环境科学学报  2017, Vol. 37 Issue (4): 1547-1554
引用本文
陆扣萍, 郭茜, 胡国涛, 等. 2017. 竹炭和猪炭对空心菜-小青菜轮作土壤N2O和CO2排放的影响[J]. 环境科学学报, 37(4): 1547-1554.
Lu K P, Guo X, Hu G T, et al. 2017. Effects of bamboo and pig biochars on soil N2O and CO2 emissions in Lpomoea aquatica Forsk-Brassica chinensis rotation system[J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 37(4): 1547-1554.
竹炭和猪炭对空心菜-小青菜轮作土壤N2O和CO2排放的影响    [PDF全文]
陆扣萍1,2, 郭茜1,2, 胡国涛1,2, 杨兴1, 车磊3, 刘兴元4, 王海龙1,2,4    
1. 浙江省土壤污染生物修复重点实验室, 临安 311300;
2. 浙江农林大学环境与资源学院, 临安 311300;
3. 湖州师范学院工学院, 湖州 313000;
4. 广东大众农业科技股份有限公司, 东莞 523169
收稿日期: 2016-06-27; 修回日期: 2016-07-26; 录用日期: 2016-07-26
基金项目: 国家自然科学基金（No.41401338，21577131）；东莞市引进创新科研团队项目（No.2014607101003）
作者简介: 陆扣萍 (1985—), 女, E-mail:kkping111@163.com
通讯作者（责任作者）: 王海龙 (1962—), 教授, 博士生导师.浙江省特聘教授、“千人计划”入选者.主要研究领域包括农林生态系统碳氮循环、土壤及水体污染修复、生物质炭施用对农林生态环境的影响, E-mail:nzhailong@yahoo.com
摘要: 以动物源的猪炭和植物源的竹炭为试验材料，通过田间小区试验，研究生物质炭的种类（竹炭和猪炭）、施用方式（一次施用和分批施用）对空心菜-小青菜轮作土壤N2O和CO2排放的影响，结果表明：空心菜季土壤N2O和CO2排放显著高于小青菜季，土壤N2O和CO2排放与土壤pH、温度呈显著相关（p < 0.01）.与不施炭对照相比，竹炭处理可使两季空心菜和小青菜土壤N2O累积排放量减少16.9%~39.9%，同时CO2排放量减少9.2%~15.7%，且一次施用处理优于分批施用.猪炭处理在土壤N2O减排效果上没有竹炭显著，且一次性施用猪炭处理明显增加了两茬空心菜土壤CO2排放量，与对照相比，分别增加了13.3%和12.9%.与猪炭相比，一次性施用20 t·hm-2竹炭处理在抑制土壤N2O和CO2排放上效果更佳.
关键词: 猪炭     竹炭     设施菜地     温室气体    
Effects of bamboo and pig biochars on soil N2O and CO2 emissions in Lpomoea aquatica Forsk-Brassica chinensis rotation system
LU Kouping1,2, GUO Xi1,2, HU Guotao1,2, YANG Xing1, CHE Lei3, LIU Xingyuan4, WANG Hailong1,2,4    
1. Key Laboratory of Soil Contamination Bioremediation of Zhejiang Province, Zhejiang A & F University, Lin'an 311300;
2. School of Environmental and Resource Sciences, Zhejiang A & F University, Lin'an 311300;
3. School of Engineering, Huzhou University, Huzhou 313000;
4. Guangdong Dazhong Agriculture Science Co. Ltd., Dongguan 523169
Received 27 June 2016; received in revised from 26 July 2016; accepted 26 July 2016
Supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 41401338, 21577131) and the Special Fund for the Introduced Innovative R & D Team of Dongguan (No. 2014607101003)
Biography: LU Kouping (1985—), female, E-mail:kkping111@163.com
*Corresponding author: WANG Hailong, E-mail:nzhailong@yahoo.com
Abstract: A field experiment was conducted to evaluate the effects of pig-derived biochar (PB) and bamboo-derived biochar (BB) on soil N2O and CO2 emissions in an Ipomoea aquatica Forsk and Brassica chinensis rotation system in greenhouse vegetable in South China. The treatments included control (no biochar) and one-off application of 20 t·hm-2 of two biochars (20-0-PB and 20-0-BB) prior to the first Ipomoea aquatica Forsk crop. The results showed that the soil N2O and CO2 emissions in the Ipomoea aquatica Forsk crop season were higher than Brassica chinensis crop season, and the emission flux was significantly (p < 0.01) correlated with soil pH or temperatures. Compared with the control, the bamboo biochar treatments decreased the soil N2O emission flux by 16.9%~39.9% in the whole rotation system, and also decreased the soil CO2 emission flux by 9.2%~15.7%. In addition, the 20-0-BB treatment was more effective than the 10-10-BB treatment. Pig biochar treatments were not so effective in decreasing soil N2O emission than bamboo biochar. Compared with the control, the 20-0-PB treatment significantly (p < 0.05) increased soil CO2 emissions flux in two harvest lpomoea aquatica Forsk crop season by 13.3% and 12.9%, respectively. In conclusion, one-off application of the bamboo biochar at 20 t·hm-2 was more effective than PB treatments in decreasing soil N2O and CO2 emissions.
Key words: pig biochar     bamboo biochar     greenhouse vegetable     greenhouse gas    
1 引言 (Introduction)

N2O、CO2等温室气体排放增加所引起的全球气候变暖已成为人类目前面临的环境问题之一.2011年大气中N2O、CO2的浓度分别为324 μg·L-1、391 mg·L-1, 远超过去80万年期间的自然波动范围 (IPCC, 2013).大气CO2浓度升高和氮肥的大量施用会促进农田土壤N2O排放 (Groenigen et al., 2011), 全球农田土壤排放的N2O约占总人为排放源的59.4%(IPCC, 2013).因而, 减少农田土壤N2O和CO2排放对于应对全球气候变暖具有重要的现实意义.目前对于N2O和CO2排放的研究大多集中在粮食作物生产尤其是稻田生态系统上 (李露等, 2015; Zhao et al., 2014), 针对设施菜地土壤N2O和CO2排放的研究则鲜见报道.我国蔬菜种植体系的N2O排放为7.9~12 kg·hm-2, 约占农田排放总量的20% (何飞飞等, 2014; Min et al., 2012).与稻田相比, 菜地施氮量高、灌溉频繁, 硝化活性显著高于一般旱地土壤, 因而氮素淋洗和反硝化损失风险更高 (陆扣萍等, 2013; Min et al., 2015).

生物质炭 (Biochar), 一般指农林废弃物等在缺氧或低氧条件下, 通过高温裂解产生的一种高度炭化的多孔物质 (Wang et al., 2010).大多数生物质炭呈碱性, 具有疏松多孔、比表面积大、强吸附性的特点, 在提高土壤肥力、减少温室气体排放等方面彰显出巨大潜力 (陈温福等, 2014).生物质炭的种类、用量以及土壤类型都会影响土壤温室气体的排放.刘玉学等 (2013)研究表明, 秸秆炭和垃圾炭可显著降低稻田土壤N2O排放, 对CO2排放没有显著性影响.而Troy等 (2013)则发现, 猪粪生物质炭会造成土壤N2O和CO2的大量排放.

不同原料制备的生物质炭性质差异较大, 目前生物质炭的制备原料主要有农林废弃物 (Lu et al., 2014; Yang et al., 2016) 和畜禽养殖废弃物 (Troy et al., 2013), 对动物源制备的生物质炭研究较少.而动物源与植物源制备的生物质炭对农田土壤尤其是设施菜地土壤N2O和CO2排放的影响效果差异如何, 这都有待进一步研究.生物质炭施入土壤后会经过分解、矿化过程, 在对土壤温室气体排放的影响时效上也有其自身的规律.因此, 本试验以动物源的猪炭和植物源的竹炭为试验材料, 通过田间小区试验研究生物质炭的种类、用量和施用方式对设施菜地空心菜-小青菜轮作土壤N2O和CO2排放的影响, 并探讨土壤N2O和CO2排放通量与土壤因子之间的关系, 以期为生物质炭在设施菜地土壤温室气体排放中的作用提供理论依据.

2 材料与方法 (Materials and methods) 2.1 研究区概况

试验地位于浙江省临安市板桥镇花戏村的大棚菜地, 该大棚菜地由稻田改种而来.该地区气候为典型的亚热带季风气候, 年均温为15.8 ℃, 无霜期237 d, 年均降雨量为1614 mm.试验地土壤为砂质粘壤土 (砂粒62%、粘粒15.5%、粉粒22.5%).供试猪炭 (PB) 和竹炭 (BB) 分别由整头病死猪和竹产品加工剩余物在650 ℃下缺氧热解制成.2种生物质炭烘干粉碎, 过3 mm筛后备用.土壤 (0~20 cm) 和生物质炭基本理化性质见表 1.

表 1 供试土壤和生物质炭的基本理化性质 Table 1 Physicochemical properties of the soil and biochars used in the experiment
2.2 试验设计

试验于2015年6—10月进行, 选择空心菜-小青菜轮作, 设置5个处理：①CK：不施加生物质炭; ②20-0-PB：在空心菜季一次性施入20 t·hm-2的猪炭; ③20-0-BB：在空心菜季一次性施入20 t·hm-2竹炭; ④10-10-PB：分别在空心菜和小青菜季施入10 t·hm-2的猪炭, 整个轮作期间共施入20 t·hm-2的猪炭; ⑤10-10-BB：分别在空心菜和小青菜季施入10 t·hm-2的竹炭, 整个轮作期间共施入20 t·hm-2的竹炭.每个处理4次重复, 随机区组设计, 每个试验小区的面积为12 m2(3 m×4 m).

第一季从2015年6月16日播种空心菜 (lpomoea aquatica Forsk) 开始, 2015年7月29日收获第一茬空心菜, 2015年8月19日收获第二茬空心菜, 生长周期为65 d.第二季从2015年9月9日播种小青菜 (Brassica chinensis) 开始, 2015年10月15日收获, 生长周期为40 d.

两季蔬菜的有机肥N (含N量为1.5%的鸡粪)、磷肥 (P2O5含量12%) 和钾肥 (K2O含量60%), 作为基肥一次性施入土壤.空心菜季氮肥采用1次基肥1次追肥的方式, 按50%和50%的比例施加, 第一茬空心菜收获后开始追肥.小青菜季氮肥作为基肥一次性施入土壤.化肥施入土壤后, 再施用生物质炭, 翻耕20~30 cm, 翻耕均匀后进行播种, 分批施用生物质炭处理于2015年6月18日在种植空心菜时与肥料基肥一起完成第一批施加, 于2015年9月6日种植小青菜当天与肥料基肥部分一同施加, 完成剩余10 t·hm-2生物质炭的追施.2季蔬菜生长周期和肥料用量见表 2.田间水分管理采用喷灌方法, 在播种及施肥后进行充分喷灌, 之后视土壤干湿情况适当浇水, 整个试验阶段不揭棚.

表 2 空心菜和小青菜肥料用量 Table 2 Application of fertilizers in the lpomoea aquatica Forsk and Brassica chinensis rotation system
2.3 样品的采集与测定方法 2.3.1 N2O和CO2的采集方法

本研究采用静态箱-气相色谱法检测空心菜-小青菜轮作期间的N2O和CO2排放.静态箱分为箱体和底座两部分, 箱体规格为45 cm×45 cm×45 cm, 箱底规格为40 cm×40 cm.采集时间为施肥前1 d, 施肥后的第1、2、3、5、7 d, 之后每周1次, 至各处理间无明显差异.每次采样时间均安排在9:00—11:00, 分别在关闭静态箱后的第0、10、20、30 min抽取气体, 并立即注入气袋中.同时利用便携式温度计测定大气、5 cm表层土壤和静态箱内温度 (图 1).气体样本带回实验室后, 在24 h内用GC-2014气相色谱仪 (岛津公司, 日本) 进行N2O和CO2浓度测定.

图 1 空心菜-小青菜轮作期间温度变化 Fig. 1 Temperature measurements during the lpomoea aquatica Forsk and Brassica chinensis rotation experimental period
2.3.2 计算公式

N2O和CO2排放通量公式见式 (1).

(1)

式中, F为N2O或CO2的排放通量 (μg·m-2·h-1或mg·m-2·h-1), ρ为标准状态下的气体密度 (g·L-1), V为采样箱内有效体积 (m3), A为采样箱覆盖的有效土壤表面积 (m2), dC/dt为N2O或CO2的排放速率 (μg·mL-1·h-1或mg·mL-1·h-1), 273为气态方程常数, T为釆样时静态箱内的平均温度 (℃).

土壤N2O或CO2累积排放量的计算公式见式 (2).

(2)

式中, Mg为N2O或CO2累积排放量 (kg·hm-2), R为土壤N2O或CO2排放通量 (mg·m-2·h-1), t为采样时间, i为采样次数, n为总测定次数, (ti+1-ti) 为2次采样的间隔天数 (d).

2.4 数据处理

应用SPSS 17.0进行数据分析, 采用单因素方差分析和Duncan′s多重比较评价不同处理对土壤N2O和CO2排放通量和累积排放量影响的显著性, 表中不同小写字母表示处理在p < 0.05水平下具有统计学差异.采用分析法分析土壤N2O和CO2排放通量与土壤pH、土壤温度、大气温度以及静态箱内温度之间的相关性, 应用Origin 8.0和Excel 2007软件作图.

3 结果与分析 (Results and analysis) 3.1 生物质炭对空心菜-小青菜轮作土壤N2O排放通量的影响

由图 2可知, 两季蔬菜土壤N2O的排放高峰主要发生在施肥或灌溉后, 总体趋势表现为先上升后下降, 且空心菜季的排放通量显著高于小青菜季.在第一茬空心菜季, 施肥后第1~8 d (6月18—25日) 土壤N2O排放较低, 在第一次排放高峰日 (6月18日), 一次性施用猪炭处理 (20-0-PB) 显著 (p＜0.05) 降低了土壤N2O排放, 而其他生物质炭处理与对照 (CK) 无显著性差异.第二次排放高峰 (7月2日) 下各处理N2O排放通量显著 (p < 0.05) 升高, 约为第一次排放峰值的8倍.第二次排放高峰下, 各生物质炭处理均显著 (p < 0.05) 降低了土壤N2O排放, 且以一次性施用竹炭处理 (20-0-BB) 下N2O排放通量最低.对于第二茬空心菜, 20-0-BB和分批施用竹炭处理 (10-10-BB) 均显著 (p < 0.05) 降低了土壤N2O排放, 而猪炭处理与对照无显著性差异.小青菜季的土壤N2O排放通量整体较低, 分批施用竹炭 (10-10-BB) 和猪炭 (10-10-PB) 处理在施肥第1~2 d显著 (p < 0.05) 降低了土壤N2O排放, 且减排效果优于20-0-BB处理, 随后减排效果开始减弱.在小青菜季排放高峰 (9月10日), 与CK相比, 竹炭处理显著 (p < 0.05) 降低了土壤N2O排放, 且一次性施用竹炭处理优于分批施用竹炭处理, 而猪炭处理对土壤N2O排放无显著性影响.

图 2 空心菜-小青菜轮作土壤N2O排放通量 (实线箭头表示施肥, 虚线箭头表示灌溉) Fig. 2 Effect of biochar treatments on soil N2O emission in the lpomoea aquatica Forsk-Brassica chinensis rotation system
3.2 生物质炭对空心菜-小青菜轮作土壤CO2排放通量的影响

第一茬空心菜在施肥后第2 d (6月19日) 出现第一次排放高峰, 与CK相比, 竹炭处理显著 (p < 0.05) 降低了施肥第1~3 d土壤CO2排放通量, 而20-0-PB处理却显著 (p < 0.05) 增加了土壤CO2排放, 10-10-PB处理与CK无显著性差异 (图 3).第二次排放高峰 (6月25日) 下, 20-0-PB处理下土壤CO2排放仍然显著 (p < 0.05) 高于CK, 而其他生物质炭处理与CK无显著性差异.追肥当天 (7月31日), 第二茬空心菜土壤CO2排放出现峰值, 随后开始下降.20-0-BB处理仅在追肥当天显著 (p < 0.05) 降低了土壤CO2排放通量, 在追肥第2~13 d, 竹炭和猪炭处理对土壤CO2排放已无显著性影响.与空心菜季相比, 小青菜季的CO2排放通量整体较低.在施肥第2 d (9月9日) 出现排放高峰, 随后逐渐下降, 20-0-BB处理显著 (p < 0.05) 降低了土壤CO2排放通量, 其他生物质炭处理对CO2排放无显著性影响.施肥第3~20 d, 竹炭和猪炭处理对小青菜季土壤CO2排放均无显著性影响.

图 3 空心菜-小青菜轮作土壤CO2排放通量 (实线箭头表示施肥, 虚线箭头表示灌溉) Fig. 3 Effect of biochar treatments on soil CO2 emission in the lpomoea aquatica Forsk-Brassica chinensis rotation system
3.3 生物质炭对N2O和CO2累积排放量的影响

竹炭和猪炭处理均显著 (p < 0.05) 降低了第一茬空心菜土壤N2O累积排放量, 且以一次性施用竹炭处理减排效果最佳 (图 4a).与CK相比, 20-0-BB处理下第二茬空心菜土壤N2O累积排放量降低了28.2%, 而其他生物质炭处理对N2O排放无显著性影响.小青菜季的土壤N2O累积排放量显著 (p < 0.05) 低于空心菜季, 20-0-BB、10-10-BB和10-10-PB处理均显著降低了小青菜季土壤N2O累积排放量, 与CK相比, 20-0-BB处理下土壤N2O累积排放量降低了35.1%, 而10-0-PB处理与CK无显著性差异.

图 4 空心菜-小青菜轮作土壤N2O (a) 和CO2 (b) 累积排放量 (不同小写字母表示同一蔬菜季不同处理间差异显著 (p＜0.05)) Fig. 4 Effect of biochar treatments on cumulative soil N2O (a) and CO2 (b) emission in the Lpomoea aquatica Forsk and Brassica chinensis rotation system

图 4b表明, 20-0-BB和10-10-BB处理均显著 (p < 0.05) 降低了第一茬空心菜土壤CO2累积排放量, 与CK相比, 分别降低了15.0%和9.2%, 而20-0-PB处理下土壤CO2累积排放量却增加了13.3%.对于第二茬空心菜, 仅20-0-BB处理显著 (p < 0.05) 降低了土壤CO2排放, 20-0-PB处理依旧显著 (p < 0.05) 增加了土壤CO2排放.小青菜季的土壤CO2排放显著 (p < 0.05) 低于空心菜季, 20-0-BB处理显著 (p < 0.05) 降低了小青菜季的土壤CO2排放, 而其他生物质炭处理与CK无显著性差异.

3.4 土壤N2O和CO2排放与土壤pH和温度的相关性

由表 3可以看出, 土壤N2O和CO2排放与土壤pH、大气温度和静态箱内温度均达到显著相关 (p＜0.01), 土壤CO2排放与土壤温度呈显著相关 (p＜0.01), 而土壤N2O排放与土壤温度之间无显著性相关.

表 3 N2O和CO2排放通量与土壤pH和温度的相关性 Table 3 Correlations between soil N2O / CO2 emissions and soil pH and temperatures
4 讨论 (Discussion) 4.1 设施菜地土壤N2O和CO2的排放规律

我国设施蔬菜种植面积为270×104 hm2, 占蔬菜种植面积的16%, 分布在全国不同的气候条件和不同的土壤类型上 (Min et al., 2012).然而, 在田间尺度上对设施菜地N2O和CO2排放的研究却很少.土壤温室气体排放与氮肥施用、土壤含水量、温度等因素密切相关 (王战磊等, 2014; 朱永官等, 2014).本研究中两季蔬菜的N2O和CO2排放高峰主要出现在施肥和灌溉后, 且空心菜季土壤N2O和CO2排放显著高于小青菜季, 这是由于空心菜季化肥氮用量是小青菜季的2倍, 且空心菜季温度普遍高于小青菜季.兰宇等 (2015)研究表明, 土壤N2O排放量与土壤温度、土壤容重和氨氧化潜势均呈显著正相关, 与土壤pH、硝态氮含量和土壤有机碳含量呈负相关.本试验相关性结果也表明 (表 3), 菜地土壤N2O和CO2排放与大气温度、静态箱内温度均呈显著正相关 (p＜0.01), 与土壤pH呈显著负相关 (p＜0.01).此外, 土地利用类型也会影响温室气体排放.李露等 (2015)研究表明, 常规施肥下稻麦轮作体系中N2O平均排放通量为51 μg·m-2·h-1, 而在本研究中, N2O平均排放通量为695 μg·m-2·h-1, 是稻田的13.6倍.设施菜地通常施用大量有机肥, 化肥氮施用量也比稻田高, 在蔬菜生育期, 灌水频繁, 由此形成频繁的干湿交替, 因此设施菜地的N2O排放量较高.

4.2 生物质炭对温室气体排放的影响因素

已有研究表明, 生物质炭通常具有发达的孔隙结构、极强的稳定性和较高的吸附性能, 施入土壤中, 可以改变土壤的理化性质和微生物活性, 进而影响温室气体的排放 (花莉等, 2013; Sun et al., 2014).生物质炭减少土壤N2O排放的机理可能与其影响土壤氮素转化有关.已有研究表明, 生物质炭可能通过促进NH4+快速氧化、增加NH3挥发或NH4+交换吸附等多重作用来减少硝化作用底物 (NH4+-N) 浓度, 从而减少硝化过程N2O排放 (Troy et al., 2013).然而, 众多学者对生物质炭应用于农田土壤温室气体排放的研究结果不尽相同.Zheng等 (2012)通过室内培养试验研究表明, 橡木颗粒炭可以减少施肥土壤60%以上的N2O排放量, 同时却会增加10%~21%的CO2排放量.在田间试验尺度上, 添加麦秆炭使太湖地区稻田土壤N2O排放量降低了40%~51%, CO2排放量略微增加 (Zhang et al., 2010).然而也有研究表明, 锯末和槐树皮生物质炭对半干旱地区农田土壤N2O和CO2排放没有显著影响 (郭艳亮等, 2015).在本试验中, 竹炭处理下设施菜地土壤N2O和CO2排放量分别减少了16.9%~39.9%、9.2%~15.7%.可见土地利用方式、土壤类型、实验规模等都可能在一定程度上影响生物质炭对土壤温室气体排放的影响效果, 但其影响机制还不清楚, 仍需进一步的研究.

4.3 生物质炭原材料对N2O和CO2排放的影响

生物质炭的原材料、用量、土壤类型都会影响温室气体的排放.Spokas等 (2009)对16种不同生物质炭进行研究表明, 15种生物质炭明显抑制了土壤N2O的排放, 1种生物质炭却增加了土壤N2O排放.在本研究中, 与猪炭相比, 竹炭对设施菜地土壤N2O和CO2的减排效果更优, 可见土壤温室气体的减排效果受原材料类型的影响显著.本研究分别选择植物源的竹炭和动物源的猪炭为试验材料, 两者理化性质差异较大.虽然猪炭的pH、比表面积都显著高于竹炭, 但对N2O的减排效应并不显著, 且明显促进了CO2的排放.可能是由于:①与竹炭相比, 猪炭N含量较高, 本身携带较多的养分, 导致动物源制备的生物质炭对N2O和CO2的减排效果没有植物源制备的生物质炭显著; ②本研究中猪炭的灰分含量高达74.8%, 显著高于竹炭.有研究表明, 灰分含量大于25%的生物质炭对土壤CO2排放表现出显著的促进作用, 灰分对温室气体排放的影响多是基于间接作用, 主要表现在促进植物生长和提高土壤pH方面 (吴伟祥等, 2015), 由于灰分中富含P、K、Si等营养元素, 可影响植物生长, 植物生长尤其是根系生长会影响土壤呼吸作用; ③生物质炭较高的C/N值可抑制土壤矿化N的量, 降低了土壤的硝化与反硝化作用, 从而达到减少N2O排放的效果 (Wang et al., 2011), 本试验中竹炭的C/N值是猪炭的10倍, 因而对N2O表现出更佳的减排效果.

4.4 生物质炭对温室气体减排的时效性

在本试验中, 分批施用10 t·hm-2竹炭和猪炭处理可显著降低第一茬空心菜土壤N2O排放量, 但对第二茬空心菜土壤N2O排放没有显著性影响, 追施10 t·hm-2竹炭和猪炭后又对小青菜季土壤N2O有明显的抑制作用.这可能是由于生物质炭进入土壤生态系统后会发生老化现象, 与新鲜生物质炭相比, 老化生物质炭对温室气体排放的影响效果有所差异.Cayuela等 (2013)研究发现, 生物质炭对土壤N2O排放的抑制作用随时间推移而减弱.也有研究表明, 生物质炭对土壤N2O的减排作用主要发生在入土最初的3个月 (Stewart et al., 2013).然而在本研究中, 一次施用20 t·hm-2竹炭可显著降低两茬空心菜和小青菜季土壤N2O排放量, 一次施用猪炭处理仅降低了第一茬空心菜N2O排放量, 对第二茬空心菜和小青菜季土壤N2O排放没有显著性影响, 可见生物质炭对N2O减排效应的时效性应当结合生物质炭的种类、施用量以及老化时间等多因素同时考虑.对于土壤CO2排放, 一次施用猪炭处理显著增加了两茬空心菜季土壤CO2排放量, 而对小青菜季土壤CO2排放没有显著影响, 可见生物质炭老化对土壤N2O和CO2排放的影响变化趋势可能是相反的.吴伟祥等 (2015)通过统计分析发现, 新鲜生物质炭施入土壤后会显著增加土壤CO2排放, 而入土1个月后的生物质炭对土壤CO2的排放则有一定的抑制作用.生物质炭促进土壤CO2排放, 称为生物质炭的“正激发效应”, 这是由于生物质炭中不稳定有机碳容易在短期内分解, 并以CO2形式释放.Hilscher等 (2009)研究发现, 生物质炭入土后, 80%组分的降解发生在最初的3周, 剩下20%的组分在随后的4周内逐渐降解.因此, 生物质炭入土后, 对土壤CO2排放的影响作用随着老化时间的增加而减小.在农业生产中一次性施用或分批施用以及生物质炭的最佳施用量都应当结合固碳减排效能、水肥管理等多因素考虑.生物质炭的老化过程以及对温室气体影响作用的时效性等机理问题都有待进一步深入研究.

5 结论 (Conclusions)

1) 生物质炭在设施菜地土壤N2O和CO2排放高峰期可降低其排放量, 土壤pH和温度是影响设施菜地土壤N2O和CO2排放的主要环境因子.

2) 与猪炭相比, 竹炭对空心菜季和小青菜季土壤N2O和CO2排放的抑制效果更佳, 且一次性施用20 t·hm-2竹炭处理优于分批施用处理.一次性施用猪炭处理明显促进了两茬空心菜土壤CO2排放.老化生物质炭入土对土壤温室气体排放影响的长期效应及其机制仍值得高度关注.

参考文献
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