【摘要】：近年來(lái)由溫室氣體排放增加引起的氣候變暖成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)。農(nóng)業(yè)作為溫室氣體排放的重要來(lái)源,受到越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)外研究人員的關(guān)注。有研究表明,2010年全球農(nóng)林業(yè)溫室氣體排放占人類活動(dòng)總排放的24.0%。因此,如何通過(guò)有效的措施降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的溫室氣體排放成為當(dāng)前應(yīng)對(duì)氣候變化研究的熱點(diǎn)之一。本研究為探討秸稈、生物質(zhì)炭施用對(duì)小麥-玉米輪作系統(tǒng)固碳減排效應(yīng),利用靜態(tài)暗箱-氣相色譜原位監(jiān)測(cè)小麥-玉米輪作系統(tǒng)條件下,秸稈/生物質(zhì)炭施用對(duì)農(nóng)田土壤固碳、作物生長(zhǎng)過(guò)程中土壤和生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放的影響,同時(shí)分析不同處理的單位面積碳足跡構(gòu)成與碳足跡總量。試驗(yàn)處理設(shè)置為:空白對(duì)照(CK)、常規(guī)施肥(F)、施肥并施用8 t·hm-2秸稈(FS)、施肥并施用8 t·hm-2生物質(zhì)炭(FBlow)和施肥并施用16 t·hm-2生物質(zhì)炭(FBhigh)共5個(gè)處理。通過(guò)揭示小麥秸稈、生物質(zhì)炭施用對(duì)小麥-玉米輪作系統(tǒng)溫室氣體排放、土壤團(tuán)聚體組成、碳化學(xué)形態(tài)等的變化特征,為我國(guó)北方地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中減排增匯提供科學(xué)依據(jù)。(1)在灌溉條件下,與F處理相比較,添加秸稈或者生物質(zhì)炭處理土壤有機(jī)碳(SOC)含量提高了33.7%~79.6%,但是只有FBhigh處理土壤全氮(TN)含量顯著提高了24.1%。添加8 t·hm-2的秸稈或者生物質(zhì)炭對(duì)土壤團(tuán)聚體顆粒組成并沒(méi)有顯著影響,而添加16t·hm-2的生物質(zhì)炭(FBhigh處理)使2 mm土壤大顆粒團(tuán)聚體含量顯著增加78.3%。添加秸稈和生物質(zhì)炭處理下2 mm土壤大顆粒團(tuán)聚體中SOC含量增加了32.0%~182.9%。FS、FBlow、FBhigh處理0.25 mm的微團(tuán)聚體中HAC含量分別增加了14.0%、12.1%和24.2%。FBlow、FBhigh兩處理2 mm的團(tuán)聚體中LAC含量分別提高了56.4%和73.3%。(2)在雨養(yǎng)條件下,與F處理相比,FS、FBlow及FBhigh處理下小麥產(chǎn)量分別提高了30.9%、66.3%和36.6%;對(duì)于玉米產(chǎn)量而言,FS和FBhigh處理下玉米產(chǎn)量分別降低了14.1%和24.6%,但是FBlow處理下對(duì)玉米產(chǎn)量沒(méi)有顯著性的影響。與F處理相比,FS處理下土壤CO_2的年排放總量增加了60.2%,但是FBhigh處理下土壤CO_2的年排放總量減低了14.4%;生物質(zhì)炭的施用降低了土壤N2O的排放,與F處理相比,FBlow和FBhigh處理下分別減低了27.6%和38.7%,而秸稈的施用對(duì)N2O的排放沒(méi)有顯著性的影響。總的來(lái)說(shuō),與F處理相比,FBlow和FBhigh處理下凈增溫潛勢(shì)分別降低了24.1 t·hm-2和58.4 t·hm-2,單位產(chǎn)量的凈綜合增溫潛勢(shì)分別降低了1.8 t·t-1和5.1 t·t-1。(3)用碳足跡的方法分析評(píng)估了2013-2014年小麥生長(zhǎng)季各處理之間的碳消耗。結(jié)果表明,小麥生產(chǎn)中碳足跡的構(gòu)成主要為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)和氮肥生產(chǎn)過(guò)程中的能源消耗。與F處理相比,FS、FBlow與FBhigh處理,生態(tài)系統(tǒng)凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)分別增加了30.9%、63.0%和27.8%;添加4 t·hm-2秸稈(FS)使土壤CO_2的季節(jié)排放總量增加了68.7%、生態(tài)系統(tǒng)N2O的季節(jié)排放總量降低了33.9%,添加4 t·hm-2(FBlow)和8 t·hm-2生物質(zhì)炭(FBhigh)生態(tài)系統(tǒng)N2O的季節(jié)排放總量降低了23.8%和58.6%,但是對(duì)土壤CO_2的季節(jié)排放總量沒(méi)有顯著性的差異;添加4 t·hm-2秸稈(FS)使小麥生產(chǎn)過(guò)程中的碳足跡升高了26.0%、添加4 t·hm-2(FBlow)和8 t·hm-2生物質(zhì)炭(FBhigh)碳足跡分別降低了198.0%和112.9%。生物質(zhì)炭的添加降低了小麥生產(chǎn)過(guò)程中的碳足跡。以上結(jié)果初步表明,添加生物質(zhì)炭在一定程度上降低小麥-玉米輪作體系下,溫室氣體排放速率和排放總量,并提高土壤有機(jī)碳含量及團(tuán)聚體穩(wěn)定性。施用8t·hm-2生物質(zhì)炭可以顯著提高作物產(chǎn)量,但綜合考慮秸稈/生物質(zhì)炭施用的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng)可知,施用16 t·hm-2生物質(zhì)炭可作為一種提高作物產(chǎn)量并降低凈增溫潛勢(shì)的良好措施。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：X71;S181

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本文編號(hào)：2515061