生物質(zhì)炭施用對大棚菜地N2O和NOx排放影響的觀測研究.pdf

1、氧化亞氮(N2O)和氮氧化物（NOx，包括NO和NO2）在全球氮素循環(huán)過程中起著十分重要的作用，由其所帶來的區(qū)域性和全球性環(huán)境問題受到了人們的極大關(guān)注。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)被認為是N2O和NOx排放的主要人為排放源，雖然目前關(guān)于對大宗糧食作物（如水稻、小麥、玉米）農(nóng)田系統(tǒng)N2O和NO排放觀測進行了大量研究，但是對大棚菜地系統(tǒng)N2O和NOx排放的同步觀測研究還鮮有報道。同時，近年來生物質(zhì)炭的田間施用作為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)一種有效的N2O和NO減排措施受

2、到了越來越多人的關(guān)注。但是，生物質(zhì)炭對N2O和NO的減排效果還與生物質(zhì)炭施用量、土壤類型及制備原料密切相關(guān)。
　　本文主要通過室內(nèi)培養(yǎng)實驗和田間原位觀測試驗，探討生物質(zhì)炭施用對我國不同pH農(nóng)田土壤N2O的減排效應(yīng)以及對大棚菜地系統(tǒng)N2O和NOx排放的影響效應(yīng)。室內(nèi)培養(yǎng)實驗通過采集我國四種不同pH農(nóng)田土壤，進行氮肥與生物質(zhì)炭添加與不添加的試驗處理，探討生物質(zhì)炭對不同pH土壤N2O的減排效應(yīng)，進一步分析了不同利用方式下土壤pH與N2O

3、排放之間的關(guān)系。大棚菜地田間試驗以我國南京郊區(qū)典型大棚菜地為研究對象，采用靜態(tài)暗箱-氣相色譜/NOx分析法田間原位同步觀測N2O、NO和NO2的排放通量，探討氮肥及生物質(zhì)炭施用對大棚菜地系統(tǒng)N2O、NO和NO2排放的影響，進一步揭示大棚菜地系統(tǒng)N2O和NOx排放規(guī)律及其與土壤因素之間的關(guān)系。
　　主要研究結(jié)果如下:
　　1)培養(yǎng)實驗研究結(jié)果表明，不添加外源氮肥情況下，N2O排放與不同利用方式下土壤pH呈負相關(guān)關(guān)系;添加外源氮

4、肥情況下，N2O排放與不同利用方式下土壤pH呈顯著正相關(guān)關(guān)系。同時，氮肥、生物質(zhì)炭及不同利用方式土壤均能顯著影響土壤N2O的排放。生物質(zhì)炭施用能夠顯著降低供試土壤N2O排放量，特別是在偏酸性土壤中對N2O排放的抑制效果更為顯著。
　　2) N2O、NO和NO2排放均受蔬菜品種和輪作模式的顯著影響，表現(xiàn)為明顯的季節(jié)和年際變化特征。2012.8-2013.8的青椒-西紅柿-小青菜輪作系統(tǒng)中，青椒季和西紅柿季N2O排放量占年排放總量80

5、％以上;氮肥施用條件下N2O排放量為13.25-17.14 kgN2O-N ha-1，N2O背景排放量為4.48 kg N2O-N ha-1。2013.8-2014.8的西紅柿-小青菜-毛豆輪作系統(tǒng)中，N2O排放量季節(jié)變化表現(xiàn)為毛豆季＞西紅柿季＞小青菜季，NO排放量季節(jié)變化表現(xiàn)為西紅柿季＞毛豆季＞小青菜季;氮肥施用條件下N2O和NO排放量分別為10.13-16.47 kg N2O-N ha-1和5.79-10.81 kg NO-N ha

6、-1，N2O和NO背景排放量分別為4.41 kg N2O-N ha-1和1.26 kg NO-N ha-1。同時，本研究中菜地土壤表現(xiàn)為NO2排放的一個匯。
　　3) N2O和NO排放系數(shù)受蔬菜品種和輪作模式的顯著影響，表現(xiàn)為明顯的季節(jié)和年際變化特征。2012.8-2013.8的青椒-西紅柿-小青菜輪作系統(tǒng)中，N2O季節(jié)排放系數(shù)變化范圍為0.76-2.98％，不同蔬菜品種排放系數(shù)變化大小順序為西紅柿季＞青椒季＞小青菜季，N2O年排

7、放系數(shù)為1.33-1.92％。2013.8-2014.8的西紅柿-小青菜-毛豆輪作系統(tǒng)中，N2O季節(jié)排放系數(shù)變化范圍為0.64-5.00％,不同蔬菜品種N2O排放系數(shù)變化大小順序為毛豆季＞西紅柿季＞小青菜季;而NO季節(jié)排放系數(shù)變化范圍為0.62-2.64％，不同蔬菜品種NO排放系數(shù)變化大小順序為毛豆季＞西紅柿季＞小青菜季。N2O和NO年排放系數(shù)分別為1.07-1.91％和0.96-1.35％。
　　4)土壤濕度和土壤礦質(zhì)氮含量是大

8、棚菜地N2O和NO排放的兩個主要影響因素。N2O排放與土壤濕度呈顯著指數(shù)相關(guān)關(guān)系，NO-N/(N2O+NO)-N和NO-N/N2O-N與土壤濕度呈顯著線性相關(guān)關(guān)系。且當土壤水分低于61％WFPS時，本研究中NO排放超過N2O排放，進一步印證了NO/N2O或NO-N/(N2O+NO)-N可以作為大棚菜地土壤硝化作用和反硝化作用過程產(chǎn)生N2O和NO強弱的指標。同時，N2O和NO排放與土壤礦質(zhì)氮含量呈顯著線性相關(guān)關(guān)系。
　　5)生物質(zhì)炭

9、施用顯著降低大棚菜地系統(tǒng)N2O和NO排放量和排放系數(shù)，而對NO2排放影響不明顯。2012.8-2013.8的青椒-西紅柿-小青菜輪作系統(tǒng)中，40 t ha-1生物質(zhì)炭施用量顯著降低了N2O年排放量22.69％,其中對小青菜季N2O排放量減排達31.27％,同時顯著降低了N2O年排放系數(shù)31％。2013.8-2014.8的西紅柿-小青菜-毛豆輪作系統(tǒng)中，氮肥不同施用量下40 t ha-1生物質(zhì)炭施用分別顯著降低了N2O和NO年排放量10-

10、19％和13-19％,其中對西紅柿季N2O和NO減排效果最為顯著，小青菜季次之。與此同時，在當?shù)爻Ｒ?guī)氮肥施用量下，生物質(zhì)炭不同施用量對N2O減排效果依次為F+B2(20t ha-1)＞F+B3(40t ha-1)＞F+B1(10t ha-1)，對NO減排效果依次為F+B1(10t ha-1)＞F+B2(20t ha-1)＞F+B3(40t ha-1)。綜合而言，20t ha-1生物質(zhì)炭施用量對大棚菜地N2O和NO綜合減排效果最為顯著，且

11、對蔬菜增產(chǎn)效果最為明顯。
　　6) N2O和NO排放與氮肥施用量呈顯著正線性相關(guān)關(guān)系，而NO2排放與氮肥施用量呈顯著負線性相關(guān)關(guān)系。在本研究中2013.8-2014.8的西紅柿-小青菜-毛豆輪作系統(tǒng)三個氮肥施用量處理中，氮肥施用量減少1/3處理(F-L)的施肥量最低，卻表現(xiàn)為蔬菜產(chǎn)量最高以及最少的N2O和NO排放量，說明對當?shù)剞r(nóng)戶常規(guī)施肥量減少1/3可以作為我國大棚菜地增產(chǎn)減排的一項有效措施。
　　全文結(jié)論:
　　1.

12、不添加外源氮肥情況下，N2O排放與不同利用方式下土壤pH呈負相關(guān)關(guān)系;添加外源氮肥情況下，N2O排放與不同利用方式下土壤pH呈顯著正相關(guān)關(guān)系。生物質(zhì)炭施用能夠顯著降低不同pH農(nóng)田土壤N2O排放量，特別是在偏酸性土壤中對N2O排放的抑制效果更為顯著。
　　2.N2O、NO和NO2排放均受蔬菜品種和輪作模式的顯著影響，表現(xiàn)為明顯的季節(jié)和年際變化特征，氮肥施用和灌溉是大棚菜地N2O和NO排放的兩個重要影響因素。
　　3.N2O和N