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田间老化生物质炭减缓稻麦轮作系统土壤NO排放能力降低的机理

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土壤学报 2022年

作者：朱爽阁张前前徐昕彤毕瑞玉宋燕凤熊正琴南京农业大学资源与环境科学学院江苏省低碳农业与温室气体减排重点实验室

生物质炭作为一种重要的土壤调节剂，在固碳减排尤其氧化亚氮(NO)减排方面的作用日益突出。为明确生物质炭对田间NO排放的持续效应及其作用机理，通过田间定位试验，分析稻麦轮作体系新鲜和田间不同时间老化生物质炭对NO排放的影响。试... 详细信息

生物质炭作为一种重要的土壤调节剂，在固碳减排尤其氧化亚氮(NO)减排方面的作用日益突出。为明确生物质炭对田间NO排放的持续效应及其作用机理，通过田间定位试验，分析稻麦轮作体系新鲜和田间不同时间老化生物质炭对NO排放的影响。试验共设置5个处理，分别为CK(不施氮肥和生物质炭)、N(施氮肥)、NB(氮肥+新鲜生物质炭)、NB(氮肥+2年老化生物质炭)和NB(氮肥+5年老化生物质炭)，动态监测稻麦轮作周期NO排放，测定水稻和小麦收获后土壤理化性质和氮循环功能基因丰度。结果表明，生物质炭显著降低土壤NO累积排放量32.4% ～ 54.0%，且表现为NB> NB> NB。与N处理相比，NB、NB和NB处理显著提高土壤pH 0.6 ～ 1.2个单位、土壤有机碳含量21.4 % ～ 58.6%、硝态氮(NO-N)含量1.7% ～ 31.3%，对土壤pH改善能力随着生物质炭老化而下降。生物质炭处理显著提高nosZ基因丰度54.9% ～ 249.4%，土壤(nirS+nirK)/nosZ比值随着生物质炭老化而增加。相关性分析表明，土壤NO累积排放量与pH呈显著负相关，与NO-N含量和amoA-AOB(氨氧化细菌)丰度呈显著正相关。因此，新鲜和田间不同时间老化生物质炭均能显著改善土壤理化特性，降低土壤NO排放且新鲜生物质炭的作用效果优于老化生物质炭。土壤NO-N含量及(nirS+nirK)/nosZ比值的增加，是导致老化生物质炭减排NO能力降低的主要原因。

关键词：稻麦轮作系统老化生物质炭氧化亚氮(N O)排放

生物炭施用3年后对稻麦轮作系统CH4和N2O综合温室效应的影响

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应用生态学报 2018年第1期29卷 141-148页

作者：吴震董玉兵熊正琴南京农业大学资源与环境科学学院江苏省低碳农业和温室气体减排重点实验室南京210095

本试验对比观测研究了在稻田土壤中经3年陈化后的生物炭(B_3)和新施入生物炭(B_0)对稻麦轮作系统CH_4和N_2O综合温室效应和温室气体强度的影响,旨在明确生物炭对土壤温室气体排放的长期效应.田间试验设置4个处理,分别为对照(CK)、施用... 详细信息

本试验对比观测研究了在稻田土壤中经3年陈化后的生物炭(B_3)和新施入生物炭(B_0)对稻麦轮作系统CH_4和N_2O综合温室效应和温室气体强度的影响,旨在明确生物炭对土壤温室气体排放的长期效应.田间试验设置4个处理,分别为对照(CK)、施用氮肥不施用生物炭(N)、施用氮肥和新生物炭(NB_0)以及施用氮肥和陈化生物炭(NB_3)处理.结果表明:NB_0和NB_3处理均显著提高了稻田土壤pH值、有机碳和全氮含量,并且显著影响与温室气体排放相关的微生物潜在活性.与N处理相比,NB_3处理显著增加了作物产量,增幅14.1%,并且显著降低了CH_4和N_2O排放,降幅分别为9.0%和34.0%;而NB_0处理显著增加作物产量,增幅9.3%,显著降低N_2O排放,降幅38.6%,但增加了CH_4排放,增幅4.7%;同时NB_0和NB_3处理均能降低稻麦轮作系统的综合温室效应和温室气体强度,且NB_3处理能更有效地减少温室气体的排放并提高作物产量.在土壤中经3年陈化后的生物炭仍然具有固碳减排能力,因此,施用生物炭对稻麦轮作系统固碳减排和改善作物生产具有长期效应.

关键词：陈化生物炭稻麦轮作系统 CH4 N2O 综合温室效应温室气体强度

生物质炭对稻麦轮作系统生态效应和经济收益的综合影响

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现代农业科技 2023年第6期 10-14,21页

作者：顾彩云石翡吕华张通孙飞胡志强泰州学院江苏泰州225300 国环天辰(北京)环境技术有限公司北京100062 泰州市姜堰区河横村汉土家庭农场江苏泰州225300

以泰州地区典型种植方式的稻麦轮作系统农田为研究对象,比较施用不同水平生物质炭对生态效应(农田土壤温室气体排放、理化性质和养分状况)和经济收益(经济收入纯收益和生态经济净收益)的综合影响。结果表明:相比于单施氮肥,配施生物质... 详细信息

以泰州地区典型种植方式的稻麦轮作系统农田为研究对象,比较施用不同水平生物质炭对生态效应(农田土壤温室气体排放、理化性质和养分状况)和经济收益(经济收入纯收益和生态经济净收益)的综合影响。结果表明:相比于单施氮肥,配施生物质炭能够显著降低农田CH4、N2O全年排放总量和全球变暖潜能值(GWP),同时对农田土壤的理化性质和养分状况具有良好的改善作用;在经济收益方面,配施2 t/hm^(2)生物质炭能够取得最佳的经济收入纯收益和生态经济净收益。

关键词：稻麦轮作系统生物质炭温室气体生态效应经济收益

氮肥与生物炭施用对稻麦轮作系统甲烷和氧化亚氮排放的影响

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植物营养与肥料学报 2015年第5期21卷 1095-1103页

作者：李露周自强潘晓健李博熊正琴南京农业大学资源与环境科学学院南京210095

【目的】以我国稻麦轮作系统为对象,研究氮肥和小麦秸秆生物炭联合施用对CH4和N2O排放规律的影响;结合小麦和水稻总产量进而评估对该生态系统综合温室效应(GWP)和温室气体强度(GHGI)的影响,为生物炭在减缓全球气候变化及农业生产中的推... 详细信息

【目的】以我国稻麦轮作系统为对象,研究氮肥和小麦秸秆生物炭联合施用对CH4和N2O排放规律的影响;结合小麦和水稻总产量进而评估对该生态系统综合温室效应(GWP)和温室气体强度(GHGI)的影响,为生物炭在减缓全球气候变化及农业生产中的推广应用提供科学依据。【方法】生物炭通过小麦秸秆在300 500℃条件下炭化获得。田间试验于2012年11月至2013年10月进行,为稻麦轮作体系。采用静态暗箱—气相色谱法观测CH4和N2O排放通量;试验共设置不施氮肥不施生物炭(N0B0)、不施氮肥施20 t/hm2生物炭(N0B1)、施氮肥不施生物炭(N1B0)、氮肥与20 t/hm2生物炭配施(N1B1)、氮肥与40 t/hm2生物炭配施(N1B2)等5个处理,各处理3次重复。【结果】单施氮肥(N1B0)与不施氮肥(N0B0)处理相比,增加了稻麦轮作产量82.8%,增加了CH4排放0.6倍,增加了N2O排放5.5倍。单施生物炭(N0B1)与不施生物炭(N0B0)处理相比,显著增产25.4%,却不能减少CH4和N2O的排放。在施氮的同时,配施20 t/hm2生物炭与单施氮肥处理相比,显著增加稻麦轮作产量21.6%,小麦和水稻总产量也比配施40 t/hm2生物炭处理高;配施40 t/hm2生物炭与单施氮肥处理相比,显著降低稻麦轮作系统CH4排放11.3%和N2O排放20.9%,CH4和N2O排放量也比配施20 t/hm2生物炭的排放量低。随着生物炭配施量的增加,CH4和N2O减排效果更明显。单施生物炭并不能有效地减少GWP,但却可以显著增加作物产量,从而减小GHGI。对N0B0、N0B1、N1B0、N1B1四个处理进行双因素方差分析发现,氮肥和生物炭在CH4和N2O排放、作物产量、GWP和GHGI方面都不存在明显的交互作用。各处理在100 a时间尺度上总GWP由大到小的顺序为N1B0>N1B1>N1B2>N0B0>N0B1,GHGI值由大到小的顺序则为N1B0>N1B1>N0B0>N1B2>N0B1。单施生物炭与配施生物炭都能降低稻麦轮作系统的GWP和GHGI,配施40 t/hm2生物炭处理降低效果更好。【结论】稻田麦季施用不同水平生物炭都能在保产或增产的同时,降低稻麦轮作系统CH4和N2O的排放及GWP和GHGI。在当前稻麦轮作系统中,与20 t/hm2的生物炭施用量相比,40 t/hm2的生物炭施用量显著降低GWP,但增产效果不明显,因此二者GHGI相当,需要根据温室效应与作物产量权衡选择生物炭实际施用量。

关键词：生物炭稻麦轮作系统 CH4排放 N2O排放综合温室效应温室气体强度

水分管理和秸秆还田对稻麦轮作系统温室气体排放的综合效应

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生态环境学报 2017年第11期26卷 1844-1855页

作者：杭玉浩王强盛许国春刘欣南京农业大学农学院江苏南京210095

水分管理和秸秆还田是调节温室气体排放、提高作物产量的有效措施,在农业生产中受到广泛关注。为明确水稻季水分管理和秸秆还田对稻麦轮作系统全球增温潜势(GWP)和作物产量的影响,开展了为期两年的田间试验,在传统灌溉(TI)和控制灌溉(CI... 详细信息

水分管理和秸秆还田是调节温室气体排放、提高作物产量的有效措施,在农业生产中受到广泛关注。为明确水稻季水分管理和秸秆还田对稻麦轮作系统全球增温潜势(GWP)和作物产量的影响,开展了为期两年的田间试验,在传统灌溉(TI)和控制灌溉(CI)两种模式的基础上,设置麦秸还田(WS)、生物炭还田(BC)、不还田(NS)3种秸秆处理方式,对稻麦轮作系统进行CH_4和N_2O的排放监测以及作物产量的评估,以筛选出最佳的水分管理和秸秆还田组合方式,为农业的可持续发展提供科学依据。结果显示,与NS处理相比,WS、BC处理年均CH_4排放分别增加106.02%、36.77%,年均N_2O排放分别降低27.25%、16.21%,稻麦年平均产量分别增加6.49%、5.90%,年均单位产量GWP(GWPyield-scaled)分别增加40.53%、8.07%。在整个轮作周期,CI系统的CH_4排放较TI降低79.63%,N_2O排放增加27.03%,稻麦年平均产量增加0.42%,单位产量GWP降低60.32%。各处理中,以控制灌溉加生物炭还田(CIB)的年均单位产量GWP最低,比传统灌溉不还田(TINS)、传统灌溉麦秸还田(TIS)、传统灌溉生物炭还田(TIB)、控制灌溉不还田(CINS)、控制灌溉麦秸还田(CIS)分别降低53.81%、70.49%、59.77%、4.46%、11.92%。水分管理和秸秆处理方式对全球增温潜势表现出强烈的交互作用,但对作物产量无明显交互作用。可见,控制灌溉加生物炭还田(CIB)是降低稻麦轮作系统温室气体排放提高作物产量的有效管理措施。

关键词：水分管理秸秆还田稻麦轮作系统温室气体排放

蚯蚓活动对稻麦轮作系统中土壤微生物量碳的影响

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土壤学报 2005年第6期42卷 965-969页

作者：胡锋王霞李辉信于建光王丹丹南京农业大学资源与环境科学学院南京210095

在建立6 a的稻麦轮作田间小区试验中,研究了2001年稻季至2004年麦季(共6季)蚯蚓活动对土壤微生物量碳(MBC)的影响.本研究设计了秸秆施用方式(混施或表施)×蚯蚓(接种或剔除)以及对照共5个处理,各3个重复.实验结果表明:在该生态系统中,... 详细信息

在建立6 a的稻麦轮作田间小区试验中,研究了2001年稻季至2004年麦季(共6季)蚯蚓活动对土壤微生物量碳(MBC)的影响.本研究设计了秸秆施用方式(混施或表施)×蚯蚓(接种或剔除)以及对照共5个处理,各3个重复.实验结果表明:在该生态系统中,无论采用何种秸秆施用方式,蚯蚓活动均能显著提高土壤MBC(p＜0.05).秸秆的施用会减弱同年内土壤MBC在麦季成熟期高于稻季的趋势,而蚯蚓的作用使该差异变得更显著(p＜0.05).在0～5 cm土层中,蚯蚓对MBC的积极作用在秸秆混施时比表施更明显,在5～10 cm土层中则相反,而在10～20 cm土层中的作用效果基本一致.

关键词：蚯蚓土壤微生物量秸秆稻麦轮作系统

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华东稻麦轮作生态系统的N_2O排放研究

应用生态学报 1997年第5期8卷 495-499页

作者：郑循华王明星王跃思沈壬兴龚晏邦张文骆冬梅金继生李老土中国科学院大气物理研究所北京100029 江苏省吴县市农业科学研究所苏州210128

根据对华东稻麦轮作周期的N2 O排放及其影响因子的连续观测结果 ,分析了N2 O排放时间变化以及施肥、灌溉、温度、土壤湿度和土壤速效N素含量对N2 O排放的影响 ,同时还比较分析了稻田N2 O和CH4排放 .研究结果表明 ,稻麦轮作周期内 ,水稻... 详细信息

根据对华东稻麦轮作周期的N2 O排放及其影响因子的连续观测结果 ,分析了N2 O排放时间变化以及施肥、灌溉、温度、土壤湿度和土壤速效N素含量对N2 O排放的影响 ,同时还比较分析了稻田N2 O和CH4排放 .研究结果表明 ,稻麦轮作周期内 ,水稻生长季的N2 O排放量仅占 30 % ,稻田持续淹水可比常规灌溉增加CH4排放量 2 6% ,减少N2 O排放量 1 1～ 2 6% .

关键词：稻麦轮作系统生态系一氧化二氮排放

稻麦轮作体系下有机肥施用对作物产量和土壤性质影响的整合分析

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应用生态学报 2021年第9期32卷 3231-3239页

作者：李圆宾李鹏王舒华徐璐瑶邓建军焦加国南京农业大学资源与环境科学学院南京210095

为明确稻麦轮作系统有机肥施用对作物产量和土壤性质的影响,本研究搜集已公开发表的文献数据,利用meta分析法定量分析了有机肥类型(普通有机肥、生物质炭、秸秆)、施用策略(单施有机肥、有机肥配施部分化肥、有机肥配施全量化肥)、施用... 详细信息

为明确稻麦轮作系统有机肥施用对作物产量和土壤性质的影响,本研究搜集已公开发表的文献数据,利用meta分析法定量分析了有机肥类型(普通有机肥、生物质炭、秸秆)、施用策略(单施有机肥、有机肥配施部分化肥、有机肥配施全量化肥)、施用年限(短期、中期、长期)对稻麦产量和土壤性质的影响及其对不同土壤条件(酸性、中性、碱性)的响应。结果表明:与单施化肥相比,有机肥施用对水稻和小麦的增产效应相近,分别为3.1%和3.0%。有机肥施用对土壤性质的提升效果更明显,显著降低了土壤容重(5.7%),显著提高了土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮、速效磷和速效钾含量,以及微生物生物量碳、氮,增幅在11.7%~38.4%。不同类型有机肥中,生物质炭和普通有机肥对土壤性质的改良效果优于秸秆;与单施有机肥相比,有机肥配施化肥的作物增产效果更好,而土壤性质改良效果较差;随着有机肥施用年限增加,作物增产和土壤肥力提升效应逐渐增强;在酸性土壤条件下有机肥施用对作物的增产效果最显著。土壤容重与稻麦周年产量呈显著负相关,而土壤全氮、速效磷、速效钾含量和微生物生物量氮与稻麦周年产量呈显著正相关关系。

关键词：稻麦轮作系统有机肥作物产量土壤性质整合分析

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长期施磷稻田土壤磷素累积及其潜在环境风险

中国生态农业学报 2013年第4期21卷 393-400页

作者：颜晓王德建张刚薄录吉彭小兰中国科学院南京土壤研究所南京210008 中国科学院大学北京100049

应用常规化学分析法和数学统计方法,基于太湖地区13年的长期定位试验,研究长期不同施磷水平下[0（不施磷）、30 kg.hm 2.a 1（低磷）、60 kg.hm 2.a 1（适磷）、90 kg.hm 2.a 1（高磷）]稻麦轮作系统稻田土壤磷素累积规律及磷素流失引... 详细信息

应用常规化学分析法和数学统计方法,基于太湖地区13年的长期定位试验,研究长期不同施磷水平下[0（不施磷）、30 kg.hm 2.a 1（低磷）、60 kg.hm 2.a 1（适磷）、90 kg.hm 2.a 1（高磷）]稻麦轮作系统稻田土壤磷素累积规律及磷素流失引发的环境风险。在本试验区土壤环境条件下,可能发生稻田磷素淋溶及径流的土壤耕层（0~15 cm）Olsen-P临界值分别为26.0 mg.kg 1和24.8 mg.kg 1。连续13年适磷、高磷施肥,土壤耕层Olsen-P含量分别达到26.9 mg.kg 1和33.2 mg.kg 1,均高于临界值浓度,且已导致稻田田面水与30 cm渗漏水中总磷浓度显著升高,大大提高了稻田磷素淋溶及径流的风险。低磷施肥土壤Olsen-P长期稳定在（10.1±2.0）mg.kg 1水平,并且每年的稻麦产量与高磷、适磷处理相比并无显著差异,而长期低磷施肥土壤磷的流失风险也较小。因此,在太湖地区稻麦轮作体系下,磷肥不宜以常规适磷水平长期施用,建议以低磷水平（30 kg.hm 2.a 1）长期施用或以适磷水平（60 kg.hm 2.a 1）间歇式施用。

关键词：稻麦轮作系统施磷磷素累积 Olsen-P 环境风险耕层土壤田面水渗漏水