通过土壤改良剂的联合应用减轻产量比例温室气体排放：温带和亚热带稻作土壤的比较研究外文翻译资料

 2022-11-25 15:10:44

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原文标题：Mitigating yield-scaled greenhouse gas emissions through combined application of soil amendments: A comparative study between temperate and subtropical rice paddy soils

译文标题：通过土壤改良剂的应用减轻产量尺度上温室气体排放：温带和亚热带水稻土的比较研究

通过土壤改良剂的联合应用减轻产量比例温室气体排放：温带和亚热带稻作土壤的比较研究

提要：

萍-蓝藻在有机和无机改良剂作用下有效控制水稻土温室气体排放量

硅酸盐矿渣和磷-石膏连同萍-蓝藻改良剂有效的减少了季节性 CH4排放通量

施用生物炭明显减少了 N2O 的排放量, 在接种蓝藻后最终减少了 8.0-12.0% 的GWP

在施用萍-蓝藻加硅酸盐矿渣改良剂下GWP的最大跌幅为 22.0-30.0%

在NPK处理下,温室气体排放量最大，施用硅酸盐矿渣和磷石膏改良剂同时接种萍-蓝藻的水稻土每单位粮食产量比例温室气体下降43-50%

摘要：

在大韩民国、日本和孟加拉国的稻田土壤中, 研究了不同土壤修正对甲烷 (CH4) 和一氧化二氮 (N2O) 排放量、全球升温潜能值和产量规模值的影响。实验处理仅是NPK, NPK 粉煤灰, NPK 硅酸盐矿渣、NPK 磷石膏 (PG)、NPK 高炉矿渣、NPK 回转炉矿渣 (RFS)、NPK 硅酸盐矿渣 (50%) RFS (50%)、NPK 生物炭、NPK 生物炭 萍-蓝藻, NPK 硅酸盐矿渣 萍-蓝藻, NPK 磷石膏 (PG) 萍-蓝藻。在日本和孟加拉的稻田土壤中分别进行萍-蓝藻加磷-石膏处理，累计季节性 CH4排放量的最大跌幅记录为29.7% 和 32.6%,其次硅酸盐矿渣加萍-蓝藻的施用，分别是是22.4% 和26.8%。日本和孟加拉的稻田土壤中的生物炭施用减少了季节性累计 N2O 的排放量，分别为31.8% 和 20.0%, 其次是生物炭加上萍-蓝藻的施用，分别减少26.3% 和25.0%。虽然施用生物炭季节性累计 CH4的排放量是明显增加了 9.5-14.0% , 但是, 蓝藻接种加上生物炭全球升温潜能减少了 8.0- 12.0%。施用萍-蓝藻加硅酸盐矿渣改良剂全球升温潜能值达到最大跌幅为 22.0–30.0%。在 NPK 处理中, 施用硅酸盐矿渣和磷石膏改良剂, 同时将萍-蓝藻接种到水稻种植土壤，每单位粮食产量 (产量比例) 的温室气体的演变最高, 为 43-50%。结论是, 建议将萍-蓝藻与无机和有机改良剂结合起来, 以减少温带和亚热带水稻种植土壤的全球升温潜能和产量比例温室气体排放。

关键字：萍-蓝藻、磷石膏、硅酸盐矿渣、生物炭、CH4、N2O、温室气体

1、引言

人类活动导致大气中二氧化碳（CO2），甲烷（CH4），氧化亚氮（N2O）浓度明显升高。CH4的增温潜力是CO2的25倍，同时CH4占据GWP的15-20%的份额，然而N20增温潜力是CO2的298倍，占据GWP的6-8%的份额(IPCC, 2007)。在2005年全球估计温室气体排放量的主要贡献者中, N 输入和水稻种植负责农业土壤温室气体排放的大部分 (莫斯尔 et al., 2006;史密斯 et al., 2007)。CH4和 N2O 气体同时根据水稻种植系统、土壤有机质含量、土壤含水量、土壤氧化还原状态、土壤微生物活性、外源氮肥的应用和有机肥的施用而排出稻田土壤 (多伦和史密斯, 1987;Balesdent et al., 2000;秋 et al., 2006;Synder et al., 2009)。土壤中氧化亚氮是通过硝化反应和反硝化反应自然产生的，外施氮肥对其有明显的影响(戴维森 et al., 1986)。硅酸盐矿渣是钢铁工业的副产物, 用于制造硅酸盐肥料; 其中含有大量可用硅酸盐、游离铁和锰氧化物, 可作为电子受体。

Table 1

Properties of the paddy soils before experiment conducted.

Soil pH (1:5 with H2O)

5.8

6.1

5.9

Organic matter (g kgminus;1)

39.6

36.8

17.8

Av. P2O5 (mg kgminus;1)

68.9

61.6

53.7

Av. SiO2 (mg kgminus;1)

82.6

78.5

59.5

Total iron oxide (g Fe kgminus;1)

21.3

19.6

16.7

韩国稻田土壤的特点是平均 ph 值为 5.6, 可利用的硅酸盐(二氧化硅) 含量72毫克千克minus;1, 分别是低于最优化范围的 ph 6.0- 6.5, 可用二氧化硅130-180 毫克千克minus;1 的(RDA, 1999)。磷--石膏是磷肥生产工业的副产物, 是水稻种植过程中可增补大量钙和硫的土壤改良剂。磷-石膏中大量的硫酸盐含有比产甲烷菌更强的竞争受体（氢或乙酸）可能防止甲烷的产生和释放 (堀 et al., 1990, 1993;林道 et al., 1994)。

Fig. 1. Trends of CH4 flux and soil redox potentials (soil Eh) during rice cultivation under different amendments (note: error bars indicate standard

deviation among the mean values).

另一个可行的土壤改良剂是生物炭, 一个含有高浓度有机碳, 高孔隙度的木炭 (al., 2006) 和更大程度的减少土壤微生物退化 (程 et al., 2008)。除了提高土壤肥力和稻米生产力的潜力外, 生物炭可能有助于减少温室气体的排放, 增加土壤中的碳螯合 (莱曼和 Rondon, 2006;张 et al., 2010;Bruun et al., 2011)。虽然在孟加拉, 硅酸盐肥料还没有被引入到农民的水平, 但是, 它已经被韩国和日本的农民长期实行。在过去的几十年里, 一系列长期的田间试验已经广泛地在中国的各种农业生态系统中进行 (刘 et al., 2010); 主要涉及不平衡无机肥料或混合无机/有机肥对土壤性质和作物生长的影响, 以及对温室气体排放的潜在后果 (张 et al., 2012)。属于念珠藻、鱼腥藻、单歧藻和管链藻的蓝藻或蓝绿藻被作为接种剂用于旱地和低地条件水稻的种植。念珠藻与水蕨萍的不仅能提供高达60公斤·公顷minus;1 季节minus;1 的氮， 也丰富了土壤的有机物质 (Moore, 1969)。此外, 蓝藻有助于土壤肥力的维持和积累, 从而增加水稻的生长和产量作为自然生物 (宋 et al., 2005). Prasanna et al. (2002) 还报告蓝藻在降低上部位置甲烷浓度的积极作用, 这是由于高溶解氧浓度促进了甲烷氧化。因此, 在本研究中, 进行了有机 (生物炭) 和无机改良剂 (矿渣型硅酸盐肥料, 粉煤灰, 磷-石膏) 与萍-蓝藻 (生物改良剂) 的联合效应在温带 (韩国、日本) 和亚热带 (孟加拉国) 稻田土壤中, 甲烷和一氧化二氮的排放量、全球升温潜能和产量比例温室气体排放的研究。

2. 材料和方法

2.1. 稻田土壤、土壤改良剂和试验设计

分别在韩国、日本和孟加拉国的稻田土壤中进行了不同土壤改良的盆栽试验。所选稻田土壤属性呈现在表 1。

Fig. 2. Trends of N2O flux and DO concentrations during rice cultivation under different soil amendments (note: error bars indicate standard deviation among the mean values).

在韩国, 试验处理如下：T1: 仅NPK;T2: NPK 粉煤灰 (4 克/盆, 即2000公斤 haminus;1);T3: NPK 硅酸盐矿渣(4 克/盆; 2000 公斤 ha-1);T4: NPK PG (4 克/盆, 2000 公斤 haminus;1);T5: NPK BFS (4 克/盆);T6: NPK RFS (4 克/ 盆);和 T7: NPK BFS (2 克/盆, 50%) RFS (2 克/盆, 50%) 。日本的试验处理是 T1: NPK;T2: NPK 生物炭 (4 克/盆, 即2000公斤 haminus;1);T3: NPK 硅酸盐矿渣 (4 克/盆; 2000 公斤 haminus;1);T4: NPK 磷石膏、PG (4 克/盆、2000公斤 haminus;1);T5: NPK 生物炭 (4 克/盆) 萍 (10 克鲜/盆) 蓝藻;T6: NPK 硅酸盐矿渣 (4 克/盆) 萍 (10 克鲜/盆) 蓝藻;T7: NPK 磷石膏, PG (4 克/盆, 2000 公斤 haminus;1) 萍 (10 克鲜/盆) 蓝藻。孟加拉国设置七个和日本一样的处理。试验采用随机区组设计，每个处理重复三次。水稻移栽前根据推荐基肥用量施用过磷酸钙和氯化钾 (P2o5: K2o = 40:30 公斤 ha-1) 。在水稻苗移栽前, 在盆栽土壤中加入氮肥推荐率的三分之一, 在分蘖期 (移栽后4周) 和孕穗期（移栽后6后）分别施用三分之一的氮肥推荐量。在韩国、日本和孟加拉国分别将出苗二十一天的水稻品种 Dongjinbyeo (粳型)、志高 (粳型) 和 BRRI Dhan 29 (籼型) 移栽到实验盆中。在水稻移栽到实验盆后, 保持盆内水位在5厘米左右，直到水稻分蘖期，在有效分蘖结束后，排干盆内水并停止灌水。在移栽到分蘖期时, 在水稻种植盆中提供了灌溉水, 使水位保持在5厘米左右, 然后在生产分蘖阶段排出, 然后在水稻抽穗期和灌浆期间歇性灌水。最后, 在水稻收割前两周停止灌溉。

2.2. 气体取样

一个密闭室方法 (Ali et al., 2008) 用来测量水稻种植盆中的甲烷和一氧化二氮的排放量。在水稻种植盆的底座上放置了直径为21厘米、高100厘米的圆柱形丙烯材料箱，气体样品从柱箱中抽取。用50毫升气密的注射器分别在在0、15和30分钟的时间间隔时从水稻种植盆上放置的透明丙烯密闭箱中抽取气体样品, 然后转移到用丁基橡胶密封的真空瓶中。气体样品的采集一周一天, 一天3 次 (8.00–12.00–16.00), 从中获得水稻生育期平均 CH4和 N2O 的排放量。

2.3. 测量 CH4和 N2O 浓度

在收集的空气样品中, CH<su

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