减氮条件下秸秆炭化与直接还田对旱地作物产量及综合温室效应的影响

摘要

[目的]本文旨在研究秸秆及生物质炭形式还田下减施氮肥对旱地作物生产及温室效应影响，以期为农业低碳生产及秸秆资源化利用提供依据。[方法]本研究选取华北平原典型旱地土壤（褐土）为研究对象，设置不同施氮水平并配合秸秆直接还田与生物质炭还田施用，对连续两个作物生长季（玉米-小麦）的产量及温室气体排放进行观测。共设置了7个施肥处理：1）不施肥处理（CK）；2）常规秸秆还田配施全量化肥氮处理（SN100）；3）秸秆还田配施化肥减氮10％处理（SN90）；4）秸秆还田配施化肥减氮20％处理（SN80）；5）生物质炭配施全量化肥氮处理（BN100）；6）生物质炭配施化肥减氮10％处理（BN90）；7）生物质炭还田配施化肥减氮20％处理（BN80）。采用静态箱-气相色谱法，在玉米-小麦轮作体系中进行全生育期土壤温室气体排放观测，并测定作物产量。[结果]在保持作物产量稳定的条件下，秸秆两种还田方式均可降低10％～20％的氮肥施用，但秸秆还田配合氮肥减施对作物产量的影响因作物类型而异。减施氮肥显著影响土壤温室气体排放，N2O随氮肥施用量减少显著降低；CH4排放主要表现为弱吸收汇；而秸秆还田处理的CO2排放随氮肥的减少而呈增加趋势，对应生物质炭还田处理的CO2排放变化趋势相反。进一步结合作物产量分析表明，相对于常规秸秆还田措施，秸秆直接还田和炭化还田配合氮肥减施可使土壤温室气体排放强度（GHGI）分别降低36．40％-40．48％和40．48％-53．50％。[结论]生物质炭还田可在稳定旱地作物产量的前提下实现氮肥减施与低碳生产。