生物炭和双氰胺对设施蔬菜土壤温室气体排放的影响.pdf

中国农业科学 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 基金项目 河北省重点研发计划 21326905D 河北省现代农业产业技术体系蔬菜产业创新团队项目 HBCT2018030206 联系方式 宋博影 E mail bysong2022 通信作者郭艳杰 E mail guoyanjie928 通信作者张丽娟 E mail lj zh2001 开放科学 资源服务 标识码 OSID 生物炭和双氰胺对设施蔬菜土壤温室气体排放的 影响 宋博影 1 2 郭艳杰 1 2 4 王文赞 1 2 吕泽楠 1 2 赵宇晴 1 2 柳鹭 1 2 张丽娟 1 2 3 1 河北农业大学资源与环境科学学院 河北保定 071001 2 河北省农田生态环境重点实验室 河北保定 071001 3 河北省蔬菜产业协同创新中心 河北保定 071001 4 华北作物改良与调控国家重点实验室 河北保定 071001 摘要 目的 通过探究生物炭 双氰胺 DCD 及二者联合施用对设施土壤温室气体 N 2O CO 2和CH 4 排放的综合效应 为设施蔬菜生产体系的温室气体减排和绿色发展提供科学依据 方法 以设施小油菜 Brassica campestris L 田为 研究对象 设置不施氮 CK 传统施氮 CN 推荐施氮 RN 推荐施氮 生物炭 RNB 推荐施氮 DCD RND 和推荐 施氮 生物炭 DCD RNBD 6 个处理 分析不同处理下土壤温室气体的排放特征 以及排放强度 GHGI 和全球增温潜势 GWP 的差异 结果 与 CN 相比 推荐施氮条件下各处理 RN RNB RND 和 RNBD 的小油菜产量降低 2 9 29 3 但在推荐施氮条件下 生物炭 DCD 联合施用处理 RNBD 则使小油菜产量增加了 34 4 生物炭和 DCD 在小油菜增产方 面表现出协同效果 P 0 05 推荐施氮的各处理较传统施氮 CN 降低了 29 4 76 5 的土壤 N 2O排放量 以RND效 果最优 但对土壤 CO 2 CH 4排放影响不大 与 CN 相比 推荐施氮的各处理总 GWP 有所降低 降低幅度为 4 3 51 2 以 RND 减排效果最优 就 GHGI 而言 各推荐施氮处理间差异则不显著 P 0 05 结论 相同尿素施用量条件下 推 荐施氮配施生物炭或双氰胺对小油菜产量影响不大 但二者联合配施可显著促进小油菜增产 并可在一定程度上降低温 室气体累积排放与全球增温潜势 但二者配合施用的效果并不优于推荐施氮与双氰胺配施的处理 关键词 生物炭 双氰胺 设施菜田 小油菜 Brassica campestris L 温室气体排放强度 综合增温效应 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 国 农 业 科 学 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 研究意义 当前大气中温室气体 N 2 O CO 2 和CH 4 浓度升高导致的全球气候变暖的环境问题 1 一直受到国内外学术界的广泛关注 2 3 农田生态系统 是温室气体产生的主要来源 在全球大气温室气体收 支平衡中也扮演着重要角色 4 据估计 全球每年大 气中有80 90 的N 2 O 5 20 的CO 2 和15 30 的CH 4 来自土壤 5 农田生态系统贡献了全球25 的温室气体排放 6 7 蔬菜在我国是仅次于粮食的重要 农产品 尤其是设施蔬菜栽培因可实现蔬菜全年供应 有助于提高蔬菜质量 生产规模和经济效益 促进农 业现代化 8 10 是目前最具活力的现代农业生产形式 发展尤为迅猛 十三五 期间 我国设施蔬菜面积基 本稳定在410万 hm 2 年均增长率为1 左右 11 2019 年 全国设施蔬菜产值超过9800亿元 约占蔬菜产 业总产值的1 2 占种植业总产值的19 1 12 因此 设施蔬菜土壤温室气体排放问题也日益引起关注和 重视 与粮食作物相比 蔬菜作物需肥量高 13 同 时菜农片面追求高产高收益大量施用肥料 尤其是氮 肥的超量投入 从而加剧了土壤温室气体排放 14 施用化学氮肥可以为土壤硝化和反硝化微生物提 供充足的作用底物 显著促进土壤N 2 O排放 15 有研究表明 土壤N 2 O排放随氮肥施用量的增加而 增加 16 17 且二者呈指数关系 18 据估计 设施蔬 菜体系土壤N 2 O排放占全国农田N 2 O排放的 20 19 前人研究进展 生物炭 biochar 是有 机材料 作物秸秆 林果木枝条 粪便等 在缺氧 或限氧环境中 经高温热裂解后产生的固态产物 因其孔隙结构发达 比表面积大 吸附性能好的优 点 可作为土壤调理剂 20 21 生物炭施入土壤可提 升土壤有机碳库储量 22 24 从而缓解大气CO 2 浓度 升高 25 26 改善土壤理化和微生物性质 27 30 抑制 N 2 O CH 4 的产生和排放 31 33 同时也可为作物生长 提供营养元素 提高产量和品质 34 36 硝化抑制剂 nitrification inhibitor NI 能够有效抑制硝化作用 减缓铵态氮 NH 4 N 向硝态氮 NO 3 N 转化的速 率 从而减少NO 3 N的产生和累积 进而减少淋溶 和反硝化损失 37 38 GAO等 39 通过文献荟萃分析得 出 双氰胺 dicyandiamide DCD 可减少30 4 的 N 2 O排放 3 4 二甲基吡唑磷酸盐 3 4 dimethylpyrazole phosphate DMPP 能减少60 1 的N 2 O排放 MENG 等 40 通过分析硝化抑制剂与尿素施用对亚热带牧场 的影响发现 施用DCD和DMPP均可显著降低N 2 O 排放量 分别超过76 和67 硝化抑制剂施用后 土壤中硝化细菌减少甚至消失 其使用效果在很大程 度上取决于与NH 4 N接触的有效量 DCD水溶性很 高 13 下水溶解度为22 6 g L 1 在土体中移动 性较强 在遇到强水流的情况下 很容易从NH 4 N 中分离出来 这严重限制了其施用效果 41 生物炭因 具有多微孔 比表面积大 吸附力强 富含碳等理化 特性 42 因此可以增强硝化抑制剂和NH 4 N的吸引 和滞留 43 使其与NH 4 N之间的空间分离得到了缓 解 接触得到改善 从而提高硝化抑制剂的效果 由 此 推测生物炭和硝化抑制剂在温室气体减排方面可 能会表现出协同效果 同时有研究发现生物炭与硝化 10期 宋博影等 生物炭和双氰胺对设施蔬菜土壤温室气体排放的影响 1937 抑制剂联合施用 可降低抑制剂在土壤中的释放速 率 降低氮素淋洗损失 从而对硝化抑制剂起到一定 的保护作用 44 如CHEN等 45 通过模拟试验发现 将新鲜的小麦秸秆生物炭施入土壤能吸附一定的硝 化抑制剂 从而延长稳定剂的作用时长 减少N 2 O的 释放 但也有研究发现 生物炭与硝化抑制剂配施后 增加了生物炭 土壤复合体对DMPP的吸附 进而降 低了DMPP的作用效果 46 本研究切入点 目前有 关生物炭的研究多集中在其改善土壤理化性质 47 48 固碳减排等方面 49 50 硝化抑制剂则多集中在减少氮 素淋溶损失和N 2 O减排 提高氮肥利用率等方面 关于二者配施的研究结果尚且存在争议 拟解决的 关键问题 本文以设施蔬菜 小油菜 Brassica napus L 为研究对象 采用盆栽试验法研究生物炭 与硝化抑制剂DCD配合施用对土壤温室气体 N 2 O CO 2 和CH 4 排放的影响 并结合小油菜产量评价其 综合效应 旨在为设施蔬菜生产温室气体减排提供科 学的理论指导 1 材料与方法 1 1 供试材料 供试土壤取自河北廊坊永清县小青垡村设施大棚 E 116 28 41 N 39 13 30 棚龄13年 前茬作物 为番茄 0 20 cm耕层土壤基本理化性质为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 速效钾563 06 mg kg 1 有机质31 27 g kg 1 容重1 32 g cm 3 采集后的土壤样品自然风干 后过2 mm筛备用 供试氮肥为尿素 N 46 磷肥为磷酸二氢 钾 P 2 O 5 52 K 2 O 34 钾肥为硫酸钾 K 2 O 50 供试硝化抑制剂为双氰胺 DCD N 67 均为分析纯试剂 生物炭类型为果木枝条类炭 pH 9 65 限氧条件下高温热解形成 纯养分含量N 0 68 g kg 1 P 2 O 5 0 9 g kg 1 K 2 O 6 3 g kg 1 供试作物 为小油菜 品种为四月慢 购自河北省保定市农资科 技市场 1 2 试验设计 共设6个处理 分别为CK 不施任何氮肥或硝 化抑制剂 传统施氮 CN 推荐施氮 RN 推荐施氮 生物炭 RNB 推荐施氮 DCD RND 推荐施氮 生物炭 DCD RNBD 4次重复 传统 施氮为450 kg hm 2 推荐施氮是结合当地土壤养分含 量 采用目标产量法确定在传统施氮量基础上减少 17 DCD用量为纯氮量的15 课题组前期田间试 验筛选得出 生物炭按照土壤重量的1 添加 各 处理中氮素 生物炭和硝化抑制剂DCD投入量详见 表1 各处理磷肥和钾肥施用量相同 纯养分P 2 O 5 和 K 2 O投入量均为150 kg hm 2 生物炭携带的P 2 O 5 和 K 2 O量 其余处理由磷酸二氢钾与硫酸钾补充 所有 肥料作为底肥一次性施入 表 1 各处理氮素 生物炭和 DCD 添加量 Table 1 Application amounts of nitrogen biochar and DCD in different treatments 处理 Treatment 缩写 Abbreviation 施氮量 Nitrogen application kg hm 2 生物炭施用量 Biochar application t hm 2 双氰胺施用量 DCD application kg hm 2 不施氮对照 No N application CK 0 0 0 传统施氮 Traditional N application CN 450 0 0 推荐施氮 Recommended N application RN 375 0 0 推荐施氮 生物炭 Recommended N application biochar RNB 375 30 0 推荐施氮 DCD Recommended N application DCD RND 375 0 56 25 推荐施氮 生物炭 DCD Recommended N application biochar DCD RNBD 375 30 56 25 试验布置在河北农业大学西校区日光温室内 采用 盆栽试验 试验开始时 称取过筛后的风干土样2 50 kg 同时加入上述处理中相应的肥料 生物炭和DCD 充分 混匀后装入直径20 cm 高15 cm底部带孔的塑料盆中 调节土壤含水量为田间持水量的60 播撒小油菜种子 待全部出苗后定苗 每盆定苗5株 生长期间用去离子 水浇灌 各处理除氮肥 生物炭和DCD施用量不同外 其他田间管理措施一致 小油菜成熟后收获取样 1 3 样品采集与测定 1 3 1 气体样品 采用静态箱 气相色谱法监测土壤 1938 中 国 农 业 科 学 56卷 温室气体CO 2 CH 4 和N 2 O排放 静态箱分为底座和 采气罩两部分 底座为不锈钢材质 有2 cm凹槽放置 采气罩 采气罩为泡沫材质箱体 50 cm 50 cm 50 cm 顶部安装有金属探头 用于监测箱内温度 箱 内侧面安装有1台小型电风扇 用于正式采气前混匀 箱内空气 箱体外包有隔热材料 正式采样时将整个 盆栽置于静态箱内 采气罩扣置于底座 凹槽内用水 密封 保证气密性 肥料或生物炭 DCD 等施入后 第2天起开始取样 连续取样7 d 之后根据浇水管理 间隔3天取一次气体样 直至小油菜收获 采样时间 为上午9 00 11 00 扣置采气罩后先将风扇打开 待箱体内空气充分混匀后 分别于0 10 20 min时 分3次用60 mL注射器取气 每次30 mL 同时记录 箱体内温度 气体样品采用气相色谱 Agilent 7890A 分析测定温室气体CH 4 CO 2 和N 2 O浓度 温室气体 排放通量 F 的计算公式 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 表示标准状态下CO 2 C CH 4 C和N 2 O N的密度 kg m 3 H表示采样箱高 度 m C t表示气体浓度变化率 L L 1 min 1 T表示采样箱内温度 未观测日期土壤温室气 体排放通量通过内插法来计算 之后将测定值和计算 值逐日累加从而得出气体排放累积量 1 3 2 植物样品 小油菜收获时 用不锈钢剪刀沿地 面剪取植株地上部 测定植株鲜重 并折算为每公顷 产量 1 4 全球增温潜势 GWP 和温室气体排放强度 GHGI 1 4 1 GWP 农田温室效应采用全球增温潜势来衡 量 采用联合国政府间气候变化专门委员会 IPCC 推荐的综合增温潜势 global warming potential GWP 计算3种温室气体在100年尺度的综合增温效应 由 于单位质量CH 4 和N 2 O在百年尺度的全球增温潜势分 别是CO 2 的34倍和298倍 因此温室效应 52 GWP 可表示为 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 总GWP kg hm 2 CO 2 GWP N 2 O GWP CH 4 GWP 5 式中 GWP为全球增温潜势 kg hm 2 M CO 2 为小油菜生长期CO 2 累积排放量 kg hm 2 M N 2 O 为N 2 O生长期累积排放量 kg hm 2 M CH 4 为 小油菜生长期CH 4 累积排放量 kg hm 2 1 4 2 GHGI greenhouse gas emission intensity 单 位产量的全球增温潜势公式 53 为 GHGI GWP Y 6 式中 GHGI为温室气体排放强度 kg kg 1 Y为作 物产量 kg hm 2 1 5 数据统计 采用 Microsoft Excel 2020软件进行数据和图表 整理及绘图 SPSS 26进行统计分析 采用重复测量 方差分析法分析处理 时间及二者交互作用对土壤温 室气体排放通量的影响 采用单因素方差分析比较处 理间的显著性差异 LSD检验 P 0 05 2 结果 2 1 小油菜产量 图1可以看出 施加氮肥可显著提高小油菜产量 不施氮 CK 产量最低 仅为661 5 kg hm 2 传统 施氮 CN 产量最高 为1 388 9 kg hm 2 与CN相 比 RN 1 003 5 kg hm 2 RNB 982 0 kg hm 2 和RND 1 078 1 kg hm 2 处理小油菜产量明显降低 22 4 29 3 P 0 05 这可能与试验小油菜生 长期较短有关 生物炭与硝化抑制剂DCD联合施用 的RNBD处理 1 349 1 kg hm 2 小油菜产量较CN 虽有所降低 但差异不显著 P 0 05 相同尿素施 用量条件下 与RN处理相比 RNB和RND处理对 小油菜产量的影响不大 但RNBD处理使小油菜产量 增加了34 4 差异达显著性水平 P 0 05 可见 图 1 各处理小油菜产量 Fig 1 The rape yield of different treatments 10期 宋博影等 生物炭和双氰胺对设施蔬菜土壤温室气体排放的影响 1939 生物炭和DCD配合施用在小油菜增产方面表现出了 协同效果 2 2 土壤温室气体排放通量动态变化 2 2 1 土壤 N 2O 排放通量 由图2可知 小油菜整个 生长期内 CK处理土壤N 2 O排放通量一直保持在较 低水平 且变幅不大 仅为3 0 8 5 g m 2 h 1 均值 为5 77 g m 2 h 1 CN处理土壤N 2 O排放通量则呈 现先升高后降低的趋势 且在施肥后的第5天达到 峰值 随后23 d内迅速降低 在整个试验期间内 排放通量变幅较大 为4 2 121 3 g m 2 h 1 平均 值为24 8 g m 2 h 1 RN与RNB处理土壤N 2 O排放 通量呈现与CN相似的变化趋势 分别为3 9 83 5 和6 0 97 1 g m 2 h 1 平均值分别为14 4 和17 8 g m 2 h 1 较CN分别降低41 8 和28 2 P 0 01 与CK处理相类似 RND RNBD处理土 壤N 2 O排放通量试验期间变化不大 但较CN则明 显降低 整个试验期间变化范围分别为2 2 12 6 和3 1 10 1 g m 2 h 1 平均值分别为6 2和7 0 g m 2 h 1 分别降低74 9 和71 7 且差异达显 著水平 P 0 05 相同尿素施用量条件下 与 RN相比 RNB处理对土壤N 2 O排放通量影响不大 但RND和RNBD处理使土壤N 2 O排放通量显著降 低 分别降低56 9 和51 3 P 0 05 此外 由表2可知 不同处理 监测时间以及二者交互作 用对设施蔬菜土壤N 2 O排放通量有极显著影响 P 0 01 N 2 O 排放通量 N 2 O fl ux g m 2 h 1 图 2 各处理土壤 N 2O 排放通量动态变化 Fig 2 Variation of soil N 2 O emission flux in each treatment 表 2 各处理土壤温室气体排放通量重复测量方差分析 Table 2 Repeated measured analysis of variance ANOVA for the soil greenhouse gases emission in different treatments 温室气体 Greenhouse gases 因素 Factor 自由度 df 标准差 MS F检验 F test P值 P value 处理 Treatment 5 9131 522 28 719 0 01 时间 Time 13 5749 817 62 541 0 01 N 2 O 处理 时间Treatment Time 65 1150 455 12 513 0 01 处理 Treatment 5 1314 678 4 398 0 01 时间 Time 13 4937 243 24 537 0 01 CO 2 处理 时间Treatment Time 65 414 608 2 061 0 01 处理 Treatment 5 0 013 45 888 0 01 时间 Time 13 0 015 39 156 0 01 CH 4 处理 时间Treatment Time 65 0 012 31 413 0 01 1940 中 国 农 业 科 学 56卷 2 2 2 土壤 CO 2排放通量 在整个试验期间 各处理 土壤CO 2 排放通量总体呈现先降低再升高 试验的第 3 4天达到排放高峰 随后逐渐下降并趋于平缓的变 化趋势 图3 传统施氮 CN 处理土壤CO 2 排放 通量在第4天达到峰值 在整个试验期间内排放通量 变幅较大 为4 8 72 8 mg m 2 h 1 平均值为17 9 mg m 2 h 1 RN和RNB处理土壤CO 2 排放通量变化趋 势与CN相类似 分别为4 7 94 9和3 3 60 0 mg m 2 h 1 平均值分别为18 6和14 8 mg m 2 h 1 RND 和RNBD处理土壤CO 2 排放通量变化范围分别为2 4 42 0和3 0 24 6 mg m 2 h 1 平均值分别为12 0和 13 5 mg m 2 h 1 较CN分别降低33 0 和24 6 差 异达显著水平 P 0 05 相同尿素施用量条件下 与RN相比 RNB处理对土壤CO 2 排放通量影响不大 但RND RNBD处理均可使土壤CO 2 排放通量显著降 低35 3 和27 1 P 0 05 由表2可知 不同处 理 监测时间以及二者交互作用对设施蔬菜土壤CO 2 排放通量有极显著影响 P 0 01 2 2 3 土壤 CH 4排放通量 由图4可知 整个试验期 间 各处理土壤与大气CH 4 的交换均表现为吸收 土 壤是CH 4 的吸收 汇 各处理土壤CH 4 排放通量变 化趋势相类似 呈现无规律波动 且波动性不大 变 化范围在 0 01 0 06 mg m 2 h 1 平均值在 0 02 0 06 mg m 2 h 1 除RN处理土壤CH 4 排放通量与CK相比 图 3 各处理 CO 2排放通量动态变化 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 图 4 各处理 CH 4排放通量动态变化 Fig 4 Variation of soil CH 4 emission flux in each treatment 10期 宋博影等 生物炭和双氰胺对设施蔬菜土壤温室气体排放的影响 1941 明显增加外 P 0 05 其余处理与CK之间无显著 性差异 P 0 05 由表2可知 不同处理 监测时 间以及二者交互作用对设施蔬菜土壤CH 4 排放通量有 极显著影响 P 0 01 2 3 土壤 N 2O CO 2和CH 4累积排放量 进一步分析整个试验期间各处理土壤N 2 O CO 2 和CH 4 累积排放量 图5 与CN相比 推荐或推 荐基础上配施硝化抑制剂 生物炭或二者配合施用均 能显著降低土壤N 2 O排放 降幅为29 4 76 5 P 0 05 相同尿素施用量条件下 RNB处理对土壤 N 2 O累积排放量影响不大 P 0 05 RND和RNBD 处理分别显著降低土壤N 2 O累积排放量的60 和50 P 0 05 整个小油菜生长期内 与CN相比 各施氮处理间 土壤CO 2 累积排放量差异不显著 P 0 05 相同尿 素施用量条件下 与RN相比 RNB和RNBD处理对 土壤CO 2 累积排放量影响不大 P 0 05 但RND 处理却能显著降低CO 2 累积排放量35 3 P 0 05 整个试验期间 各施氮处理对土壤CH 4 交换表现 吸收状态 土壤CH 4 累积吸收量各处理间差异不显著 d a b b d d 0 0 05 0 10 0 15 0 20 0 25 CK CN RN RNB RND RNBD 处理 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 处理 Treatment 处理 Treatment N 2 O 累积排放量 N 2 O accumul a ted flu x k g hm 2 CO 2 累积排放量 CO 2 accumula ted flux kg hm 2 CH 4 累积排放量 CH 4 accumul a ted fl ux k g hm 2 2 4 GWP 和 GHGI 本研究中 表3 各处理土壤N 2 O GWP和CO 2 GWP均为正值 CH 4 GWP为负值 说明设施蔬菜生 产体系是N 2 O和CO 2 的排放源 CH 4 的吸收汇 就 N 2 O GWP而言 各推荐施氮处理与传统施氮处理相比 显著降低32 5 78 7 P 0 05 相同尿素施用量 条件下 与RN相比 RNB减排效果不明显 但RND 与RNBD处理N 2 O GWP均较RN分别显著降低了 59 9 59 4 P 0 05 且以RND处理对N 2 O减 排效果最优 对于CO 2 GWP 各处理间差异不显著 P 0 05 范围在229 2 440 4 kg hm 2 以RND对 CO 2 减排效果最优 各处理CH 4 GWP范围在 7 2 12 8 kg hm 2 且各处理间差异不显著 P 0 05 可 以看出 与CN相比 RN和RNB处理对总GWP的降 低效果不大 但RND和RNBD处理则可明显降低总 GWP 降幅为39 5 51 3 P 0 05 相同尿素 施用量条件下 RND和RNBD相较于RN可降低总 GWP 范围为36 8 49 1 以RND减排效果最优 与CN相比 GHGI各推荐施氮处理间差异不显 著 P 0 05 相同尿素施用量条件下 与RN相比 RND和RNBD处理则可显著降低温室气体排放强度 P 0 05 且降低率均达到51 1 图 5 各处理土壤温室气体累积排放量 Fig 5 Cumulative emission of greenhouse gases by soil treatment 1942 中 国 农 业 科 学 56卷 表 3 各处理增温潜势和温室气体排放强度 Table 3 GWP and GHGI by treatment 处理 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 表中每列数字后的不同字母表示处理间差异显著 P 0 05 下同 Different lowercase letters indicate significant differences between treatments P 0 05 The same below 3 讨论 3 1 生物炭与硝化抑制剂对小油菜产量的影响 本试验中 相同尿素施用量条件下 配施生物炭 和配施DCD小油菜产量较推荐施氮处理 RN 变化 不大 但RNBD处理小油菜产量较RN则显著提高 但均显著低于CN处理 图1 RN处理因减氮导致 小油菜产量明显降低 其次 本研究中选用小油菜品 种正常生长周期为45 60 d 试验后期因高温导致小 油菜长势欠佳 只进行了28 d 对产量有一定影响 本研究中氮肥与生物炭配施并没有显著增加小油菜产 量 而王湛等 34 的田间试验结果显示 添加8 5 t hm 2 生物炭 玉米芯550 条件下制备 相对不添加生物 炭菜心的周年产量增加59 1 生物量增加36 7 由于生物炭实际可供作物吸收利用的养分含量并不 多 促进生长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 试验周期较短 且仅种植了一茬作物 短期的盆栽试 验和田间试验条件存在很大的差异性 试验结果还需 要进一步的田间验证 硝化抑制剂可以抑制土壤硝化微生物的活动 减 缓铵态氮向硝态氮的转化 55 但其降解速率一般受温 度的影响很大 较高温度下抑制剂的降解速率明显加 快 56 而本试验于5月中旬布置 温室大棚最高气温 可达35 且持续时间较长 因此可能导致硝化抑 制剂双氰胺降解速率较快 56 小油菜产量表现上与单 施尿素处理无明显差异 然而 推荐施氮 生物炭 DCD处理对小油菜增产效果则优于推荐施氮 生物 炭和推荐施氮 DCD 图1 这可能是由于DCD 施用后抑制了铵态氮的转化 而生物炭则可吸附并 固持土壤中的铵态氮并在较长时间内为小油菜提供 养分 57 陈少毅等 58 使用生物质炭与硝化抑制剂配合 施用 与氮肥配施DMPP处理相比 水稻籽粒产量显 著增加49 3