生物炭施用两年后对热带地区稻菜轮作土壤N2O和CH4排放的影响

通过探究生物炭施用两年后对海南典型稻菜轮作模式土壤氧化亚氮（N₂O）和甲烷（CH₄）排放的影响,旨在明确生物炭在该模式下对温室气体排放的长期效应,可为我国热带地区稻菜轮作系统N₂O和CH₄减排提供理论依据.田间试验共设置4个处理,分别为：不施氮肥对照（CK）、施氮磷钾肥（CON）、施氮磷钾肥配施20 t·hm^-2生物炭（B1）和施氮磷钾肥配施40 t·hm^-2生物炭（B2）处理.结果表明：①相较于CON常规施氮处理,B1和B2添加生物炭处理显著减少了早稻季32%和54%的N₂O排放,但在晚稻季B1和B2处理显著增加了31%和81%的N₂O排放,辣椒季N₂O的累积排放量则显著高于早稻和晚稻季,且B1处理显著减少了35%的 N₂O的排放,B2处理相较于CON处理无显著性差异;②B1和B2比CON处理显著减少了早稻季63%和65%的CH₄排放,在晚稻季B2处理显著增加了41%的CH₄排放,B1处理相较于CON处理无显著性差异,辣椒季各处理CH₄的累积排放量无显著性差异;③晚稻季贡献了稻菜轮作系统主要的总增温潜势（GWP）,CH₄的排放量决定了GWP和温室气体排放强度（GHGI）的大小.生物炭施用两年后,B1降低了整个稻菜轮作系统的GHGI,B2增加了GHGI,并达到显著水平,但B1和B2处理在早稻季和辣椒季显著降低了GHGI,仅B2处理在晚稻季增加了GHGI;④B1和B2相较于CON处理显著增加了早稻产量33%和51%,且B1和B2处理显著增加辣椒季产量53%和81%,晚稻季除不施氮肥CK处理外,其它处理产量无显著性差异.研究结果表明,热带地区稻菜轮作系统温室气体排放的大小主要取决于晚稻季的CH₄排放,而生物炭施用两年后仅低量生物炭配施氮肥有显著的减排作用,但高低量生物炭配施氮肥对早稻和辣椒季作物增产具有持续性.     

不同水分条件下土地利用方式对我国热带地区土壤硝化过程及NO和N2O排放的影响

热带地区雨热条件丰富,硝化过程产生的硝态氮不利于氮素养分的保持,同时会带来氮氧化物排放等环境负面效应.橡胶树和茶树在热带地区广泛种植,不同土地利用方式土壤硝化速率和氮氧化物排放的差异尚不清楚.以海南白沙地区典型橡胶林和茶园土壤为研究对象,分别采集5 a （T5）和15 a （T15）茶园土壤和附近橡胶林（XJ）土壤,设置低（50% WFPS-L）和高（80% WFPS-H）两种不同水分含量,在25℃进行71d室内培养试验,探究不同土地利用方式和不同水分含量对土壤净硝化速率、NO和N₂O排放的影响.结果表明：①橡胶林改为茶园后,在高含水量条件下,显著降低了土壤净硝化速率、NO和N₂O排放,整体呈现XJH>T15H>T5H的趋势,XJH处理土壤净硝化速率、NO和N₂O排放分别高达4.2 mg ·（kg ·d）^-1、1.4 mg ·kg^-1和14.3 mg ·kg^-1（以N计）;在低含水量条件下,茶园土壤显著降低了土壤NO排放,N₂O排放在各土壤间差异不显著,净硝化速率在XJ和T15处理之间无显著差异;土壤NO排放和净硝化速率呈极显著正相关（P<0.01）.②XJH净硝化速率高于XJL,茶园土壤呈相反趋势;XJ和T15的NO排放对水分的响应和净硝化速率趋势一致,高硝化速率促进NO排放,而T5处理NO排放受含水量影响不显著;相比低含水量处理,高含水量各处理显著促进N₂O排放.结果表明,土壤有机质（SOM）、全氮（TN）、pH和含水量是影响土壤净硝化速率、NO和N₂O排放的关键因子,高含水量条件下橡胶林转为茶园的种植模式显著降低了土壤净硝化速率和对环境的负面影响.     

添加生物炭对琼北地区双季稻田生物固氮的影响

生物固氮有助于植物对土壤中有效氮的利用,减少农业生态系统中无机氮肥的使用.生物炭可以通过其特殊物理结构调节土壤理化性质,提高土壤微生物的丰度和活性,然而关于生物炭对水稻土生物固氮方面的研究并未深入了解.试验共设置3个处理：施磷钾肥对照（CK）、当地常规施肥处理（CON）和常规处理配施20 t·hm^-2生物炭（B）,采用qPCR和高通量测序分析固氮基因（nifH）的丰度和群落结构变化,探讨生物炭添加对琼北地区双季稻田土壤固氮微生物的影响.结果表明,相比CK和CON处理,添加生物炭提高了土壤pH和土壤有机碳（SOC）含量以及作物产量.同时nifH基因丰度与土壤pH和SOC呈显著正相关.与CK处理相比,添加生物炭处理增加了nifH基因丰度以及显著改变了早稻季土壤固氮微生物的群落结构,常规施肥处理减少了nifH基因丰度而对固氮微生物群落影响相对较小.施用生物炭使固氮微生物群落优势属发生了变化,地杆菌属（Geobacter）、嗜糖假单胞菌属（Pelomonas）、固氮螺菌属（Azospirillum）、厌氧粘细菌属（Anaeromyxobacter）和铁氧化细菌属（Sideroxydans）等是所有处理中的优势菌属.相比CK处理,生物炭处理显著增加了嗜糖假单胞菌属的相对丰度,而常规施肥处理增加了地杆菌属的相对丰度.结果表明,生物炭添加具有一定的减肥潜力,为减少琼北地区稻田氮肥施用,提高氮肥利用率提供了理论依据.