有機(jī)物料還田對(duì)稻田土壤溫室氣體排放及產(chǎn)量的影響
期刊：中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)
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http://journals.caass.org.cn/zgnxtb/CN/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2024-0377
1導(dǎo)讀
在全球氣候變暖及雙碳目標(biāo)背景下，農(nóng)田土壤固碳減排成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要研究熱點(diǎn)之一。有機(jī)物料還田作為一種有效且多樣化的農(nóng)業(yè)管理措施，既包括傳統(tǒng)還田措施中的秸稈還田，也包含近年來(lái)備受關(guān)注的生物炭還田，這些措施對(duì)土壤溫室氣體排放及低碳農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)具有差異性的效果，這取決于有機(jī)物料類型及其性質(zhì)。闡明不同類型有機(jī)物料還田在土壤中的溫室氣體排放特征及機(jī)制對(duì)于農(nóng)田土壤碳管理具有重要意義。目前對(duì)華南地區(qū)不同有機(jī)物料還田對(duì)稻田整體溫室氣體排放及其與水稻產(chǎn)量影響的研究較少。為探明不同有機(jī)物料還田條件下對(duì)土壤溫室氣體排放及水稻產(chǎn)量的影響，為農(nóng)田土壤碳管理提供科學(xué)依據(jù)。本研究以水稻秸稈及其生物炭為研究對(duì)象，在等量碳投入條件下分析秸稈及生物炭還田對(duì)早稻產(chǎn)量、溫室氣體排放特性及土壤理化性質(zhì)的影響，以期為稻田土壤碳管理策略提供科學(xué)依據(jù)與理論參考。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，生物炭還田處理不僅能顯著提高早稻的產(chǎn)量，同時(shí)能顯著降低水稻田溫室氣體的排放，而秸稈還田處理對(duì)產(chǎn)量提升效果有限，具有較高的環(huán)境增溫風(fēng)險(xiǎn)。
2 結(jié)果
2.1 有機(jī)物料還田對(duì)早稻溫室氣體排放通量的影響
由圖1可知，早稻生長(zhǎng)前期和中期（2022年4月7日—2022年6月6日），秸稈還田處理CH4排放通量明顯高于對(duì)照、生物炭還田處理，在早稻后期（2022年6月27日—2022年7月6日），秸稈還田處理CH4排放通量明顯下降，直至收獲期與對(duì)照及生物炭還田處理無(wú)明顯差異。在早稻后期（2022年6月6日—2022年6月27日），對(duì)照及生物炭還田處理CH4排放通量處于高峰水平，其他時(shí)期則較低。早稻生長(zhǎng)初期（2022年4月7日）及中后期（2022年5月27日—2022年6月16日），秸稈還田處理CO2排放通量顯著高于其他處理；其他時(shí)期則與對(duì)照、生物炭還田處理無(wú)顯著性差異。在整個(gè)早稻生長(zhǎng)各時(shí)期，對(duì)照與生物炭還田處理CO2排放通量差異不顯著。稻田N2O排放通量隨有機(jī)物料處理及早稻生長(zhǎng)時(shí)期有所不同。在早稻大部分生長(zhǎng)時(shí)期，秸稈及生物炭還田處理N2O排放通量均高于對(duì)照處理；秸稈還田處理與生物炭還田處理N2O排放通量則隨生長(zhǎng)時(shí)期不同表現(xiàn)為交替升高趨勢(shì)。
圖 1 不同有機(jī)物料還田條件下早稻溫室氣體排放通量
2.2 有機(jī)物料還田對(duì)溫室氣體累積排放量、溫室效應(yīng)及排放強(qiáng)度的影響
由表2可知，對(duì)照、秸稈及生物炭還田處理N2O累積排放量差異不顯著，分別為1.14、1.57、1.30 kg/hm2。CH4累積排放量則以秸稈還田處理(899.7 kg/hm2)顯著高于對(duì)照(216.7 kg/hm2)及生物炭還田處理(178.4 kg/hm2)(P＜0.05)。秸稈還田處理全球增溫潛勢(shì)最高(22959 kg/hm2)，分別為對(duì)照、生物炭還田處理的3.99、4.74倍。對(duì)照及生物炭還田處理的全球增溫潛勢(shì)差異不顯著，分別為5758、4848 kg/hm2。各有機(jī)物料處理排放強(qiáng)度差異均達(dá)顯著性水平(P＜0.05)，以秸稈還田處理(3.32 kg/kg)＞對(duì)照處理(0.88 kg/kg)＞生物炭還田處理(0.64 kg/kg)。
2.3 有機(jī)物料還田對(duì)早稻產(chǎn)量及生物量的影響
由圖2可知，生物炭還田處理早稻產(chǎn)量(6444 kg/hm2)顯著高于對(duì)照(5497 kg/hm2)、秸稈還田處理(5756 kg/hm2)，提高幅度分別為17.2%、12.0%。秸稈還田處理與對(duì)照處理的早稻產(chǎn)量則無(wú)顯著性差異。生物炭還田處理早稻秸稈量顯著高于對(duì)照、秸稈還田處理，而對(duì)照處理和秸稈還田處理差異不顯著 ，分別為 6402、5342、5385 kg/hm2。不同處理草谷比表現(xiàn)為秸稈還田處理(1.07)＞對(duì)照處理(1.03)＞對(duì)生物炭還田處理(1.01)，差異不顯著。
圖 2 不同有機(jī)物料還田條件下早稻產(chǎn)量、秸稈量及草谷比差異
2.3 有機(jī)物料還田對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響
盡管在統(tǒng)計(jì)學(xué)上，稻田土壤的理化性質(zhì)差異不顯著，但不同有機(jī)物料處理下的對(duì)應(yīng)指標(biāo)實(shí)際上存在較明顯的差異。如表3所示，與對(duì)照(pH 5.98)、秸稈還田處理(pH 6.02)相比，生物炭還田處理(pH 6.04)表現(xiàn)為升高趨勢(shì)。相比于對(duì)照、秸稈還田處理，生物炭還田處理SOM含量分別提高3.57%、4.40%。秸稈及生物炭還田處理土壤速效鉀(AK)含量分別比對(duì)照處理提高16.2%、5.38%。秸稈、生物炭還田后，土壤堿解氮(AN)、全磷(TP)、速效磷(AP)、全鉀(TK)含量表現(xiàn)為略微下降趨勢(shì)。
3 結(jié)果
在早稻產(chǎn)量方面，秸稈還田處理相對(duì)于對(duì)照處理提高了4.71%，而生物炭還田處理相對(duì)于對(duì)照處理提高了17.2%。在溫室氣體排放方面，生物炭還田處理顯著降低了水稻田溫室氣體排放強(qiáng)度(P＜0.05)，而秸稈還田處理顯著提高了CH4排放通量、溫室效應(yīng)和溫室氣體排放強(qiáng)度(P＜0.05)。生物炭還田處理不僅能顯著提高早稻的產(chǎn)量，同時(shí)能顯降低水稻田溫室氣體的排放，而秸稈還田處理對(duì)產(chǎn)量提升效果有限，具有較高的環(huán)境增溫風(fēng)險(xiǎn)。