长期有机无机肥配施降低黄淮海区域小麦-大豆复种系统净温室效应

摘要

[目的]小麦-大豆系统是黄淮海区域重要的禾豆复种系统,综合评价该系统的净碳排放对于我国农田固碳减排具有重要意义.借助30年的长期定位试验,综合评价不同施肥处理下小麦-大豆复种系统的产量和净碳排放,旨在为该系统丰产低碳排放的施肥制度创新提供理论依据.[方法]试验包括单施牛粪(M)、氮磷钾平衡施肥(NPK)、氮磷钾加牛粪(NPKM)、氮磷加秸秆(NPS)、氮磷钾加饼肥(NPKC)、氮磷钾加牛粪及饼肥(NPKMC)以及不施肥对照(CK),共7个处理.综合分析了各处理田间直接温室气体排放(N2O和CH4)、农田投入导致的间接碳排放与土壤有机碳固定,估算了单施牛粪、单施化肥以及化肥与不同有机物料配施的净碳排放,同时将碳排放与作物产量和土壤有机质相结合,综合评价了不同施肥措施下的净温室效应.[结果]小麦-大豆复种系统中,小麦季施肥对大豆产量有显著后效,与单施NPK相比,NPKM、NPKC和NPKMC处理分别使大豆产量提高了31.0％、16.8％和24.0％,而M和NPS处理不利于大豆、小麦产量的提高.与NPK处理相比,M、NPKM、NPKMC处理的农田直接温室气体排放分别增加了49.4％、17.7％和12.4％,土壤有机碳年固定量分别显著提高了282.2％、137.3％和169.1％.M及NPKM处理的间接碳排放与NPK处理没有明显差异,而其他施肥处理的间接碳排放低于NPK处理.在各施肥处理中,由肥料投入导致的碳排放占总间接碳排放的比例最大,其次是灌溉用电和机械用柴油导致的碳排放.对净碳排放的估算结果表明,M处理的净碳排放为负值(表现为碳汇),而其他处理下小麦-大豆复种系统均表现为碳源,NPK与有机物料配施的处理净碳排放显著低于NPK处理.此外,与NPK处理相比,NPK与有机物料配施使碳排放强度显著降低了36.5％～113.2％,使单位土壤有机质提升的温室气体排放(δGHG/δSOM)降低了69.4％～93.2％.[结论]黄淮海区域小麦-大豆复种系统中,氮磷钾配施有机肥(牛粪或饼肥)可在保证小麦和大豆产量的同时,降低小麦-大豆复种系统的净温室效应.