本文選題：熱分解有機質(zhì) + 稻田生態(tài)系統(tǒng)��； 參考：《南京農(nóng)業(yè)大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：減緩農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)主要溫室氣體(CO2、CH4和N20)排放在當(dāng)今應(yīng)對全球變暖和臭氧層破壞兩大全球環(huán)境問題中起著十分重要作用。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體減排對于實現(xiàn)2009年我國政府提出到2020年全國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值CO2排放比2005年下降40-45%的承諾有重要貢獻。研究生物炭對于減少農(nóng)田溫室氣體排放以及增加土壤碳固定,對于尋求有效的固碳減排措施有重要影響。本研究主要以我國華東地區(qū)稻麥輪作和蔬菜種植生態(tài)系統(tǒng)為對象,采用靜態(tài)暗箱-氣相色譜法原位同步測定CO2、CH4和N2O的排放通量,探討生物炭施用對該系統(tǒng)的溫室氣體排放、作物產(chǎn)量和綜合增溫潛勢(GWP)的影響。本文包括文獻整合分析和田間觀測試驗的研究。其中模型的文獻整合分析包括:(1)通過搜集已有的采用13C或14C同位素標(biāo)記技術(shù)研究生物炭分解的研究數(shù)據(jù),整合分析生物炭分解量及分解速率,并評估生物炭施用引起的激發(fā)效應(yīng);同時討論生物炭在土壤中穩(wěn)定性的影響因子和過程。(2)通過整理分析已發(fā)表的菜地田間觀測N2O排放數(shù)據(jù),采用經(jīng)驗?zāi)Ｐ徒y(tǒng)計方法估算2009年我國菜地由化學(xué)氮肥施用引起的N2O排放的空間分布、總量及背景排放量。田間觀測研究包括:(1)通過室外和田間原位盆栽研究不同稻殼生物炭施用水平(分0、25和50 t ha-1三個水平)與兩個氮肥水平(0和200 kg N ha-1)對稻麥輪作周期內(nèi)CO2、CH4和N20排放通量和產(chǎn)量的影響;(2)研究小麥秸稈生物炭(0和30tha-1)和不同氮肥(常規(guī)復(fù)合肥,MF;碧晶尿素,CP)施用對集約化蔬菜種植區(qū)菜地N2O排放和凈生態(tài)系統(tǒng)收支的影響;(3)室內(nèi)培養(yǎng)實驗?zāi)M水稻土旱作季節(jié)施用稻殼生物炭(50t ha-1)對三種水稻土N2O和CO2排放的影響。主要結(jié)果如下:1.生物炭分解量與試驗時間呈對數(shù)增長關(guān)系。生物炭分解速率隨時間延長逐漸降低,且在不同試驗觀測時間、原材料、熱分解溫度和土壤粘粒各組間差異顯著。易分解和難分解生物炭碳庫的平均滯留時間分別為108天和556年,庫的大小分別為3%和97%。生物炭施用可以抑制土壤有機質(zhì)分解(-3.8%,95%CI=-8.1-0.8%)。顯著的負激發(fā)效應(yīng)在試驗觀測時間少于半年(-8.6%)、作物生物炭(-20.3%)、快速熱分解(-18.9%)和低溫?zé)岱纸?-18.5%)的研究中觀測到。相反,生物發(fā)施用到砂質(zhì)土中明顯促進土壤有機質(zhì)分解(20.8%),表明生物炭促進微生物活動,尤其是在低肥力土壤。而且,討論生物炭和土壤性質(zhì)及生物與非生物過程對生物炭分解的影響。2.菜地N2O排放數(shù)據(jù)整合分析結(jié)果表明:季節(jié)累積N2O排放總量與總氮肥施用量顯著正相關(guān)。根據(jù)普通最小二乘法模型(OLS),菜地施肥引起的N20排放系數(shù)和背景排放量分別為0.55±0.05%和1.067±0.277 kg N ha-1 yr-1。最大似然法得到可比較的結(jié)果,分別為0.49±0.06%和1.228±0.189 kg N ha-1 yr-1。根據(jù)OLS模型參數(shù)結(jié)果,2009年我國菜地施肥引起的N20排放量和背景排放量分別為66.95 Gg N和19.63 Gg N。其中,排放量最大的省份主要是山東、河南、河北和四川等四省。本研究估算的N2O排放量約占我國農(nóng)田總直接N20排放量的21.4%,但是存在很大的不確定性。3.就累積排放而言,稻殼生物炭施用顯著降低60天好氣培養(yǎng)實驗水稻土N2O排放量為73.1%(51.4-93.5%,P0.05-0.01)。生物炭、氮肥和土壤類型的交互作用表明生物炭對N20排放的影響與土壤類型有關(guān)。生物炭施用對水稻土的累積CO2排放沒有顯著影響。4.稻殼生物炭施用促進水稻生長季CH4排放為37%,但對小麥生長季N2O排放沒有影響。生物炭施用顯著降低稻季和麥季N20排放分別為54%和53%,但對該系統(tǒng)的CO2排放沒有影響。室內(nèi)稻田土壤好氧培養(yǎng)實驗結(jié)果表明在不施氮肥處理,生物炭顯著降低土壤N2O排放卻增加CO2排放。在施氮時平均所有處理,生物炭施用增加作物生物量和產(chǎn)量,分別增加水稻和小麥產(chǎn)量為12%和17%。5.菜地N2O排放總量為26-28 kg N ha-1。小麥秸稈生物炭施用對累積N20排放沒有顯著影響,然而,在低溫時期生物炭施用顯著減少N2O排放。生物炭施用平均增加土壤有機碳和異養(yǎng)呼吸量分別為61%和19%。在常規(guī)復(fù)合肥施用處理,生物炭施用對單位產(chǎn)量N2O排放沒有顯著影響,然而,在碧晶尿素施用處理可以減少15%的單位產(chǎn)量N2O排放但不顯著。與無生物炭施用處理相比(-2.2 t C ha-1),生物炭施用顯著增加酸性菜地的土壤碳獲取,均值為11.1t C ha-1。全文結(jié)論:1.生物炭施用到土壤中,僅有一小部分可以被微生物利用,其余大部分(97%)則直接有利于長期的土壤碳固定。生物炭以百年尺度在土壤中保持且對土壤有機質(zhì)動態(tài)和固碳有正面影響。2.蔬菜種植的施肥引起的N2O排放是我國農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)N2O排放總量的重要源。生物炭施用促進菜地土壤異養(yǎng)呼吸,但對菜地N2O排放的影響受土壤溫度和氮素有效性的影響。3.水稻生長季生物炭施用可以促進CH4排放,但是顯著降低N2O排放,其對N2O的減排效應(yīng)與土壤氮素周轉(zhuǎn)有關(guān),也與有無氮肥施用及土壤類型存在交互作用。施肥條件下,生物炭施用可以增加稻麥輪作系統(tǒng)的作物產(chǎn)量。
[Abstract]:The effects of biochar on N2O emission and net ecosystem were studied . The results were as follows : ( 1 ) To study the effects of biochar on N2O emission and net ecosystem of crops in China . The results showed that N2O emission from vegetable field in China was significantly lower than that of total nitrogen fertilizer . The effect of biochar on N2O emission in paddy soils was not significantly affected by the application of biochar to soil .
【學(xué)位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：S181

【參考文獻】

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本文編號：2096367