CN117326896A - 基于绿肥和生物炭的用于旱地的氧化亚氮减排组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于绿肥和生物炭的用于旱地的氧化亚氮减排组合物。所述组合物包括绿肥和生物炭。所述绿肥可以为箭筈豌豆（Vicia sativa L.）；所述生物炭可以为田菁炭和/或油菜炭。
Description
技术领域
本发明涉及温室气体领域，一种用于旱地的减排组合物 。
背景技术
氧化亚氮（N2O）是第三大温室气体，在大气中的留存时间可达120年之久，其百年尺度的增温潜势是二氧化碳和甲烷的298倍和11.9倍，对全球气候变暖有深远影响。
农业活动是N2O 最大的人为排放源。农田土壤N2O的大量排放势必会对生态环境造成巨大影响，设法降低农田N2O排放对缓解全球温室效应和保护臭氧层意义重大。
发明内容
本发明之一提供了一种用于旱地的减排组合物，其包括绿肥和生物炭。
在一个具体实施方式中，所述绿肥为箭筈豌豆（Vicia sativa L.）。
在一个具体实施方式中，所述生物炭为田菁炭和/或油菜炭。
在一个具体实施方式中，将田菁地上部的秸秆在500至800℃下炭化20至25分钟，制得田菁炭。
在一个具体实施方式中，将田菁地上部的秸秆在550至680℃下炭化20至25分钟，制得田菁炭。
在一个具体实施方式中，将油菜地上部的秸秆在500至800℃下炭化20至25分钟，制得油菜炭。
在一个具体实施方式中，将油菜地上部的秸秆在600至800℃下炭化20至25分钟，制得油菜炭。
在一个具体实施方式中，所述生物炭的粒径大小≤30目。
在一个具体实施方式中，所述生物炭的粒径大小为30至60目。
在一个具体实施方式中，所述生物炭的粒径大小≤60目。
在一个具体实施方式中，所述绿肥的用量为2至2.5 g/kg土，所述生物炭的用量为4至6.5g/kg土。
在一个具体实施方式中，所述绿肥的用量为2.17 g/kg土，所述生物炭的用量为5.33 g/kg土。
在一个具体实施方式中，所述组合物中还包括氮肥。
在一个具体实施方式中，所述氮肥的用量为200至250mg/kg 。
在一个具体实施方式中，所述氮肥的用量为224至244 mg/kg土。
在一个具体实施方式中，所述氮肥的用量为244 mg/kg土。
在一个具体实施方式中，所述氮肥的用量为氮肥原使用量的70wt%。例如为224mg/kg土。其中，氮肥原使用量指的是在使用绿肥代替部分氮肥前的使用量，例如在本发明中，以N100处理的氮肥使用量作为100wt%，N70+CV处理中的氮肥使用量为70wt%。氮肥原使用量一般为330至360 kg/ha。
在一个具体实施方式中，所述减排的指标为氧化亚氮。
本发明之二提供了根据本发明之一中任意一下所述的减排组合物在旱地减排中的应用。
本发明的有益效果：本发明发现绿肥和生物炭组合物施用于旱地中可以协同增效地减排。其中，箭筈豌豆与田菁炭和/或油菜炭组合物使用，可以减排氧化亚氮。进一步地，绿肥可以部分地替氮肥，例如，在使用绿肥后可以使氮肥的使用量减少30%。
附图说明
图1显示了公式1。
图2 显示了不同处理在不同时间下所释放出的N2O的排放通量。
图3显示了公式2。
图4显示了N100、N100+M1、N100+M2、N100+M3和N100+M4几个不同处理释放出的N2O累积排放量及生物炭对N2O排放的贡献量。
图5显示了N70+CV、N70+CV+M1、N70+CV+M2、N70+CV+M3和N70+CV+M4、几个不同处理释放出的N2O累积排放量理论值和实际值。
具体实施方式
以下通过优选的实施案例的形式对本发明的上述内容作进一步的详细说明，但其不构成对本发明的限制。
如无特别说明，本发明的实施例中的试剂均可通过商业途径购买。
选取甘肃省武威市旱地玉米田块耕层土壤，风干至含水量低于5 wt%，过2 mm 筛后得到干鲜土。
绿肥为箭筈豌豆（Vicia sativa L.），在盛花期（6月下中旬）收获，粉碎至长度<1mm，风干使含水量低于5 wt%，干基有机碳374.24 g/kg、全氮20.35g/kg，碳氮比18.39。
田菁炭（M1）：将田菁地上部的秸秆在680℃下炭化20分钟，制得田菁炭，所制得的田菁炭粒径大小为60目。
玉米炭（M2）购自绥化市路森炭粉科技有限公司，粒径大小为60目。其具体制备过程为将玉米地上部的秸秆在500℃下炭化25分钟。
油菜炭（M3）购自江苏天象生物科技有限公司，粒径大小为60目。其具体制备过程为将油菜地上部的秸秆在600℃下炭化20分钟。
麦秆炭（M4）购自镇江泽地农业生物科技有限公司，粒径大小为60目。其具体制备过程为将小麦地上部的秸秆在800℃下炭化20分钟。
处理N100：在实验处理的第1天，将尿素以320 mg/kg（尿素质量/干鲜土质量）的量与干鲜土混合，得到含尿素的土；取30.01 g含尿素的土装入培养瓶中，调节含尿素的土的含水量至18wt%（为田间最大持水量30wt%的60.0%），然后用透气不透水的封口膜封口，保证培养瓶处于好氧状态。每5天采用称重法补充水分。每个培养瓶为1个重复，共计4个重复。
处理N100+M1：在实验处理的第1天，将尿素以320mg/kg（尿素质量/干鲜土质量），田菁炭以5.33 g/kg（田菁炭质量/干鲜土质量）与干鲜土混合，得到含尿素和田菁炭的土；取30.17 g含尿素和田菁炭的土（折合干鲜土为30.00g）装入培养瓶中。调节土壤含水量至18wt%，然后用透气不透水的封口膜封口，保证培养瓶处于好氧状态。每5天采用称重法补充水分。每个培养瓶为1个重复，共计4个重复。
处理N100+M2：与处理N100+M1的不同之处在于，将处理N100+M1中使用的田菁炭替换为玉米炭，其他同处理N100+M1。
处理N100+M3：与处理N100+M1的不同之处在于，将处理N100+M1中使用的田菁炭替换为油菜炭，其他同处理N100+M1。
处理N100+M4：与处理N100+M1的不同之处在于，将处理N100+M1中使用的田菁炭替换为麦秆炭，其他同处理N100+M1。
处理N70+CV：在实验处理的第1天，将尿素以224 mg/kg（尿素质量/干鲜土的质量），绿肥以2.17 g/kg（绿肥质量/干鲜土质量）与干鲜土混合，得到绿肥减氮土；取30.07 g绿肥减氮土（折合干鲜土为30 g）装入培养瓶中。调节土壤含水量至18wt%，然后用透气不透水的封口膜封口，保证培养瓶处于好氧状态。每5天采用称重法补充水分。每个培养瓶为1个重复，共计4个重复。
处理N70+CV+M1：在实验处理的第1天，将尿素以224 mg/kg（尿素质量/干鲜土质量），绿肥以2.17 g/kg（绿肥质量/干鲜土质量），田菁炭以5.33 mg/kg（田菁炭质量/干鲜土质量）与干鲜土混合，得到绿肥减氮田菁炭土；取30.23 g绿肥减氮田菁炭土（折合干鲜土为30.00 g）装入培养瓶中。调节土壤含水量至18wt%，然后用透气不透水的封口膜封口，保证培养瓶处于好氧状态。每5天采用称重法补充水分。每个培养瓶为1个重复，共计4个重复。
处理N70+CV+M2：与处理N70+CV+M1的不同之处在于，将处理N70+CV+M1中使用的田菁炭替换为玉米炭，其他同处理N70+CV+M1。
处理N70+CV+M3：与处理N70+CV+M1的不同之处在于，将处理N70+CV+M1中使用的田菁炭替换为油菜炭，其他同处理N70+CV+M1。
处理N70+CV+M4：与处理N70+CV+M1的不同之处在于，将处理N70+CV+M1中使用的田菁炭替换为麦秆炭，其他同处理N70+CV+M1。
测定分析：将各处理置于25 ± 2℃生化培养箱中黑暗培养26天，并分别于培养的第1、5、10、16、26天采集气体样品，每次气体采集时间固定在14:00至17:00。气体采集具体操作如下：揭开培养瓶瓶盖置于通风橱内换气20 min，通空气完成后用瓶塞盖紧并用培养瓶铝盖压实避免漏气，分别在密封培养瓶后的0 h和24 h时用20 ml注射器从培养瓶的瓶塞取样口采气。其中，采集气体时，反复推拉20 ml注射器多次，以混匀瓶内气体，然后采集培养瓶上部空间内气体至12 ml顶空瓶中。使用安捷伦气相色谱仪（Agilent 7890B）测定所采集的气体样品中的N2O浓度。经公式1（见图1）计算转化后，不同处理在不同时间下所释放出的N2O的排放通量结果见图2。经公式2（见图3）计算，不同处理在整个实验周期中N2O的累积排放量结果见图4和图5。基于N100与N100+M1、N100+M2、N100+M3和N100+M4的差值计算生物炭的贡献量，结果见图4。
其中，在公式1中，F为N2O的排放速率，单位为μg/kg/h；ρ为标准状态下N2O的密度，单位为g/L；dc/dt为单位时间内培养瓶内气体浓度增加量，单位为×10-9/h；V是培养瓶中气体的有效空间体积，单位为m3；W为培养瓶内的土样总重，单位为kg；T为培养温度，单位为℃。气体累积排放量采用相邻两次取样的气体排放速率平均值与时间乘积后加权累积计算得出。
其中，在公式2中，E为第t小时N2O累积排放量，单位为mg/kg；Ft和Ft´分别为第t小时和第t´小时N2O的排放通量，单位为mg/kg/h；t和t´分别为相邻两次气体采集的时长，单位为h；t - t´代表相邻两次取样时间的时间间隔，i为第i次取样，n为总取样次数。
根据图2可知，培养过程中所有处理的N2O排放通量均表现出先升高后降低趋势，不同处理的N2O排放通量峰值时间不同。N100、N100+M1、N100+M2、N100+M3和N100+M4处理排放峰值出现在培养第5天，N70+CV、N70+CV+M1、N70+CV+M2、N70+CV+M3和N70+CV+M4处理排放峰值出现在培养第10天。培养26天后，N2O排放通量稳定至最低点且无显著差异。
根据图4的数据可知，相比于N100处理，N100+M2处理和N100+M4的N2O累积排放量显著降低了37.5%和57.4%，N100+M1处理和N100+M3与N100处理均无显著性差异。
根据图4的生物炭的贡献量以及N70+CV 的结果计算N70+CV+M1至N70+CV+M4的理论值，结果见图5。
将图5中N70+CV处理的结果结合图4中N100处理的结果可知，N100处理的N2O累积排放量是N70+CV处理的1.63倍，N70+CV处理的N2O累积排放量较N100处理显著降低了38.6%。
进一步地，将图5结果中各处理的理论值和实测值的比较可知，N70+CV+M1处理和N70+CV+M3处理的实测值显著性低于理论值。其中，N70+CV+M1处理的理论排放量是实测排放量的1.64倍，其实测值相较于理论值下降了39.08%；N70+CV+M3处理的理论排放量是实测排放量的1.79倍，其实测值相较于理论值下降了44.2%。因此，N70+CV+M1处理和N70+CV+M3处理均取得了预料不到的技术效果。
Claims (10)
1.一种用于旱地的减排组合物，其包括绿肥和生物炭。
2. 根据权利要求1所述的减排组合物，其特征在于，所述绿肥为箭筈豌豆（Viciasativa L.）。
3.根据权利要求1所述的减排组合物，其特征在于，所述生物炭为田菁炭和/或油菜炭；和/或
所述生物炭的粒径大小≤30目。
4. 根据权利要求1所述的减排组合物，其特征在于，所述绿肥的用量为2至2.5 g/kg土，所述生物炭的用量为4至6.5 g/kg土。
5. 根据权利要求1所述的减排组合物，其特征在于，所述绿肥的用量为2.17 g/kg土，所述生物炭的用量为5.33 g/kg土。
6.根据权利要求1所述的减排组合物，其特征在于，所述组合物中还包括氮肥。
7. 根据权利要求6所述的减排组合物，其特征在于，所述氮肥的用量为200至250 mg/kg。
8.根据权利要求6所述的减排组合物，其特征在于，所述氮肥的用量为氮肥原使用量的70wt%。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的减排组合物，其特征在于，所述减排的指标为氧化亚氮。
10.根据权利要求1至9中任意一项所述的减排组合物在旱地减排中的应用。
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| HANTING LI，: "Green manure and maize intercropping with reduced chemical N enhances productivity and carbon mitigation of farmland in arid areas", 《EUROPEAN JOURNAL OF AGRONOMY》, vol. 145, pages 126788 * |
| 王琦明: ""减氮及间作绿肥对玉米产量和土壤温室气体排放的互作效应"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 农业科技辑》, pages 043 - 42 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117326896B (zh) | 2024-02-27 |
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