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目前,全球气候变化和粮食安全问题已成为全球关注的焦点,世界各国携手应对气候变化,共同推进绿色、低碳发展已成为当今世界的主流。农田生态系统作为温室气体的重要排放源,越来越受到各国政府和专家学者的重视。利用农作物秸秆和垃圾以及林业废料炭化制成的生物质炭在农业上的应用已得到国际的认可,可以作为提高土壤质量、保证粮食产量以及应对气候变化的一项重要措施。本研究以华北平原旱地农田土壤为研究对象,分别设置了无秸秆还田(NR)、秸秆直接还田(SR)、秸秆原位焚烧(AR)和生物质炭还田(BR)等不同小麦秸秆还田方式以及炭基肥不同用量处理,研究了小麦-玉米轮作系统小麦秸秆不同还田方式以及炭基肥对土壤理化性质、玉米产量以及温室气体减排的影响,主要研究结果如下：1.麦秆不同还田方式显著影响旱地土壤的理化性质与玉米产量。BR处理玉米产量分别比NR、AR和SR处理显著增加4.3%、4.2%和11.2%。BR处理氮肥农学利用率分别比NR、AR和SR处理分别显著增加18.6%、16.7%和60.9%。从不同处理对土壤理化性质的影响来看,BR处理土壤有机碳含量分别比NR、AR和SR处理显著增加12.0%、8.6%和4.8%。速效磷含量BR处理比NR和SR处理分别显著提高20.1%和9.1%,而与AR处理无显著差异,。土壤速效钾含量在BR与NR处理间无显著差异,但SR和AR处理分别比NR处理显著提高5.2%和4.9%。土壤pH值和全氮含量在各处理间无显著差异。BR处理下的土壤容重与NR处理相比显著降低9.8%,而与其它处理间无显著差异。2.麦秆不同还田方式下,土壤C02、CH4和N20的排放动态基本一致,但排放量因温室气体种类而异。SR处理下的C02排放量显著高于NR、AR和BR处理29.7%、17.5%和31.7%；N2O排放量分别显著高于NR、AR和BR处理78.1%、76.3%和114.0%；而CH4排放量在各试验处理间无显著差异。从各处理下的GWP来看,BR处理下的GWP比SR处理低53.4%,而与NR处理无显著差异。考虑到作物产量变化,进一步分析表明,BR处理下温室气体强度(GHGI)比NR、AR和SR处理分别显著低20.0%、20.9%和58.0%。3.炭基肥施用模式显著影响作物产量及土壤理化性质。试验结果表明：与NN(当地常规)处理相比,CBF1+Nl(炭基肥尿素配施,减氮20%)和CBF1+N2(炭基肥尿素配施,减氮10%)处理玉米产量与氮肥农学利用率均无显著性差异,而CBF1+N3(炭基肥尿素配施,不减氮)和CBF2(单施炭基肥,不减氮)处理玉米产量分别显著增加5.0%和6.0%；氮肥农学利用率分别显著增加21.0%和25.4%。碳基肥施用模式对土壤理化性质的影响与前者不同,对土壤有机碳而言,CBF1+N1和CBF1+N2处理土壤有机碳含量与NN处理无显著差异,而CBF1+N3和CBF2处理土壤有机碳含量比NN处理分别显著增加3.0%和6.8%。对土壤全氮而言,与NN处理相比,CBF1+N1处理土壤全氮含量无显著差异,而CBF1+N2、CBF1+N3和CBF2处理土壤全氮含量显著提高4.7%、5.8%和7.0%。CBF2处理土壤速效磷含量比NN处理显著提高了57.3%, CBF1+N1、CBF1+N2和CBF1+N3处理土壤速效磷含量相比NN处理无显著性差异。CBF1+N1、CBF1+N3和CBF2处理土壤速效钾分别比NN处理降低了25.6%、20.9%和14.2%,CBF1+N2处理土壤速效钾与NN处理相比无显著差异。对容重而言,与NN处理相比,仅CBF2处理土壤容重显著降低。4.炭基肥施用模式主要影响土壤N20与CO2排放,从N20排放量上看,各施肥处理均显著高于CK处理,为CK处理的2.84-3.30倍；在各炭基肥处理间,CBF1+N1和CBF2处理N20排放量分别比CBF1+N3处理N20排放量显著降低13.9%和9.5%。从CO2排放量上看,与CK处理相比,NN和CBF2处理CO2排放量无显著差异,CBF1+N1、CBF1+N2和CBF1+N3处理CO2排放量分别显著提高25.2%、27.7%和19.3%。CH4排放量在各试验处理间无显著差异。从N20排放系数上看,CBF2处理N20排放系数最低,分别比CBF1+N1和CBF1+N3处理N20排放系数均显著降低13.3%。通过对N20和CH4综合温室效应(GWP)分析可以看出,CBFl+N1和CBF2处理GWP最低,分别比CBF1+N3处理GWP显著降低14.1%和9.6%,与NN和CBF1+N2处理均无显著差异。各施肥处理GHGI无显著差异。因此,通过以上结果表明,秸秆以生物质方式还田在改善土壤理化性质、玉米产量以及综合温室效应方面均优于秸秆直接还田与秸秆原位焚烧；以炭基肥方式还田可实现节氮20%,且保证作物稳产,可实现作物增产、节氮减肥与温室气体减排的协同效应,是一种农田低碳生产的可选择途径。