秸秆直接还田与炭化还田下稻田土壤性质、水稻生长及温室气体排放变化

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生物质炭是各类生物质在缺氧状况下热裂解产生的一类高度芳香化难溶固态物。生物质炭施入土壤后可以改善土壤性质、提高作物产量,并且减少温室气体排放,但生物质炭的影响因土壤类型、气候条件和生物质炭的性质而呈现较大差异。本文以太湖地区稻田土壤生态系统为对象,研究了秸秆直接还田及其炭化生成生物质炭后再还田对稻田生态系统土壤性质、作物生长和温室气体排放的影响。试验设置4个处理,分别为:常规对照(CK),秸秆还田(SR),小麦秸秆生物质炭(WBC)和水稻秸秆生物质炭(RBC)还田。秸秆还田为全量还田,生物质炭用量为20thm-2。同时,为了研究生物质炭与氮肥施用的交互作用,试验还设置了氮肥处理(氮肥用量为0和300 kghm-2)。主要研究结果如下:①与常规管理模式(CK)相比,秸秆直接还田(SR)和炭化后再还田(WBC和RBC)对水稻穗粒数和千粒重等产量构成因子没有显著影响,但通过增加水稻分蘖数或单株生物量改变了水稻收获时期地上部生物量和水稻产量。氮肥施用对水稻穗粒数和千粒重也没有影响,但显著增加了水稻地上部生物量和产量。在施用氮肥处理中,RBC处理增加了水稻地上部生量和产量,而WBC只增加了水稻地上部生物量。②秸秆还田和生物质炭还田显著改变了土壤性质。与常规对照(CK)相比,施用生物质炭处理提高了土壤有机碳含量、速效钾含量,但降低容重。氮肥施用,对土壤有机碳含量、速效钾含量、容重和土壤铵态氮含量没有显著影响。在不施氮素(N0)情况下,秸秆还田处理的硝态氮显著高于其他处理。③秸秆还田和生物质炭还田对温室气体排放通量的影响因气体种类不同而有所差异。秸秆还田处理显著提高了稻田土壤CH4和CO2的排放,与秸秆还田处理相比,施用水稻生物质炭和小麦生物质炭处理显著降低了 CH4和N2O排放。与常规对照相比,其它处理均降低了土壤N2O的排放。炭化还田显著降低了稻田温室气体排放强度(GHGI)。综上所述,与常规管理模式(单纯施用化学肥料)相比,秸秆直接还田和经炭化后再还田会改变土壤理化性质、作物产量和温室气体的排放量。本研究结果表明,尽管秸秆直接还田是目前秸秆处理的主要方式,但其对土壤增肥、作物增产的贡献十分有限,且秸秆还会显著促进温室气体,特别是甲烷的排放。与之相比,作物秸秆经炭化制成生物质炭后再还田,可以显著提高土壤肥力水平,增加作物产量,并显著降低温室气体的排放量。
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