫室效應(yīng)的影響:旱地土壤中N2O，CH4和CO2的排放動(dòng)態(tài)因氣體種類而異。生物質(zhì)炭還田與秸稈還田在減施氮肥條件下N2O的季節(jié)排放量均隨氮肥施用量的減少而降低。秸稈還田處理下，相比較全量氮肥而言，在玉米季和麥季減施氮肥10％和20％條件下，

9、可降低32.14％～36.90％N2O排放;生物質(zhì)炭還田在減施氮肥10％和20％條件下，可顯著降低N2O排放36.90％～54.25％。各處理土壤CH4排放動(dòng)態(tài)在玉米-小麥生長(zhǎng)季中無顯著變化，主要呈弱匯的趨勢(shì)。對(duì)土壤CO2排放而言，秸稈還田處理的CO2排放均隨氮肥用量的降低而呈增加，而生物質(zhì)炭還田處理則隨氮肥用量的降低而降低。減施氮肥顯著降低作物生產(chǎn)的碳強(qiáng)度。與常規(guī)秸稈直接還田相比，秸稈還田減氮10％處理玉米季的GWP和GHGI無顯著變

10、化，而減氮20％處理在麥季分別顯著降低了38.79％和36.40％;生物質(zhì)炭還田在玉米季減施氮肥條件下，可顯著降低GWP(52.06％～54.63％)和GHGI(52.19％～53.51％)，在麥季也可顯著降低GWP(40.87％～52.08％)和GHGI(40.48％～42.86％);等氮條件下的生物質(zhì)還田處理較秸稈還田處理，在減施10％和20％條件下N2O排放，GWP和GHGI均可降低。
　　因此，在麥-玉輪作系統(tǒng)中，玉米炭在