不同施肥措施对热带地区稻菜轮作体系土壤CH4和N2O排放的影响

研究稻菜轮作模式下土壤甲烷（CH₄）和氧化亚氮（N₂ O）排放对不同施肥措施的响应,对补充我国热带地区CH₄和N₂ O排放研究的不足具有重要的指导意义.在辣椒季设置4种施肥处理：磷钾肥（PK）、氮磷钾肥（NPK）、等氮条件下50%有机肥替代化肥（NPK+M）和100%有机肥替代（M）,水稻种植季未设置施肥处理,研究辣椒季不同施肥条件下CH₄和N₂ O的排放规律以及对早稻生长季水稻产量、CH₄和N₂ O排放的后续影响.采用密闭静态箱-气相色谱法测定稻菜轮作土壤CH₄和N₂ O,同时测定作物产量,并估算全球增温潜势（GWP）和温室气体排放强度（GHGI）.结果表明：①辣椒季和早稻季4种施肥处理下土壤CH₄的累积排放量分别为0.9~2.7 kg ·hm^-2和5.5~8.4 kg ·hm^-2,与NPK处理相比,辣椒季NPK+M和M处理CH₄累积排放量分别减少35.3%和7.6%;而早稻季NPK+M和M处理CH₄累积排放量均增加37.5%和55.1%,其中早稻季M处理达到显著水平.②辣椒季和早稻季4种施肥处理下N₂ O的累积排放量分别为0.5~3.0 kg ·hm^-2和0.3~0.5 kg ·hm^-2,相对NPK处理,辣椒季NPK+M和M处理降低33.7%和16.0%的N₂ O累积排放量,其中NPK+M处理达到显著差异,早稻季NPK+M处理N₂ O累积排放量降低23.5%,M处理却增加9.1%,但均未达到显著水平.③ 4种施肥处理下辣椒和早稻的产量分别为3055.6~37722.5 kg ·hm^-2和5850.9~6994.4 kg ·hm^-2,与NPK处理相比,NPK+M和M处理显著增加辣椒产量.各施肥处理GWP为508.0~1864.4 kg ·hm^-2,NPK+M和M处理相对NPK处理分别下降25.7%和5.7%,其中NPK+M处理达到显著差异.辣椒季各处理的GWP对总GWP的贡献率为69.2%~78.1%,N₂ O对总GWP的贡献率为77.3%~85.3%.辣椒季和早稻季GHGI分别为0.03~0.09 kg ·kg^-1和0.04~0.24 kg ·kg^-1,与NPK处理相比,辣椒季M和NPK+M处理使GHGI显著下降71.5%和54.7%,早稻季NPK+M和M处理GHGI值分别下降44.0%和20.8%,其中NPK+M处理达到显著差异.综合作物产量及温室气体减排效果考虑,化肥和有机肥配施（NPK+M）可推荐为海南稻菜轮作模式下一种最优的减排稳产的施肥措施.     

不同水分管理条件下添加生物炭对琼北地区水稻土N2O排放的影响

干湿交替会影响土壤硝化和反硝化等N₂O主要的产生过程,频繁的干湿交替在以海南为代表的热带水稻种植地区十分常见.生物炭作为一种土壤改良剂在改良土壤理化性质,减少土壤温室气体排放方面应用广泛,然而当前关于生物炭在琼北地区水稻土频繁干湿交替过程中减排效果研究并未深入.本试验以海南琼北地区典型水稻土为供试土壤,以400℃厌氧条件下炭化的玉米秸秆生物炭为供试生物炭,探究不同水分管理条件下添加生物炭对土壤温室气体排放及微生物相关功能基因的影响.试验设置干湿交替条件下不添加生物炭（AWD1）,干湿交替并添加2%生物炭（AWD2）,干湿交替并添加4%生物炭（AWD3）,持续淹水不添加生物炭（CF1）,持续淹水并添加2%生物炭（CF2）,持续淹水并添加4%生物炭（CF3）共6个处理,进行为期30 d的25℃恒温避光培养.结果表明：①不同水分条件下添加玉米秸秆生物炭均可减少酸性水稻土中N₂O的排放（P<0.05,下同）,AWD3处理N₂O排放总量为0.43 mg·kg^-1,相比AWD1处理减少了68%;②玉米秸秆生物炭在不同水分管理条件下均可以显著提高土壤pH,添加生物炭处理相对于不添加生物炭处理在培养结束后土壤pH平均提高了0.5个单位,同时提高土壤NH₄⁺-N含量,但会导致Eh的降低;③玉米秸秆生物炭的添加显著降低了氨氧化细菌（AOB）丰度,显著提高了nosZ基因丰度,降低了（nirK+nirS）/nosZ的比值,抑制了硝化过程,同时促进了反硝化过程N₂O的还原,从而降低了N₂O排放.结果表明,干湿交替过程添加生物炭有利于减少水稻田土N₂O排放,在琼北地区农业温室气体减排方面有较大的应用前景.     

椰糠生物炭对热区双季稻田N2O和CH4排放的影响

基于稻菜轮作模式,选择海南双季稻田为对象进行氧化亚氮（N₂O）和甲烷（CH₄）排放的原位监测,探究椰糠生物炭对该系统稻田温室气体排放的影响.试验设当地常规施肥对照（CON）、氮肥配施20 t·hm^-2生物炭（B1）、氮肥配施40 t·hm^-2生物炭（B2）及不施氮对照（CK）4个处理,采用静态箱-气相色谱法监测整个水稻种植季稻田N₂O和CH₄排放,并估算增温潜势（GWP）和温室气体排放强度（GHGI）.结果表明,早稻季N₂O排放动态与土壤矿质氮含量密切相关,排放集中在水稻苗期与分蘖期施肥后,各处理早稻季N₂O累积排放量为0.18~0.76 kg·hm^-2,相较于CON处理,生物炭处理减排18%~43%,其中B2处理达显著水平;生物炭可能通过促进N₂O的还原减少早稻苗期N₂O排放;提高土壤硝态氮含量而增加了早稻分蘖期N₂O排放.晚稻季N₂O排放集中在抽穗期和成熟期,累积排放量为0.17~0.34 kg·hm^-2,B1处理减排37%,B2增加3%,差异均不显著.稻田CH₄排放高峰出现在早稻季后期与晚稻季前期.各处理早稻季CH₄累积排放量为3.11~14.87 kg·hm^-2,CK较CON处理增排39%,生物炭处理可能提高土壤通气性限制早稻季产CH₄能力,B1和B2处理分别较CON减排28%和71%;晚稻季CH₄累积排放量为53.1~146.3 kg·hm^-2,排放动态与NH₄⁺-N含量极显著正相关,CK和B1分别较CON处理增加52%和99%,B2处理显著增加176% CH₄排放.早稻季B1和B2处理较CON分别增产12.0%和14.3%,晚稻季分别增产7.6%和0.4%.由于晚稻季甲烷排放的增加,施用生物炭增加了双季稻田总增温潜势（GWP）,其中高量生物炭达显著水平;不同施用量生物炭对双季稻田温室气体排放强度（GHGI）无显著影响.椰糠生物炭在热区稻田温室气体减排方面的应用仍需进一步研究.     

水肥管理对热带地区双季稻田CH4和N2O排放的影响

水稻土被广泛认为是甲烷（CH₄）和氧化亚氮（N₂O）主要排放源,深入研究不同水肥管理条件下热带地区双季稻田CH₄和N₂O的排放特征,对补充我国双季稻田温室气体排放研究的不足意义重大.本研究设置8个处理：常规灌溉-施磷钾肥（D-PK）、常规灌溉-施氮磷钾肥（D-NPK）、常规灌溉-施氮磷钾+有机肥（D-NPK+M）、常规灌溉-施有机肥（D-M）、长期淹水-施磷钾肥（F-PK）、长期淹水-施氮磷钾肥（F-NPK）、长期淹水-施氮磷钾+有机肥（F-NPK+M）和长期淹水-施有机肥（F-M）.采用密闭静态箱-气相色谱法测定双季稻田CH₄和N₂O排放量,测定水稻产量和估算全球增温潜势（GWP）及温室气体排放强度（GHGI）.结果表明：①早稻季和晚稻季CH₄累积排放量分别为10.3~78.9 kg·hm^-2和84.6~185.5 kg·hm^-2.与F-PK和F-NPK处理相比,早稻季F-NPK+M和F-M处理显著增加CH₄累积排放量.同一施肥条件下,长期淹水处理CH₄累积排放量高于常规灌溉处理.灌溉和施肥极显著影响早稻季CH₄累积排放量.②早稻季和晚稻季N₂O累积排放量分别为0.18~0.76 kg·hm^-2和0.15~0.58 kg·hm^-2.与F-PK处理相比,早稻季F-NPK处理N₂O累积排放量显著增加;与D-PK相比,D-NPK、D-NPK+M和D-M处理显著增加N₂O累积排放量.与F-PK相比,晚稻季长期淹水其它处理N₂O累积排放量显著增加;与D-PK处理相比,D-NPK和D-M处理N₂O累积排放量显著增加.施肥极显著影响早稻季N₂O排放;灌溉和施肥极显著影响晚稻季N₂O排放.③早稻和晚稻产量分别为7310.7~9402.4 kg·hm^-2和3902.8~7354.6 kg·hm^-2,且F-NPK和F-M处理下早稻产量显著高于F-PK和D-NPK、D-PK和D-NPK处理.与PK处理相比,同一灌溉条件下其余3种施肥处理均显著增加晚稻产量.早稻季GWP和GHGI分别为580.8~2818.5kg·hm^-2和0.08~0.30 kg·kg^-1.与F-PK处理相比,常规灌溉条件下早稻季各施肥处理间GWP无显著性差异;但长期淹水条件下F-NPK+M和F-M处理GWP均显著增加.早稻季F-NPK+M和F-M处理GHGI显著高于其它处理.晚稻季GWP和GHGI分别为3091.6~6334.2 kg·hm^-2和0.50~1.23 kg·kg^-1.灌溉显著影响早稻和晚稻季GWP和GHGI,施肥对晚稻季GWP和GHGI的影响不显著.④土壤NH₄⁺-N含量和5 cm土温均与CH₄排放呈极显著负相关,pH与CH₄排放呈极显著正相关,但与N₂O排放呈显著负相关.土壤NH₄⁺-N和NO₃^--N含量与N₂O排放呈极显著负相关.综合作物产量、GWP和GHGI考虑,D-NPK+M可推荐为当地最优的减排稳产的水肥管理模式.