秸秆、生物质炭施用对农田温室气体排放的效应研究

发布时间：2019-07-16 11:57

【摘要】：近年来由温室气体排放增加引起的气候变暖成为全球关注的热点。农业作为温室气体排放的重要来源,受到越来越多的国内外研究人员的关注。有研究表明,2010年全球农林业温室气体排放占人类活动总排放的24.0%。因此,如何通过有效的措施降低农业生产过程中的温室气体排放成为当前应对气候变化研究的热点之一。本研究为探讨秸秆、生物质炭施用对小麦-玉米轮作系统固碳减排效应,利用静态暗箱-气相色谱原位监测小麦-玉米轮作系统条件下,秸秆/生物质炭施用对农田土壤固碳、作物生长过程中土壤和生态系统温室气体排放的影响,同时分析不同处理的单位面积碳足迹构成与碳足迹总量。试验处理设置为:空白对照(CK)、常规施肥(F)、施肥并施用8 t·hm-2秸秆(FS)、施肥并施用8 t·hm-2生物质炭(FBlow)和施肥并施用16 t·hm-2生物质炭(FBhigh)共5个处理。通过揭示小麦秸秆、生物质炭施用对小麦-玉米轮作系统温室气体排放、土壤团聚体组成、碳化学形态等的变化特征,为我国北方地区农业生产过程中减排增汇提供科学依据。(1)在灌溉条件下,与F处理相比较,添加秸秆或者生物质炭处理土壤有机碳(SOC)含量提高了33.7%~79.6%,但是只有FBhigh处理土壤全氮(TN)含量显著提高了24.1%。添加8 t·hm-2的秸秆或者生物质炭对土壤团聚体颗粒组成并没有显著影响,而添加16t·hm-2的生物质炭(FBhigh处理)使2 mm土壤大颗粒团聚体含量显著增加78.3%。添加秸秆和生物质炭处理下2 mm土壤大颗粒团聚体中SOC含量增加了32.0%~182.9%。FS、FBlow、FBhigh处理0.25 mm的微团聚体中HAC含量分别增加了14.0%、12.1%和24.2%。FBlow、FBhigh两处理2 mm的团聚体中LAC含量分别提高了56.4%和73.3%。(2)在雨养条件下,与F处理相比,FS、FBlow及FBhigh处理下小麦产量分别提高了30.9%、66.3%和36.6%;对于玉米产量而言,FS和FBhigh处理下玉米产量分别降低了14.1%和24.6%,但是FBlow处理下对玉米产量没有显著性的影响。与F处理相比,FS处理下土壤CO_2的年排放总量增加了60.2%,但是FBhigh处理下土壤CO_2的年排放总量减低了14.4%;生物质炭的施用降低了土壤N2O的排放,与F处理相比,FBlow和FBhigh处理下分别减低了27.6%和38.7%,而秸秆的施用对N2O的排放没有显著性的影响。总的来说,与F处理相比,FBlow和FBhigh处理下净增温潜势分别降低了24.1 t·hm-2和58.4 t·hm-2,单位产量的净综合增温潜势分别降低了1.8 t·t-1和5.1 t·t-1。(3)用碳足迹的方法分析评估了2013-2014年小麦生长季各处理之间的碳消耗。结果表明,小麦生产中碳足迹的构成主要为农田生态系统净初级生产力(NPP)和氮肥生产过程中的能源消耗。与F处理相比,FS、FBlow与FBhigh处理,生态系统净初级生产力(NPP)分别增加了30.9%、63.0%和27.8%;添加4 t·hm-2秸秆(FS)使土壤CO_2的季节排放总量增加了68.7%、生态系统N2O的季节排放总量降低了33.9%,添加4 t·hm-2(FBlow)和8 t·hm-2生物质炭(FBhigh)生态系统N2O的季节排放总量降低了23.8%和58.6%,但是对土壤CO_2的季节排放总量没有显著性的差异;添加4 t·hm-2秸秆(FS)使小麦生产过程中的碳足迹升高了26.0%、添加4 t·hm-2(FBlow)和8 t·hm-2生物质炭(FBhigh)碳足迹分别降低了198.0%和112.9%。生物质炭的添加降低了小麦生产过程中的碳足迹。以上结果初步表明,添加生物质炭在一定程度上降低小麦-玉米轮作体系下,温室气体排放速率和排放总量,并提高土壤有机碳含量及团聚体稳定性。施用8t·hm-2生物质炭可以显著提高作物产量,但综合考虑秸秆/生物质炭施用的经济效应和环境效应可知,施用16 t·hm-2生物质炭可作为一种提高作物产量并降低净增温潜势的良好措施。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X71;S181

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