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不同施肥模式对设施土壤CO2排放特征及碳平衡的影响

任立军 赵文琪 李金 陈佳豪 李颖 邹洪涛 张玉龙

任立军, 赵文琪, 李 金, 陈佳豪, 李 颖, 邹洪涛, 张玉龙. 不同施肥模式对设施土壤CO2排放特征及碳平衡的影响[J]. 土壤通报, 2022, 53(4): 874 − 881 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021081301
引用本文: 任立军, 赵文琪, 李 金, 陈佳豪, 李 颖, 邹洪涛, 张玉龙. 不同施肥模式对设施土壤CO2排放特征及碳平衡的影响[J]. 土壤通报, 2022, 53(4): 874 − 881 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021081301
REN Li-jun, ZHAO Wen-qi, LI Jin, CHEN Jia-hao, LI Ying, ZOU Hong-tao, ZHANG Yu-long. Characteristics of Soil CO2 Emission and Carbon Balance in Greenhouse Soil under Different Fertilization Patterns[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2022, 53(4): 874 − 881 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021081301
Citation: REN Li-jun, ZHAO Wen-qi, LI Jin, CHEN Jia-hao, LI Ying, ZOU Hong-tao, ZHANG Yu-long. Characteristics of Soil CO2 Emission and Carbon Balance in Greenhouse Soil under Different Fertilization Patterns[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2022, 53(4): 874 − 881 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021081301

不同施肥模式对设施土壤CO2排放特征及碳平衡的影响

doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021081301
基金项目: 辽宁省“兴辽英才计划”项目(XLYC1905010)、辽宁省教育厅重点项目(LSNZD202001)和辽宁省重点研发计划项目(2019JH2/10200004)资助
详细信息
    作者简介:

    任立军(1996−),男,内蒙赤峰人,硕士研究生,主要从事土壤改良。E-mail: renlj1996@163.com

    通讯作者:

    E-mail: zht@syau.edu.cn

  • 中图分类号: S626

Characteristics of Soil CO2 Emission and Carbon Balance in Greenhouse Soil under Different Fertilization Patterns

  • 摘要:   目的  探讨不同施肥模式对土壤CO2排放特征及碳平衡的影响,为设施土壤固碳减排和合理施肥提供数据支持。  方法  以“粉太郎”番茄为试材,基于设施微区试验,利用LI-8100A土壤碳通量自动测定仪观测了不同施肥模式[50%化肥N + 50%有机肥N + 改良剂组(HYG)、50%化肥N + 50%有机肥N组(HY)、100%有机肥N组(Y)、100%化肥N组(H)和不施肥处理组(CK)]土壤CO2的排放特征,探讨了土壤含水量、温度、pH、全氮、微生物生物量碳、土壤孔隙度、土壤有机质等因子对CO2排放量的影响。  结果  在番茄生长初期和施肥后,设施土壤CO2排放速率均表现为先升高后下降的趋势,土壤含水量和土壤温度的双因素复合模型可以解释76.0%(P < 0.01)土壤CO2排放速率的变化,不同施肥模式下造成土壤水热环境的变化会显著影响土壤CO2排放速率。整个生育期,不同施肥模式之间土壤CO2排放累积量差异显著(P < 0.05),相比CK处理,施入肥料的H、Y、HY和HYG处理的土壤CO2排放累积量分别提高了26.7%、83.2%、47.3%和44.2%。相关分析表明,土壤CO2排放累积量与土壤pH、全氮、微生物量碳、土壤孔隙度和有机质均呈极显著正相关关系(P < 0.01)。HYG处理相较其余各施肥处理可以显著提高番茄产量和总生物量,提高幅度分别为9.4% ~ 38.2%和9.0% ~ 32.9%。HYG处理相较当前设施土壤施肥方式(HY处理)显著降低土壤碳释放总量和作物碳排放效率,降幅分别为2.2%和10.9%,同时HYG处理可以使生态系统固碳潜力增加(11.5%)。  结论  从固碳减排的角度,50%化肥N + 50%有机肥N + 改良剂处理是辽宁地区设施番茄栽培适宜的施肥模式。
  • 图  1  不同施肥模式下番茄生育期内土壤CO2排放速率的动态变化

    Figure  1.  Dynamic changes of soil CO2 emission rates under different fertilization patterns

    图  2  不同施肥模式下土壤CO2排放累积量

    Figure  2.  Cumulative emission of soil CO2 under different fertilization patterns

    图  3  土壤CO2排放量与土壤温度及土壤含水量的关系

    Figure  3.  Relationship among soil CO2 emission and soil temperature and soil water

    表  1  不同施肥处理的肥料施用方式及用量

    Table  1.   Fertilizer application methods and dosages of different fertilization treatments (kg hm-2

    处理
    Treatment
    有机物料种类与用量
    Type and dosage of organic materials
    化肥
    Chemical fertilizer
    改良剂
    Modifier
    有机肥
    Organic fertilizer
    有机碳总投入量
    Total input of organic carbon
    NP2O5K2O
    CK 不施肥
    H 100%化肥N组 300.0 150.0 450.0
    Y 100%有机肥N 14 925.4 3 716.4
    HY 50%化肥N + 50%有机肥N 150.0 75.0 225.0 7 462.7 1 858.2
    HYG 50%化肥N + 50%有机肥N + 改良剂 150.0 75.0 225.0 1 800 7 462.7 1 858.2
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    表  2  土壤CO2排放累积量与其理化指标的相关分析

    Table  2.   Correlation analysis of soil CO2 cumulative emission and its physical and chemical indices

    CEANAPAKpHTNSOMMBCMBNBDSP
    CE 1 0.354 0.285 0.189 0.791** 0.760** 0.603* 0.824** 0.355 −0.270 0.966**
    AN 1 0.979** 0.942** 0.791** 0.858** 0.782** 0.688* 0.401 −0.896** 0.262
    AP 1 0.915** 0.727** 0.804** 0.684* 0.588* 0.490 −0.846** 0.191
    AK 1 0.731** 0.779** 0.820** 0.650* 0.105 −0.972** 0.164
    pH 1 0.980** 0.930** 0.963** 0.256 −0.795** 0.755**
    TN 1 0.910** 0.943** 0.342 −0.801** 0.715**
    SOM 1 0.945** −0.049 −0.892** 0.612*
    MBC 1 0.093 −0.728** 0.822**
    MBN 1 0.000 0.170
    BD 1 −0.253
    SP 1
      注:***分别代表显著差异(P<0.05)和差异极显著(P<0.01);表中CE表示土壤CO2排放累积量;AN表示碱解氮;AP表示速效磷;AK表示速效钾;TN表示全氮;SOM表示有机质;MBC表示微生物量碳;MBN表示微生物量氮;BD表示土壤容重;SP表示土壤孔隙度。
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    表  3  不同施肥模式对设施土壤作物产量和碳排放效率的影响

    Table  3.   Effects of different fertilization patterns on crop yield and carbon emission rates in protected soil

    处理
    Treatment
    Y
    (kg hm−2
    NPP
    (kg hm−2
    CEC
    (kg hm−2
    CEE
    (kg kg−1
    CK 8166.67 ± 107.61 e 12868.47 ± 104.84 e 858.80 ± 8.58 d 0.39 ± 0.01 c
    H 9069.44 ± 143.46 d 14322.62 ± 138.11 d 1088.20 ± 13.9 c 0.44 ± 0.01 b
    Y 9722.22 ± 93.82 c 15266.52 ± 63.45 c 1573.76 ± 46.34 a 0.60 ± 0.02 a
    HY 10312.50 ± 161.27 b 15692.81 ± 117.49 b 1265.31 ± 31.29 b 0.46 ± 0.01 b
    HYG 11284.72 ± 215.28 a 17104.07 ± 193.38 a 1238.53 ± 18.65 b 0.41 ± 0.01 c
      注:同列不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)。下同。Y为番茄产量;NPP为总生物量;CEC为土壤碳排放量;CEE为作物碳排放效率。
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    表  4  不同施肥模式生态系统碳平衡

    Table  4.   Effects of different fertilization patterns on carbon balance of facility soil system

    处理
    Treatment
    NPPC
    (kg hm−2
    RmC
    (kg hm−2
    NEPC
    (kg hm−2
    NPPC/CEC比值
    NPPC/CEC ratio
    CK 5790.81 ± 47.17 e 742.85 ± 7.42 d 5047.95 ± 47.4 d 7.80 ± 0.1 a
    H 6445.18 ± 62.15 d 941.29 ± 12.03 c 5503.89 ± 57.05 c 6.85 ± 0.08 c
    Y 6869.94 ± 28.55 c 1361.30 ± 40.08 a 5508.63 ± 43.86 c 5.05 ± 0.15 e
    HY 7061.76 ± 52.87 b 1094.49 ± 27.06 b 5967.27 ± 36.1 b 6.45 ± 0.12 d
    HYG 7696.84 ± 87.02 a 1071.33 ± 16.14 b 6625.51 ± 92.57 a 7.19 ± 0.15 b
      注:NPPC为净初级生产力固碳量;RmC为微生物异氧呼吸;NEPC为净生态系统生产力,当NEPC > 0时,表示该小区系统为CO2的吸收“汇”;反之为CO2的排放“源”;NPPC/CEC为固碳潜力。
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-08-13
  • 录用日期:  2021-12-21
  • 修回日期:  2021-11-30
  • 刊出日期:  2022-06-17

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