不同土壤改良措施对豫中烟田净温室效应的影响

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本研究依托定位试验,探索不同土壤改良措施对豫中烟田温室气体排放及综合净温室效应的影响。采用随机区组试验,共设置5个处理:不施肥(NF)、仅施用氮磷钾(NPK)、氮磷钾+种植并翻压黑麦草(NPKG)、氮磷钾+小麦秸秆还田(NPKS)和氮磷钾+施用烟秆生物炭(NPKB)。采用埋袋法分别研究了黑麦草地上部、根系和小麦秸秆的腐解特征;以中烟100为供试品种,利用静态密闭暗箱法对烤烟-土壤生态系统温室气体的排放进行了周年测定,评估了生态系统净碳收支和固碳效应,记录了烟叶生产过程中化学品投入和农事操作等引起的CO2排放,应用生命周期评价法(LCA)对烟田生态系统全年内的环境影响进行了综合评价。得到的主要结果如下:(1)黑麦草地上部、根部和秸秆的腐解速率的规律基本一致,均表现为在0~30 d腐解速率较快,105 d后腐解速率减慢逐渐趋于稳定。黑麦草地上部的腐解速率快于根部,累积腐解速率表现为黑麦草地上部>秸秆>黑麦草根部。养分释放速率表现为钾>氮>碳>磷,黑麦草地上部、根部和秸秆中的钾元素在105 d内基本释放完毕。(2)NPKG、NPKS和NPKB处理均能够显著地增加烟叶的产量,2020年添加有机物料处理的烟叶产量分别是NPK处理的1.22、1.37、1.13倍,2021年添加有机物料处理的烟叶产量分别是NPK处理的1.50、1.22、1.14倍。(3)NPKG、NPKS和NPKB处理均能够提高土壤可溶性有机碳、硝态氮、微生物生物量碳和微生物生物量氮的含量,其中NPKG处理增加的幅度最大。(4)在烤烟的不同时期,NPKB处理与NPK处理相比,均显著提高了土壤孔隙含水率(WFPS),在2021年NPKB处理的WFPS显著增加了16.06%。(5)NPKG、NPKS和NPKB处理均能增加烤烟不同时期土壤生态系统的二氧化碳(CO2)排放,NPKG和NPKS处理较NPK处理显著提高了2021年的CO2排放总量,分别增加了42.98%、54.03%。(6)与NPK处理相比,NPKG和NPKS处理分别增加了2021年氧化亚氮(N2O)排放总量,提升幅度分别为9.63%、8.43%,而NPKB处理显著降低土壤N2O排放量,降低幅度为9.63%。在烟草的生育期和休闲期,N2O的排放主要受WFPS和土壤硝态氮含量的影响,两者对N2O的排放均存在正效应。结构方程模型显示,对N2O的排放产生影响的主要相关基因有amo A-AOA、nir S和nir K基因。(7)豫中烟田表现为甲烷(CH4)的吸收汇。2021年NPKG、NPKS和NPKB处理CH4吸收总量分别减少了3.22%、6.43%、11.70%。在生育期中不同处理的CH4吸收与WFPS、土壤硝态氮含量呈负相关,与土壤温度呈正相关;休闲期影响CH4吸收的主要因素是土壤温度,两者呈正相关。结构方程模型显示,pmo A基因对CH4的吸收具有促进作用。(8)NPKG、NPKS和NPKB处理均能增加土壤有机碳的含量,其中NPKB处理的固碳效果最好。NPKG、NPKS和NPKB处理能够有效降低综合净温室效应(net GWP)和温室气体强度(GHGI),其中NPKB处理的net GWP和GHGI降幅最大,net GWP降低了76.22%,GHGI降低了79.52%。综上所述,添加有机物料能够提高烟叶产量,增加土壤固碳能力并降低综合净温室效应和温室气体排放强度,其中施用烟秆生物炭处理对豫中烟田生态系统固碳减排的效果最佳。
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