生物炭对旱作农田N2O排放及硝化作用的影响
作者单位：西北农林科技大学
学位级别：硕士
导师姓名：沈玉芳;李世清
授予年度：2016年
学科分类：082802[工学-农业水土工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程]
摘 要：农田土壤是全球重要的氧化亚氮（N2O）排放源,在好氧条件下将铵态氮氧化成硝态氮的硝化作用是低碳旱作农田土壤N2O产生的主要过程。不同农田管理措施对土壤环境因子,如土壤质地、含水量、通气状况、温度、土壤pH、土壤养分状况等的改变,均会影响土壤硝化作用和N2O的产生与排放。生物炭具有很大的比表面积,持水性、吸附性均较强,输入旱作农田后对土壤阴、阳离子交换量、pH、土壤水分温度等的改变,是否显著影响农田N2O的产生及排放,目前研究较少。据此本研究提出假设“旱作农田添加生物炭会影响农田温室气体N2O排放和硝化作用,并受施肥影响。为证明该假设,以黄土旱塬旱作春玉米农田为对象,在田间定位试验基础上,采用密闭式静态暗箱-气相色谱法,在不同施氮条件下对不同生物炭添加量（0、10、20、30、50 t hm-2）农田N2O排放进行了为期两年的连续观测;并结合室内培养试验,分析生物炭输入对旱作春玉米农田N2O排放及土壤硝化作用的影响。以期通过对输入生物炭农田土壤N2O排放的准确测定以及可能的影响因素分析,为通过合理施用生物炭调控旱作农田N2O气体排放提供一定科学依据。取得以下主要结果:1、未添加生物炭农田,施氮处理生长季和休闲季N2O排放通量和总量均显著高于未施氮处理。添加生物炭降低了施氮农田春玉米生长季N2O排放通量和排放总量,且随生物炭添加量增加相对降低量增加;不同处理间的差异显著性受年际影响。不同生物炭处理休闲季N2O排放通量和排放总量均无显著差异。2、施肥、添加生物炭不同程度增加旱作春玉米产量:两年试验中C0N1（225 kg N·hm-2+0 t·hm-2生物炭）处理春玉米产量均显著高于C0N0（不施氮+0 t·hm-2生物炭）处理（P0.05）;C3N1处理春玉米产量显著高于C1N1、C0N1处理。试验农田休闲季N2O增温潜势均处于较低水平,但施氮处理均显著高于不施氮处理。施氮条件下,添加生物炭降低旱作农田生长季N2O增温潜势、N2O排放强度及N2O排放系数,且C3N1、C5N1处理降低显著。3、试验休闲季不同处理硝态氮和铵态氮含量较低,且差异不显著。施氮后,两个生长季铵态氮和硝态氮变化趋势一致,分别在施氮后5-7天、2-4天内达到最高水平。无论添加生物炭与否,试验农田N2O排放通量与0-20cm土层土壤铵态氮和硝态氮含量均呈显著正相关关系（P0.01）;与0-20cm土层土壤水分含量呈一定的正相关关系;与土壤温度的相关性不显著,但输入生物炭后试验农田土壤铵态氮和硝态氮含量与N2O排放通量的皮尔逊相关系数r值减小,水分含量与N2O排放通量的皮尔逊相关系数r值增加。4、整体来看,在同一生育期内,不同土层土壤24h硝化率、硝化强度,以0-20cm土层最高,20-40 cm土层次之,40-60 cm土层最低。从不同生育期看,0-20 cm土层土壤24h硝化率、硝化强度总体表现为:V6硝化强度最高,R3、R1和PT期次之,R6期最低。20-40 cm、40-60cm土层不同生育期差异小于0-20cm土层。不同处理看,施氮（C0N1）处理硝化率最高,不施氮肥（C0N0）处理最低,二者差异显著。生物炭对土壤24h硝化率、硝化强度的影响表现出一定的时间和空间特征差异,但总体随生物炭添加量增加有降低趋势。5、农田土壤硝态氮含量与培养时间之间的关系均符合Logistic增长规律,方程拟合方程相关性较好。从不同土层看,0-20 cm土层土壤潜在最大硝化量显著高于20-40cm土层,二者均显著高于40-60 cm土层。同一生育期内,不同土层C0N0处理潜在硝化量均显著低于其它各处理;C0N1处理最高,随着生物炭施用量增加,潜在硝化量有降低趋势,C5N1处理最低。相关性分析表明,农田土壤N2O排放量与硝化强度和土壤潜在最大硝化量间具有正相关关系,与0-20cm土层硝化作用相关性显著。以上结果初步表明,在黄土旱塬旱作农田,施氮显著增加旱作农田春玉米生长季土壤硝化作用和N2O排放;添加生物炭在一定程度上会降低施氮土壤硝化作用、N2O排放通量峰值和排放总量,实现农田增温潜势和排放强度的有效控制。
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