农业生产投入碳成本及生物质炭肥料应用探讨

摘要

近年来，减少温室气体排放、遏制气候变暖趋势成为国际社会研究的热点。为明确农业生产中温室气体排放态势、明确其减排途径及发展相应减排技术，本研究以南京地区大棚蔬菜生产为例对农业生产碳足迹进行了调查，寻求减少农业生产投入碳成本的关键途径;其次结合调查结果发展关键减排技术，研究了生物质炭基复混肥对水稻生产的影响，具体结果如下:
　　(1)对南京郊区5种夏季设施蔬菜生态系统的物质和管理投入进行了问卷调查，分析估算了不同设施蔬菜各个生产环节投入的碳成本以及碳排放强度等。结果表明，不同设施蔬菜单季单位面积碳成本介于867.1±240.6～2039.4±1163.3kgCE·ha-1，物质投入碳成本在整个生产投入中占极其重要的份额，其中肥料投入的碳排放最大，占总碳成本的58.0％～82.4％;而农膜投入占12.0％～29.3％。不同设施蔬菜单位面积碳排放、单位产量碳排放及单位产值碳排放存在差异显著。综上，减少生产过程碳排放尤其是肥料投入碳排放、提高施肥效益增加蔬菜产量、因地制宜选择蔬菜种植品种是促进蔬菜生产温室气体减排的重要途径。
　　(2)分蘖期和拔节期生活废弃物炭基肥(HWF)处理水稻地上部干重显著高于或有高于常规处理的趋势，为作物吸收养分、提高产量提供基础。本试验炭基肥处理在拔节期及其之前对水稻根冠比影响较大，之后的生育期对水稻根冠比影响不明显，水稻生育前期生物质炭基复混肥的根冠比比常规复混化肥处理高，到了水稻生长中后期差异不明显。
　　(3)与常规复混化肥比较，尽管炭基肥处理施氮量减少20％，但水稻的经济产量提高了9％以上，其中小麦秸秆炭基肥(WSF)处理增产幅度最高，达23％。从产量构成因素来看，炭基肥处理水稻的增产主要与水稻每穗总粒数及单穗重的提高有关。在施氮量减少20％的情况下炭基肥处理仍可保持甚至超过水稻习惯施肥产量水平，说明炭基肥的施用能够减少氮肥需用量。
　　(4)水稻籽粒氮与茎叶氮的质量之比提高30％～69％，说明施用炭基肥可促进氮素向水稻籽粒的分配。施用炭基肥料显著提高水稻的氮素偏生产力、氮素收获指数和氮素稻谷生产率，其中氮素偏生产力较常规复混化肥显著提高33％～74％。HWF处理水稻茎叶磷积累量、籽粒磷积累量、水稻植株磷积累量均显著高于常规处理;小麦秸秆炭基肥(WSF)处理水稻籽粒钾积累量、茎叶钾积累量、植株钾积累量均显著高于常规处理、玉米秸秆炭基肥(MSF)处理。说明炭基肥的施用促进了水稻对N、P、K养分的吸收利用，提高氮素利用率。
　　(5)炭基肥处理分蘖期较常规处理减少了氮肥的追施量，但拔节期后常规处理土壤铵态氮含量却低于炭基肥处理;拔节期10～20cm土层常规复混化肥(BBF)处理硝态氮含量显著高于小麦秸秆炭基肥(WSF)和生活废弃物炭基肥(HWF)处理，抽穗期10～20cm土层常规(BBF)处理硝态氮含量显著高于玉米秸秆炭基肥(MSF)、花生壳炭基肥(PHF)和生活废弃物炭基肥(HWF)处理，成熟期10～20cm土层常规(BBF)处理土壤硝态氮含量显著高于生活废弃物炭基肥(HWF)处理，成熟期40～60cm土层常规处理土壤硝态氮含量显著高于小麦秸秆炭基肥(WSF)、玉米秸秆炭基肥(MSF)、花生壳炭基肥(PHF)和生活废弃物炭基肥(HWF)处理，其余生育期各土层常规处理与各炭基肥处理间硝态氮含量均无显著性差异。说明炭基肥降低了硝态氮向下淋失的风险，且能够满足水稻生育中、后期对铵态氮养分的需求，改善土壤供氮特征，获得较为平稳的土壤氮素供应过程。

目录

声明

论文说明

摘要

第一章 文献综述

1．1 研究背景

1．2 国内外研究进展

1．2．1 农业碳足迹研究进展

1．2．2 有机无机肥料配合施用的必要性

1．2．3 有机无机肥配施研究现状

1．2．4 生物质炭及其应用

1．3 研究目的及意义

1．4 研究内容和技术路线

1．4．1 研究内容

1．4．2 技术路线

第二章 农业生产碳成本分析—以设施蔬菜生产为例

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．2．1 调查区设施蔬菜生产概况

2．2．2 调查研究方法

2．2．3 碳足迹估算方法

2．2．4 不同投入碳排放估算及参数选择

2．2．5 蔬菜生产的碳足迹评价指标

2．2．6 数据处理和统计检验

2．3 结果与分析

2．3．1 设施蔬菜生产总碳足迹

2．3．2 设施蔬菜生产各环节碳投入分析

2．3．3 大棚蔬菜碳排放施碳源、碳汇及经济效益综合比较

2．4 讨论

2．4．1 大棚蔬菜碳强度与减排

2．4．2 大棚蔬菜碳足迹估算不确定性与方法学问题

2．5 小结

第三章 降低肥料碳成本：生物质炭肥料试验—以水稻为例

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 生物质炭基复混肥

3．2．2 田间试验设置

3．2．3 分析测定项目及方法

3．2．4 计算和统计分析

3．3 结果与分析

3．3．1 不同肥料处理对水稻生长的影响

3．3．2 不同肥料处理对水稻产量及产量因子的影响

3．3．3 生物质炭肥料：作物营养与氮素高效

3．4 讨论

3．4．1 不同肥料处理对水稻生长的影响

3．4．2 不同肥料处理对水稻产量及产量因子的影响

3．4．3 不同肥料处理对水稻植株养分含量及肥料氮素利用率的影响

3．4．4 不同肥料处理对水稻土壤矿质态氮的影响

3．5 小结

第四章 全文结论与展望

4．1 全文结论

4．2 研究创新点

4．3 存在的问题

4．4 研究展望

参考文献

致谢

作者简介

攻读学位期间发表论文与专利