農(nóng)業(yè)廢棄物還田對(duì)黑土溫室氣體排放及全球增溫潛勢(shì)的影響

韓圓圓，曹國(guó)軍，耿玉輝，葉 青，王振華，黃 巖

(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130118)

農(nóng)業(yè)廢棄物還田對(duì)黑土溫室氣體排放及全球增溫潛勢(shì)的影響

韓圓圓，曹國(guó)軍，耿玉輝，葉 青，王振華，黃 巖

(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130118)

【目的】研究牛糞、雞糞、玉米秸稈與化肥配施還田，對(duì)黑土溫室氣體排放及全球增溫潛勢(shì)的影響?！痉椒ā坎捎渺o態(tài)箱法，試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理，分別為：空白對(duì)照，單施化肥，牛糞還田配施50%化肥氮(化肥中氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為肥料中總氮量的50%)，雞糞還田配施50%化肥氮，秸稈還田配施90%化肥氮。除對(duì)照外各處理總施氮量為240 kg·hm–2?！窘Y(jié)果】各處理中秸稈還田處理的CO2平均排放通量及總排放量最高，分別達(dá)388.96 mg·m–2·h–1和14 718.97 kg·hm–2，且追施氮肥明顯增加CO2的排放；單施化肥處理CH4平均吸收通量及總吸收量最高，分別達(dá)0.042 mg·m–2·h–1和1.36 kg·hm–2；單施化肥處理N2O平均排放通量及總排放量最高，分別達(dá)0.153 mg·m–2·h–1和5.75 kg·hm–2。秸稈還田處理的全球增溫潛勢(shì)顯著高于其他處理，牛糞還田處理較單施化肥處理全球增溫潛勢(shì)降低，但差異不顯著?！窘Y(jié)論】秸稈覆蓋會(huì)增加黑土中的CO2的排放，旱田土壤是大氣中CH4的重要吸收匯，有機(jī)無機(jī)肥配施對(duì)比單施化肥能減少土壤中N2O的排放，各農(nóng)業(yè)廢棄物還田處理對(duì)大氣變暖貢獻(xiàn)程度不同。

農(nóng)業(yè)廢棄物；溫室氣體；CO2；CH4；N2O；全球增溫潛勢(shì)

近年來，以氣候變暖為主要特征的氣候變化及其對(duì)自然、經(jīng)濟(jì)和人類生活的影響已經(jīng)成為各國(guó)政府、社會(huì)和科學(xué)界共同關(guān)注的全球性問題[1]。研究發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致全球氣候變暖的主要原因是人類生產(chǎn)活動(dòng)所引起的溫室氣體濃度增加[2]。聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)第3次評(píng)估報(bào)告指出：?jiǎn)挝毁|(zhì)量N2O的全球增溫潛勢(shì)(Global warming potential, GWP)是CO2的 298 倍，單位質(zhì)量CH4的GWP是CO2的25倍[3]。全球農(nóng)業(yè)溫室氣體排放量占總排放量的17%～32%[4]，農(nóng)業(yè)已經(jīng)成為全球溫室氣體的主要排放源，其中農(nóng)田土壤是最重要的溫室氣體排放源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，土壤每年向大氣中排放的CO2占總CO2排放體積的5%～20%、排放的CH4占總CH4排放體積的15%～30%、排放的N2O占總N2O排放體積的80%～90%[5]，這3種氣體作為大氣中最重要的溫室氣體，其對(duì)溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)率高達(dá)80%[6]。

中國(guó)是目前世界上農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)出量最大的國(guó)家[7]，所產(chǎn)生的農(nóng)作物秸稈量約為6.5億t[8]，畜禽糞便約為17.3億t[9]，而這些農(nóng)業(yè)廢棄物并沒有得到合理利用，既造成資源浪費(fèi)又對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的威脅。國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)，農(nóng)業(yè)廢棄物還田不僅可以減少資源浪費(fèi)、減少化肥的施用量、改良土壤結(jié)構(gòu)、增加土壤肥力、減少環(huán)境污染，還可以通過影響土壤固碳潛力來改變溫室氣體的排放，進(jìn)而減緩對(duì)全球氣候的貢獻(xiàn)[10-13]。因此，有機(jī)肥替代部分化肥是未來我國(guó)肥料施用的必然發(fā)展趨勢(shì)[14]。本試驗(yàn)以吉林省中部黑土玉米農(nóng)田為研究對(duì)象，采用靜態(tài)箱法，在氮磷鉀等養(yǎng)分量的條件下，研究了高量有機(jī)肥替代條件下，牛糞、雞糞、秸稈與化肥配施對(duì)溫室氣體排放及其增溫潛勢(shì)的影響。旨在為農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化利用及科學(xué)評(píng)價(jià)其在溫室氣體排放中的作用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本試驗(yàn)于2014年在吉林省四平市梨樹縣泉眼溝中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行。該地區(qū)年均氣溫6.5 ℃，年均日照2 698.5 h。年均降雨量577 mm，平均蒸發(fā)量790～820 mm。2014年全年降雨量為453.2 mm，其中玉米生育期降雨量為354.86 mm。該試驗(yàn)地土壤類型為黑土，耕層土壤基本理化性狀為：pH 6.69，有機(jī)質(zhì)19.9 g·kg–1，全氮1.26 g·kg–1，堿解氮90.7 mg·kg–1，速效磷21.2 mg·kg–1，速效鉀186.1 mg·kg–1。

1.2 試驗(yàn)材料

供試玉米品種為良玉11，種植密度為6.5萬株·hm–2。供試氮肥為尿素[w(N)為46%]，磷肥為磷酸二銨[w(N)為18%，w(P2O5)為46%]、重過磷酸鈣[w(P2O5)為46%]，鉀肥為硫酸鉀[w(K2O)為50%]。農(nóng)業(yè)廢棄物為牛糞、雞糞和玉米秸稈。各農(nóng)業(yè)廢棄物養(yǎng)分含量見表1。

表1 各農(nóng)業(yè)廢棄物養(yǎng)分含量Tab. 1 Nutrient contents of different agricultural wastes

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)置5個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次，小區(qū)面積為76 m2。每個(gè)小區(qū)內(nèi)設(shè)置3個(gè)氣體采集箱，采用氮磷鉀等養(yǎng)分含量的原則進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以等氮量(N 240 kg·hm–2)為基準(zhǔn)計(jì)算不同處理農(nóng)牧業(yè)廢棄物的還田量，各處理除有機(jī)肥料自身含有的氮磷鉀養(yǎng)分外，剩余不足的部分用化肥補(bǔ)充，以保證各處理施入土壤中的氮磷鉀總養(yǎng)分量相等，即N 240 kg·hm–2、P2O5100 kg·hm–2、K2O 120 kg·hm–2。其中，秸稈還田處理除自身氮、磷養(yǎng)分不足，剩余部分由化肥補(bǔ)充外，秸稈中鉀多出部分不補(bǔ)。秸稈還田處理中，每公頃土壤粉碎并施入1公頃所種植的全部玉米秸稈。5個(gè)處理分別為：CK(不施肥)；S1：?jiǎn)问┗?，N 240 kg·hm–2、P2O5100 kg·hm–2、K2O 120 kg·hm–2；S2：牛糞還田，施氮量中牛糞氮與化肥氮各占50%；S3：雞糞還田，施氮量中雞糞氮與化肥氮各占50%；S4：秸稈還田，施氮量中秸稈氮與化肥氮各占50%。

各處理化肥氮施用量的30%作基肥，40%作拔節(jié)期追肥，30%作抽雄期追肥。各處理農(nóng)業(yè)廢棄物和磷、鉀肥作基肥一次性施入，具體施肥方案見表2。

表2 試驗(yàn)處理及施肥量Tab. 2 Experimental treatments and fertilization amounts

1.4 取樣時(shí)期及方法

溫室氣體樣品采用靜態(tài)箱法，氣體采集箱為暗箱，記錄采集箱內(nèi)溫度和土壤5 cm深度處溫度，大氣溫度及大氣壓強(qiáng)，以校正采集氣體過程中因箱內(nèi)溫度升高而引起的氣體質(zhì)量計(jì)算誤差。采集氣體時(shí)將頂箱蓋在底座上，加水密封并蓋箱后，于0、15、30、45 min分別進(jìn)行4次采集氣體樣品，采集的氣體樣品保存在100 mL采樣袋中。集氣箱結(jié)構(gòu)如圖1所示。基肥施用日期為4月29日，施基肥后連續(xù)采樣7 d。2次追施氮肥日期分別為6月27日和7月28日，追肥后連續(xù)采樣3 d，其他采樣時(shí)間為每周采集1次，共計(jì)采樣29次。

圖1 集氣箱結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 1 Diagram of gas tank structure

1.5 測(cè)試項(xiàng)目及方法

溫室氣體(CO2、N2O、CH4)的測(cè)定：靜態(tài)箱采集氣體樣品，采用氣相色譜法測(cè)定溫室氣體含量。所用儀器為安捷托7890A氣象色譜儀，CO2和CH4采用氫火焰檢測(cè)器(FID)測(cè)定，N2O采用電子俘獲檢測(cè)器(ECD)測(cè)定。測(cè)定條件如下：

[13] 孔令海,鄧志剛,梁開山,等.深部煤巷頂幫控制防治沖擊地壓研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2018,46(10):83-89.

FID：溫度300 ℃，燃?xì)釮2的流量為100 mL·min–1，實(shí)用氣空氣流量為200 mL·min–1，載氣為N2；ECD：溫度330 ℃，載氣為N2，流量為2 mL·min–1。

溫室氣體排放通量的計(jì)算公式[15]為：

式中，F(xiàn)為氣體排放通量，mg·m–2·h–1；ρ為CO2、N2O、CH4標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度，kg·m–3；h為采樣箱的罩箱高度，m；dc/dt為采樣箱內(nèi)溫室氣體的濃度變化率；θ 為采樣過程中采樣箱內(nèi)的平均溫度，℃。

溫室氣體總排放量的計(jì)算公式[16]為：

式中，CE為氣體總排放量，kg·hm–2；i為第i次測(cè)定；(ti+1–ti)為相鄰2次測(cè)定間隔時(shí)間，d；n為測(cè)定次數(shù)。

全球增溫潛勢(shì)(GWP)是將各種溫室氣體的季節(jié)總排放量(kg·hm–2)的增溫潛勢(shì)換算為CO2排放量，換算方法參考文獻(xiàn)[17]。GWP計(jì)算公式[18]為：

式中，CDE(CH4)、CDE(N2O)分別為CH4和N2O換算為CO2的排放量，CDE(CO2)為CO2的排放量，單位均為kg·hm–2。

1.6 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)業(yè)廢棄物還田對(duì)CO2排放的影響

如圖2所示，玉米整個(gè)生育期內(nèi)CO2的排放在各處理間的趨勢(shì)基本一致。即生長(zhǎng)初期和末期CO2排放通量較低(39.9～126.5 mg·m–2·h–1)，中期排放通量最高，且在6月末和7月末出現(xiàn)最高峰。在等養(yǎng)分量條件下，各處理CO2平均排放通量均大于200 mg·m–2·h–1。

除CK處理外，其他各處理在6月末和7月末的2次追施氮肥后分別出現(xiàn)2次CO2排放高峰。S1、S2、S3、S4處理在6月27日追施氮肥后連續(xù)3 d的CO2平均排放通量分別為3 575.00、2 854.40、2 904.40和3 033.58 mg·m–2·h–1；7月28日追施氮肥后連續(xù)3d的CO2平均排放通量分別為2 104.34、1 687.64、1 733.47和1 766.81 mg·m–2·h–1。2次追肥后各處理CO2平均排放通量均表現(xiàn)為S1＞S4＞ S3＞S2。表明，追施氮肥(尿素)會(huì)在短時(shí)期內(nèi)明顯增加CO2的排放，單施化肥(S1)處理在追施氮肥后的CO2排放通量最大，其原因可能是S1處理追施尿素量大，尿素水解釋放的CO2量也較高。

如表3所示，各處理中以秸稈還田(S4)處理的CO2平均排放通量與總排放量最高，分別為388.96 mg·m–2·h–1和14 718.97 kg·hm–2，其中總排放量顯著高于其他處理。CK處理CO2平均排放通量與總排放量顯著最低，分別為200.20 mg·m–2·h–1和7 538.85 kg·hm–2。表明，施肥或施有機(jī)肥均能促進(jìn)土壤呼吸，增加土壤CO2的排放，在本試驗(yàn)條件下，3種農(nóng)業(yè)廢棄物還田處理中以秸稈還田處理對(duì)土壤CO2排放的促進(jìn)作用最為顯著。

2.2 農(nóng)業(yè)廢棄物還田對(duì)CH4排放的影響

圖2 不同處理CO2排放通量Fig. 2 CO2emission fluxes of different treatments

表3 不同處理3種溫室氣體平均排放通量與總排放量1)Tab. 3 Average emission fluxes and total emissions of three greenhouse gases from different treatments

如圖3所示，除S1和S4處理在8月27日出現(xiàn)正值外，其余各處理CH4排放通量均為負(fù)值，即各處理對(duì)CH4排放的總體特點(diǎn)表現(xiàn)為吸收。在等養(yǎng)分量條件下，各處理中單施化肥(S1)處理的CH4平均吸收通量與總吸收量最大(平均排放通量與總排放量數(shù)值最低)(表3)，且在6月末和7月末出現(xiàn)2次峰值(0.118和0.095 mg·m–2·h–1)；S1處理平均吸收通量及總吸收量均顯著高于3種農(nóng)業(yè)廢棄物還田處理，但總吸收量與CK處理差異不顯著。在3種農(nóng)業(yè)廢棄物還田處理中以雞糞還田(S3)處理CH4平均吸收通量和總吸收量最大，分別為0.034 mg·m–2·h–1和1.23 kg·hm–2。

圖3 不同處理CH4排放通量Fig. 3 CH4emission fluxes of different treatments

2.3 農(nóng)業(yè)廢棄物還田對(duì)N2O排放的影響

如圖4所示，單施化肥(S1)處理在6月12日、29日及7月30日分別出現(xiàn)較大峰值，是由于呈峰值前的降雨，降雨會(huì)增加土壤孔隙含水量，降低其通透性，在厭氧條件下進(jìn)行反硝化作用產(chǎn)生大量N2O，其中6月29日達(dá)到最高值，為0.375 mg·m–2·h–1。

如表3所示，S1處理的N2O平均排放通量及總排放量均為最高，達(dá)0.153 mg·m–2·h–1和5.75 kg·hm–2?？梢?，施用化肥對(duì)N2O排放的影響較大，在等養(yǎng)分量條件下，有機(jī)無機(jī)肥配施可減少化肥施用量，進(jìn)而減少土壤中N2O的排放，降低大氣中N2O濃度，緩解溫室效應(yīng)帶來的負(fù)面影響。3種農(nóng)業(yè)廢棄物還田處理中S3處理的N2O總排放量最低。

2.4 農(nóng)業(yè)廢棄物還田處理對(duì)全球增溫潛勢(shì)的影響

由表4可知，各處理中，秸稈粉碎還田(S4)處理的GWP顯著高于其他處理，相比于單施化肥(S1)處理，增幅達(dá)5.9%；牛糞還田(S2)處理較S1處理GWP降低，但差異不顯著。

圖4 不同處理N2O排放通量Fig. 4 N2O emission fluxes of different treatments

表4 不同處理的全球增溫潛勢(shì)(GWP)1)Tab. 4 Global warming potentials (GWP) of different treatments kg·hm–2

3 討論與結(jié)論

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中所產(chǎn)生的畜禽糞便、作物秸稈與無機(jī)肥的配合施用，不僅會(huì)改變土壤中有機(jī)碳的含量還會(huì)影響氮肥施入過程中的揮發(fā)損失[19]。李英臣等[20]通過秸稈覆蓋對(duì)農(nóng)田土壤中的溫室氣體的研究，得出秸稈覆蓋會(huì)增加土壤中的CO2的排放，且隨著秸稈覆蓋量的增加CO2排放量也隨之增加；由于所覆蓋秸稈化學(xué)性質(zhì)不同對(duì)CH4排放的影響也不同；N2O的排放與秸稈覆蓋方式及耕作方式有關(guān)，大多數(shù)研究認(rèn)為秸稈還田會(huì)促進(jìn)N2O的排放，也有部分研究認(rèn)為秸稈還田會(huì)減少N2O的排放或?qū)2O的排放無影響。劉田[21]通過施加作物秸稈對(duì)棕紅壤溫室氣體排放的研究得出：秸稈還田能夠促進(jìn)旱地土壤CO2排放，其對(duì)CH4呈弱吸收作用，且作用不明顯；N2O的排放與作物秸稈性質(zhì)有關(guān)。這也與本研究結(jié)果相一致，本研究表明，在等養(yǎng)分量的條件下，除秸稈還田處理較單施化肥處理少量地增加了CO2平均排放通量外，其余農(nóng)業(yè)廢棄物還田處理，在減少氮肥施入量的同時(shí)，也減少了CO2排放量；各處理在6月末及7月末出現(xiàn)2次較大的峰值，追施氮肥后各處理CO2平均排放通量表現(xiàn)為S1＞S4＞S3＞S2＞CK，S1處理在追施氮肥后的CO2排放量最大。其原因可能是追施氮肥(尿素)，改變了土壤碳氮比，加速了土壤有機(jī)物礦化，從而使CO2排放量增加。此外，尿素在土壤脲酶作用下水解，也釋放出CO2?？梢姡琒1處理追施尿素量大，釋放的CO2量也高。各農(nóng)業(yè)廢棄物還田處理中牛糞還田處理(S2)CO2平均排放通量及總排放量均為最低，秸稈還田處理(S4)CO2平均排放通量及總排放量均為最高。

土壤中CH4的排放主要是通過土壤中的厭氧產(chǎn)甲烷菌釋放，在往大氣傳輸?shù)倪^程中受到甲烷氧化菌的作用，只有部分能夠進(jìn)入大氣中[22]。有研究發(fā)現(xiàn)，旱地土壤CH4排放量低，外界干擾因素較多，且旱地土壤通透性較好，不易產(chǎn)生厭氧環(huán)境；土壤有機(jī)質(zhì)分解率高，不易于土壤有機(jī)碳的積累，進(jìn)而影響CH4的產(chǎn)生及排放，因此認(rèn)為旱地為大氣CH4重要的吸收匯[23]。高德才等[24]研究表明通透性好的旱地土壤會(huì)抑制產(chǎn)甲烷菌的活性，導(dǎo)致CH4排放量較低；本研究通過試驗(yàn)得出，在等養(yǎng)分量條件下，各處理對(duì)CH4的排放的總體特點(diǎn)表現(xiàn)為吸收，即旱地土壤是大氣中CH4重要的吸收匯，其中單施化肥處理和秸稈還田處理在8月27日表現(xiàn)為排放，其原因可能是由于8月23—25日，連續(xù)3日降雨，土壤水分含量增大，使適合產(chǎn)甲烷菌的條件或甲烷氧化菌受到抑制。翟振[25]通過對(duì)燕山東麓玉米農(nóng)田N2O排放的研究發(fā)現(xiàn)，在等氮條件下，有機(jī)肥與化肥配施在保證產(chǎn)量的同時(shí)，與當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶相比可有效減少N2O排放19.5%，本研究得出在等養(yǎng)分量條件下，單施化肥增加了土壤N2O的排放，農(nóng)業(yè)廢棄物與化肥配施，可減少氮肥的施用量，在減少化肥氮施入的同時(shí)，進(jìn)而減少了土壤中N2O的排放。

了解某一農(nóng)業(yè)措施對(duì)溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)，應(yīng)計(jì)算其作用的綜合效果。由于CO2、CH4和N2O這3種溫室氣體的增溫效應(yīng)不同，其對(duì)全球變暖的影響也不同。本文用全球增溫潛勢(shì)(GWP)來表示3種溫室氣體的綜合作用，即通過計(jì)算土壤中排放的溫室氣體的積累排放量所相當(dāng)?shù)腃O2排放量來評(píng)價(jià)其綜合貢獻(xiàn)。通過本試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)計(jì)算得出秸稈還田處理的GWP顯著高于其他處理，牛糞還田處理相比于單施化肥處理其GWP有小幅度的降低。但評(píng)價(jià)一個(gè)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的綜合溫室效應(yīng)，不僅要計(jì)算土壤排放溫室氣體所相當(dāng)?shù)腃O2排放量，還應(yīng)涵蓋灌溉、機(jī)械和肥料施用等農(nóng)事活動(dòng)所造成的CO2排放[26]。對(duì)于本文3種農(nóng)業(yè)廢棄物還田處理對(duì)土壤的固碳潛力以及不同配比對(duì)溫室效應(yīng)的綜合貢獻(xiàn)率還需進(jìn)一步進(jìn)行研究。

[1]潘根興, 高民, 胡國(guó)華, 等. 氣候變化對(duì)中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2011, 30(9): 1698-1706.

[2]IPCC. Climate Change 2007 (AR4) [EB/OL]. [2016-11-10]. http://www.ipcc.ch/publications and data/ publications and data reports.Shtml # 1.

[3]HOUGHTON J T, DING Y, GRIGGS D J, et al. IPCC, climate change 2001: The scientific basis[J]. Neth J Geosci, 2001, 87(3): 197-199.

[4]BELLARBY J, FOEREID B, HASTINGS A, et al.Cool farming: Climate impacts of agriculture and mitigation potential [EB/OL]. [2016-11-10]. http://hdl. handle. net/2164/2205.

[5]HANSEN J E, LACIS A A. Sun and dust versus greenhouse gases: An assessment of their relative roles in global climate change[J]. Nature, 1990, 346(6286): 713-719.

[6]KIEHL J T, TRENBERTH K E. Earth’s annual global mean energy budget[J]. B Am Meteorol Soc, 1997, 78(2): 197-208.

[7]孫永明, 李國(guó)學(xué), 張夫道, 等. 中國(guó)農(nóng)業(yè)廢棄物資源化現(xiàn)狀與發(fā)展戰(zhàn)略[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2005, 21(8): 169-173.

[8]孫振鈞. 中國(guó)生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)及發(fā)展取向[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2004, 20(5): 1-5.

[9]彭靖. 對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的思考[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2009, 18(2): 794-798.

[10]葉文培, 謝小立, 王凱榮, 等. 不同時(shí)期秸稈還田對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的影響[J]. 中國(guó)水稻科學(xué), 2008, 22(1): 65-70.

[11]OCIO J A, BROOKES P C, JENKINSON D S. Field incorporation of straw and its effects on soil microbial biomass and soil inorganic N[J]. Soil Biol Biochem, 1991, 23(2): 171-176.

[12]VENGLOVSKY J, SASAKOVA N, PLACHA I. Pathogens and antibiotic residues in animal manures and hygienic and ecological risks related to subsequent land application[J]. Bioresour Technol, 2009, 100(22): 5386-5391.

[13]趙軍, 李勇, 冉煒, 等. 有機(jī)肥替代部分化肥對(duì)稻麥輪作系統(tǒng)產(chǎn)量及土壤微生物區(qū)系的影響[J]. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2016, 39(4): 594-602.

[14]許仁良, 王建峰, 張國(guó)良, 等. 秸稈、有機(jī)肥及氮肥配合使用對(duì)水稻土微生物和有機(jī)質(zhì)含量的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2010, 30(13): 3584-3590.

[15]秦曉波, 李玉娥, 劉克櫻, 等. 不同施肥處理稻田甲烷和氧化亞氮排放特征[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2006, 22(7): 143-148.

[16]閆翠萍, 張玉銘, 胡春勝, 等. 不同耕作措施下小麥–玉米輪作農(nóng)田溫室氣體交換及其全球增溫潛勢(shì)[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2016, 24(6): 704-715.

[17]秦曉波, 李玉娥, 萬運(yùn)帆, 等. 耕作方式和稻草還田對(duì)雙季稻田CH4和N2O排放的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2014, 30(11): 216-224.

[18]胡騰. 黃土高原南部東小麥：夏體閑種植體系溫室氣體排放與減排措施研究[D]. 楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2014.

[19]楊弘, 何紅波, 張威, 胡國(guó)慶, 劉肖, 張旭東. 秸稈還田對(duì)農(nóng)田棕壤氧化亞氮排放動(dòng)態(tài)的影響[J]. 土壤通報(bào), 2016, 47(3): 660-665.

[20]李英臣, 侯翠翠, 李勇, 等. 免耕和秸稈覆蓋對(duì)農(nóng)田土壤溫室氣體排放的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2014, 23(6): 1076-1083.

[21]劉田. 施加作物秸稈對(duì)棕紅壤幾種溫室氣體排放的影響[D]. 武漢: 華中農(nóng)業(yè)大學(xué), 2013.

[22]孫曉新, 牟長(zhǎng)城, 石蘭英, 等. 小興安嶺森林沼澤甲烷排放及其影響因子[J]. 植物生態(tài)學(xué)報(bào), 2009, 33(3): 535-545.

[23]孫曉新, 牟長(zhǎng)城, 閔長(zhǎng)林, 等. 小興安嶺沼澤甲烷通量日變化分析[J]. 東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 37(11): 92-95.

[24]高德才, 張蕾, 劉強(qiáng), 等. 生物黑炭對(duì)旱地土壤CO2、CH4、N2O排放及其環(huán)境效益的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2015, 35(11): 3615-3624.

[25]翟振. 北方春玉米農(nóng)田N2O排放規(guī)律及減排措施研究[D]. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院, 2013.

[26]宋利娜, 張玉銘, 胡春勝, 等. 華北平原高產(chǎn)農(nóng)區(qū)冬小麥農(nóng)田土壤溫室氣體排放及其綜合溫室效應(yīng)[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2013, 21(3): 297-307.

【責(zé)任編輯 莊 延】

Effects of agricultural wastes on greenhouse gas emission and global warming potential in black soil

HAN Yuanyuan, CAO Guojun, GENG Yuhui, YE Qing, WANG Zhenhua, HUANG Yan
(College of Resources and Environmental Sciences, Jilin Agricultural University, Changchun 130118, China)

【Objective】To study the effects of cow dung, chicken manure, and corn straw combined with chemical fertilizers on greenhouse gas emission and global warming potential.【Method】We used the static chamber technique and set up five treatments including control, chemical fertilizers only, cow dung plus chemical fertilizers containing 50% nitrogen of the total nitrogen in the treatment, chicken manure plus chemical fertilizers with 50% nitrogen, and straw plus chemical fertilizers with 90% nitrogen. Totally 240 kg·hm–2nitrogen was applied in each treatment except for control.【Result】Among all treatments, the straw treatment resulted in the highest average emission flux and average total emission of CO2, being 388.96 mg·m–2·h–1and 14 718.97 kg·hm–2respectively. Nitrogen topdressing evidently promoted CO2emission. The treatment of chemical fertilizers only resulted in the highest average absorption flux and average total absorption of CH4, being 0.042 mg·m–2·h–1and 1.36 kg·hm–2respectively, and resulted in the highest average emission flux and average total emission of N2O, being 0.153 mg·m–2·h–1and 5.75 kg·hm–2respectively. The global warming potential in the straw treatment was significantly higher than thosein other treatments. The global warming potential in the cow dung treatment was lower than that in the treatment of chemical fertilizers only, yet the difference was not significant.【Conclusion】Straw coverage can increase CO2emission in black soil. Upland soil is an important sink of CH4in the air. Compared with chemical fertilizers only, organic manure combined with inorganic fertilizer can reduce N2O releasing. The contributions of different agricultural wastes to atmospheric warming vary in degree.

agricultural waste; greenhouse gas; CO2; CH4; N2O; global warming potential

S153.1；S513；X823；X830.2

A

1001-411X(2017)05-0036-07

韓圓圓, 曹國(guó)軍, 耿玉輝, 等. 農(nóng)業(yè)廢棄物還田對(duì)黑土溫室氣體排放及全球增溫潛勢(shì)的影響[J]. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2017, 38(5): 36-42.

2016-12-05 優(yōu)先出版時(shí)間：2017-07-14

優(yōu)先出版網(wǎng)址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/44.1110.s.20170714.0856.014.html

韓圓圓(1991—)，女，碩士研究生，E-mail: 13944832347@163.com； 通信作者： 曹國(guó)軍(1958—)，男，教授，博士，E-mail: cgj72@126.com

國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2012BAD14B05，2011BAD16B10-2，2012BAD04B02-2)