【摘 要】
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在全球气候变暖背景下,农业废弃物的炭化还田已成为农田土壤温室气体减排方面研究的热点。生物炭因其独特性质,具有良好的固碳减排效果,但是在石灰性潮土中探究生物炭与硝化抑制剂配施对土壤温室气体排放和酶活性的影响尚不清楚,因此研究秸秆炭化还田及其与硝化抑制剂配施对土壤温室气体排放的影响及机理,能够为秸秆资源化利用、固碳减排和农业可持续发展提供理论依据和借鉴。研究在山东省聊城市东昌府区聊城大学土壤生态环境教
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在全球气候变暖背景下,农业废弃物的炭化还田已成为农田土壤温室气体减排方面研究的热点。生物炭因其独特性质,具有良好的固碳减排效果,但是在石灰性潮土中探究生物炭与硝化抑制剂配施对土壤温室气体排放和酶活性的影响尚不清楚,因此研究秸秆炭化还田及其与硝化抑制剂配施对土壤温室气体排放的影响及机理,能够为秸秆资源化利用、固碳减排和农业可持续发展提供理论依据和借鉴。研究在山东省聊城市东昌府区聊城大学土壤生态环境教学科研基地进行,以大豆秸秆为原材料,研究了秸秆还田和生物炭配施尿素和硝化抑制剂对土壤温室气体排放、土壤理化特性、土壤酶活性的影响,分析了各参数间的相关性,揭示了生物炭与硝化抑制剂协同实现土壤温室气体减排的机制。结果如下:(1)大豆秸秆生物炭对土壤理化特性的影响添加生物炭处理的土壤DOC和速效钾含量较CK分别提高了8.58%和45.24%,硝态氮含量降低了67.72%。秸秆还田处理的土壤铵态氮、硝态氮、有效磷、速效钾含量较CK分别提高了4.57%、170.66%、3.33%、62.41%。硝化抑制剂配施尿素处理较单纯尿素处理提升了1.87%的硝态氮含量,土壤速效钾含量降低了18.82%。LBCN处理土壤硝态氮含量土壤的DOC、速效钾含量较CK分别提高了9.64%、14.29%,硝态氮含量较CK处理降低了58.08%。(2)大豆秸秆生物炭对土壤酶活性的影响添加生物炭处理的土壤碱性磷酸酶活性较CK处理提高了14.31%,土壤脲酶、硝酸还原酶、亚硝酸还原酶活性分别降低了14.21%、20.33%、22.81%。秸秆还田的土壤蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶、亚硝酸还原酶活性较CK分别提高了87.65%、36.05%、54.48%、28.70%,土壤硝酸还原酶活性降低了51.71%。硝化抑制剂与尿素配施的土壤碱性磷酸酶和硝酸还原酶活性较单纯尿素处理分别降低了2.55%和15.00%。LBCN处理的土壤碱性磷酸酶和硝酸还原酶活性较CK分别降低了4.08%和6.35%。(3)大豆秸秆生物炭对土壤温室气体排放的影响各处理土壤的CO2排放总体呈下降趋势,土壤N2O排放呈先上升后下降的趋势,排放峰值主要集中在前期,各处理土壤CH4排放在试验期间主要表现为CH4汇。全球增温潜势(GWP)按照U>HSSU>HSSN>LSSU>LSSN>HSS>LSS>N>CK>HBCU>HBC>HBCN>LBC>LBCU>LBCN依次减少。秸秆施入土壤后会增加GWP,随秸秆的添加量的增加GWP逐渐升高。生物炭施入土壤后会减少GWP,随生物炭的添加量的增加GWP逐渐降低。生物炭配施尿素显著降低了GWP,而生物炭+尿素+硝化抑制剂GWP低于生物炭+尿素处理。(4)土壤温室气体排放与理化特性、酶活性的相关性分析土壤CO2的排放与DOC、硝酸还原酶呈极显著负相关关系,相关系数分别为-0.537、-0.543,与铵态氮、硝态氮、有效磷、碱性磷酸酶达到极显著正相关水平,相关系数分别为0.639、0.487、0.596、0.433。土壤N2O的排放与土壤硝态氮和有效磷含量呈显著正相关关系,相关系数分别为0.308、0.375。土壤CH4排放与各理化特性和酶活性指标均无显著相关关系。(5)生物炭、氮素、硝化抑制剂配施优化LBCN处理在试验过程中全球增温潜势最小,表明生物炭配施硝化抑制剂氮肥处理可以降低土壤温室气体的排放。LBCN处理有效增加土壤中DOC、有效磷、速效钾含量,提高土壤蔗糖酶、碱性磷酸酶的活性。综合考虑全球增温潜势、土壤理化特性和酶活性,建议在土壤中混施2.5 t·hm-2生物炭、40 kg·hm-2尿素和0.37 kg·hm-2硝化抑制剂,实现农田土壤固碳减排和可持续利用。
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