全 文 ：施用生物炭与硝化抑制剂对菜地
综合温室效应的影响*
李摇 博摇 李巧玲摇 范长华摇 孙丽英摇 熊正琴**
(南京农业大学资源与环境科学学院 /江苏省低碳农业与温室气体减排重点实验室, 南京 210095)
摘摇 要摇 采用静态暗箱鄄气相色谱法,研究施用生物炭与添加硝化抑制剂对菜地周年综合温
室效应的影响.结果表明: 与不施用生物炭相比,施用生物炭处理 N2O 和 CH4的综合温室效
应增加 8. 7% ~12. 4% ,蔬菜产量增加 16. 1% ~ 52. 5% ,温室气体强度降低 5. 4% ~ 28. 7% .
添加硝化抑制剂显著减少 N2O排放,不影响 CH4排放,综合温室效应减少 17. 5% ~20. 6% ,蔬
菜产量增加 21. 2% ~40. 1% ,温室气体强度显著降低.混合施用生物炭与硝化抑制剂一方面
增加蔬菜产量,另一方面显著增加综合温室效应(增幅为 10. 6% ~ 11. 2% ) . 因此,在菜地添
加硝化抑制剂,既能保证蔬菜产量又能减少温室气体排放,是合适的减排措施.
关键词摇 菜地摇 生物炭摇 硝化抑制剂摇 综合温室效应摇 温室气体强度
文章编号摇 1001-9332(2014)09-2651-07摇 中图分类号摇 P461; X511摇 文献标识码摇 A
Effects of biochar and nitrification inhibitor incorporation on global warming potential of a
vegetable field in Nanjing, China. LI Bo, LI Qiao鄄ling, FAN Chang鄄hua, SUN Li鄄ying, XIONG
Zheng鄄qin (Jiangsu Province Key Laboratory of Low Carbon Agriculture and GHGs Mitigation, Col鄄
lege of Resources and Environmental Sciences, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095,
China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. , 2014, 25(9): 2651-2657.
Abstract: The influences of biochar and nitrification inhibitor incorporation on global warming po鄄
tential (GWP) of a vegetable field were studied using the static chamber and gas chromatography
method. Compared with the treatments without biochar addition, the annual GWP of N2O and CH4
and vegetable yield were increased by 8. 7% -12. 4% and 16. 1% -52. 5% , respectively, whereas
the greenhouse gas intensity (GHGI) were decreased by 5. 4% -28. 7% following biochar amend鄄
ment. Nitrification inhibitor significantly reduced the N2 O emission while had little influence on
CH4 emission, decreased GWP by 17. 5% -20. 6% , increased vegetable yield by 21. 2% -40. 1% ,
and decreased the GHGI significantly. The combined application of biochar and nitrification inhibi鄄
tor significantly increased both vegetable yield and GWP, but to a greater extent for vegetable yield.
Therefore, nitrification inhibitor incorporation could be served as an appropriate practice for increa鄄
sing vegetable yield and mitigating GHG emissions in vegetable field.
Key words: vegetable field; biochar; nitrification inhibitor; global warming potential ( GWP);
greenhouse gas intensity (GHGI).
*科技部农业生态系统固碳减排技术研发集成与示范项目
(2013BAD11B01)、国家自然科学基金项目(41171238)、高等学校博
士学科点专项科研基金项目(20110097110001)和中央高校基本科研
业务费专项(KYZ201110)资助.
**通讯作者. E鄄mail: zqxiong@ njau. edu. cn
2013鄄12鄄06 收稿,2014鄄06鄄12 接受.
摇 摇 气候变化问题是全世界关注的热点话题. 气候
变化与人为因素引发的大气中温室气体浓度增加密
切相关[1] . N2O和 CH4是两种重要的温室气体.政府
间气候变化专业委员会( Intergovernmental Panel on
Climate Change,IPCC)第 4 次评估报告给出单位质
量 N2O和 CH4在 100 年时间尺度上的全球增温潜势
(global warming potential,GWP)分别是 CO2的 298
和 25 倍. 2005 年大气中 CO2(379 ppm)和 CH4(1774
ppb)的浓度远远超过了过去 65 万年的自然变化的
范围.从全球角度上看,农业排放占全球人为源 CH4
和 N2O排放的 52%和 84% [2],二者总量相当于 7. 7
Pg CO2·a-1[3],是不可忽视的排放源.
蔬菜地是一种特殊的农业旱地生态系统,具有
应 用 生 态 学 报摇 2014 年 9 月摇 第 25 卷摇 第 9 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Sep. 2014, 25(9): 2651-2657
灌溉频繁、复种指数高、施肥量大等特点. 通常非蔬
菜作物的施肥量为 150 ~ 300 kg N·hm-2 [4],而一季
蔬菜的氮肥施用量高达 300 ~ 700 kg N·hm-2[5] .肥
料施用量的不断增加导致农田温室气体排放居高不
下[6-7] .我国蔬菜种植面积大且增长速度较快. 2009
年我国消费了世界总氮肥生产量的 30% [8],同年蔬
菜地直接排放的 N2O 量占我国大陆总 N2O 排放的
21% [9] .因此,寻找切实可行的减排措施,缓解农业
活动排放温室气体带来的环境压力已经成为当务
之急.
近年来,针对农业温室气体排放逐年增加的情
况,出现了很多减排措施.在单位面积上既能减少温
室气体排放,又不影响作物产量的农业管理措施,既
容易被决策者认同,也容易被菜地经营者在实际生
产中采纳.生物炭施用到土壤中可以改善土壤肥力、
提高作物产量、降低温室气体排放,同时还能增加土
壤中的碳固定[10-13] .硝化抑制剂通过抑制土壤中的
硝化作用在减少温室气体排放的同时,也能保证作
物的产量[14] .因此,向农田中施入生物炭和添加硝
化抑制剂可能是两种效果较好的减排措施. 但是关
于两种减排措施在集约化蔬菜地综合使用的对比研
究尚未见报道. 本试验采用静态暗箱鄄气相色谱法,
研究了施用生物炭与添加硝化抑制剂对菜地周年综
合温室效应的影响,以期为农业生产温室气体减排
提供理论依据.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 试验地点
试验于江苏省南京市高桥门镇(32毅01忆 N,118毅
52忆 E)进行.该地区属于典型的长江中下游亚热带
季风气候,年均气温 15. 4 益,年均降水量 1107 mm.
此地区集约化种植蔬菜的历史长达数十年. 通过在
寒冷季节使用塑料大棚进行增温,一年可以种植
3 ~ 5茬蔬菜,是南方集约化蔬菜生产的典型代表.试
验地土壤 pH为 5. 8,容重为 1. 15 g·cm-3,有机碳
为 17. 4 g C·kg-1,总氮为 2. 0 g N·kg-1 .试验土壤
以及试验所用生物炭性质见表 1. 所施用的硝化抑
制剂为 Nitrapyrin,来自碧晶尿素,由浙江奥复托化
工有限公司生产.
1郾 2摇 试验设计
试验共设置 6 个处理,各处理施用氮素水平一
致,施用量根据当地农民常规施肥水平来确定.共设
置 3 个生物炭水平,分别为 C0(0 t·hm-2 )、C1(20
t·hm-2)和 C2(40 t hm-2).在每个生物炭水平下,设
表 1摇 试验用蔬菜地土壤和生物炭的理化性质
Table 1 摇 Physicochemical properties of the vegetable field
soil and biochar used in the experiment
项目
Item
蔬菜地土壤
Vegetable soil
生物炭
Biochar
质地 Texture 黏土 Silt clay
砂粒 Sand (% ) 5. 2
粉粒 Silt (% ) 64. 7
粘粒 Clay (% ) 30. 1
总碳量 Total C (g·kg-1) 11. 6 467. 0
总氮量 Total N (g·kg-1) 1. 4 5. 6
pH (1 颐 2. 5 H2O) 5. 1 9. 4
阳离子交换量 CEC (cmol·kg-1) 31. 2 24. 1
容重 Bulk density (g·cm-3) 1. 0
表面积 Surface area (m2·g-1) 8. 9
灰分 Ash (% ) 20. 8
施用复合肥(Nc)和添加硝化抑制剂(Ni)两个氮肥
处理.每个小区面积为 8 m伊5 m,3 次重复.
试验期间连续种植 4 种蔬菜(4 茬),分别为苋
菜、空心菜、菜秧和香菜,其中苋菜和菜秧种植过程
中有塑料大棚覆盖. 每种蔬菜收获后与下一种蔬菜
种植前都有一段时间长度不等的休耕期. 生物炭于
试验开始蔬菜种植之前施入土壤中,翻耕混匀,施用
复合肥的 N 颐 P2O5 颐 K2O 比例为 15 颐 15 颐 15,施硝
化抑制剂处理则按照当地农民常规施肥量配施等氮
量碧晶尿素,同时施入等量(以 N、P2O5、K2O 计)的
磷肥(钙镁磷肥,含 P2O5 14% )和钾肥(氯化钾,含
K2O 63. 2% ).周年生产中,苋菜、空心菜、菜秧和香
菜 4 茬蔬菜肥料(N、P2O5和 K2O)施用总量分别为
312. 5、600、250 和 312. 5 kg·hm-2,其他管理措施
都按照当地常规进行.
1郾 3摇 气样采集与分析
采用静态密闭暗箱鄄气相色谱法测定菜地 N2O
和 CH4排放通量. 采样时间 2012 年 4 月 12 日—
2013 年 5 月 25 日,通常每周采集一次气体样品,施
肥和灌溉后加密采样,2 ~ 3 d一次,持续 7 ~ 10 d.采
样时间为 9:00—11:00,用 20 mL 注射性针筒采集
气体样品,在箱子密闭后 0、10、20 和 30 min 共采集
4 个气体样品.每次观测时同时测定采样箱内温度、
大气温度以及 0 ~ 10 cm土层含水量.土壤充水孔隙
度(water filled pore space,WFPS)根据每次测定的土
壤质量含水量与试验地的土壤容重计算得到,计算
公式为:
WFPS = (土壤质量含水量伊土壤容重) /土壤总
孔隙度 (1)
土壤总孔隙度=1 -土壤容重 / 2. 65 (2)
2562 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
采用气相色谱仪(Agilent 7890A)测定样品中的
N2O和 CH4浓度,检测器分别为 ECD和 FID,载气分
别为体积比为 5%氩甲烷和 N2,检测温度为 300 益,
根据 4 个样品 N2O(CH4)浓度值和采样时间的直线
回归方程的斜率求得 N2O(CH4)的排放通量. N2O
与 CH4流通量根据下式计算:
F= 籽伊h伊dC / dt伊273 / (273+T) (3)
式中:F是气体流通量(mg·m-2·h-1);籽 是标准状
态下气体流动时的密度(mg·m-3·h-1);h 是箱子
高度(m);dC / dt 为采样箱内的气体浓度变化率;T
为采样过程中采样箱内的平均温度(益).
1郾 4摇 综合温室效应计算
为了深入明确不同的减排措施对菜地综合温室
效应的影响,在 100 年尺度上应用 IPCC给出的公式
进行综合温室效应(GWP)的计算:
GWP=25伊GWPCH4+298伊GWPN2O (4)
式中:单分子 CH4、 N2O 所引起的综合温室效应
(GWP,kg·hm-2,以 CO2当量计)分别是 CO2的 25
和 298 倍[1] .
温室气体强度(GHGI)用来表示单位产量的蔬
菜所产生的 GWP值,即在数值上等于 GWP 与蔬菜
产量(Y)的比值(kg·kg-1,以 CO2当量计). 每种蔬
菜收获时,收取试验小区内的所有植株(地上部+地
下部),称鲜质量.
GHGI=GWP / Y (5)
1郾 5摇 数据处理
采用 Microsoft Excel 2003 和 SigmaPlot 12. 5 软
件进行数据计算和图表制作,采用 JMP7 软件进行
生物炭与硝化抑制剂对 N2O、GWP 和 GHGI 影响的
双因子方差分析,采用 Tukey 法对 4 种蔬菜不同处
理N2 O累积排放量 、GWP和GHGI进行多重比较
图 1摇 不同处理蔬菜总产量
Fig. 1摇 The total vegetable yield under different treatments.
Nc: 复合肥 Compound fertilizer; Ni: 硝化抑制剂 Nitrification inhibi鄄
tor; C0:生物炭0 t·hm-2 Biochar 0 t·hm-2; C1:生物炭 20 t·hm-2
Biochar 20 t·hm-2; C2: 生物炭 40 t·hm-2 Biochar 40 t·hm-2 . 不
同字母表示差异显著(P<0. 05) Different letters represented significant
difference among treatments at 0. 05 level.
(琢=0. 05).
2摇 结果与分析
2郾 1摇 不同减排措施对周年复种蔬菜总产量的影响
从图 1 可以看出,在相同的生物炭水平下,施用
硝化抑制剂能显著提高蔬菜产量,增幅为 26. 9% ~
41. 1% .同一复合肥或硝化抑制剂处理下,施用生物
炭显著增加蔬菜产量,增幅为 45. 9% ~ 52. 5% ,但
是不随生物炭用量的增加而增加. 尤其是生物炭与
硝化抑制剂混施的两个处理(NiC1和 NiC2),蔬菜产
量随生物炭施入量的增加反而减少. 因此在生物炭
与硝化抑制剂混施的处理中,硝化抑制剂是蔬菜增
产的主要原因.
2郾 2摇 各处理菜地 N2O排放通量的变化
如图 2 所示,各处理菜地 N2O 排放通量的季节
性变化规律基本一致. 苋菜生长季 (2012鄄04鄄12—
0 5鄄23)菜地N2O排放通量在观测期内的变化范围为
图 2摇 不同处理菜地 N2O排放通量动态
Fig. 2摇 Dynamics of N2O fluxes in vegetable field under different treatments.
a)苋菜 Amaranth; b)空心菜 Tung choy; c)菜秧 Baby bok choy; d)香菜 Coriander herb.
35629 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李摇 博等: 施用生物炭与硝化抑制剂对菜地综合温室效应的影响摇 摇 摇 摇 摇 摇
图 3摇 2012—2013 年菜地土壤温度( T)、土壤充水孔隙度
(WFPS)动态
Fig. 3摇 Dynamics of soil temperature (T) and water filled pore
space (WFPS) in vegetable field from 2012 to 2013.
8郾 8 ~ 2580. 2 滋g N·m-2·h-1,刚施肥之后并没有
出现 N2O排放峰,随着温度的上升及土壤含水量的
增加,出现 N2O 排放峰值;空心菜生长季(2012鄄07鄄
11—10鄄19)菜地 N2 O 排放通量为 53. 5 ~ 3405郾 9
滋g N·m-2·h-1,施肥之后呈增加趋势,在 8 月中旬
由于降雨频繁及温度较高(图 3)出现 N2O 排放峰;
菜秧生长季(2012鄄11鄄20—2013鄄02鄄28)由于温度较
低(平均 9. 2 益),水分灌溉减少,在施肥后没有出
现 N2 O 排放峰,菜地 N2 O 排放通量变化范围为
1 郾 95 ~ 121郾 5 滋gN·m-2·h-1;香菜生长季(2013鄄
03鄄28—05鄄25)由于温度较低,没有覆盖大棚,施肥
后没有出现 N2O排放峰;之后随着温度的升高及灌
溉的增加,N2O 排放通量呈现上升趋势,菜地 N2O
排放通量变化范围为 6. 5 ~ 585. 1 滋g N·m-2·h-1 .
2郾 3摇 生物炭与硝化抑制剂对菜地 N2O 排放总量的
影响
在周年种植 4 种蔬菜过程中,添加硝化抑制剂
显著减少了 N2O排放,但是添加生物炭的效果不显
著,二者间也没有明显的互作效应(表 2).
摇 摇 同一复合肥或硝化抑制剂处理下,添加不同水
平的生物炭 (20、40 t· hm-2 )使 N2 O 排放增加
5郾 1% ~10. 9% ,但差异不显著(表 2,表 3).在相同
生物炭水平下,添加硝化抑制剂可以显著减少 N2O
总排放量,降幅为 23. 1% ~ 26. 9% . 在菜秧和香菜
种植期间,由于 N2O 排放总量较低,且添加生物炭
增加了 N2O排放,因此硝化抑制剂的减排效果在两
者混施处理中差异不显著(表 3).
2郾 4摇 生物炭与硝化抑制剂对菜地综合温室效应和
温室气体强度的影响
根据菜地生态系统中 N2O 与 CH4排放量,评估
该系统的综合温室效应.如表 4 所示,同一复合肥或
硝化抑制剂处理下,生物炭的施用使菜地 CH4排放
增加97郾 3% ~ 245郾 2% .在相同生物炭水平下,添加
表 2摇 生物炭(Bc)与硝化抑制剂(Ni)对菜地 N2O、综合温室效应和温室气体强度影响的双因素方差分析
Table 2摇 Two鄄way ANOVA for the effects of biochar (Bc) and nitrification inhibitor (Ni) on N2O, GWP and GHGI in
vegetable field
因素
Factor
df N2O
SS F P
综合温室效应 GWP
SS F P
温室气体强度 GHGI
SS F P
Bc 2 18. 05 1. 45 0. 273 7511292 2. 74 0. 104 0. 0011 6. 46 <0. 05
Ni 1 164. 41 26. 43 <0. 001 36990584 27. 06 <0. 001 0. 0081 87. 06 <0. 0001
Bc伊Ni 2 0. 48 0. 04 0. 963 318577 0. 12 0. 891 0. 0008 4. 04 <0. 05
模型 Model 5 182. 93 5. 88 44820453 6. 56 0. 01 21. 61
误差 Error 12 74. 64 16398941 0. 0011
SS: 平方和 Sum of squares.
表 3摇 不同处理菜地 N2O累积排放量
Table 3摇 Cumulative N2O emissions in the vegetable field under different treatments (mean依SD, kg N·hm-2)
处理
Treatment
苋菜
Amaranth
空心菜
Tung choy
菜秧
Baby bok choy
香菜
Coriander herb
累积排放量
Cumulative N2O emission
(2012鄄04鄄12—07鄄10) (2012鄄07鄄11—11鄄19) (2012鄄11鄄20—2013鄄03鄄27) (2013鄄03鄄28—05鄄25) (2012鄄04鄄12—2013鄄05鄄25)
NcC0 9. 3依1. 1a 17. 7依0. 9ab 1. 2依0. 7a 1. 2依0. 5a 29. 4依1. 7ab
NiC0 6. 7依1. 2d 15. 6依1. 2b 0. 8依0. 1b 0. 6依0. 1c 23. 7依1. 6c
NcC1 9. 1依0. 1ab 21. 3依4. 0a 1. 0依0. 1ab 1. 1依0. 3ab 32. 6依3. 8a
NiC1 7. 8 依0. 6c 16. 1依0. 4b 0. 9依0. 2ab 0. 9依0. 2abc 25. 7依1. 4bc
NcC2 8. 4依0. 7b 20. 7依1. 7a 0. 9依0. 2ab 1. 0依0. 5abc 30. 9依1. 6a
NiC2 8. 0依0. 9bc 15. 7依4. 1b 0. 9依0. 1ab 0. 7依0. 03bc 25. 1依3. 6bc
Nc: 复合肥 Compound fertilizer; Ni: 硝化抑制剂 Nitrification inhibitor; C0: 生物炭 0 t·hm-2 Biochar 0 t·hm-2; C1: 生物炭 20 t·hm-2 Biochar
20 t·hm-2; C2: 生物炭 40 t·hm-2 Biochar 40 t·hm-2 . 同列不同字母表示处理间差异显著(P<0. 05) Different letters in the same column repre鄄
sented significant difference among treatments at 0. 05 level.
4562 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
表 4摇 不同处理菜地的综合温室效应和温室气体强度
Table 4摇 GWP and GHGI in vegetable fields under different treatments (mean依SD)
处理
Treatment
N2O累积排放量
Cumulative N2O emission
(kg N·hm-2)
CH4累积排放量
Cumulative CH4 emission
(kg C·hm-2)
综合温室效应
GWP
(kg CO2 eq·hm-2)
温室气体强度
GHGI
(kg CO2 eq·kg-1)
NcC0 29. 4依1. 7ab 7. 1依2. 1d 14017. 7依763. 6ab 0. 115依0. 017a
NiC0 23. 7依1. 6c 7. 3依1. 7d 11318. 3依700. 7c 0. 056依0. 006c
NcC1 32. 6依3. 8a 20. 4依4. 4b 15758. 8依1812. 3a 0. 088依0. 01b
NiC1 25. 7依1. 4bc 14. 4依1. 9c 12516. 1依605. 1bc 0. 049依0. 005c
NcC2 30. 9依1. 6a 22. 9依3. 4ab 15240. 1依693. 5a 0. 082依0. 009b
NiC2 25. 1依3. 6bc 25. 2依5. 3a 12581. 3依1730bc 0. 053依0. 007c
同列不同字母表示处理间差异显著(P<0. 05) Different letters in the same column represented significant difference among treatments at 0. 05 level.
硝化抑制剂对 CH4排放的影响没有一致的规律. 施
用生物炭使菜地综合温室效应增加 8郾 7% ~
12郾 4% ,添加硝化抑制剂则显著减少了综合温室效
应,在 C0、C1、C2水平下,分别减少 19. 2% 、20郾 6%和
17. 5% .
施用生物炭及添加硝化抑制剂均可减少菜地温
室气体强度.施用复合肥处理(Nc)下添加生物炭使
温室气体强度显著减少 23. 5% ~ 28. 7% .而在相同
的生物炭水平下添加硝化抑制剂,其温室气体强度
减少 35. 4% ~51. 3% .与单独施用硝化抑制剂处理
相比,生物炭与硝化抑制剂混施处理温室气体强度
减少了 5. 3% ~12. 5% ,但差异没有达到显著水平.
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 周年种植蔬菜菜地 N2O的排放规律
在周年种植的 4 种蔬菜中,以苋菜和空心菜生
长季节菜地 N2O累积排放量最大,菜秧和香菜生长
季菜地 N2O累积排放量相对较小(表 3),这主要与
不同蔬菜生长季节气温和降水的分布规律有关(图
3).与邱炜红[15]、黄丽华等[16]的研究结果一致,高
N2O 排放通量集中发生在 4—9 月,而 6—9 月是
N2O蓄积高峰期. 郑循华等[17]研究表明,在土壤湿
度适宜的一定温度范围内,N2O 排放通量对温度的
依赖性可用指数函数 F = Aeat来描述;轮作周期内
N2O排放量随温度的变化呈正态分布,67%的排放
量都集中在 15 ~ 25 益范围内. 夏季降水量较大,菜
地土壤干湿交替,促进了土壤中氮素的转化过程,也
导致 N2O排放量增加. 苋菜生长季有大棚覆盖,平
均温度为 20. 6 益,高于次年同期香菜生长季的平均
温度 18. 1 益,导致香菜生长季虽然在时间上与苋菜
相近,但是其菜地 N2O 累积排放量显著低于苋菜.
另外,van Haren等[18]研究表明,植物种类影响 N2O
排放;张秀君等[19]研究也表明,蔬菜自身释放 N2O
的速率不同.因此,蔬菜种类不同也是不同蔬菜季节
N2O排放量存在差异的原因之一.
3郾 2摇 生物炭与硝化抑制剂对菜地综合温室效应和
温室气体强度的影响
施用生物炭是一种新型的减排措施,近年来被
广泛应用于各类试验中,并被证明能够降低农业生
态系统 N2 O 和 CH4排放[20-21] . Zhang 等[22]研究表
明,施用生物炭可以显著增加稻田生态系统中水稻
的产量,并减少稻田土壤 CH4和 N2O 的排放量. 通
常,生物炭施入土壤后易与土壤中矿物质结合形成
有机无机复合体,难以被土壤微生物利用[23-24],还
能使土壤容重降低,通气性改变. 同时,生物炭具有
高 C / N,限制了氮素的微生物转化和反硝化,降低了
N2O排放.但在本试验中,施用生物炭增加了菜地综
合温室效应(表 4),可能是因为菜地的灌溉频率较
高,土壤充水孔隙度高于其他旱地土壤;加上生物炭
灰分较高,导致菜地 N2O 排放增加;也可能是由于
菜地具有不同于其他土壤类型的氮素转化过程和
N2O产生途径[25] . Yanai 等[26]研究也表明,土壤充
水孔隙度较高时,生物炭会增加土壤 N2O 排放累积
量.添加生物炭能快速提升土壤碳库蓄积量,增加产
甲烷细菌的反应底物,在土壤含水量较高的情况下
会增加 CH4的排放(图 3,表 4).不同种类的生物炭
对农田温室气体减排的效果也存在差异[27] .但是施
用生物炭能促进植株生长,提高作物生产力[28] . 因
此,生物炭的施入虽然增加了菜地的综合温室效应,
但是显著增加了蔬菜产量,所以显著降低了菜地的
温室气体强度. 本研究中生物炭购买价格为每吨
1200 元,由于增产效果显著,蔬菜种植经济效益高,
因此菜地施用生物炭是一种能够增加经济效益的减
排措施[29] .
本研究中添加硝化抑制剂能够显著减少 N2O
排放,减少综合温室效应,降低温室气体强度(表
4).这与前人关于硝化抑制剂减少 N2O 排放[30-31]、
增加作物产量[32]的研究结果一致.硝化抑制剂能够
55629 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李摇 博等: 施用生物炭与硝化抑制剂对菜地综合温室效应的影响摇 摇 摇 摇 摇 摇
从根本上影响氮素在土壤中的转化过程,直接抑制
硝化作用,从而减少了反硝化作用的底物,最终减少
了 N2O的排放.李香兰等[30]研究表明,早施硝化抑
制剂能够抑制稻田中 N2O和 CH4的排放.熊舞等[31]
研究表明,施用硝化抑制剂可以抑制菜地 N2O 的排
放.同时,硝化抑制剂能直接抑制土壤中氮素的硝化
作用,减少淋溶损失和硝化鄄反硝化损失,增加土壤
NH4 + 鄄N的含量,增加氮素的有效性,提高作物产量.
Liu等[32]研究也表明,施用硝化抑制剂可以增加小
麦鄄玉米轮作系统中的作物产量.所以在蔬菜种植中
添加硝化抑制剂能够减少综合温室效应,降低温室
气体强度,是一种适宜的减排措施.
在农田生态系统中施用生物炭和添加硝化抑制
剂都是近年来被广泛关注的减排措施. 本研究中生
物炭与硝化抑制剂混施处理与单独施用硝化抑制剂
处理相比,温室气体强度减少 5. 3% ~ 12. 5% ,但差
异没有达到显著水平,没有明显的互作效应.关于生
物炭与硝化抑制剂在菜地中的联合施用还需要深入
研究.
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作者简介摇 李摇 博,男,1988 年生,博士研究生.主要从事农
田土壤碳氮循环与气候变化研究. E鄄mail: 2011103119@
njau. edu. cn
责任编辑摇 张凤丽
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