生物炭及與秸稈聯(lián)用對(duì)我國熱帶地區(qū)稻田土壤CH4和N2O的影響

袁新生，趙 炎，唐瑞杰，胡天怡，朱啟林，湯水榮，伍延正，孟 磊

（海南大學(xué) 熱帶作物學(xué)院，?？?570228）

據(jù)IPCC報(bào)告，全球尺度溫度水平在2017年相比工業(yè)革命前上升了約1 ℃，若不采取必要措施，預(yù)計(jì)2030—2052年期間將增溫1.5 ℃[1]。全球變暖主要與大氣中CH4、N2O、CO2等溫室氣體的濃度升高有關(guān)。自工業(yè)革命以來，大氣中CH4、N2O、CO2的濃度分別增加了150%、40%、20%。CH4和N2O作為2種重要的溫室氣體，百年尺度的全球增溫潛勢(shì)（GWP）是CO2的25倍和265倍[2]，農(nóng)田土壤作為CH4和N2O的主要人為排放源，分別占據(jù)全球人為CH4和N2O排放量的50%和60%[3?4]，其產(chǎn)生主要受氣候類型、施肥模式、作物類型和種植制度等多種因素影響[5]。增加土壤碳固定是一種減少溫室氣體排放潛力很大的策略[6]。

海南熱帶地區(qū)雨熱同期，稻田干濕交替現(xiàn)象頻發(fā)而易于N2O產(chǎn)生，隨之CH4排放可能受到影響而降低[7]。然而，海南全年高溫、降雨充沛的條件有利于土壤和作物碳代謝，可能增加CH4排放[8]。田偉等[9]對(duì)瓊北晚稻田的原位監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)熱帶地區(qū)稻田CH4、N2O排放分別達(dá)到50.6～175.7、0.44～3.40 kg·hm?2；WELLER 等[10]在菲律賓洛斯巴尼奧斯國際試驗(yàn)站對(duì)水稻-水稻、水稻-玉米輪作長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，CH4、N2O排放分別達(dá)到46.5～288.2、1.5～8.0 kg·hm?2；石生偉等[11]研究表明，我國非熱帶地區(qū)典型水稻種植區(qū)相同灌溉模式下CH4、N2O 排放分別為 84～144 、0.6～2.07 kg·hm?2，表現(xiàn)出熱帶地區(qū)稻田高CH4和N2O排放特征。因此，需迫切探求我國熱帶地區(qū)CH4和N2O減排的有效措施。生物炭作為一種新型土壤改良劑，因其具有豐富多孔結(jié)構(gòu)、比表面積大、對(duì)礦態(tài)氮吸附能力強(qiáng)及提升土壤pH等特性而被廣泛應(yīng)用于溫室氣體減排研究[12]。因此，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)添加生物炭被認(rèn)為是最具潛力的減排措施之一，減排潛力可達(dá) 0.7 Gt C-eq·a[13]。大量研究表明，生物炭能通過改善土壤理化性質(zhì)而減少溫室氣體排放[8,14?15]，但也有研究表明，生物炭會(huì)顯著增加溫室氣體排放[16]，或影響不顯著[17]。作物秸稈還田被認(rèn)為是補(bǔ)充土壤養(yǎng)分和降低溫室氣體排放的措施[18?19]；張杏雨等[20]綜述中表明，秸稈還田能降低、或者增加溫室氣體排放。許多研究結(jié)果表明，單獨(dú)施入秸稈或生物炭，對(duì) CH4和 N2O 排放的影響成相反趨勢(shì)[18,21]，如秸稈在稻田中施用易促進(jìn)CH4排放[22]，而生物炭能提高土壤pH和土壤孔隙度，有利于CH4氧化，則會(huì)減少CH4排放[15]。生物炭大多呈堿性，施入土壤可能會(huì)促進(jìn)NO3?-N產(chǎn)生導(dǎo)致硝態(tài)氮含量增加而不利于氮素的保持；有研究表明，秸稈添加能有效固定土壤中礦態(tài)氮含量，從而減少氮素?fù)p失和N2O排放[22]，但也有研究表明，在高含水量或大量添加秸稈條件下，秸稈好氧分解會(huì)導(dǎo)致氧氣含量降低，這在高硝態(tài)氮背景下利于促進(jìn)反硝化過程造成損失而非促進(jìn)硝態(tài)氮固定[23]，生物炭作為一種能提高土壤孔隙度的改良劑，施用生物炭有利于無機(jī)氮的固定而抑制反硝化過程[24]。因此，秸稈和生物炭聯(lián)用或許能同時(shí)達(dá)到增產(chǎn)、減少氮素?fù)p失和溫室氣體排放的目的。以往研究大多集中于單施秸稈或者生物炭[14,18]，以及在旱地中聯(lián)合施用[23,25?26]，少有生物炭和秸稈聯(lián)用在水稻田中對(duì)溫室氣體排放影響的研究。在生物炭施用情況下秸稈還田會(huì)對(duì)稻田溫室氣體排放帶來何種影響尚不明確。生物炭施用情況下若能進(jìn)行秸稈還田，對(duì)生物質(zhì)資源循環(huán)利用具有重要意義。基于此，本研究以稻-菜輪作體系土壤為基礎(chǔ)，采用盆栽培養(yǎng)的方法，設(shè)置常規(guī)對(duì)照、添加生物炭、添加水稻秸稈以及生物炭與秸稈聯(lián)用4個(gè)處理，監(jiān)測(cè)整個(gè)水稻種植季CH4和N2O排放。并通過測(cè)定水稻收獲后土壤微生物量碳、微生物量氮（MBC/MBN）、作物產(chǎn)量和估算GWP，綜合探究生物炭、秸稈、生物炭與秸稈聯(lián)用對(duì)溫室氣體排放和水稻產(chǎn)量的影響，以期為田間生產(chǎn)提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤供試土壤取自海南省澄邁縣西岸村（19°55′ N，109°57′ E）稻菜輪作田塊的土壤，在水稻季結(jié)束后采集。該區(qū)域?qū)俚湫蜔釒Ъ撅L(fēng)氣候，年均溫、降雨量分別為 23.80 ℃、1 786.10 mm。試驗(yàn)土壤為濱海沉積物母質(zhì)發(fā)育的水稻土，質(zhì)地為砂壤土。土壤經(jīng)風(fēng)干后去除石礫和植物根系并過2 mm篩，土壤背景理化值分別為：土壤pH 5.90，有機(jī)碳含量 15.66 g·kg?1,堿解氮含量 116.93 mg·kg?1,速效磷含量 167.50 mg·kg?1，速效鉀含量74.94 mg·kg?1， 砂 粒 61.70% ， 粉 粒 20.5% ，黏粒17.80%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)盆栽試驗(yàn)選用水稻品種為‘特優(yōu)808’，育苗20 d進(jìn)行移栽。試驗(yàn)共設(shè)計(jì)4個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)置4個(gè)平行并按隨機(jī)區(qū)組排列，分別為常規(guī)施肥處理（CK）；常規(guī)施肥處理基礎(chǔ)上添加40 t·hm?2生物炭處理（B）; 常規(guī)施肥處理基礎(chǔ)上添加 3 t·hm?2水稻秸稈處理 (C); 常規(guī)施肥處理基礎(chǔ)上添加 40 t·hm?2椰糠生物炭+3 t·hm?2水稻秸稈處理（B+C）。水分管理按照淹水-曬田1周-復(fù)水-收獲前保持濕潤(rùn)進(jìn)行。于2020?05?19，按各處理將準(zhǔn)備好的土壤、生物炭和秸稈混勻裝入盆栽裝置，每盆裝土5 kg，并加水至土壤孔隙含水量（WFPS）60%進(jìn)行活化。5月26日活化完成后淹水5 cm并將秧苗移栽入盆中，隔天第1次采集氣體。6月5日進(jìn)行第1次施肥，分別施尿素0.49 g、過磷酸鈣 0.85 g、氯化鉀 0.30 g；6 月 30 日施第 2 次肥，分別施尿素 0.33 g、過磷酸鈣 0.56 g、氯化鉀0.20 g，各處理施肥方案一致。試驗(yàn)期間各項(xiàng)農(nóng)事管理措施一致。

供試生物炭由椰糠在600 ℃下厭氧熱解制成，pH 9.7、全碳含量為 676.78 g·kg?1、全氮含量為 5.03 g·kg?1、碳氮比為 134.49、比表面積為 5.84 m2·g?1；水稻秸稈經(jīng)烘箱烘干粉碎機(jī)粉碎過 2 mm篩備用。

1.3 樣品采集與測(cè)定氣體樣品采集采用密閉靜態(tài)暗箱觀測(cè)法，盆栽裝置外圍安裝采氣底座（53 cm×53 cm），邊緣設(shè)置寬 2.5 cm 的蓄水槽用于密封。用白色 PVC 板制作采氣箱（50 cm×50 cm×100 cm）用于氣體樣品采集。箱體外部包裹泡沫塑料保溫層，以防箱內(nèi)升溫過快、箱頂側(cè)邊設(shè)有溫度計(jì)連接口和帶三通閥的采氣口。采氣前向底座凹槽內(nèi)適量灌水以形成密閉環(huán)境，后將采樣箱扣于底座凹槽上計(jì)時(shí)采氣。采氣時(shí)先用100 mL針管反復(fù)抽動(dòng)幾次使箱體內(nèi)空氣混勻，后于0、10、20、30 min 抽取 60 mL 氣體注入提前抽真空的 20 mL頂空瓶（Nichiden-rika Glass Co.Ltd.）。采氣時(shí)間為上午 08: 00 —11: 00，常規(guī)采氣頻率為 1 周 1 次，施肥后加密采樣1次。所采氣樣帶回實(shí)驗(yàn)室用氣相色譜儀（島津 GC-2014）進(jìn)行分析，N2O檢測(cè)器為電子捕獲檢測(cè)器(ECD)，載氣為氬甲烷；CH4檢測(cè)器為氫焰電離檢測(cè)器(FID)，載氣為高純氮，檢測(cè)器溫度 300 ℃。標(biāo)準(zhǔn)氣體由中國計(jì)量科學(xué)研究院提供。

采氣當(dāng)天用便攜式Eh計(jì)（Bante 220）測(cè)定土壤Eh和土壤溫度；土壤微生物量碳（MBC）和微生物量氮（MBN）含量采用氯仿熏蒸—K2SO4提取法進(jìn)行測(cè)定[27]；土壤pH采用pH計(jì)（雷磁 PHS-3C）進(jìn)行測(cè)定；土壤 NH4+-N 和 NO3?-N 含量，用 2 mol·L KCl浸提—連續(xù)流動(dòng)分析儀（Proxima 1 022/1/1，愛利安斯科學(xué)儀器公司，法國）進(jìn)行測(cè)定,土壤其他基本性質(zhì)測(cè)定方法參考鮑士旦《土壤農(nóng)化分析》[28]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析CH4和 N2O 排放通量計(jì)算公式：

式中，F(xiàn)為氣體排放通量，F(xiàn)N2O單位為 μg·(m2·h)?1，F(xiàn)CH4單位為 mg·(m2·h)?1；ρ為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下 CH4-C 和N2O-N 的密度/（kg·m?3）；h為采樣箱高度/m；Δc/Δt為采樣過程中箱內(nèi)氣體摩爾分?jǐn)?shù)變化速率；T為采樣時(shí)箱內(nèi)平均溫度/℃。

累積排放量（?，kg·hm?2）計(jì)算公式如下:

式中，n和i為采樣次數(shù)，t為采樣天數(shù)/d。

100 a尺度的農(nóng)田土壤直接排放的N2O、CH4增溫潛勢(shì) (GWPGHGS，CO2-eq，kg·hm?2) 計(jì)算公式[2]：

使用 SPSS 23.0 進(jìn)行皮爾森相關(guān)分析和單因素方差分析和 Origin2018 繪圖。處理間差異采用Duncan多重比較法；P＜0.05為顯著水平。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理土壤理化性質(zhì)變化種植前期，各處理土壤Eh均維持在較低水平且低于?150 mV，其中B+C處理明顯低于其他處理；移栽1月進(jìn)行曬田后，土壤Eh逐漸升高至30 mV左右；復(fù)水后Eh逐漸下降并總體維持在?120 mV上下波動(dòng)直至收獲。各處理Eh變化趨勢(shì)一致（圖1-a）：CK、B、C和 B+C 4 個(gè)處理Eh 均值分別為?114.38 、?109.78 、?117.06 和?121.86 mV。5 cm 土壤溫度各處理溫差在2 ℃內(nèi)且趨勢(shì)一致（圖1-b）。

土壤NH4+-N和NO3?-N含量變化如圖2所示。各處理土壤NH4+-N在第1次施肥后升高，C處理峰值最低、B和B+C處理峰值高于CK處理，后隨時(shí)間延續(xù)下降，曬田期后B、C和B+C 處理NH4+-N含量均明顯低于CK處理（圖2-a）。土壤NO3?-N含量在2次施肥后各處理響應(yīng)不同，第1次施肥后B+C處理NO3?-N含量下降、其他處理升高，但B、C和B+C處理NO3?-N含量逐漸低于CK處理；曬田期后B和C處理NO3?-N含量均明顯低于CK處理且C處理NO3?-N 含量一直維持在最低水平，而B+C處理NO3?-N 含量明顯高于CK處理并逐漸下降到最低水平（圖2-b）

2.2 不同處理對(duì)CH4和N2O通量及累計(jì)排放量的影響觀測(cè)期內(nèi)各處理 CH4通量為 0.1～25.0 mg·m?2·h?1（圖3-a）。第 1 次施肥后，相比其他處理，B+C處理對(duì)CH4排放通量響應(yīng)較快，一直處于上升趨勢(shì)直至?xí)裉锲谇跋Τ霈F(xiàn)峰值；CK、B和C處理第1次施肥后對(duì)CH4排放通量響應(yīng)較慢，并且峰值較小，添加生物炭處理峰值最低；曬田管理明顯抑制CH4排放通量，各處理在曬田期CH4排放通量直線下降，曬田期結(jié)束復(fù)水進(jìn)行第2次施肥后各處理出現(xiàn)第2個(gè)峰值，B+C處理CH4排放通量最高；大量CH4排放出現(xiàn)在水稻種植孕穗期至收獲期，各處理CH4排放通量呈上升趨勢(shì)于收獲前回降。CK、B、C和B+C 4個(gè)處理CH4累計(jì)排放分別為106.16、66.29、121.69和129.52 kg·hm?2；相比 CK 處理，B 處理顯著降低CH4排放37.56%、C和B+C處理分別顯著增加CH4排放 14.63% 和 22.01%（P＜0.05）(圖4-a)。

觀測(cè)期內(nèi)各處理N2O排放通量在49.0～256.3 μg·m?2·h?1之間，曬田期各處理排放通量升高，在施肥后出現(xiàn)峰值、且第2次峰值較第1個(gè)高（圖3-b）。CK處理的2次排放峰值均最高且其N2O排放通量在整個(gè)種植期維持在較高水平。CK、B、C和B+C 4個(gè)處理N2O累計(jì)排放分別為2.61、2.05、2.04 和 2.22 kg·hm?2。相比 CK 處理，B、C和B+C處理分別顯著減少了N2O累計(jì)排放21.43%、21.89% 和14.77%，B、C處理N2O累計(jì)排放顯著低于 B+C 處理（P＜0.05）(圖4-b)。

2.3 不同處理對(duì)產(chǎn)量和 GWP 的影響收獲后，CK、B、C和B+C 4個(gè)處理單株水稻產(chǎn)量分別為57.87、60.90、62.94 和 47.23 g/株；B 和 C 處理分別顯著增加單株水稻產(chǎn)量5.22%、8.76%，B+C處理顯著降低單株水稻產(chǎn)量 18.39%（圖5-a）（P＜0.05）。

CK、B、C和B+C 4個(gè)處理GWP分別為3.35、2.18、3.58 和 3.77 t CO2-eq ha?2；B 處理顯著降低GWP 34.74%、而C和B+C處理分別顯著增加GWP 7.08% 和 12.69%（圖5b）（P＜0.05）。

2.4 不同處理對(duì)生物量的影響收獲后，CK、B、C和B+C 4個(gè)處理單株水稻生物量分別為140.57、156.38、163.80 和 141.77 g·株?1；B 和 C 處理分別顯著增加水稻生物量11.25%和16.53%（P＜0.05），B+C處理增加水稻生物量0.85%但不顯著（圖6）。

2.5 不同處理土壤微生物量碳和微生物量氮變化水稻收割后對(duì)土壤微生物量碳、微生物量氮進(jìn)行了測(cè)定。相比CK處理，B處理顯著提高土壤微生物量碳（MBC）含量10.52%、C處理顯著降低土壤微生物量碳（MBC）含量 7.18%（P＜0.05），而B+C處理土壤微生物量碳（MBC）含量提高5.32%但不顯著（圖7-a）。與CK處理相比，B處理土壤微生物量氮含量與CK相當(dāng)，而C和B+C處理分別顯著降低土壤微生物量氮（MBN）含量12.89%和 6.26%（P＜0.05）（圖7-b）。

2.6 不同處理CH4和N2O排放通量與Eh、5 cm土溫和土壤礦態(tài)氮的相關(guān)性相關(guān)性分析結(jié)果表明，各處理N2O排放通量與Eh呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01)、而與 5 cm土溫相關(guān)性不顯著，C 處理N2O排放通量與NO3?-N顯著相關(guān)、B+C處理N2O排放通量與NO3?-N極顯著相關(guān)；CK、B和C處理CH4排放通量與5 cm土溫呈極顯著負(fù)相關(guān)，而B+C處理與5 cm土溫相關(guān)性不顯著，除C處理以外，各處理CH4排放通量與NO3?-N極顯著負(fù)相關(guān)(表1)。

表1 不同處理 CH4 和 N2O 排放通量與 Eh、5 cm 土溫的相關(guān)性

3 討 論

3.1 不同處理對(duì) CH4 和 N2O 排放的影響CH4在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中有2種產(chǎn)生途徑，一種是土壤產(chǎn)甲烷菌利用微生物分解有機(jī)酸產(chǎn)生CH4，另一種是有機(jī)物在細(xì)菌分解下直接產(chǎn)生的 CO2和 H2被還原[5]。同時(shí)甲烷消耗受到甲烷氧化菌的調(diào)控；產(chǎn)甲烷菌和甲烷氧化菌同時(shí)受碳源、土壤pH、Eh以及土溫等因子直接或間接影響[24]。本研究結(jié)果表明，相比CK處理，B處理顯著降低、C和B+C處理顯著增加CH4排放（圖4-a）。施用生物炭一方面會(huì)增強(qiáng)土壤孔隙度而增加土壤好氧狀態(tài)，從而抑制產(chǎn)甲烷菌的活性[29]；另一方面，有助于吸附大量CH4，為甲烷氧化菌提供碳源而促進(jìn)CH4氧化[30]，這使得B處理CH4排放通量始終低于CK處理而減少CH4累計(jì)排放（圖3-a）。C處理由于秸稈腐解，會(huì)為產(chǎn)甲烷菌提供充沛碳源而促進(jìn)CH4大量排放[31-32]；MBC 對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的形成至關(guān)重要[33]，而C處理顯著降低了MBC含量，因此，秸稈添加可能使微生物的周轉(zhuǎn)加快而增加對(duì)有機(jī)質(zhì)的消耗導(dǎo)致CH4排放增加。B+C處理由于秸稈添加和生物炭自身部分不穩(wěn)定性碳會(huì)為產(chǎn)甲烷菌提供豐富的碳源而促進(jìn)CH4排放；同時(shí)，B+C處理的水稻產(chǎn)量和地上部分生物量最低也會(huì)導(dǎo)致B+C處理從秸稈向根際輸送的氧氣減少，使土壤更易處于厭氧狀況[33?34]（圖6），這有利于 CH4的產(chǎn)生而并非抑制CH4的氧化[35]，故其CH4排放最高。土壤Eh作為反映土壤氧化還原條件的重要指標(biāo)，當(dāng) Eh 處于?250～?150 mV 時(shí)，CH4排放量會(huì)隨著土壤Eh的降低而呈指數(shù)增加[18], B+C處理在曬田期前土壤Eh一直處于-170 mV以下且始終維持在最低水平（圖1-a）。HU等[36]研究表明，硝態(tài)氮含量增加會(huì)提高甲烷氧化菌活性；本研究結(jié)果表明，CH4排放通量與 NO3?-N 極顯著負(fù)相關(guān)（表1），前期B和C處理提高了NO3?-N含量有利于甲烷氧化菌活性而降低CH4排放通量,B+C降低NO3?-N含量則增加CH4排放通量，進(jìn)入曬田期后,C處理 NO3?-N 含量始終最低,而 CH4排放通量逐漸高于CK處理導(dǎo)致CH4排放增加（圖2-b、圖3-a）。

農(nóng)田土壤N2O產(chǎn)生主要來自硝化、反硝化過程，同時(shí)反硝化過程完全進(jìn)行也會(huì)使N2O轉(zhuǎn)化為N2，受施肥、土壤水分、pH、碳源等因素的影響[37?38]。一般認(rèn)為，WFPS 在 30%～60% 間時(shí)，硝化作用是產(chǎn)生N2O的主要來源；而當(dāng)WFPS高于70%時(shí)，N2O的產(chǎn)生則主要來源于反硝化作用[38]。本研究中，相比CK處理，B、C和B+C處理均顯著降低了N2O 排放（圖4-b）。水稻移栽后由于存在返青期且苗較小，雖作為喜銨作物但對(duì)銨態(tài)氮的實(shí)際需求不高[39]；第1次施肥后出現(xiàn)N2O排放峰值，B、C和B+C處理排放低于CK處理，由于前期反硝化可能較弱[37],且B和C處理N2O排放低于CK處理，導(dǎo)致B和C處理硝態(tài)氮含量殘留較高，B+C處理前期硝態(tài)氮含量較低而后期升高可能是前期被微生物固定、后期經(jīng)微生物礦化而升高[40]（圖2-b）；第2次施分蘗肥后，此時(shí)水稻需大量吸收銨態(tài)氮用于生長(zhǎng)，B和C處理更高的水稻生物量表明對(duì)銨態(tài)氮吸收更多（圖6），使土壤銨態(tài)氮含量低于CK處理，硝化過程銨底物減少導(dǎo)致硝態(tài)氮含量較低（圖2-b），水稻吸收氮導(dǎo)致硝化和反硝化氮底物降低使N2O排放減少[24]，生物炭對(duì)礦態(tài)氮的吸附也會(huì)進(jìn)一步使硝化和反硝化氮底物減少而降低N2O排放。同時(shí)，分蘗期后C處理硝態(tài)氮含量最低、且顯著降低了MBN含量（圖7-b），表明秸稈添加會(huì)促進(jìn)反硝化過程使土壤硝態(tài)氮更多地以N2形式消耗掉、且不利于土壤微生物對(duì)無機(jī)氮的固定，從而使N2O排放降低[23]。相比CK處理，B+C處理降低銨態(tài)氮而增加了硝態(tài)氮含量（圖2），前述分析表明B+C處理根際泌氧較低而更易處于厭氧狀態(tài)，也顯著降低了MBN含量（圖7-b），且相比CK處理有更多的碳源，這有利于反硝化徹底進(jìn)行，而使反硝化過程產(chǎn)物更多以N2而并非N2O的形式排放[41]，從其兩次施肥后N2O排放峰值最低可得到證實(shí)（圖3-b）。B+C處理N2O排放量顯著高于B和C處理，可能因?yàn)锽+C處理水稻產(chǎn)量和地上生物量要低于其他2個(gè)處理導(dǎo)致后期對(duì)氮的吸收減少，因此，在進(jìn)入曬田期后B+C處理硝態(tài)氮含量明顯高于B和C處理而使反硝化底物充沛（圖2），同時(shí)，生物炭對(duì)礦態(tài)氮的吸附以及秸稈所提供豐富的碳源有利于反硝化進(jìn)行[12,18]，使反硝化過程產(chǎn)物大部分以N2形式排放的同時(shí)存在一部分N2O排放。

3.2 不同處理對(duì)產(chǎn)量和全球增溫潛勢(shì)的影響

本研究結(jié)果表明，相比CK處理，B+C處理降低了單株水稻、而B和C處理顯著增加單株產(chǎn)量（圖5），B和C處理結(jié)果與LIU等[42]研究結(jié)果相似。生物炭處理可能由于改善土壤理化性質(zhì)而有利于土壤氮素固持和作物養(yǎng)分持續(xù)吸收[17]，進(jìn)而促進(jìn)作物生長(zhǎng)以實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)（圖6）。秸稈添加處理由于秸稈在腐解后產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)和有效養(yǎng)分可以促進(jìn)水稻生長(zhǎng)發(fā)育而增加水稻生物量（圖6），進(jìn)而增加水稻產(chǎn)量[43]。本研究中，生物炭與秸稈聯(lián)用減產(chǎn)可能由于生物炭對(duì)礦態(tài)氮的吸附以及秸稈提供大量碳源，有利于反硝化的進(jìn)行從而導(dǎo)致土壤氮素?fù)p失而不利于作物的生長(zhǎng)[12,18]；同時(shí)生物炭與秸稈聯(lián)用易于形成土壤厭氧條件致使秸稈腐解分泌更多的有機(jī)酸[18]，有機(jī)酸對(duì)作物的毒害作用抑制水稻生長(zhǎng)從而降低水稻產(chǎn)量。DUAN等[23]兩年田間研究也表明,相比單施生物炭或者秸稈，生物炭與秸稈聯(lián)用降低作物產(chǎn)量和地上總生物量,相比單施生物炭減產(chǎn)量達(dá)到顯著水平。因此，相比生物炭與秸稈聯(lián)用，單施生物炭或者秸稈可能更有利于作物生長(zhǎng)和增產(chǎn)。

研究表明，相比CK處理，B處理顯著降低水稻增溫潛勢(shì)（GWP），而C和B+C處理增加了GWP（圖5-b），這與DUAN等[23]研究結(jié)果一致。本研究中，生物炭處理由于顯著降低CH4累計(jì)排放 37.56% 和N2O 累計(jì)排放21.43%（圖4），從而顯著降低了GWP。C和B+C處理對(duì)N2O累計(jì)排放分別顯著降低21.89%和14.77%，但是對(duì)CH4累計(jì)排放則分別顯著增加14.63%和22.01%，由于CH4累計(jì)排放量遠(yuǎn)高于N2O累計(jì)排放（圖4），CH4排放增加部分對(duì)GWP的貢獻(xiàn)高于N2O累計(jì)排放降低對(duì)GWP的影響。因此，生物炭單獨(dú)添加下降低增溫潛勢(shì)的效果更好。

4 結(jié) 論

（1）在我國熱帶地區(qū)稻田土壤中，施用 40 t·hm?2生物炭可有效實(shí)現(xiàn)溫室氣體減排、增加作物產(chǎn)量的目的。

（2）在我國熱帶地區(qū)稻田土壤中，施用 3 t·hm?2秸稈能夠有效提升作物產(chǎn)量，但會(huì)增加全球增溫潛勢(shì)、且不利于無機(jī)氮的固定。

（3）在我國熱帶地區(qū)稻田土壤中，生物炭與秸稈聯(lián)用會(huì)增加CH4累計(jì)排放和全球增溫潛勢(shì)，同時(shí)，不利于作物生長(zhǎng)和提高作物產(chǎn)量，因此，在施用40 t·hm?2生物炭的情況下不適合再進(jìn)行秸稈還田處理。