CN108738593A - 兼顾固碳减排效果的潮土区冬小麦增产施肥方法 - Google Patents

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CN108738593A CN201810535111.0A CN201810535111A CN108738593A CN 108738593 A CN108738593 A CN 108738593A CN 201810535111 A CN201810535111 A CN 201810535111A CN 108738593 A CN108738593 A CN 108738593A
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赵旭
刘宇娟
董�成
贺德先
马冬云
王晨阳
郭天财
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Institute of Soil Science of CAS
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Abstract

本发明公开了一种潮兼顾固碳减排效果的潮土区冬小麦增产施肥方法，旨在解决潮土区生物炭的施用量和施用效果的技术问题。生物炭与肥料分别在播种前均匀撒施在农田内，经翻地后耕层土壤充分混合，其他管理同当地农田；生物炭施用量为2.25～11.25 t/hm2；当季N、P、K肥施用量为N：220～250kg/hm2，P2O5：130～160kg/hm2、K2O：80～100kg/hm2；N肥分两次施用，基肥和追肥比例为5～7：3～5。本发明的生物炭施用方法能显著提高黄淮潮土区冬小麦籽粒产量和氮素利用率，还能够起到降低土壤容重，增加土壤含水量和孔隙度，提高耕层硝态氮、有机碳和全氮含量，起到固碳减排、增产增效的效果。

Description

兼顾固碳减排效果的潮土区冬小麦增产施肥方法
技术领域
本发明涉及小麦栽培技术领域，具体涉及一种兼顾固碳减排效果的潮土区冬小麦增产施肥方法。
背景技术
随着全球环境污染日趋严峻，气候变暖加剧，粮食供应与气候矛盾日益突出，气候变暖对粮食产量及可持续发展产生巨大的影响。气候温度升高会抑制作物光合作用、降低水分利用效率，从而降低作物产量。
引起温室效应的气体主要有CO2、CH4、N2O等，其中农田生态系统是重要的温室气体排放源之一，占全球温室气体总排放量的10%～20%，且在不断增加。大量的研究表明，施肥方式、施肥种类、施肥量以及施肥时机均能够影响到农业生产活动中的温室气体排放。长期以来，盲目不合理的栽培施肥方法加剧了农田生态系统的温室气体的排放。根据《2014年中国统计年鉴》计算，2013年中国农田氮肥施用量达到2394万吨，是1980年的2.56倍，2005年农业活动N2O排放量达到2910万吨，占中国N2O排放总量的74%。
显然，改变当前不合理的作物施肥方式是减少农田生态系统温室气体排放的重要途径之一；然而，如何在兼顾固碳减排的同时实现作物产量的稳产、增产的作物施肥方法更是值得研究的重大课题。包括本申请发明人等的长期研究发现，针对不同的土壤类型、不同的作物、不同种植区域需要采取不同的有针对性的施肥措施才有可能达到兼顾的目的。
黄淮潮土区是我国重要的小麦主产区，其在保障我国粮食安全方面具有举足轻重的作用。因而，当前迫切需要深入研究在黄淮潮土区兼顾固碳减排条件下实现小麦增产的施肥方法，以实现小麦生产的可持续发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种兼顾固碳减排效果的潮土区冬小麦增产施肥方法。以期达到既保证产量又兼顾固碳减排之目的。
为解决上述技术问题，本发明的技术思路为：
发明人长期的定位监测研究中发现潮土区农田施用生物炭能够显著改善土壤肥力，如降低酸性土壤环境中铝毒对作物的消极影响，改善土壤耕层结构，降低土壤容重以及增大土壤孔隙度等，进而促进作物生长并且减少地表径流和水土流失，随着生物炭用量的增加，土壤pH、全碳、全氮含量随之升高。本发明通过连续生物炭施用后对冬小麦的产量和产量构成要素，地上部生长指标，干物质积累、转运以及氮素吸收、转运，土壤理化性质等进行综合观测研究，探究兼顾固碳减排效果的潮土区冬小麦增产施肥方法。
本发明采用的详细技术方案如下：
设计一种兼顾固碳减排效果的潮土区冬小麦增产施肥方法：
依据长期的定位监测研究结果，突破不在大田作物上大量施用生物炭的传统施肥观念，长期连续的在小麦田中施用生物炭，即将生物炭与肥料分别在当季小麦播种前均匀撒施在农田内，经翻地后耕层土壤充分混合，其它管理措施同当地农田；
其中，所述生物炭施用量为2.25～6.75t/hm2；当季N、P、K肥施用量为N：220～250kg/hm2，P2O5：130～160kg/hm2、K2O：80～100kg/hm2；N肥分两次施用，基肥和追肥比例为5～7：3～5，适宜的N肥基追比有利于在满足小麦各生育时期的氮素需求的情况下，兼顾减少温室气体N2O的排放。
进一步的，所述生物炭的总有机碳为500～520g/kg，全氮为9～11g/kg，灰分为35～40%，阳离子交换量为18～22cmol/kg，pH为10～11。
优选的，所述N肥的追肥时期为小麦拔节期，即在主茎叶龄9～10叶期。
进一步的，所述生物炭的制备方法为：农作物秸秆在480～550℃条件下热解即得。
优选的，所述农作物秸秆为水稻、小麦、玉米、大豆秸秆中的至少一种。
优选的，所述生物炭的施用量为2.25t /hm2。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果在于：
1.本发明验证了施用生物炭能显著提高黄淮潮土区冬小麦籽粒产量和氮素利用率，且两季小麦氮肥偏生产力均随生物炭施用量的增加而增加。
2.本发明研究阐明了生物炭施用对增加作物产量的生理机制：在降雨量相对偏少年份，施用秸秆生物炭主要通过提高冬小麦成穗数、穗粒数提高小麦籽粒产量，增幅在8.78%～24.46%，并且提高了小麦穗后干物质积累量和穗后氮素吸收效率；在降雨量丰沛年份，施用秸秆生物炭也能够提高小麦籽粒产量6.39%～11.94%，但主要通过提高穗粒数实现，同时可增加冬小麦花前干物质积累量及提高花后氮素吸收量。
3.本发明证明了生物炭连续施用能够起到降低土壤容重，增加土壤含水量和孔隙度，提高耕层硝态氮、有机碳和全氮含量，以及提高小麦籽粒产量和生物量的作用。
4.本发明证明了在潮土区土壤中合理施用生物炭（施用量为2.25～6.75 t/hm2）可起到显著的固碳减排、增产增效的效果。
附图说明
图1为两季小麦生育期内日平均温度和月累积降雨量统计图谱；
图2为两季小麦SPAD值统计图谱；
图3为两季小麦叶面积系数统计图谱；
图4为两季冬小麦群体（×104/hm2）动态变化对比图；
图中，误差线上不同小写字母表示不同处理间有显著差异（P<0.05）。SS为苗期，WS为越冬期，RS为返青期，JS为拔节期，HS为抽穗期，AS为开花期；
图5为生物炭施用对容重的影响图；
图6为生物炭施用对土壤含水量的影响图；
图7为生物炭施用对土壤孔隙度的影响图；
图8为生物炭施用对土壤有机碳含量的影响图；
图9为生物炭施用对土壤全氮含量的影响图；
图10为生物炭施用对土壤硝态氮含量的影响图（第1季）；
图11为生物炭施用对土壤硝态氮含量的影响图（第9季）；
图12为施用生物炭处理2011～2016年温室气体N2O总累积排放量对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。
在以下实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明，均为常规仪器设备；所涉及的试剂或产品如无特别说明，均为市售常规试剂或产品；所涉及的试验方法，如无特别说明，均为常规方法。
实施例一：潮土区冬小麦增产的生物炭施用验证试验
（一）试验材料和方法
1. 试验设计
验证试验观测周期为2015-2016年和2016-2017年两个小麦生长季，试验地位于河南省封丘县潘店乡中国科学院封丘农业生态实验站（35°00' N，114°24' E）。该站位于黄淮海平原中部，属暖温带大陆性季风气候，年均气温13.5～14.5℃，无霜期214 d，年均蒸发量1860mm，年均降水量625mm，属于典型的潮土区。
试验共设置四个处理，秸秆源生物炭施用量分别是0 t/hm2（BC0，设置为对照）、2.25 t/hm2（BC2.25）、6.75 t/hm2（BC6.75）和11.25 t/hm2（BC11.25），三次重复，随机排列，小区面积为4m×4m，两季小麦种植品种皆为豫麦49-198。
其中，试验用生物炭为水稻秸秆在500℃条件下，以沼气为能源的炭化炉下热解制备。
两季各小区N、P、K肥施用量分别为N：240kg/hm2，P2O5：150kg/hm2、K2O：90kg/hm2。N肥分两次施用，基肥和追肥比例为6：4。生物炭与肥料分别在播种前均匀撒施在每个小区内，经人工翻地与耕层土壤（0～20cm）充分混合，更多田间种植管理情况见表1，试验地土壤和供试黑炭理化性质见表2，两季小麦生育期内日平均温度和逐月降雨状况见图1。其它田间耕作及栽培管理措施同当地农田。
表1两季小麦田间种植管理概况
。
表2 试验地土壤和供试生物炭理化性质
。
注：TOC为总有机碳；TN为全氮；Ash为灰分；CEC为阳离子交换量。
2. 测定项目及方法
（1）小麦籽粒产量、生物产量以及产量构成因素
试验小区单打单收全部收获，充分风干后进行称重，并通过含水量计算籽粒产量。在小麦收获期通过调查一米双行计算单位面积成穗数和穗粒数，风干后称取生物量并测定小麦籽粒千粒重。
（2）小麦植株氮素分析
小麦籽粒和秸秆样品粉碎后，经浓H2SO4-H2O2消煮，采用半微量凯氏定氮法测定全氮含量。
（3）其它指标测定
SPAD值：在小麦生长关键时期，上午8:00～10:00用SPAD仪（SPAD-502 ChlorophyllMeter Model）测定小麦旗叶SPAD值。
叶面积系数（LAI）：采用比重法测定。
群体动态（×104/hm2）：在小麦生长关键时期（苗期、越冬期、返青期、拔节期，抽穗期、开花期）调查一米双行，计算每公顷面积上小麦群体数量。
（4）计算方法
地上部氮积累量（kg/hm2）=植株含氮量（%）×地上部干物质重（kg/hm2）；
氮肥偏生产力（kg/kg）=籽粒产量/施氮量；
穗后（花后）干物质积累量（kg/hm2）=成熟期干物质积累量-抽穗期（花期）干物质积累量；
穗后（花后）干物质贡献率（%）=穗后（花后）干物质积累量/成熟期干物质积累量（kg/hm2）×100；
氮素转移量（kg/hm2）=抽穗期（花期）地上部氮素积累量-成熟期地上部营养器官氮素累积量；
氮素吸收量（kg/hm2）=籽粒氮素累积量-氮素转移量；
氮素转移贡献率（%）=氮素转移量/籽粒氮素累积量×100；
氮素吸收贡献率（%）=氮素吸收量/籽粒氮素累积量×100。
3. 数据分析
采用Microsoft excel 2016软件处理数据、SPSS 19.0和Origin 8.0软件进行数据统计分析和绘图。文中表格数据表示平均值（AVERAGE），图中误差线表示标准偏差（STDEV）。图表中不同小写字母表示处理间的显著性差异（P<0.05）。
（二）结果和分析
1. 施用生物炭对小麦产量及其构成因素的影响
如表3所示，在2015-2016小麦季，与对照处理相比，BC2.25、BC6.75和BC11.25处理均显著(P<0.05)增加小麦籽粒产量，增加幅度分别为24.46%、8.78%和9.08%。通过进一步对产量构成因素分析发现，本年度施用生物炭提高小麦籽粒产量主要通过提高小麦单位面积成穗数和穗粒数两因素来实现，如BC2.25，BC6.75和BC11.25处理分别较对照显著提高成穗数22.93%、31.40%和32.24%，BC6.75处理较对照显著提高穗粒数9.73%(P<0.05)。此外，由表3还看出，施用生物炭对小麦千粒重无显著影响。
表3两季小麦产量及其构成因素
。
注：同一列数字后不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)，下同。
与2015-2016季结果相似，在2016-2017小麦季，与对照BC0比较，BC2.25、BC6.75和BC11.25处理均可提高小麦籽粒产量，增幅分别为6.39%、11.94%和10.98%，但仅BC6.75处理达P<0.05显著水平。通过对产量构成因素进一步分析发现，BC2.25、BC6.75和BC11.25处理较对照BC0处理分别增加穗粒数3.51%、0.78%和12.29%，对籽粒千粒重无显著性影响。综上所述，施用生物炭提高2016-2017季小麦籽粒产量主要通过提高小麦成穗数和穗粒数两因素来实现。
如表3所示，通过对年份主效应分析发现，年度间产量构成因素间差异达P<0.05显著水平，但年度间小麦籽粒产量无显著差异，表明两季不同的气象因子(主要为降雨)虽然对小麦产量构成影响较大，但小麦植株可通过自身的调节最终导致两季产量间无明显差异。
此外，通过对生物炭处理这一主效应分析发现，生物炭处理显著影响小麦成穗数和穗粒数，而对千粒重无明显影响，该研究结果进一步表明，施用生物炭处理提高冬小麦产量主要是通过提高小麦成穗数和穗粒数来实现，但在不同的降雨年型下侧重点可能略有差异，降雨分配均匀年份可能主要影响穗粒数，降雨不平衡年份可能主要影响成穗数。
2. 生物炭施用对小麦SPAD值的影响
如图2所示，在2015-2016小麦季的越冬期、抽穗期，BC2.25、BC6.75和BC11.25处理与BC0处理相比对小麦旗叶SPAD值无影响，在拔节期BC11.25处理较BC0处理显著提高6.90%(P <0.05)。与2015-2016季结果不同，在2016-2017小麦季越冬期，BC2.25、BC6.75和BC11.25三个处理与BC0处理相比对小麦旗叶SPAD值无影响，在返青期，BC2.25、BC6.75和BC11.25处理分别较对照显著(P<0.05)增加5.93%、4.63%和4.42%。在拔节期，BC6.75处理较BC0显著增加3.66%，在抽穗期，BC2.25、BC6.75和BC11.25处理较BC0分别增加1.01%(P>0.05)、4.23%(P<0.05)和5.53%(P<0.05)。
3. 生物炭施用对小麦LAI的影响
由图3可知，两季小麦的叶面积系数对不同生物炭施用量的响应不同。在2015-2016小麦季越冬期、抽穗期，BC2.25、BC6.75和BC11.25处理的LAI值与对照相比无显著性差异(P>0.05)，在拔节期，BC11.25处理较BC0处理显著增加62.91%(P<0.05)。在2016-2017小麦季的越冬期，拔节期和抽穗期，施用生物炭处理与不施生物炭处理相比对小麦叶面积指数没有影响。在苗期，BC11.25处理较对照显著增加24.30%(P<0.05)，在返青期，BC2.25、BC6.75和BC11.25处理较对照分别显著(P<0.05)增加64.69%、34.63%和85.71%，在开花期，BC6.75和BC11.25处理较对照分别显著(P<0.05)增加小麦叶面积系数74.57%和47.37%。
4. 生物炭施用对小麦群体数量的影响
如图4所示，在2015-2016小麦季越冬期，BC2.25、BC6.75和BC11.25处理对小麦群体无显著性影响，在拔节期，BC6.75处理群体较对照显著增加6.92%(P<0.05)，在抽穗期，BC2.25和BC6.75处理分别比对照显著增加20.09%和33.93%(P<0.05)，BC11.25处理较对照增加29.24%，但未达到显著性水平(P>0.05)。在2016-2017小麦季越冬期、拔节期，三个生物炭处理对小麦群体均无显著性影响，在抽穗期，BC6.75和BC11.25处理与对照相比分别显著增加5.26%和5.12%(P<0.05)。
5. 生物炭施用对冬小麦地上部干物质积累和氮素吸收、转运的影响
如表4所示，在2015-2016年，穗后干物质积累量和穗后干物质贡献率均随生物炭施用量的增加而增加，其中以BC6.75处理最高。三个生物炭处理下的穗后干物质积累量分别较对照显著(P<0.05)增加24.14%、47.45%和42.85%，穗后干物质贡献率较对照分别显著(P<0.05)增加13.80%、13.28%和8.47%。氮素转移量和氮素转移贡献率均随生物炭施用量的增加而下降，其中以BC6.75处理最低。氮素吸收量和氮素吸收贡献率随生物炭施用量的增加而增加，以BC6.75处理最高，分别较对照显著增加20.69%和10.16%。此外，BC2.25、BC6.75和BC11.25处理下的氮肥偏生产力在2015-2016季分别较对照显著增加24.48%、8.77%和9.06%(P<0.05)。
表4 2015-2016季小麦穗后干物质积累及氮素吸收转运
。
如表5所示，2016-2017年小麦花后干物质积累量和花后干物质贡献率随生物炭用量的增加而降低，氮素转移量和氮素转移贡献率在各处理间则无显著性差异。氮素吸收量随生物炭施用量的增加分别增加26.95%、4.31%和15.37%，氮素吸收贡献率分别增加17.58%、6.75%和8.17%，此外，氮肥偏生产力随生物炭施用量的增加分别增加12.18%、18.07%和17.18%，且BC6.75和BC11.25处理均达P<0.05水平。
表5 2016-2017季小麦花后干物质积累及氮素吸收转运
。
总之，冬小麦叶片、茎秆等营养器官进行光合作用，合成有机物后向籽粒运转，是小麦籽粒产量形成的主要机制。在本试验处理下，施用生物炭使2015-2016和2016-2017小麦季拔节期的SPAD值均增加，结合气候状况分析，可能是由于此时气温回升，降雨量加大，有助于小麦进行光合作用（见图1）。
发明人长期试验发现叶面积系数与小麦的产量形成密切相关，但是可能由于生物炭在施用时的瞬时效用，以及随着时间的推迟和带入养分的消耗，因而在本试验条件下对小麦生育后期的叶面积系数无显著影响（见图3）。
干物质是作物光合作用产物的最高形式，是衡量植物有机物积累、营养成分多寡的一个重要指标。本发明研究表明，施用生物炭有助于提高小麦穗后、花后氮素积累，小麦籽粒氮素积累来源主要来自穗后（2015-2016年）和花后（2016-2017年）的氮素吸收量。
然而，由于冬小麦生育期持续时间较长，在整个生长发育阶段，光照、温度、降水等自然环境以及土壤类型和养分状况均会对小麦干物质积累、转运以及分配产生重要影响，从而影响小麦最终的籽粒产量。本试验结果表明，与对照相比，施用生物炭主要通过提高小麦穗数和穗粒数两关键因子，进而起到显著提高小麦籽粒产量的作用，籽粒产量增加幅度在8.78%～24.46%。
因此，施用秸秆源生物炭能够显著增加氮肥利用率，并且通过提高穗数和穗粒数增加小麦籽粒产量，在潮土区秸秆源生物炭适宜用量在2.25～6.75t/hm2之间，较少或过量施用均起不到显著的固碳减排、增产增效的效果。
实施例二：潮土区冬小麦生物炭施用方法对土壤理化性质的影响试验
（一）试验材料和方法
1. 试验设计
试验于2011年10月开始，至2016年6月小麦收获时，已完成9个作物种植季（10月～次年6月为小麦季，6月～9月为玉米季）。生物炭施用量和使用方式同实施例一。
2. 土壤样品采集与分析
在小麦生长关键生育期（苗期、越冬期、拔节期、开花期和收获期），采用5点采样法取各小区0～20 cm土壤土样均匀混合为该小区土壤样品，将采集的新鲜土壤样品迅速带回实验室，用于物理和化学性质分析。土壤硝态氮（NO3 --N）含量用2 mol/L KCL溶液按照土水质量体积比1：5，震荡1 h，提取液用紫外分光光度法在双波长(220、275 nm)下直接测定硝态氮浓度。收获期土壤样品，全氮(TN)经浓H2SO4-H2O2混合催化剂消煮后，采用半微量凯氏蒸馏法测定。土壤有机碳(TOC)采用重铬酸钾和硫酸亚铁消煮法测定。土壤容重(SBD)在作物收获后用环刀取耕层原状土样，烘干法测定。土壤质量含水量在105℃下烘干至恒重计算得到。
土壤质量含水量(%)=[湿土重(g)-干土重(g)]/干土重(g)×100
土壤总孔隙度=1-[容重(g/cm3)/2.65(g/cm3)]，2.65为土壤颗粒密度
（二）结果和分析
1. 生物炭施用对容重的影响
容重是土壤重要的物理参数之一，是鉴定土壤颗粒间排列紧实度和土壤质地的重要参数，与土壤质量和作物生长密切相关。由图5可知，生物炭连续施用9季后，使土壤耕层容重降低，表现为BC11.25<BC6.75<BC2.25<BC0。与不施生物炭处理相比，生物炭连续施用9季后，BC2.25处理降低耕层容重4.4%，BC6.75和BC11.25处理分别显著(P<0.05) 降低耕层容重10.7%和19.6%。
2. 生物炭施用对土壤含水量的影响
土壤水是作物吸收水分的主要来源，生物炭作为一种土壤外源物质，其施加影响着土壤的水分环境。图6结果显示，生物炭连续施用9季后，耕层质量含水量在4个处理间表现为BC11.25>BC6.75>BC2.25>BC0。与不施生物炭处理相比，BC2.25、BC6.75和BC11.25处理分别显著(P<0.05)增加耕层土壤含水量8.9%、34.4%和42.2%。
3. 生物炭施用对土壤孔隙度的影响
土壤孔隙度的大小关系着土壤的透水性、透气性、导热性和紧实度。由图7可知，生物炭连续施用9季后，相较于对照，BC2.25、BC6.75和BC11.25处理分别显著(P<0.05)增加耕层土壤总孔隙度5.8%、14.1%和26.0%。
4. 生物炭施用对土壤有机碳含量的影响
土壤有机碳含量和有机质含量存在显著正相关关系，反应土壤长期固碳能力。由图8可知，土壤有机碳含量随生物炭施用季节的延续和用量的累积呈现明显的增加趋势。其中，生物炭施用初期(第1季)，3个生物炭处理与对照相比，对耕层有机碳含量并无显著性影响。至第9季，与对照相比，BC6.75和BC11.25处理显著(P<0.05)增加耕层有机碳含量127.9%和179.6%。此结果表明，生物炭在潮土上短期施用对耕层有机碳含量无影响，长期连续施用可显著增加有机碳含量。
5. 生物炭施用对土壤全氮含量的影响
对于耕种土壤来说，土壤全氮含量受施肥及耕作制度等的影响，生物炭作为外源土壤添加物，土壤全氮含量对生物炭施用时间长短的响应不同。由图9可知，与原始值相比，BC0处理全氮含量在生物炭施用1季和9季后，变化较小。而BC6.75和BC11.25处理全氮含量在生物炭施用9季后，增加显著。与不施生物炭相比，第9季，BC6.75和BC11.25处理分别显著(P<0.05)增加耕层全氮含量25.4%和30.5%。
6. 生物炭施用对土壤硝态氮含量的影响
耕层土壤硝态氮含量可在一定程度上反应土壤的供氮能力。由图10可知，小麦生长期间，土壤耕层硝态氮含量呈现逐渐降低的趋势，最大值出现在苗期。生物炭施用初期(第1季)，小麦主要生育期，3个生物炭处理较对照虽小幅增加耕层硝态氮含量，但均未达到P<0.05显著水平。此结果表明，生物炭的短期施加对潮土小麦生育期耕层硝态氮含量并无显著性影响。
与第1季结果不同，由图11可知，第9季，3个生物炭处理在小麦不同生育期对耕层硝态氮含量增加幅度不尽相同。其中，苗期至成熟期，较不施生物炭处理，BC2.25处理对硝态氮含量均无显著性影响。BC6.75和BC11.25处理在整个小麦生育期，均不同程度增加硝态氮含量。苗期，BC11.25处理较对照显著(P<0.05)增加硝态氮含量44.0%。越冬期，BC6.75和BC11.25处理分别显著(P<0.05)增加硝态氮含量126.2%和243.6%。拔节期，BC6.75和BC11.25处理分别显著(P<0.05)增加硝态氮含量128.7%和118.5%。开花期，BC6.75处理较BC0处理显著(P<0.05)增加硝态氮含量9.0%。成熟期，与不施生物炭相比，BC6.75和BC11.25处理分别显著(P<0.05)增加硝态氮含量41.9%和30.4%。此结果表明，长期连续施用6.75和11.25 t/hm2生物炭处理可增加潮土小生育期耕层土壤硝态氮含量。
实施例三：测定潮土区冬小麦增产的生物炭施用后温室气体N2O总累积排放量
1. N2O气体取样与分析计算方法
在每季作物整地时将气体采集箱底座放置于小区固定位置（小麦季底座内有一行小麦），底座内单独施肥。N2O通过密闭箱法采集。采样时间均于上午8:00～10:00，在放上密闭箱后第0、15、30和45分钟分别用注射器抽取箱内气体，注射至真空瓶中，带回室内测定。取气的同时要记录土温、箱内气体温度以及大气温度。
N2O分析用气相色谱仪（Agilent 7890A，Agilent Technologies，USA）进行分析。N2O以5%甲烷的氩气为载气，通过气相色谱中63Ni电子俘获检测器（electron capturedetector, ECD）进行检测。载气流均为40 ml min-1，柱温和箱温分别为40℃和50℃，检测器温度为300℃。数据分析采用线性回归分析，每个采集箱内气体ΔC/Δt 保证r2大于0.90，否则舍去。温室气体排放通量通过如下公式计算（徐华等1999）：
F=ρ*H*ΔC/Δt*273/(273+T)
式中F为温室气体排放通量，（μg•m-2•h-1）；ρ为标准状态下N2O的密度（1.25 kg•m-3）；H为密闭箱高（m）；ΔC/Δt为单位时间内气体浓度变化量（ppb•h-1）；T为密闭箱内平均温度（℃）。每季气体排放累积量按照排放通量的时间加权而得到，各处理连续6个小麦生长季累积排放量相加即为2011～2016年总累积排放量。
如图12所示：较不施生物炭处理，BC2.25、BC6.75和BC11.25处理分别显著(P<0.05)降低温室气体N2O总累积排放量23.8%、35.2%和38.9%。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims (6)

1.一种兼顾固碳减排效果的潮土区冬小麦增产施肥方法，包括如下步骤：
在每季小麦播种前，将生物炭与肥料分别均匀撒施在农田内，经翻地后与耕层土壤充分混合，其余耕作管理措施同当地农田习惯方法；
其中，所述生物炭施用量为2.25～6.75 t/hm2；当季N、P、K肥施用量为N：220～250kg/hm2，P2O5：130～160kg/hm2、K2O：80～100kg/hm2；且N肥分两次施用，基肥和追肥比例为5～7：3～5。
2.根据权利要求1所述的兼顾固碳减排效果的潮土区冬小麦增产施肥方法，其特征在于，所述生物炭的总有机碳为500～520g/kg，全氮为9～11g/kg，灰分为35～40%，阳离子交换量为18～22cmol/kg，pH为10～11。
3.根据权利要求1所述的兼顾固碳减排效果的潮土区冬小麦增产施肥方法，其特征在于，所述N肥的追肥时期为小麦拔节期。
4.根据权利要求1所述的兼顾固碳减排效果的潮土区冬小麦增产施肥方法，其特征在于，所述生物炭的制备方法为：农作物秸秆在480～550℃条件下热解即得。
5.根据权利要求4所述的兼顾固碳减排效果的潮土区冬小麦增产施肥方法，其特征在于，所述农作物秸秆为水稻、小麦、玉米、大豆秸秆中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的兼顾固碳减排效果的潮土区冬小麦增产施肥方法，其特征在于，所述生物炭的施用量为2.25t /hm2。
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