生物炭施加对福州平原水稻田温室气体排放与养分动态的影响

发布时间：2020-05-23 03:11

【摘要】：农田土壤是温室气体重要的排放源头,生物炭作为一种新型农业添加物可以减缓碳循环,并可改良土壤。本研究以福州平原水稻田为研究对象,开展野外试验,设置对照(CK)及 10 t·hm-2(C1)、20t·hm-2(C2)、40 t·hm-2(C3)三种不同梯度的生物炭添加处理,探讨生物炭添加对福州平原稻田生态系统的影响。通过测定二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N20)气体排放通量,揭示生物炭添加条件下温室气体排放的变化;通过测定土壤养分和植物体养分等指标,揭示水稻田土壤和植物养分对生物炭添加的响应;并运用统计分析和生态化学计量学等方法分析其影响因素。主要研究结果及结论如下:(1)福州平原早稻生长季对照处理CO2平均排放通量为549.69±28.11 mg·m-2·h-1,晚稻季为500.96±45.09 mg·m-2·h-1,早稻生物炭各量添加处理(10 t·hm-2、20t·hm-2和40 t·hm-2)CO2平均排放通量为579.67 ±76.17 mg.m-2·h-1、554.14±41.76 mg·m-2 ·h-1 和 542.64±71.24 mg·m-2·h-1,晚稻季为 813.04±99.16 mg··m-2 ·h-1、451.96±92.97mg·m-2·h-1和722.46±60.55 mg·m-2·h-1。早稻生长季CH4对照处理平均排放通量为0.50±0.07 mg·m-2 ·h-1,晚稻季为5.24±0.64 mg·m-2·h-1。早稻10 t·hm-2、20t·hm-2和40 t·hm-2处理CH4平均排放通量分别为0.37±0.09 mg·g-1-2·h-1、1.01±0.02 mg.m-2·h-1和1.50±0.19 mg·m-2·h-1,晚稻分别为3.88±0.71 mg·m-2·h-1、4.48±0.20 mg·m-2·h-1和3.85±0.58 mg.m-2·h-1。早稻生长季N2O平均排放通量为38.94±26.43 μg·m-2·h-1,晚稻为 11.14±10.90 μg·m-2·h-1。早稻 10 t·hm-2、20t·hm-2和40 t·hm-2处理N20平均排放通量分别为57.96±21.00μg·m-2·h-1、72.31±17.58μg·m-2·h-1和73.98±25.22μg·m-2·h-1,晚稻为 18.25±16.11μg·m-2·h-1、23.88±12.87 μg·m-2·h-1和 10.77±12.10 μg·m-2·h-1。福州平原水稻田生物炭添加仅晚稻生长季20t·hm-2处理抑制了 CO2排放,不同量生物炭添加对早晚稻生长季CO2排放的影响具有一定差异。早稻生物炭添加主要促进了 CH4的排放而晚稻抑制了 CH4的排放。生物炭添加条件下早稻和晚稻多数处理都增加了N2O累积排放量。(2)福州平原水稻田生物炭添加处理土壤全碳(TC)全氮(TN)随着植物生长而不断上升,说明生物炭对水稻生长期土壤碳固定和氮固定起到了增强作用;生物炭处理在早稻季降低了土壤全磷(TP)含量,在晚稻季增加了土壤TP含量。(3)土壤溶解性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)、易氧化有机碳(EOC)变化规律不明显。生物炭添加提高了土壤过氧化氢酶和土壤多酚氧化酶活性。生物炭添加提高了土壤C/N,一定程度上降低了土壤供氮潜力;生物炭添加明显提高了土壤C/P值,降低了土壤磷的释放潜力。(4)生物炭添加提高了水稻根系TC含量,降低了茎叶的TC含量;晚稻季增加了水稻茎叶TN含量,而早稻季降低了水稻茎叶TN含量,生物炭添加提高了水稻根系的TP含量,改变了水稻植株各器官间的养分分配。早稻季生物炭添加增加了水稻根、茎、叶C/N,晚稻季降低了水稻茎叶的C/N;高添加量(40 t·hm-2)的生物炭对早晚稻茎叶C/P降低作用明显,中添加量(20t·hm-2)的生物炭对早晚稻N/P降低作用明显。(5)生物炭添加总体上降低了早稻季的温室气体净排放(NGHGE),增加了稻季土壤固碳量。福州平原水稻田在保持现有耕作制度的前提下,早稻期间施加10t·hm-2的生物炭,晚稻施加20t·hm-2生物炭对福州平原水稻田的固碳减排和稳产增产目标的实现有较大作用。
【图文】：

本研宄实验样地一福建省农科院水稻研宄所吴凤综合试验基地，基地共有水逡逑稻田７ｈｍ２（张数标等，２００７），，位于福州城郊南部仓山区盖山镇（２６．１°Ｎ，邋１１９．３°Ｅ）逡逑乌龙江北岸（图２－１），区内属亚热带海洋季风气候区，年均温１９．６邋°Ｃ，年均降逡逑水量１３９２．５邋ｍｍ。区内主要实行早晚双季稻耕作制度，实验前由农机将田地翻耕逡逑整平，以保证土壤的均一性（曾冬萍，２０１５）。２０１６年试验基地水稻栽培品种早稻逡逑为江西省农科院培育研发的“禾盛１０号”，晚稻为厦门大学研发的“佳辐占”。早逡逑稻育苗期为１个月左右，晚稻为１５天左右。稻苗移栽前施底肥４５邋ｋｇ邋ＮｈｎＴ２、４０逡逑ｋｇ邋Ｐ２0５邋ｈｍ＿２邋和邋４０邋ｋｇ邋Ｋ２Ｏ邋ｈｎＶ２。移栽插秧一星期后，施肥邋３５邋ｋｇ邋Ｎ邋ｈｍ－２、２０邋ｋｇ邋Ｐ２Ｏ５逡逑ｈｍ－２和邋２０ｋｇＫ２0ｈｍ＿２，约邋８邋周后施加邋１８ｋｇＮｈｍ＿２、１０ｋｇＰ２0５邋ｈｎｒ２和邋ｌ0ｋｇＫ２0逡逑ｈｒｒｆ２。肥半斗主要由以下产品构成：复合肥（总养分４８％，Ｎ、Ｐ、Ｋ各１６％），尿逡逑素（总Ｎ４６％

（１）邋土壤ＴＮ含量特征：逡逑生物炭添加条件下水稻主要生长阶段分蘖期、拔节期、扬花期和成熟期土壤逡逑ＴＮ测定的结果如图４－２。早稻对照处理的ＴＮ含量为１．６２？１．７０邋ｇ＇ｋｇ－１，邋Ｃ１处理逡逑的ＴＮ含量为Ｌ６７￣ｌ．８５ｇ．ｋｇ＿１，Ｃ２处理的ＴＮ含量为１．６８？ｌ＾ｇ邋ｋｇ－１，Ｃ３处理逡逑的ＴＮ含量为１．７４？２．２６邋ｇ．ｋｇ－１。总体来看，早稻生长季各时期对照处理土壤ＴＮ逡逑含量变化较小，变异系数较低为２．１１％，生物炭添加各处理土壤ＴＮ含量都高于逡逑对照，其中Ｃｌ、Ｃ３处理达到显著水平（ｐ＜0．0５），各生物炭添加处理与对照相逡逑比，土壤ＴＮ含量都有一定的增加，早稻生长季后期（扬花期、成熟期）有生物逡逑炭添加的土壤ＴＮ含量比生长季前期有明显提高。逡逑晚稻对照处理的土壤ＴＮ含量为］．４５？１．５０邋ｇ．ｋｇ＇邋Ｃ１处理的ＴＮ含量为逡逑１．４５？ｌＭｇ．ｋｇ－１
【学位授予单位】：福建师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S154.1

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本文编号：2677050