期刊：中國農學通報
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全文鏈接：有機物料還田對稻田土壤溫室氣體排放及產量的影響
http://journals.caass.org.cn/zgnxtb/CN/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2024-0377
      1導讀
      在全球氣候變暖及雙碳目標背景下，農田土壤固碳減排成為農業可持續發展的重要研究熱點之一。有機物料還田作為一種有效且多樣化的農業管理措施，既包括傳統還田措施中的秸稈還田，也包含近年來備受關注的生物炭還田，這些措施對土壤溫室氣體排放及低碳農產品生產具有差異性的效果，這取決於有機物料類型及其性質。闡明不同類型有機物料還田在土壤中的溫室氣體排放特征及機製對於農田土壤碳管理具有重要意義。目前對華南地區不同有機物料還田對稻田整體溫室氣體排放及其與水稻產量影響的研究較少。為探明不同有機物料還田條件下對土壤溫室氣體排放及水稻產量的影響，為農田土壤碳管理提供科學依據。本研究以水稻秸稈及其生物炭為研究對象，在等量碳投入條件下分析秸稈及生物炭還田對早稻產量、溫室氣體排放特性及土壤理化性質的影響，以期為稻田土壤碳管理策略提供科學依據與理論參考。結果發現，生物炭還田處理不僅能顯著提高早稻的產量，同時能顯著降低水稻田溫室氣體的排放，而秸稈還田處理對產量提升效果有限，具有較高的環境增溫風險。
      2  結果
      2.1  有機物料還田對早稻溫室氣體排放通量的影響
      由圖1可知，早稻生長前期和中期（2022年4月7日—2022年6月6日），秸稈還田處理CH4排放通量明顯高於對照、生物炭還田處理，在早稻後期（2022年6月27日—2022年7月6日），秸稈還田處理CH4排放通量明顯下降，直至收獲期與對照及生物炭還田處理無明顯差異。在早稻後期（2022年6月6日—2022年6月27日），對照及生物炭還田處理CH4排放通量處於高峰水平，其他時期則較低。早稻生長初期（2022年4月7日）及中後期（2022年5月27日—2022年6月16日），秸稈還田處理CO2排放通量顯著高於其他處理；其他時期則與對照、生物炭還田處理無顯著性差異。在整個早稻生長各時期，對照與生物炭還田處理CO2排放通量差異不顯著。稻田N2O排放通量隨有機物料處理及早稻生長時期有所不同。在早稻大部分生長時期，秸稈及生物炭還田處理N2O排放通量均高於對照處理；秸稈還田處理與生物炭還田處理N2O排放通量則隨生長時期不同表現為交替升高趨勢。

圖 1 不同有機物料還田條件下早稻溫室氣體排放通量

      2.2  有機物料還田對溫室氣體累積排放量、溫室效應及排放強度的影響
由表2可知，對照、秸稈及生物炭還田處理N2O累積排放量差異不顯著，分別為1.14、1.57、1.30 kg/hm2。CH4累積排放量則以秸稈還田處理(899.7 kg/hm2)顯著高於對照(216.7 kg/hm2)及生物炭還田處理(178.4 kg/hm2)(P＜0.05)。秸稈還田處理全球增溫潛勢最高(22959 kg/hm2)，分別為對照、生物炭還田處理的3.99、4.74倍。對照及生物炭還田處理的全球增溫潛勢差異不顯著，分別為5758、4848 kg/hm2。各有機物料處理排放強度差異均達顯著性水平(P＜0.05)，以秸稈還田處理(3.32 kg/kg)＞對照處理(0.88 kg/kg)＞生物炭還田處理(0.64 kg/kg)。

      2.3  有機物料還田對早稻產量及生物量的影響
      由圖2可知，生物炭還田處理早稻產量(6444 kg/hm2)顯著高於對照(5497 kg/hm2)、秸稈還田處理(5756 kg/hm2)，提高幅度分別為17.2%、12.0%。秸稈還田處理與對照處理的早稻產量則無顯著性差異。生物炭還田處理早稻秸稈量顯著高於對照、秸稈還田處理，而對照處理和秸稈還田處理差異不顯著 ，分別為 6402、5342、5385 kg/hm2。不同處理草穀比表現為秸稈還田處理(1.07)＞對照處理(1.03)＞對生物炭還田處理(1.01)，差異不顯著。

圖 2 不同有機物料還田條件下早稻產量、秸稈量及草穀比差異

      2.3  有機物料還田對土壤理化性質的影響
      盡管在統計學上，稻田土壤的理化性質差異不顯著，但不同有機物料處理下的對應指標實際上存在較明顯的差異。如表3所示，與對照(pH 5.98)、秸稈還田處理(pH 6.02)相比，生物炭還田處理(pH 6.04)表現為升高趨勢。相比於對照、秸稈還田處理，生物炭還田處理SOM含量分別提高3.57%、4.40%。秸稈及生物炭還田處理土壤速效鉀(AK)含量分別比對照處理提高16.2%、5.38%。秸稈、生物炭還田後，土壤堿解氮(AN)、全磷(TP)、速效磷(AP)、全鉀(TK)含量表現為略微下降趨勢。

      3  結果
     在早稻產量方麵，秸稈還田處理相對於對照處理提高了4.71%，而生物炭還田處理相對於對照處理提高了17.2%。在溫室氣體排放方麵，生物炭還田處理顯著降低了水稻田溫室氣體排放強度(P＜0.05)，而秸稈還田處理顯著提高了CH4排放通量、溫室效應和溫室氣體排放強度(P＜0.05)。生物炭還田處理不僅能顯著提高早稻的產量，同時能顯降低水稻田溫室氣體的排放，而秸稈還田處理對產量提升效果有限，具有較高的環境增溫風險。