中国农业科学 | 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所探析施用生物炭和秸秆还田对农田温室气体排放及增温潜势的影响

20世纪50年代以来，我国年平均气温以每10年增长0.26 ℃的速度升高，因此采取行动减少温室气体排放，应对气候变化刻不容缓。在所有温室气体中，CO₂、CH₄和N₂O 3种气体的增温效应占总增温效应的83%左右。农业生态系统是温室气体的重要排放源之一，其中非CO₂温室气体排放量占温室气体排放总量的10%—12%。但同时农业生态系统也具有碳汇功能，据统计农田土壤固碳量约占土壤固碳总量的1/3左右，未来我国农业土壤固碳总量最大可抵消50%左右的工业温室气体排放。越来越多的研究发现通过秸秆还田和施用生物炭等方式可以增强土壤碳汇功能，使农田土壤的固碳潜力得到提升。因此，促进农业系统固碳减排成为控制全球气候变化的重要研究课题。

近期，中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所完成的题为“施用生物炭和秸秆还田对农田温室气体排放及增温潜势的影响”的研究在《中国农业科学》2024年第57卷5期正式发表。

在山东省桓台县农业生态系统试验站的冬小麦-夏玉米轮作农田中开展了3年田间定位试验，试验共设置4个处理：① 对照（CK）；② 施用生物炭9.0 t·hm^-2·a^-1（C）；③ 全量秸秆还田（S）；④秸秆还田配施9.0 t·hm^-2·a^-1生物炭（CS）。4个处理均施等量的氮磷钾化肥，其中氮肥为尿素，用量为200 kg·hm^-2·a^-1，磷肥为过磷酸钙，用量为55 kg·hm^-2·a^-1，钾肥为硫酸钾，用量为40 kg·hm^-2·a^-1。采用静态暗箱-气相色谱法测定各处理温室气体（CO₂、N₂O和CH₄）的排放通量并计算净全球增温潜势（NGWP）和温室气体排放强度（GHGI），分析连续施用生物炭和秸秆还田对农田温室气体排放及增温潜势的影响。

2017—2020年各处理的N₂O、CH₄、Re排放通量

（1）综合3年的温室气体排放情况，与CK处理相比，S和CS处理的年平均生态呼吸排放量（Re）分别增加了47.8%和67.9%（P<0.05）；C处理的年平均N₂O累积排放量降低了20.3%（P<0.05），而S和CS处理的N₂O年平均累积排放量分别增加了23.6%和41.4%（P<0.05）。

各处理N₂O、Re每一轮作周期累积排放量、作物季累积排放量和年平均累积排放量

（2）与CK处理相比，C、S和CS处理的土壤有机碳年平均变化量（ΔSOC）均有显著增加，其中CS处理增幅最大，增加了150.6%（P<0.05）。与第1年相比，C、S和CS处理第3年的ΔSOC均有显著增加（P<0.05），分别增加了21.7%、20.8%和17.8%。

不同处理温室气体排放、作物产量及土壤理化性质间的相关关系

各处理的NGWP和GHGI均存在显著差异，与CK相比，C、S和CS处理的年平均NGWP分别降低了163.5%、171.7%和273.0%（P<0.05），与第1年相比，C、S和CS处理第3年的NGWP均有显著降低（P<0.05），分别降低了73.4%、58.8%和54.7%。与CK相比，C、S和CS处理的年平均GHGI分别降低了236.2%、253.3%和388.9%（P<0.05），C、S和CS处理第3年的GHGI较第1年分别降低了126.3%、98.2%和108.6%（P<0.05）。就产量而言，C、S和CS处理的作物产量保持相对稳定，有轻微增长，但与CK相比无显著差异。

与单施化肥相比，在施化肥的基础上添加生物炭、秸秆还田、秸秆还田配施生物炭的措施均能够在不影响作物产量的前提下抑制增温潜势，其中秸秆还田配施生物炭能够最大程度地降低农田增温潜势，因此秸秆还田配施生物炭是增加农田固碳、缓解气候变化的一项有效措施。

该研究获得国家自然科学基金（41773090）、国家重点研发计划专项（2019YFA0607403）的资助。

论文链接：

《施用生物炭和秸秆还田对农田温室气体排放及增温潜势的影响》

引用本文：

高尚洁, 刘杏认, 李迎春, 柳晓婉. 施用生物炭和秸秆还田对农田温室气体排放及增温潜势的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(5): 935-949.

GAO ShangJie, LIU XingRen, LI YingChun, LIU XiaoWan. Effects of Biochar and Straw Return on Greenhouse Gas Emissions and Global Warming Potential in the Farmland[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(5): 935-949.

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