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OA北大核心CSTPCD

【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。