生物质炭对华北平原4种典型土壤N2O排放的影响

生物质炭作为一种新型的土壤改良剂,在降低土壤温室气体排放方面发挥着重要作用.为明确生物质炭对冬小麦苗期土壤N_2O排放的影响,以华北平原的4种典型土壤(水稻土、砂姜黑土、褐土和潮土)为研究对象,进行田间试验,设置了4个处理:对照(CK)、单施化肥(NPK)、单施生物质炭(BC)和化肥与生物质炭配施(NPK+BC).结果表明,单施化肥显著增加了4种土壤N_2O排放,与对照相比,水稻土、砂姜黑土、褐土和潮土N_2O排放分别增加了314%、116%、240%和282%.添加生物质炭对华北平原4种土壤N_2O排放影响存在差异,与CK相比,单施生物质炭水稻土、褐土N_2O排放显著增加了72. 4%和50. 9%,而砂姜黑土和潮土BC与CK处理无显著差异.与NPK相比,生物质炭与化肥配施显著降低了4种土壤N_2O排放.添加生物质炭提高了4种土壤pH,其中,初始pH最低的水稻土,受生物质炭影响较显著,施肥则降低了4种土壤pH.砂姜黑土、褐土和潮土施肥处理N_2O排放通量均与铵态氮含量呈显著正相关,水稻土和砂姜黑土单施生物质炭处理N_2O排放通量与硝态氮含量呈显著正相关.     

生物质炭对双季稻水稻土微生物生物量碳、氮及可溶性有机碳氮的影响

生物质炭可影响土壤微生物量,但生物质炭对双季稻田土壤微生物生物量碳、氮(MBC、MBN)及可溶性有机碳、氮(DOC、DON)的影响还不清楚.基于此,本研究选取亚热带2种典型双季稻田土壤(花岗岩母质发育的水稻土S1和第四纪红壤发育的水稻土S2)作为研究对象,开展室内培养试验来研究不施氮肥条件下生物质炭添加对土壤微生物生物量碳、氮及可溶性有机碳、氮的影响.每种土壤设置3个小麦秸秆生物质炭添加量,即土重的0%、1%和2%,分别用CK、LB和HB表示.培养70 d后,2种水稻土的MBC均值:S1为877. 03、832. 11和849. 30 mg·kg~(-1),S2为902. 94、874. 19和883. 22mg·kg~(-1). S1+LB、S1+HB和S2+LB均显著降低了土壤MBC均值(P 0. 05),这可能是由生物质炭吸附土壤有机碳及其他有机物,阻碍了微生物的生长而造成的. S1土壤中低生物质炭添加量较对照显著降低了土壤MBN均值(P 0. 05),降幅达9. 45%.生物质炭对S1土壤MBC/MBN均值影响不明显,但LB降低了S2土壤MBC/MBN均值(P 0. 05).由于生物质炭本身含有部分可溶性有机碳及其高p H值,添加到2种水稻土中均增加了土壤DOC均值,增幅分别达4. 42%～22. 20%和10. 57%～35. 47%.但生物质炭(除S2+HB处理)显著降低了土壤DON均值,这可能归因于生物质炭对土壤有机氮的吸附作用及生物质炭本身有机碳分解过程中对N的消耗作用.生物质炭显著增加了2种水稻土的DOC/DON均值,且随着生物质炭添加量的增加而增加.综上所述,在双季稻田土壤中单施生物质炭虽然可增加土壤可溶性有机碳,但对土壤微生物量有一定的降低作用,且会加重土壤氮亏缺状况.因此,在亚热带双季稻田中生物质炭应与化肥等配合施用.     

施氮强度对不同土壤有机碳水平桉树林温室气体通量的影响

施氮或氮沉降对土壤温室气体通量影响已有比较深入的研究,但施氮对不同有机碳水平的土壤温室气体通量影响及其差异的研究较少.本研究以我国南方广泛种植的桉树人工林为对象,采用野外控制实验和室内分析,比较研究4种施氮处理(对照C:0 kg·hm-2;低氮L:84.2 kg·hm-2;中氮M:166.8 kg·hm-2;高氮H:333.7 kg·hm-2)对土壤有机碳水平存在显著性差异的2块桉树林样地土壤-大气界面温室气体(CO2、N2O和CH4)通量的影响.结果表明:1施氮对CO2和N2O排放通量有明显"激发效应",氮肥施用一个月后各个施氮处理土壤CO2和N2O排放通量出现最大值,随着时间推移至生长季后期CO2和N2O排放通量逐渐降低,差异逐渐缩小.施氮对CH4吸收通量的影响不显著(P>0.05).2施氮强度和土壤有机碳水平均显著促进了CO2和N2O排放(P<0.001),但对CH4吸收没有显著影响(P>0.05);高土壤有机碳水平样地CO2和N2O排放通量显著高于低水平土壤有机碳样地(P<0.01).3施氮和土壤有机碳水平对CO2和N2O排放通量的影响存在显著的交互作用(P<0.05).与低土壤有机碳水平样地比较,高土壤有机碳水平样地CO2和N2O排放通量对施氮更为敏感:低氮水平就能显著促进CO2和N2O的排放.上述结果表明:施氮对桉树林温室气体排放通量的影响既与施氮强度有关,也与土壤有机碳水平密切相关.估算不同施氮水平下的温室气体通量变化时,由土壤有机碳不同带来的温室气体通量差异不可忽视.     

石油与食细菌线虫对土壤温室气体排放的影响

采用室内培养试验,利用人工模拟石油污染土壤并接种不同密度的食细菌线虫,探究石油污染条件下食细菌线虫对土壤温室气体排放及微生物活性的影响.本实验设5个处理,即:新鲜土壤(S)、5.0g/kg石油污染土壤(SP)、5.0g/kg石油污染土壤+5条线虫/g干土(SPN5)、5.0g/kg石油污染土壤+10条线虫/g干土(SPN10)、5.0g/kg石油污染土壤+20条线虫/g干土(SPN20).结果表明:石油污染可以使土壤的CO_2、N2_O排放量明显增加,分别是对照处理S的7.03~10.16倍、11.56~32.19倍,而对CH4的排放影响不明显;但从温室气体增温潜势(GWP)变化可以看出石油污染对温室效应具有明显的增强作用,是对照处理S的7.13~10.17倍;石油污染和食细菌线虫在一定程度上增加微生物生物量碳和代谢熵(q CO_2),微生物生物量碳变化的趋势是先升高后下降,各处理的代谢熵是对照处理S的6.59~9.83倍;石油污染对荧光素二乙酸酯(FDA)水解酶活性表现为初期抑制后期激活;石油污染对蔗糖酶和脲酶活性主要表现为激活作用;食细菌线虫一定程度上可增加石油污染土壤中酶的活性,从而影响温室气体CO_2、N_2O、CH_4的排放.     

生物质炭和秸秆配合施用对土壤有机碳转化的影响

为探讨生物质炭和秸秆碳输入对土壤碳构成和转化的影响,通过室内培养试验,研究了单施生物质炭、秸秆及两者配合施入下土壤二氧化碳的释放特征以及土壤微生物碳和有机碳的变化.结果表明,秸秆有机碳在土壤中的矿化率为21.50%(2%添加水平),远大于等量生物质炭的矿化率(8.09%);施用等量(占4%土重)生物质炭和秸秆,培养200 d后土壤有机碳含量分别为24.40 g·kg~(-1)、17.40 g·kg~(-1),表明生物质炭对有机碳的提升作用大于秸秆的.施用生物质炭对土壤固有有机碳有一定的保护作用,生物质炭与秸秆配合施用促进了秸秆的矿化,对有机碳矿化影响的交互效应为正值.施用秸秆能大幅度增加土壤微生物碳,而生物质炭对土壤微生物碳影响小;秸秆和生物质炭配合也增加了土壤微生物碳,但其交互效应与培养时间、施用量等有关,可正可负.     

炉渣与生物炭施加对稻田温室气体排放及其相关微生物影响

为了减少稻田温室气体排放通量,本研究对稻田土壤进行炉渣和生物炭单一施加和混合施加处理,并测定了早、晚稻拔节期和乳熟期CO_2、CH_4和N_2O排放通量及相关微生物(细菌、真菌、硝化细菌、反硝化细菌)的数量.结果表明,稻田施加废弃物可以减少温室气体的排放通量.在早、晚稻的拔节期,施加生物炭显著降低了CO_2和N_2O的排放通量(p0.05),混合施加显著降低了CO_2和CH_4的排放通量(p0.05),施加炉渣条件下3种温室气体的排放通量与对照组相比没有差异.施加炉渣或生物炭都显著降低硝化细菌的数量(p0.05),混施处理显著降低细菌、硝化细菌、反硝化细菌数量(p0.05),但显著提高了稻田土壤真菌/细菌比值(p0.05).在早、晚稻的乳熟期,炉渣、生物炭、混施处理能显著降低CH_4排放通量(p0.05),而生物炭处理显著降低N_2O排放通量(p0.05).炉渣处理显著降低细菌、硝化细菌、反硝化细菌数量(p0.05),生物炭处理显著降低细菌、反硝化细菌数量(p0.05),混施处理显著降低细菌、硝化细菌数量,并显著提高真菌/细菌比值(p0.05).温室气体排放与微生物数量之间的相关性分析结果表明,CO_2、CH_4排放通量与细菌数量呈显著正相关,与真菌/细菌比值呈显著负相关;而N_2O排放通量则与硝化细菌、反硝化细菌数量呈显著正相关.     

有机无机配施下西北旱区麦田土壤N2O的排放特征及微生物特性

有机无机配施可为作物提供长效持续的营养物质来源,研究旱地农田有机无机配施带来的环境效应和土壤酶活性及微生物特性,对减少化肥面源污染,改善生态环境有重要意义.本试验以3个梯度氮水平(NO、N1、N2):0、150、300 kg·hm-2为主处理,单施化肥和有机无机配施(+M)为副处理,有机肥施用量为30 t·hm-2;测定了小麦生长季的温室气体N2O排放通量和土壤酶活性,硝态氮及铵态氮含量和土壤物理性质.结果表明,土壤N2O排放通量最高的为N2+M处理,排放通量达到0.190 4 mg·(m2·h)-1,N2+M处理较NO累计排放量提高了 255％;N2和N2+M处理N2O的排放通量和增温潜势高于N1和N1+M处理,而产量低于N1和N1+M处理;微生物量碳氮以N2+M处理分蘖期最多,分别为346.31 mg·kg-1和33.36 mg·kg-1;N2+M处理的土壤酶活性较高,其次是N2处理,NO和NO+M处理土壤酶活性较低;通径分析表明,铵态氮(NH4+-N)、土壤磷酸酶(AKP)和微生物量氮(MBN)对N2O排放通量的直接影响较大,其他间接影响较小可不予以考虑.研究旱地麦田有机无机配施的环境效益,与多方面因素相关,合理地配施有机肥可以平衡产量与土壤环境的综合效益.     

堆肥添加剂降低碳氮损失的微生物学机制研究

为了探明添加剂如何影响堆肥微生物优势群落的演替进而影响碳氮损失,以玉米秸秆和鸡粪为原料,添加不同量的生物质炭和凹凸棒作为添加剂,设置5个处理（CK （鸡粪+玉米秸秆）、BC1（鸡粪+玉米秸秆+5%（干重）生物质炭）、BC2（鸡粪+玉米秸秆+10%（干重）生物质炭）、PG1（鸡粪+玉米秸秆+5%（干重）凹凸棒）和PG2（鸡粪+玉米秸秆+10%（干重）凹凸棒））进行堆肥.结果表明,相较于CK,BC1、BC2、PG1、PG2处理的碳和氮损失分别减少了8.60%、12.05%、2.03%、6.14%和14.54%、20.14%、8.40%、11.23%.优势微生物菌群与碳氮损失的冗余分析表明,添加10%生物质炭和添加10%凹凸棒都显著促进了堆肥过程中固氮类细菌相对丰度,而抑制反硝化细菌的相对丰度,且添加10%生物质炭效果更佳;KEGG分析表明,添加10%生物质炭显著影响氨基酸代谢和碳水化合物代谢功能基因,而添加10%凹凸棒显著影响氨基酸代谢功能基因.由此可见,10%添加剂的碳氮损失都低于5%添加剂的处理,添加生物质炭的碳氮损失都低于凹凸棒处理,添加剂通过影响优势微生物群落及其氨基酸代谢和碳水化合物代谢功能基因抑制堆肥过程中的碳氮代谢,从而减少碳氮损失.     

有机无机肥长期配施对果园土壤碳库及温室气体排放的影响

有机肥的施用可以提高土壤总有机碳和活性有机碳含量,在改善土壤质量,提升土壤肥力方面有重要意义.设4个处理：不施肥（CK）、单施有机肥（M）、单施化肥（NPK）和有机无机肥配施（MNPK）,研究长期有机无机配施下土壤有机碳和其活性组分含量变化,分析不同施肥措施对温室气体排放的影响,并评估了土壤碳库管理指数的变化.结果表明,与CK处理相比,MNPK处理的土壤总有机碳（TOC）、微生物量碳（MBC）、可溶性有机碳（DOC）、易氧化有机碳（EOC）和颗粒有机碳（POC）含量分别增加了82.84%、66.30%、21.12%、93.28%和145.80%.NPK处理对土壤总有机碳和有机碳组分含量无显著差异.有机无机配施有利于提高土壤碳库活度指数（LI）、土壤碳库指数（CPI）和土壤碳库管理指数（CPMI）,LI和CPI的增加是CPMI增加的主要原因.相关分析表明土壤有机碳组分和CPMI与温室气体排放呈显著正相关关系;有机无机配施增加了CO₂累积排放量和增温潜势（GWP）,但却能够降低温室气体排放强度（GHGI）;MNPK处理产量最高,为56365 kg ·hm^-2,较CK处理（29073 kg ·hm^-2）提高了93.87%.因此,旱地苹果园有机无机肥配施,可促进有机碳的累积,稳定土壤碳库,更有利于果园的可持续发展.     

生物炭添加对半干旱地区土壤温室气体排放的影响

为确定生物炭添加对半干旱地区农田土壤温室气体释放的影响,采用小区定位试验,利用锯末(J)和槐树皮(H)及3种添加比例(1%、3%、5%,质量百分比),研究了生物炭添加6个月内表层土壤CO2、CH4和N2O等3种温室气体排放的动态变化.结果表明,与对照相比,各处理土壤CO2排放通量随生物炭的添加呈现增加的趋势,锯末和槐树皮等两种生物炭处理的土壤CO2平均排放通量分别增加了1.89%和3.34%,但差异不显著.CH4排放随着生物炭添加量的增加而降低,各生物炭处理的土壤表层CH4排放量平均降幅分别为:J1:1.17%、J3:2.55%、J5:4.32%、H1:2.35%、H3:5.83%、H5:7.32%.其中,锯末生物炭仅在5%添加量时较对照差异显著(P0.05),而槐树皮生物炭处理在3%和5%的添加量与对照差异均达显著水平(P0.05).生物炭对N2O的排放影响没有明显规律性.研究表明,生物炭在短期内对半干旱地区农田土壤CO2和N2O的排放没有显著影响,而对CH4排放则影响显著(P0.05).就生物炭类型而言,槐树皮生物炭在抑制CH4排放方面优于锯末生物炭,差异显著(P=0.048).     

施用不同污泥堆肥品对土壤温室气体排放的影响

通过田间试验,分别施加两种不同的污泥堆肥品（A：含生物质炭堆肥品,B：不含生物质炭堆肥品）和不同施肥量,分析土壤CO₂、CH₄和N₂O动态变化特征和排放系数,研究施用污泥堆肥品对土壤温室气体排放的影响.结果表明,土壤CO₂和CH₄排放主要集中在生长期,生物质炭堆肥品低施用量能减少CO₂排放,而高施肥量增加CO₂排放.CH₄排放主要为负值,总体表现为土壤吸收CH₄,对照处理吸收量远高于其他处理（P<0.01）,A组处理CH₄吸收量随施肥量的增加而增加（P<0.05）.N₂O排放集中在发芽期和幼苗期,施肥量越高,排放量越大（P<0.01）.污泥堆肥品农用过程排放的温室气体主要是N₂O,施用A、B两种污泥堆肥品的土壤N₂O排放系数分别为1.02%~1.90%和1.28%~2.93%.生物质炭堆肥品具有显著的碳减排效果,其温室气体排放量比不含生物质炭堆肥品的土壤低19.49%~35.56%,且对于N₂O的减排效果较CH₄更为显著.     

生物炭对塿土土壤温室气体及土壤理化性质的影响

通过田间小区试验,分别向塿土土壤中添加0、20、40、60、80 t·hm~(-2)的苹果果树枝条生物炭后,分析了生物炭对土壤温度、土壤团聚体、NO_3~--N、NH_4~+-N、微生物量碳以及土壤温室气体排放的影响.结果表明,生物炭可以缓解土壤温度的变化,增加土壤大团聚体的数量,尤其是5 mm、5~2 mm和1~0.5 mm的团聚体数量.与对照相比,随着生物炭施用量的增加,土壤NO_3~--N、NH_4~+-N、微生物量碳分别增加了4.9%~33.9%、9.1%~41.1%和11.8%~38.5%.本研究中生物炭对土壤温室气排放的影响主要表现为:添加生物炭后,土壤CO_2的排放量以及CH_4的吸收汇分别增加了6.73%~23.35%和3.62%~14.17%;施用20 t·hm~(-2)和40 t·hm~(-2)的生物炭降低了土壤N_2O的排放和综合增温潜势(GWP),而当生物炭施用量大于等于60 t·hm~(-2)时反而增加了土壤N_2O的排放和综合增温潜势(GWP).说明生物炭作为一种土壤改良剂和碳减排剂,能够改善土壤质量,提高土壤肥力,提高农田土壤增汇减排的作用,此外,选择合适的生物炭施用量至关重要.     

生物碳的物理结构与化学成分对土壤氧化亚氮排放的影响

为探究生物碳对土壤中重要温室气体氧化亚氮(N2O)排放的影响机制,将生物碳的可溶性化学成分和稳定的物理结构分离后得到浸提液和碳骨架,设置了4种不同的实验处理方式:土壤(对照)、土壤+生物碳、土壤+浸提液、土壤+碳骨架,进行了为期90 d的室内培养试验.实验结果显示,在培养前期(前7 d),添加生物碳和碳骨架的处理都显著抑制了土壤N2O的释放,且抑制程度相似,最高均可达80%,而添加浸提液的处理却显著促进了土壤N2O的释放.因此,土壤添加生物碳后对N2O排放的抑制作用主要归因于生物碳的物理结构,生物碳的物理结构可以有效地提高土壤的pH值、吸附土壤及其自身含有的可能促进N2O释放的化学物质,从而减少土壤中N2O的产生和排放.     

不同施肥方式对设施土壤氨挥发特征的影响

有机肥与改良剂施入土壤是改善土壤结构、增加土壤有机质含量和培肥地力的重要措施,但也会影响土壤的氨挥发,探索不同施肥方式对土壤氨挥发的影响,对于减少氮素损失和保护生态环境具有重要意义.基于设施番茄微区试验,采用LGR915-0016超便携NH₃分析仪观测不同施肥方式[50%化肥N+50%有机肥N+改良剂组（HYG）、50%化肥N+50%有机肥N组（HY）、100%有机肥N组（Y）、100%化肥N组（H）和不施肥处理组（CK）]下土壤氨的排放特征.结果表明:在番茄生育期内,不同施肥方式下设施土壤氨挥发通量的变化趋势基本一致.在土壤氨累积挥发量方面,与CK处理相比,H和HY处理下土壤中氨累积挥发量分别增加了11.76%和12.03%;Y和HYG处理则显著降低了土壤中氨累积挥发量,分别下降了24.31%和15.20%.就单因素模型而言,不同施肥处理下土壤氨挥发通量与0~10 cm土壤温度呈线性回归关系,且各处理均达到显著水平（P均小于0.05）;不同施肥处理下土壤氨挥发通量与0~10 cm土壤含水量均呈显著二次回归关系（P均小于0.05）;与单因素相比,0~10 cm土壤含水量和土壤温度的双因素复合模型（R2为0.700 6~0.849 7）可以更好地解释土壤氨挥发通量的变化情况.相关分析显示,土壤氨累积挥发量与0~20 cm土层土壤铵态氮含量、硝态氮含量、pH及土壤孔隙度均呈极显著相关（P均小于0.01）,与0~20 cm土层土壤容重呈显著相关（P < 0.05）.采用PCA分析提取的2个主成分的累积贡献率为83.09%.研究显示,不同施肥方式会影响设施土壤氨挥发通量,综合考虑土壤氨累积挥发量及其影响因素,100%有机肥N组在降低土壤氨挥发方面显著优于其他处理组.      

生物炭添加对土壤温室气体排放影响的长短期效应研究进展

人类活动引起的大气温室气体浓度增加是气候变暖的主要原因,全球变暖已经成为了当今人类社会所面临的严峻挑战,应对气候变暖的关键是减少温室气体排放和增加生态系统碳汇,由于生物炭特有的理化和生物学特性,将其施入土壤被认为是一种有前景的减排增汇措施.因此进行生物炭对土壤温室气体排放的影响研究对于减缓温室效应和实现“碳中和”具有重要意义.通过综述生物炭对土壤温室气体排放影响的长短期效应及其影响机制,发现生物炭添加对土壤温室气体排放的影响因生物炭原料类型、热解温度、添加量、土壤和植被类型的不同而不同.此外,因老化时间、老化方式和培养方法的不同,老化生物炭对土壤温室气体的减排效应可能增强或减弱甚至消失.同时,在总结现有研究不足的基础上,对未来生物炭影响土壤温室气体排放研究的方向和重点进行了分析和展望,提出了今后应加强CO₂、 N₂O和CH₄排放影响的同步研究、减排与固碳效应的同步研究、不同老化方式生物炭和不同培养方法的联合研究和利用¹³C和¹⁵N示踪技术从过程层次上揭示影响机制.