中國農(nóng)業(yè)科學(xué) 2023 56 10 1935 1948 Scientia Agricultura Sinica doi 10 3864 j issn 0578 1752 2023 10 010 收稿日期 2022 04 13 接受日期 2022 07 12 基金項目 河北省重點研發(fā)計劃 21326905D 河北省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系蔬菜產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新團隊項目 HBCT2018030206 聯(lián)系方式 宋博影 E mail bysong2022 通信作者郭艷杰 E mail guoyanjie928 通信作者張麗娟 E mail lj zh2001 開放科學(xué) 資源服務(wù) 標識碼 OSID 生物炭和雙氰胺對設(shè)施蔬菜土壤溫室氣體排放的 影響 宋博影 1 2 郭艷杰 1 2 4 王文贊 1 2 呂澤楠 1 2 趙宇晴 1 2 柳鷺 1 2 張麗娟 1 2 3 1 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 河北保定 071001 2 河北省農(nóng)田生態(tài)環(huán)境重點實驗室 河北保定 071001 3 河北省蔬菜產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心 河北保定 071001 4 華北作物改良與調(diào)控國家重點實驗室 河北保定 071001 摘要 目的 通過探究生物炭 雙氰胺 DCD 及二者聯(lián)合施用對設(shè)施土壤溫室氣體 N 2O CO 2和CH 4 排放的綜合效應(yīng) 為設(shè)施蔬菜生產(chǎn)體系的溫室氣體減排和綠色發(fā)展提供科學(xué)依據(jù) 方法 以設(shè)施小油菜 Brassica campestris L 田為 研究對象 設(shè)置不施氮 CK 傳統(tǒng)施氮 CN 推薦施氮 RN 推薦施氮 生物炭 RNB 推薦施氮 DCD RND 和推薦 施氮 生物炭 DCD RNBD 6 個處理 分析不同處理下土壤溫室氣體的排放特征 以及排放強度 GHGI 和全球增溫潛勢 GWP 的差異 結(jié)果 與 CN 相比 推薦施氮條件下各處理 RN RNB RND 和 RNBD 的小油菜產(chǎn)量降低 2 9 29 3 但在推薦施氮條件下 生物炭 DCD 聯(lián)合施用處理 RNBD 則使小油菜產(chǎn)量增加了 34 4 生物炭和 DCD 在小油菜增產(chǎn)方 面表現(xiàn)出協(xié)同效果 P 0 05 推薦施氮的各處理較傳統(tǒng)施氮 CN 降低了 29 4 76 5 的土壤 N 2O排放量 以RND效 果最優(yōu) 但對土壤 CO 2 CH 4排放影響不大 與 CN 相比 推薦施氮的各處理總 GWP 有所降低 降低幅度為 4 3 51 2 以 RND 減排效果最優(yōu) 就 GHGI 而言 各推薦施氮處理間差異則不顯著 P 0 05 結(jié)論 相同尿素施用量條件下 推 薦施氮配施生物炭或雙氰胺對小油菜產(chǎn)量影響不大 但二者聯(lián)合配施可顯著促進小油菜增產(chǎn) 并可在一定程度上降低溫 室氣體累積排放與全球增溫潛勢 但二者配合施用的效果并不優(yōu)于推薦施氮與雙氰胺配施的處理 關(guān)鍵詞 生物炭 雙氰胺 設(shè)施菜田 小油菜 Brassica campestris L 溫室氣體排放強度 綜合增溫效應(yīng) Effects of Biochar Combined with Dicyandiamide on Greenhouse Gases Emissions from Facility Vegetable Soil SONG BoYing 1 2 GUO YanJie 1 2 4 WANG WenZan 1 2 L ZeNan 1 2 ZHAO YuQing 1 2 LIU Lu 1 2 ZHANG LiJuan 1 2 3 1 College of Resources and Environmental Sciences Hebei Agricultural University Baoding 071001 Hebei 2 Key Laboratory for Farmland Eco Environment of Hebei Province Baoding 071001 Hebei 3 Collaborative Innovation Center for Vegetable Industry of Hebei Baoding 071001 Hebei 4 State Key Laboratory of North China Crop Improvement and Regulation Baoding 071001 Hebei Abstract Objective This paper aimed to explore the comprehensive effects of biochar dicyandiamide DCD and their combined application on the greenhouse gas N 2 O CO 2 and CH 4 emissions from facility soil so as to provide a scientific basis for reducing the greenhouse gas emissions and green development of facility vegetable production system Method In this study the facility vegetable production system was used as the research object and a total of six treatments were set up including no nitrogen application CK traditional nitrogen application CN recommended nitrogen application RN recommended nitrogen application biochar RNB recommended nitrogen application DCD RND and recommended nitrogen application biochar 1936 中 國 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) 56卷 DCD RNBD A pot experiment method was applied to analyze the effects of soil greenhouse gas emissions and the difference in greenhouse gas intensity GHGI and global warming potential GWP under different treatments Result Compared with the CN treatment the rape yield decreased by 2 9 29 3 under the recommend nitrogen treatments RN RN RND and RNBD However under the same nitrogen application rate the rape yield increased by 34 4 in the treatment of recommend nitrogen combined with biochar and DCD RNBD indicating that biochar and DCD showed a synergistic effect on rape yield increase P 0 05 The recommend nitrogen treatments reduced the soil N 2 O emissions by 29 4 76 5 in comparation with the CN treatment especially the RND treatment showed the best effect However the recommend nitrogen treatments showed little effect on soil CO 2 and CH 4 emissions Compared with the CN treatment the total GWP under the recommended nitrogen treatments decreased by 4 3 51 2 and the RND treatment showed the best emission reduction effect In terms of GHGI the difference among the recommended nitrogen treatments was not significant P 0 05 and the RND treatment also showed the best emission reduction effect Conclusion Under the same nitrogen application rate the application of biochar alone or DCD alone had little effect on rape yield but the combination of biochar and DCD could significantly increase the rape yield Additionally the combination of biochar and DCD could reduce the cumulative greenhouse gas emissions and GWP but it was not superior to single application of DCD in the facility vegetable field Key words biochar DCD facility vegetable field rape Brassica campestris L greenhouse gas emissions intensity global warming potential 0 引言 研究意義 當(dāng)前大氣中溫室氣體 N 2 O CO 2 和CH 4 濃度升高導(dǎo)致的全球氣候變暖的環(huán)境問題 1 一直受到國內(nèi)外學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注 2 3 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng) 是溫室氣體產(chǎn)生的主要來源 在全球大氣溫室氣體收 支平衡中也扮演著重要角色 4 據(jù)估計 全球每年大 氣中有80 90 的N 2 O 5 20 的CO 2 和15 30 的CH 4 來自土壤 5 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)貢獻了全球25 的溫室氣體排放 6 7 蔬菜在我國是僅次于糧食的重要 農(nóng)產(chǎn)品 尤其是設(shè)施蔬菜栽培因可實現(xiàn)蔬菜全年供應(yīng) 有助于提高蔬菜質(zhì)量 生產(chǎn)規(guī)模和經(jīng)濟效益 促進農(nóng) 業(yè)現(xiàn)代化 8 10 是目前最具活力的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形式 發(fā)展尤為迅猛 十三五 期間 我國設(shè)施蔬菜面積基 本穩(wěn)定在410萬 hm 2 年均增長率為1 左右 11 2019 年 全國設(shè)施蔬菜產(chǎn)值超過9800億元 約占蔬菜產(chǎn) 業(yè)總產(chǎn)值的1 2 占種植業(yè)總產(chǎn)值的19 1 12 因此 設(shè)施蔬菜土壤溫室氣體排放問題也日益引起關(guān)注和 重視 與糧食作物相比 蔬菜作物需肥量高 13 同 時菜農(nóng)片面追求高產(chǎn)高收益大量施用肥料 尤其是氮 肥的超量投入 從而加劇了土壤溫室氣體排放 14 施用化學(xué)氮肥可以為土壤硝化和反硝化微生物提 供充足的作用底物 顯著促進土壤N 2 O排放 15 有研究表明 土壤N 2 O排放隨氮肥施用量的增加而 增加 16 17 且二者呈指數(shù)關(guān)系 18 據(jù)估計 設(shè)施蔬 菜體系土壤N 2 O排放占全國農(nóng)田N 2 O排放的 20 19 前人研究進展 生物炭 biochar 是有 機材料 作物秸稈 林果木枝條 糞便等 在缺氧 或限氧環(huán)境中 經(jīng)高溫?zé)崃呀夂螽a(chǎn)生的固態(tài)產(chǎn)物 因其孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達 比表面積大 吸附性能好的優(yōu) 點 可作為土壤調(diào)理劑 20 21 生物炭施入土壤可提 升土壤有機碳庫儲量 22 24 從而緩解大氣CO 2 濃度 升高 25 26 改善土壤理化和微生物性質(zhì) 27 30 抑制 N 2 O CH 4 的產(chǎn)生和排放 31 33 同時也可為作物生長 提供營養(yǎng)元素 提高產(chǎn)量和品質(zhì) 34 36 硝化抑制劑 nitrification inhibitor NI 能夠有效抑制硝化作用 減緩銨態(tài)氮 NH 4 N 向硝態(tài)氮 NO 3 N 轉(zhuǎn)化的速 率 從而減少NO 3 N的產(chǎn)生和累積 進而減少淋溶 和反硝化損失 37 38 GAO等 39 通過文獻薈萃分析得 出 雙氰胺 dicyandiamide DCD 可減少30 4 的 N 2 O排放 3 4 二甲基吡唑磷酸鹽 3 4 dimethylpyrazole phosphate DMPP 能減少60 1 的N 2 O排放 MENG 等 40 通過分析硝化抑制劑與尿素施用對亞熱帶牧場 的影響發(fā)現(xiàn) 施用DCD和DMPP均可顯著降低N 2 O 排放量 分別超過76 和67 硝化抑制劑施用后 土壤中硝化細菌減少甚至消失 其使用效果在很大程 度上取決于與NH 4 N接觸的有效量 DCD水溶性很 高 13 下水溶解度為22 6 g L 1 在土體中移動 性較強 在遇到強水流的情況下 很容易從NH 4 N 中分離出來 這嚴重限制了其施用效果 41 生物炭因 具有多微孔 比表面積大 吸附力強 富含碳等理化 特性 42 因此可以增強硝化抑制劑和NH 4 N的吸引 和滯留 43 使其與NH 4 N之間的空間分離得到了緩 解 接觸得到改善 從而提高硝化抑制劑的效果 由 此 推測生物炭和硝化抑制劑在溫室氣體減排方面可 能會表現(xiàn)出協(xié)同效果 同時有研究發(fā)現(xiàn)生物炭與硝化 10期 宋博影等 生物炭和雙氰胺對設(shè)施蔬菜土壤溫室氣體排放的影響 1937 抑制劑聯(lián)合施用 可降低抑制劑在土壤中的釋放速 率 降低氮素淋洗損失 從而對硝化抑制劑起到一定 的保護作用 44 如CHEN等 45 通過模擬試驗發(fā)現(xiàn) 將新鮮的小麥秸稈生物炭施入土壤能吸附一定的硝 化抑制劑 從而延長穩(wěn)定劑的作用時長 減少N 2 O的 釋放 但也有研究發(fā)現(xiàn) 生物炭與硝化抑制劑配施后 增加了生物炭 土壤復(fù)合體對DMPP的吸附 進而降 低了DMPP的作用效果 46 本研究切入點 目前有 關(guān)生物炭的研究多集中在其改善土壤理化性質(zhì) 47 48 固碳減排等方面 49 50 硝化抑制劑則多集中在減少氮 素淋溶損失和N 2 O減排 提高氮肥利用率等方面 關(guān)于二者配施的研究結(jié)果尚且存在爭議 擬解決的 關(guān)鍵問題 本文以設(shè)施蔬菜 小油菜 Brassica napus L 為研究對象 采用盆栽試驗法研究生物炭 與硝化抑制劑DCD配合施用對土壤溫室氣體 N 2 O CO 2 和CH 4 排放的影響 并結(jié)合小油菜產(chǎn)量評價其 綜合效應(yīng) 旨在為設(shè)施蔬菜生產(chǎn)溫室氣體減排提供科 學(xué)的理論指導(dǎo) 1 材料與方法 1 1 供試材料 供試土壤取自河北廊坊永清縣小青垡村設(shè)施大棚 E 116 28 41 N 39 13 30 棚齡13年 前茬作物 為番茄 0 20 cm耕層土壤基本理化性質(zhì)為pH 7 75 NO 3 N 13 10 mg kg 1 NH 4 N 3 25 mg kg 1 速效磷 242 5 mg kg 1 速效鉀563 06 mg kg 1 有機質(zhì)31 27 g kg 1 容重1 32 g cm 3 采集后的土壤樣品自然風(fēng)干 后過2 mm篩備用 供試氮肥為尿素 N 46 磷肥為磷酸二氫 鉀 P 2 O 5 52 K 2 O 34 鉀肥為硫酸鉀 K 2 O 50 供試硝化抑制劑為雙氰胺 DCD N 67 均為分析純試劑 生物炭類型為果木枝條類炭 pH 9 65 限氧條件下高溫?zé)峤庑纬?純養(yǎng)分含量N 0 68 g kg 1 P 2 O 5 0 9 g kg 1 K 2 O 6 3 g kg 1 供試作物 為小油菜 品種為四月慢 購自河北省保定市農(nóng)資科 技市場 1 2 試驗設(shè)計 共設(shè)6個處理 分別為CK 不施任何氮肥或硝 化抑制劑 傳統(tǒng)施氮 CN 推薦施氮 RN 推薦施氮 生物炭 RNB 推薦施氮 DCD RND 推薦施氮 生物炭 DCD RNBD 4次重復(fù) 傳統(tǒng) 施氮為450 kg hm 2 推薦施氮是結(jié)合當(dāng)?shù)赝寥鲤B(yǎng)分含 量 采用目標產(chǎn)量法確定在傳統(tǒng)施氮量基礎(chǔ)上減少 17 DCD用量為純氮量的15 課題組前期田間試 驗篩選得出 生物炭按照土壤重量的1 添加 各 處理中氮素 生物炭和硝化抑制劑DCD投入量詳見 表1 各處理磷肥和鉀肥施用量相同 純養(yǎng)分P 2 O 5 和 K 2 O投入量均為150 kg hm 2 生物炭攜帶的P 2 O 5 和 K 2 O量 其余處理由磷酸二氫鉀與硫酸鉀補充 所有 肥料作為底肥一次性施入 表 1 各處理氮素 生物炭和 DCD 添加量 Table 1 Application amounts of nitrogen biochar and DCD in different treatments 處理 Treatment 縮寫 Abbreviation 施氮量 Nitrogen application kg hm 2 生物炭施用量 Biochar application t hm 2 雙氰胺施用量 DCD application kg hm 2 不施氮對照 No N application CK 0 0 0 傳統(tǒng)施氮 Traditional N application CN 450 0 0 推薦施氮 Recommended N application RN 375 0 0 推薦施氮 生物炭 Recommended N application biochar RNB 375 30 0 推薦施氮 DCD Recommended N application DCD RND 375 0 56 25 推薦施氮 生物炭 DCD Recommended N application biochar DCD RNBD 375 30 56 25 試驗布置在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)西校區(qū)日光溫室內(nèi) 采用 盆栽試驗 試驗開始時 稱取過篩后的風(fēng)干土樣2 50 kg 同時加入上述處理中相應(yīng)的肥料 生物炭和DCD 充分 混勻后裝入直徑20 cm 高15 cm底部帶孔的塑料盆中 調(diào)節(jié)土壤含水量為田間持水量的60 播撒小油菜種子 待全部出苗后定苗 每盆定苗5株 生長期間用去離子 水澆灌 各處理除氮肥 生物炭和DCD施用量不同外 其他田間管理措施一致 小油菜成熟后收獲取樣 1 3 樣品采集與測定 1 3 1 氣體樣品 采用靜態(tài)箱 氣相色譜法監(jiān)測土壤 1938 中 國 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) 56卷 溫室氣體CO 2 CH 4 和N 2 O排放 靜態(tài)箱分為底座和 采氣罩兩部分 底座為不銹鋼材質(zhì) 有2 cm凹槽放置 采氣罩 采氣罩為泡沫材質(zhì)箱體 50 cm 50 cm 50 cm 頂部安裝有金屬探頭 用于監(jiān)測箱內(nèi)溫度 箱 內(nèi)側(cè)面安裝有1臺小型電風(fēng)扇 用于正式采氣前混勻 箱內(nèi)空氣 箱體外包有隔熱材料 正式采樣時將整個 盆栽置于靜態(tài)箱內(nèi) 采氣罩扣置于底座 凹槽內(nèi)用水 密封 保證氣密性 肥料或生物炭 DCD 等施入后 第2天起開始取樣 連續(xù)取樣7 d 之后根據(jù)澆水管理 間隔3天取一次氣體樣 直至小油菜收獲 采樣時間 為上午9 00 11 00 扣置采氣罩后先將風(fēng)扇打開 待箱體內(nèi)空氣充分混勻后 分別于0 10 20 min時 分3次用60 mL注射器取氣 每次30 mL 同時記錄 箱體內(nèi)溫度 氣體樣品采用氣相色譜 Agilent 7890A 分析測定溫室氣體CH 4 CO 2 和N 2 O濃度 溫室氣體 排放通量 F 的計算公式 51 如下 F H C t 273 273 T 60 1 式中 F表示CO 2 和CH 4 排放通量 mg m 2 h 1 和 N 2 O排放通量 g m 2 h 1 表示標準狀態(tài)下CO 2 C CH 4 C和N 2 O N的密度 kg m 3 H表示采樣箱高 度 m C t表示氣體濃度變化率 L L 1 min 1 T表示采樣箱內(nèi)溫度 未觀測日期土壤溫室氣 體排放通量通過內(nèi)插法來計算 之后將測定值和計算 值逐日累加從而得出氣體排放累積量 1 3 2 植物樣品 小油菜收獲時 用不銹鋼剪刀沿地 面剪取植株地上部 測定植株鮮重 并折算為每公頃 產(chǎn)量 1 4 全球增溫潛勢 GWP 和溫室氣體排放強度 GHGI 1 4 1 GWP 農(nóng)田溫室效應(yīng)采用全球增溫潛勢來衡 量 采用聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會 IPCC 推薦的綜合增溫潛勢 global warming potential GWP 計算3種溫室氣體在100年尺度的綜合增溫效應(yīng) 由 于單位質(zhì)量CH 4 和N 2 O在百年尺度的全球增溫潛勢分 別是CO 2 的34倍和298倍 因此溫室效應(yīng) 52 GWP 可表示為 CO 2 GWP kg hm 2 M CO 2 44 12 2 N 2 O GWP kg hm 2 M N 2 O 44 28 298 3 CH 4 GWP kg hm 2 M CH 4 16 12 34 4 總GWP kg hm 2 CO 2 GWP N 2 O GWP CH 4 GWP 5 式中 GWP為全球增溫潛勢 kg hm 2 M CO 2 為小油菜生長期CO 2 累積排放量 kg hm 2 M N 2 O 為N 2 O生長期累積排放量 kg hm 2 M CH 4 為 小油菜生長期CH 4 累積排放量 kg hm 2 1 4 2 GHGI greenhouse gas emission intensity 單 位產(chǎn)量的全球增溫潛勢公式 53 為 GHGI GWP Y 6 式中 GHGI為溫室氣體排放強度 kg kg 1 Y為作 物產(chǎn)量 kg hm 2 1 5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計 采用 Microsoft Excel 2020軟件進行數(shù)據(jù)和圖表 整理及繪圖 SPSS 26進行統(tǒng)計分析 采用重復(fù)測量 方差分析法分析處理 時間及二者交互作用對土壤溫 室氣體排放通量的影響 采用單因素方差分析比較處 理間的顯著性差異 LSD檢驗 P 0 05 2 結(jié)果 2 1 小油菜產(chǎn)量 圖1可以看出 施加氮肥可顯著提高小油菜產(chǎn)量 不施氮 CK 產(chǎn)量最低 僅為661 5 kg hm 2 傳統(tǒng) 施氮 CN 產(chǎn)量最高 為1 388 9 kg hm 2 與CN相 比 RN 1 003 5 kg hm 2 RNB 982 0 kg hm 2 和RND 1 078 1 kg hm 2 處理小油菜產(chǎn)量明顯降低 22 4 29 3 P 0 05 這可能與試驗小油菜生 長期較短有關(guān) 生物炭與硝化抑制劑DCD聯(lián)合施用 的RNBD處理 1 349 1 kg hm 2 小油菜產(chǎn)量較CN 雖有所降低 但差異不顯著 P 0 05 相同尿素施 用量條件下 與RN處理相比 RNB和RND處理對 小油菜產(chǎn)量的影響不大 但RNBD處理使小油菜產(chǎn)量 增加了34 4 差異達顯著性水平 P 0 05 可見 圖 1 各處理小油菜產(chǎn)量 Fig 1 The rape yield of different treatments 10期 宋博影等 生物炭和雙氰胺對設(shè)施蔬菜土壤溫室氣體排放的影響 1939 生物炭和DCD配合施用在小油菜增產(chǎn)方面表現(xiàn)出了 協(xié)同效果 2 2 土壤溫室氣體排放通量動態(tài)變化 2 2 1 土壤 N 2O 排放通量 由圖2可知 小油菜整個 生長期內(nèi) CK處理土壤N 2 O排放通量一直保持在較 低水平 且變幅不大 僅為3 0 8 5 g m 2 h 1 均值 為5 77 g m 2 h 1 CN處理土壤N 2 O排放通量則呈 現(xiàn)先升高后降低的趨勢 且在施肥后的第5天達到 峰值 隨后23 d內(nèi)迅速降低 在整個試驗期間內(nèi) 排放通量變幅較大 為4 2 121 3 g m 2 h 1 平均 值為24 8 g m 2 h 1 RN與RNB處理土壤N 2 O排放 通量呈現(xiàn)與CN相似的變化趨勢 分別為3 9 83 5 和6 0 97 1 g m 2 h 1 平均值分別為14 4 和17 8 g m 2 h 1 較CN分別降低41 8 和28 2 P 0 01 與CK處理相類似 RND RNBD處理土 壤N 2 O排放通量試驗期間變化不大 但較CN則明 顯降低 整個試驗期間變化范圍分別為2 2 12 6 和3 1 10 1 g m 2 h 1 平均值分別為6 2和7 0 g m 2 h 1 分別降低74 9 和71 7 且差異達顯 著水平 P 0 05 相同尿素施用量條件下 與 RN相比 RNB處理對土壤N 2 O排放通量影響不大 但RND和RNBD處理使土壤N 2 O排放通量顯著降 低 分別降低56 9 和51 3 P 0 05 此外 由表2可知 不同處理 監(jiān)測時間以及二者交互作 用對設(shè)施蔬菜土壤N 2 O排放通量有極顯著影響 P 0 01 N 2 O 排放通量 N 2 O fl ux g m 2 h 1 圖 2 各處理土壤 N 2O 排放通量動態(tài)變化 Fig 2 Variation of soil N 2 O emission flux in each treatment 表 2 各處理土壤溫室氣體排放通量重復(fù)測量方差分析 Table 2 Repeated measured analysis of variance ANOVA for the soil greenhouse gases emission in different treatments 溫室氣體 Greenhouse gases 因素 Factor 自由度 df 標準差 MS F檢驗 F test P值 P value 處理 Treatment 5 9131 522 28 719 0 01 時間 Time 13 5749 817 62 541 0 01 N 2 O 處理 時間Treatment Time 65 1150 455 12 513 0 01 處理 Treatment 5 1314 678 4 398 0 01 時間 Time 13 4937 243 24 537 0 01 CO 2 處理 時間Treatment Time 65 414 608 2 061 0 01 處理 Treatment 5 0 013 45 888 0 01 時間 Time 13 0 015 39 156 0 01 CH 4 處理 時間Treatment Time 65 0 012 31 413 0 01 1940 中 國 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) 56卷 2 2 2 土壤 CO 2排放通量 在整個試驗期間 各處理 土壤CO 2 排放通量總體呈現(xiàn)先降低再升高 試驗的第 3 4天達到排放高峰 隨后逐漸下降并趨于平緩的變 化趨勢 圖3 傳統(tǒng)施氮 CN 處理土壤CO 2 排放 通量在第4天達到峰值 在整個試驗期間內(nèi)排放通量 變幅較大 為4 8 72 8 mg m 2 h 1 平均值為17 9 mg m 2 h 1 RN和RNB處理土壤CO 2 排放通量變化趨 勢與CN相類似 分別為4 7 94 9和3 3 60 0 mg m 2 h 1 平均值分別為18 6和14 8 mg m 2 h 1 RND 和RNBD處理土壤CO 2 排放通量變化范圍分別為2 4 42 0和3 0 24 6 mg m 2 h 1 平均值分別為12 0和 13 5 mg m 2 h 1 較CN分別降低33 0 和24 6 差 異達顯著水平 P 0 05 相同尿素施用量條件下 與RN相比 RNB處理對土壤CO 2 排放通量影響不大 但RND RNBD處理均可使土壤CO 2 排放通量顯著降 低35 3 和27 1 P 0 05 由表2可知 不同處 理 監(jiān)測時間以及二者交互作用對設(shè)施蔬菜土壤CO 2 排放通量有極顯著影響 P 0 01 2 2 3 土壤 CH 4排放通量 由圖4可知 整個試驗期 間 各處理土壤與大氣CH 4 的交換均表現(xiàn)為吸收 土 壤是CH 4 的吸收 匯 各處理土壤CH 4 排放通量變 化趨勢相類似 呈現(xiàn)無規(guī)律波動 且波動性不大 變 化范圍在 0 01 0 06 mg m 2 h 1 平均值在 0 02 0 06 mg m 2 h 1 除RN處理土壤CH 4 排放通量與CK相比 圖 3 各處理 CO 2排放通量動態(tài)變化 Fig 3 Variation of soil CO 2 emission flux in each treatment CH 4 排放通量 CH 4 fl ux m g m 2 h 1 圖 4 各處理 CH 4排放通量動態(tài)變化 Fig 4 Variation of soil CH 4 emission flux in each treatment 10期 宋博影等 生物炭和雙氰胺對設(shè)施蔬菜土壤溫室氣體排放的影響 1941 明顯增加外 P 0 05 其余處理與CK之間無顯著 性差異 P 0 05 由表2可知 不同處理 監(jiān)測時 間以及二者交互作用對設(shè)施蔬菜土壤CH 4 排放通量有 極顯著影響 P 0 01 2 3 土壤 N 2O CO 2和CH 4累積排放量 進一步分析整個試驗期間各處理土壤N 2 O CO 2 和CH 4 累積排放量 圖5 與CN相比 推薦或推 薦基礎(chǔ)上配施硝化抑制劑 生物炭或二者配合施用均 能顯著降低土壤N 2 O排放 降幅為29 4 76 5 P 0 05 相同尿素施用量條件下 RNB處理對土壤 N 2 O累積排放量影響不大 P 0 05 RND和RNBD 處理分別顯著降低土壤N 2 O累積排放量的60 和50 P 0 05 整個小油菜生長期內(nèi) 與CN相比 各施氮處理間 土壤CO 2 累積排放量差異不顯著 P 0 05 相同尿 素施用量條件下 與RN相比 RNB和RNBD處理對 土壤CO 2 累積排放量影響不大 P 0 05 但RND 處理卻能顯著降低CO 2 累積排放量35 3 P 0 05 整個試驗期間 各施氮處理對土壤CH 4 交換表現(xiàn) 吸收狀態(tài) 土壤CH 4 累積吸收量各處理間差異不顯著 d a b b d d 0 0 05 0 10 0 15 0 20 0 25 CK CN RN RNB RND RNBD 處理 Treatment ab a a ab ab ab 0 40 80 120 160 CK CN RN RNB RND RNBD ab a a ab ab ab 0 50 0 40 0 30 0 20 0 10 0 CK CN RN RNB RND RNBD 處理 Treatment 處理 Treatment N 2 O 累積排放量 N 2 O accumul a ted flu x k g hm 2 CO 2 累積排放量 CO 2 accumula ted flux kg hm 2 CH 4 累積排放量 CH 4 accumul a ted fl ux k g hm 2 2 4 GWP 和 GHGI 本研究中 表3 各處理土壤N 2 O GWP和CO 2 GWP均為正值 CH 4 GWP為負值 說明設(shè)施蔬菜生 產(chǎn)體系是N 2 O和CO 2 的排放源 CH 4 的吸收匯 就 N 2 O GWP而言 各推薦施氮處理與傳統(tǒng)施氮處理相比 顯著降低32 5 78 7 P 0 05 相同尿素施用量 條件下 與RN相比 RNB減排效果不明顯 但RND 與RNBD處理N 2 O GWP均較RN分別顯著降低了 59 9 59 4 P 0 05 且以RND處理對N 2 O減 排效果最優(yōu) 對于CO 2 GWP 各處理間差異不顯著 P 0 05 范圍在229 2 440 4 kg hm 2 以RND對 CO 2 減排效果最優(yōu) 各處理CH 4 GWP范圍在 7 2 12 8 kg hm 2 且各處理間差異不顯著 P 0 05 可 以看出 與CN相比 RN和RNB處理對總GWP的降 低效果不大 但RND和RNBD處理則可明顯降低總 GWP 降幅為39 5 51 3 P 0 05 相同尿素 施用量條件下 RND和RNBD相較于RN可降低總 GWP 范圍為36 8 49 1 以RND減排效果最優(yōu) 與CN相比 GHGI各推薦施氮處理間差異不顯 著 P 0 05 相同尿素施用量條件下 與RN相比 RND和RNBD處理則可顯著降低溫室氣體排放強度 P 0 05 且降低率均達到51 1 圖 5 各處理土壤溫室氣體累積排放量 Fig 5 Cumulative emission of greenhouse gases by soil treatment 1942 中 國 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) 56卷 表 3 各處理增溫潛勢和溫室氣體排放強度 Table 3 GWP and GHGI by treatment 處理 Treatment N 2 O GWP kg hm 2 CO 2 GWP kg hm 2 CH 4 GWP kg hm 2 GWP kg hm 2 GHGI kg kg 1 CK 17 4 2 3 c 351 7 59 4 ab 9 0 2 6 a 360 0 60 4 abc 0 6 0 1 a CN 76 7 23 6 a 424 9 140 4 a 12 4 5 6 a 489 2 168 9 a 0 3 0 1 bc RN 40 8 7 4 b 440 4 17 8 a 12 8 1 1 a 468 4 11 1 ab 0 5 0 0 ab RNB 51 7 18 3 b 345 3 96 5 ab 8 1 2 4 a 388 9 115 2 abc 0 4 0 1 b RND 16 4 0 7 c 229 2 50 4 b 7 2 0 3 a 238 3 49 9 c 0 2 0 0 c RNBD 16 6 2 3 c 288 2 49 8 ab 8 8 2 5 a 296 0 46 0 bc 0 2 0 0 c 表中每列數(shù)字后的不同字母表示處理間差異顯著 P 0 05 下同 Different lowercase letters indicate significant differences between treatments P 0 05 The same below 3 討論 3 1 生物炭與硝化抑制劑對小油菜產(chǎn)量的影響 本試驗中 相同尿素施用量條件下 配施生物炭 和配施DCD小油菜產(chǎn)量較推薦施氮處理 RN 變化 不大 但RNBD處理小油菜產(chǎn)量較RN則顯著提高 但均顯著低于CN處理 圖1 RN處理因減氮導(dǎo)致 小油菜產(chǎn)量明顯降低 其次 本研究中選用小油菜品 種正常生長周期為45 60 d 試驗后期因高溫導(dǎo)致小 油菜長勢欠佳 只進行了28 d 對產(chǎn)量有一定影響 本研究中氮肥與生物炭配施并沒有顯著增加小油菜產(chǎn) 量 而王湛等 34 的田間試驗結(jié)果顯示 添加8 5 t hm 2 生物炭 玉米芯550 條件下制備 相對不添加生物 炭菜心的周年產(chǎn)量增加59 1 生物量增加36 7 由于生物炭實際可供作物吸收利用的養(yǎng)分含量并不 多 促進生長的原因可能是其加入土壤后 提高了土 壤的吸附能力 增加了土壤保水保肥性能 54 本研究 試驗周期較短 且僅種植了一茬作物 短期的盆栽試 驗和田間試驗條件存在很大的差異性 試驗結(jié)果還需 要進一步的田間驗證 硝化抑制劑可以抑制土壤硝化微生物的活動 減 緩銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化 55 但其降解速率一般受溫 度的影響很大 較高溫度下抑制劑的降解速率明顯加 快 56 而本試驗于5月中旬布置 溫室大棚最高氣溫 可達35 且持續(xù)時間較長 因此可能導(dǎo)致硝化抑 制劑雙氰胺降解速率較快 56 小油菜產(chǎn)量表現(xiàn)上與單 施尿素處理無明顯差異 然而 推薦施氮 生物炭 DCD處理對小油菜增產(chǎn)效果則優(yōu)于推薦施氮 生物 炭和推薦施氮 DCD 圖1 這可能是由于DCD 施用后抑制了銨態(tài)氮的轉(zhuǎn)化 而生物炭則可吸附并 固持土壤中的銨態(tài)氮并在較長時間內(nèi)為小油菜提供 養(yǎng)分 57 陳少毅等 58 使用生物質(zhì)炭與硝化抑制劑配合 施用 與氮肥配施DMPP處理相比 水稻籽粒產(chǎn)量顯 著增加49 3