竹质生物炭中溶解性有机碳对温室气体排放和土壤养分的影响

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生物炭对土壤温室气体排放已有较多研究,但鲜见其组分溶解性有机碳对温室气体的影响。本文以竹材废弃物制得生物炭,并对此竹炭进行水洗处理获得水洗竹炭;以竹炭和水洗竹炭为实验材料,采用水稻土进行盆栽试验,设置空白对照(CK)、常规施肥(CKF)、添加竹炭(B)、添加水洗竹炭(WB)、添加竹炭+常规施肥(BF)、添加水洗竹炭+常规施肥(WBF)6个处理,探究竹炭和水洗竹炭对土壤温室气体N2O,CH4和CO2排放的影响,并监测不同水稻时间土壤溶解性有机碳、pH,硝态氮,铵态氮等的变化,研究了水稻收获后土壤养分和作物产量,以期探明竹质生物炭中的溶解性有机碳对温室气体N2O,CH4和CO2排放的影响,为生物炭对稻田温室气体减排及生物炭技术应用提供依据。主要结果如下:(1)经水洗后竹炭DOC含量显著降低,达到46.0 mg L-1;同时pH、灰分和K含量均有不同程度降低;BET比表面积、总孔容和平均颗粒大小以及C、N、P和S含量没有显著变化。(2)竹炭和水洗竹炭对不同时间土NO3--N、NH4+-N和pH的影响。①在移栽第2、14、28和84天,竹炭和水洗竹炭配施肥料能降低土壤N03--N含量,且在第2天,二者单施也降低N03-N,仅在第7天,水洗竹炭配施肥料降低土壤N03-N含量。②移栽第2、84天,竹炭和水洗竹炭单施和配施肥料都能降低土壤NH4+-N,且在第84天,单施水洗竹炭更降低土壤NH4+-N 31.76%,同样配施肥料也降低23.14%;在移栽第7、14天,水洗竹炭配施肥料也降低土壤NH4+-N;而在第28天,单施竹炭和水洗竹炭也降低土壤NH4+-N。③竹炭和水洗竹炭可提高土壤pH,但提升过程缓慢。经过一季水稻,处理B,WB,BF和WBF分别提高土壤pH 0.45,0.54,0.49和0.46,且二者之间没有差异。④所有移栽时间,二者都能显著降低土壤DOC,且水洗竹炭更能降低土壤DOC。(3)竹炭和水洗竹炭对其他土壤养分和水稻产量及养分吸收的影响。竹炭和水洗竹炭能提高土壤有机碳和速效钾,配施肥料提高土壤全氮,且竹炭更增加土壤速效钾,单施竹炭和水洗竹炭分别使秸秆产量增加12.69%和15.590%,水洗竹炭同时使籽粒增产15.65%;配施肥料使秸秆和籽粒产量分别增加18.69%和33.07%以及16.67%和18.37%,且水洗竹炭提高秸秆产量效果更好。竹炭和水洗竹炭配施肥料提高秸秆、籽粒N素和K素养分吸收,水洗竹炭更能促进秸秆和籽粒对N素的吸收,竹炭更加促进秸秆对K素的吸收;二者单施促进秸秆对N素和K素的吸收;单施水洗竹炭促进籽粒N和P素的吸收。(4)竹炭和水洗竹炭对土壤N2O,CH4和C02排放的影响。①土壤N20有3个排放峰,分别出现在移栽后第10、21和70天。与CK相比,竹炭与水洗竹炭分别降低N20累积排放量19.08%和32.97%;与CKF相比,累积N20排放量分别降低60.83%和67.16%。竹炭和水洗竹炭能提高土壤全氮,降低土壤NO3--N.NH4+-N、DOC和N20排放,且水洗竹炭更能降低土壤DOC含量,水洗竹炭单施和配施肥料情况下N20排放量分别降低16.17%和17.17%。竹炭中较低DOC能有利于N20减排。②土壤CH4的排放有两个排放峰,分别在移栽后28天和70天。与CK相比,竹炭和水洗竹炭累积CH4排放量分别降低65.45%和69.30%;而与CKF相比,CH4累积排放量分别降低64.32%和84.37%。水洗竹炭处理后土壤DOC含量更低,配施肥料可降低CH4排放56.20%。竹炭中较低的DOC能有助于CH4的减排。③随着水稻的生长,C02排放速率不断提高,到移栽70天后,排放速率逐渐减小。配施肥料竹炭能降低CO2累积排放量11.12%,其他处理均未见显著。竹炭中DOC对C02排放的影响还需进一步研究。
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