论文部分内容阅读
黄土高原水土流失严重,生态环境问题突出,苹果种植作为当地退耕还林(草)主要引导产业,促进了当地经济发展。但是,由于该地区年际降水量较少且分布不均、不合理的果园管理措施以及大量的施肥导致当地苹果园土壤水环境状况逐渐恶化和土壤炭库含量降低,加速了土壤碳排放速率,增加了温室气体排放量,进而导致一系列环境问题。为了实现“碳达峰、碳中和”的国家战略目标,应对全球气候变化,切实增加黄土高原地区生态碳汇,争取实现旱地苹果园碳“净零排放”。本文主要探讨不同土壤改良剂对黄土丘陵区旱地苹果(Malus pumila Mill)园温室气体排放的影响,设置空白对照(CK)、胶质芽孢杆菌(JZ)、枯草芽孢杆菌(KC)、生物炭(BC)及大分子保水剂(SAP)5个处理,采用静态箱法监测温室气体(CH4、CO2和N2O)排放情况,并综合分析和评价不同土壤改良剂在旱地果园的固碳减排效果。研究结果表明:(1)探究了黄土丘陵区旱地苹果园施加土壤改良剂后土壤理化性质的变化特征。试验期内,CK、JZ、KC、BC和SAP处理0~100 cm平均WFPS分别为43.76%、47.73%、41.32%、42.44%和45.30%。与CK对比,JZ、KC、BC和SAP处理0~100 cm平均土壤含水率分别增加了9.07%、-5.58%、-3.02%和3.52%,表层含水率分别增加11.73%、0.50%、13.83%和8.67%。CK、JZ和KC各处理不同深度土壤含水量均表现为中层>深层>表层,BC和SAP处理表现为表层>中层>深层。各处理平均土壤温度分别为17.64、17.94、17.85、17.10和18.98℃。0~5cm土壤温度受气温影响波动幅度较大,JZ、KC和SAP处理和对照相比,升高了0.96、0.81和2.49℃,BC处理降低了0.99℃。0~100cm平均土壤有机碳含量SOC变化表现为BC>SAP>JZ>KC>CK,BC、JZ和KC处理土壤有SOC含量显著高于对照(P<0.05),其中BC处理在0-20cm、20-40cm和40-60cm深度三个土层SOC含量提升效果明显。2019年施加土壤改良剂后,BC处理在20-60cm处土壤pH值显著高于其他处理,在20~40cm和40~60cm深度处土壤pH值分别为8.79和8.54。2020年0~20cm土层深度JZ、KC、BC和SAP处理pH值高于CK处理;20~100cm深度不同处理土壤pH值大小表现为JZ>KC>BC>CK>SAP。(2)明确了不同改良剂对旱地苹果园温室气体排放的动态影响。2019年CK、JZ、KC和BC处理CH4平均吸收通量分别为0.062、0.056、0.066和0.051 mg·m-2·h-1,CO2平均排放通量分别为370.16、355.03、324.47和227.43 mg·m-2·h-1,N2O平均排放通量分别为17.96、20.03、19.13和23.55μg·m-2·h-1。2020年CK、JZ、KC、BC和SAP处理CH4平均吸收通量分别为0.198、0.181、0.160、0.155和0.167 mg·m-2·h-1,CO2平均排放通量分别为378.74、296.73、250.51、215.61和376.14 mg·m-2·h-1,N2O平均排放通量分别为51.60、51.29、35.45、35.64和57.10μg·m-2·h-1。土壤中施加胶质芽孢杆菌、生物炭和大分子保水剂后,会减少旱地苹果园土壤对空气中CH4的吸收效果;生物炭和胶质芽孢杆菌处理显著降低了CO2排放量(P<0.05),生物炭、胶质芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌处理N2O排放较对照处理均有所减少,且枯草芽孢杆菌和生物炭处理显著降低N2O排放。(3)分析了环境因子与温室气体排放的相关性,并结合全球增温潜势GWP和温室气体排放强度GHGI两个指标对各处理进行评价。土壤温度与三种温室气体排放通量呈现出显著相关,其中,CK、JZ、KC、BC和SAP处理CH4通量与温度表现出显著的负相关,CO2排放通量与温度显著正相关,N2O排放通量与温度显著正相关。KC和SAP处理CH4通量与WFPS显著正相关;CK处理CO2排放通量与WFPS显著正相关,而JZ、KC和BC处理CO2排放通量与WFPS则显著负相关;CK处理N2O排放通量在2019年试验期内与WFPS显著负相关,在2020年试验期内与WFPS则显著正相关,JZ处理N2O排放通量与WFPS显著正相关,而KC、BC和SAP处理N2O排放通量与WFPS则显著负相关。土壤SOC与CH4吸收总量极显著正相关,与CO2排放总量极显著负相关,与N2O排放总量极显著负相关。土壤pH与CH4吸收总量极显著正相关,与CO2排放总量显著负相关,与N2O排放总量极显著负相关。综合分析不同处理GWP和GHGI的评价指标发现,生物炭主要通过降低CO2排放对GWP的贡献度,能够显著降低GWP和GHGI,在黄土高原旱地苹果园起到保水、增产、增效、减排的效果。综上所述,四种改良剂中,胶质芽孢杆菌显著增加土壤孔隙含水率、土壤温度、土壤有机碳、土壤pH和苹果产量,并且显著降低了CO2排放和GHGI;枯草芽孢杆菌显著增加了土壤有机碳、土壤pH和苹果产量,并显著降低了CO2排放、GWP和GHGI;大分子保水剂显著增加了土壤孔隙含水率、土壤温度、土壤有机碳和苹果产量,并显著降低了CO2排放和GHGI;而生物炭在增加土壤水分含量、土壤有机碳及pH,减少温室气体排放综合效果最突出。因此,推荐旱地苹果园施加生物炭,以达到保水固碳减排效果。