化肥减量配施生物炭基肥对玉米产量及土壤温室气体排放特征的影响

结论与讨论
 

1 化肥减量配施生物炭基肥对温室气体排放量的影响

     玉米农田中 CH₄ 排放通量的动态变化受土壤温度、水分、有机质含量等环境因子的影响。本试验中，土壤对 CH₄ 吸收的促进作用较弱。其原因可能是生物炭的比表面积大，生物炭基肥添加到土壤中使土壤的孔隙度增加，使得土壤通气程度和持水保水能力有一定改善，土壤中氧气含量增加，抑制厌氧产 CH₄ 菌的活性，导致土壤 CH₄的排放减少。不同处理 CH₄ 排放通量呈现相同的变化趋势，施入生物炭基肥促进了CH₄ 的排放。但是化肥减量配施生物炭基肥对于温室气体的影响研究较少，大多是生物炭配施化肥对于温室气体的影响。大多研究表明生物炭施入会对 CH₄ 排放有着减少甚至抑制的效果。本研究施入生物炭基肥促进 CH₄的排放，这与 ZHANG 等施用生物炭促进 CH₄的排放一致。一方面可能是较高的外加碳源改变了微生物生存状况，减弱了 CH₄的氧化速率，从而增加了 CH₄ 的累计排放量；另一方面生物炭基肥本身里面含有较高的氨态氮，较高浓度的氨会与 CH₄氧化菌竞争导致 CH₄氧化菌的生长受到抑制，从而增加CH₄排放量。土壤硝化和反硝化作用是土壤产生 N₂O 的主要途径。施肥后会促进土壤中 N₂O 的排放。但是在土壤中添加生物炭能抑制 N₂O 的排放。在本试验中，单施生物炭基肥（BCF）和化肥减量 20%配施生物炭基肥（BCF80）对 N₂O 抑制效果较好。原因可能是生物炭基肥本身带有正电荷，具有高孔隙度等特点，可以对土壤中 NO_3-N 产生吸附作用，从而减弱反硝化细菌的活性，减弱反硝化作用，也有可能是生物炭基肥中的一些成分，抑制转化酶的活性，降低 N₂O 的排放。生物炭基肥的添加降低 N₂O 的排放。这可能与生物炭基肥施入土壤中生物炭能改变土壤的容重，且生物炭基肥本身用较高的 C/N 值能够抑制硝化和反硝化的过程。并且生物炭基肥有较高的 CEC 和巨大的比表面积可以吸附游离的 NH₄⁺_-N ，使得 N₂O 排放量降低。

     试验结果表明单施生物炭基肥（BCF）、化肥减量 20%配施生物炭基肥（BCF80）和化肥配施生物炭基肥（BCF100）可以降低土壤 CO₂的排放量。生物炭基肥可以为土壤提供碳源和氮源，来影响土壤温室气体的排放。施入生物炭基肥可以将大气中的 CO₂ 固定到土壤碳库中，CO₂ 排放量降低。生物炭基肥中芳香族物质含量较高，并低于土壤碳库中非生物炭降解速度。
 

2 化肥减量配施生物炭基肥对玉米产量的影响

     研究发现生物炭基肥对于作物增产有着明显的效果，吕泽先研究表明，炭基肥使得玉米和水稻增产 12.15%和 8.14%。本研究结果表明，添加生物炭基肥并减施化肥可以提高玉米产量。生物炭基肥施用促进了作物对养分的吸收，利于作物的生长。BCF60、BCF80、BCF100 3 个处理对于作物都有增产效果，其中 BCF80 增产最多。可能是由于生物炭本身富含 N、P、K 等元素,为作物生长提供了营养元素，同时生物炭本身因比表面积大，离子吸附能力强等性质，与化肥制成生物炭基肥后，能够延缓肥料释放，从而达到增产的效果。

     单施生物炭基肥（BCF）和化肥减量 20%配施生物炭基肥（BCF80）降低了 N2O 和 CO2累计排放量，增加了 CH4 的累计排放量。化肥配施生物炭基肥均使得玉米产量提高，其中化肥减量 20%配施生物炭基肥（BCF80）的处理产量高于化肥减量 40%配施生物炭基肥（BCF60）。与单施化肥（UF）相比，化肥减量20%配施生物炭基肥处理的综合增温潜势降低 8%，温室气体排放强度降低 25%。