有机肥部分替代化肥对菜地温室气体排放的影响文献综述

一.研究内容

本课题主要开展温室气体排放及微生物机制方面的研究，将从以下几个方面开展研究：

• 施肥后土壤理化性质变化
• 温室气体排放
• 微生物特征

二．研究手段

为了研究有机肥部分替代化肥对菜地温室气体排放的影响，设置了不施氮肥，25%活性污泥，50%活性污泥，25%猪粪，50%猪粪，100%猪粪这六种处理，利用静态箱法—气相色谱仪监测菜地甲烷（CH₄），二氧化碳（CO₂），氧化亚氮（N₂O）排放通量并进行分析。

三.主要参考文献

• 《不同施肥模式下硝化抑制剂DCD与_省略_菜地N_2O排放和土壤特性的影响_易琼》
• 《不同有机肥对稻田温室气体排放及产量的影响_吴家梅》
• 《有机_无机肥不同配施比例对稻季CH_4和N_2O排放的影响_刘红江》
• 《有机肥对日光温室生菜地土壤温室气体排放的影响_江振》
• 《不同类型有机肥与化肥配施的农学和环境效应研究_李燕青》
• 《城市污泥堆肥对土壤温室气体排放的短期影响_蒋越》
• 《有机无机肥配施对旱地作物生长的影响及环境效应研究_司婷》
• 《有机无机配施及DMPP对土壤N_2O排放和氨氧化微生物的影响_兰翔》
• 《沼液替代化肥对稻麦农田生态系统的影响_董晶晶》
• 《水稻生产应对气候变化与城市化的措施》
• 《中国三大主粮作物生产过程中温室气体和活性氮排放的评估及减排潜力分析》
• 《菜地氮肥施用量与N₂O排放量的定量关系及硝化抑制剂效果》
• 《施用城市污泥堆肥对稻麦轮作系统环境效应的影响研究》
• 《农田土壤N₂O排放特征及其机制研究》
• 《Microbial diversity drives multifunctionality in terrestrial ecosystems》

四．文献综述

近年来，温室气体越来越受到广大研究者的重视。大气中三大主要的温室气体为 CO₂、N₂O和 CH₄，其中的 N₂O 不仅可以破坏平流层臭氧层，而且在大气中可以长时间存留，其主要排放源为生物源，而非像大气 CO₂一样大部分来源于能源和工业过程。 农业活动是主要的温室气体排放源之一。农业管理措施特别是施肥直接影响农田土壤温室气体排放。一般认为，有机肥通过增加土壤有机质和总孔隙度以及土壤呼吸释放更多的CO₂ 但同时也增加土壤碳库，减缓温室效应。 施用有机肥一方面为土壤产甲烷菌提供丰富的产甲烷基质， 另一方面通过改善 土壤理化性质为产甲烷菌和甲烷氧化菌生长提供了适宜的生长环境，ＣＨ₄ 排放或吸收最终由土壤ＣＨ₄产生和氧化的差值决定。 有机肥通过调节土壤 Ｃ／Ｎ 直接或间接影响 Ｎ_２Ｏ 排放。在自然条件下由于土壤中氮素背景值较低，土壤微生物通过硝化和反硝化过程释放的 N₂O 量比较低。但随着经济的发展和人类生活的需求，大量施用氮素来保障和增加作物产量已成为大气中 N₂O 排放的主要人为生物来源。据 IPCC 最新评估，每年以 N₂O 形式排放的氮量占人类活动总释放量的47%，这都是由于大量使用化肥造成的。上个世纪 90 年代，在我国农田土壤中，每年由于施肥引起的 N₂O 排放有 20%来自菜地。由于菜地常年精耕细作，而且氮肥施用量大，造成供大于求的现象，增加了土壤中硝态氮的含量，相应的土壤结构和组成等发生了相应变化，所以菜地土壤 N2O 排放强度会要高于农田土壤，且其 N₂O 排放规律要比其它粮田更为复杂。在农田和菜地土壤氮素转化过程中，一些土壤化学指标的变化（如铵态氮、硝态氮、p H、酸化、N₂O）是否归因于或伴随着微生物机制方面的同步变化鲜有提及。所以本研究通过对典型露地菜地的土样进行取样分析，并结合其各自的 N₂O 年度累积排放量等特征及其理化性状，探究其与土壤中微生物区系组成变化的关系，为合理调控土壤氮素转化，减少氮素损失和减排 N₂O 提供科学依据。

施用有机肥对土壤温室气体排放影响的报道较多。但不同研究者因有机肥种类或用量不同， 得出不同的研究结果。常用有机肥有作物秸秆 家畜粪便等。马义虎等通过研究玉米秸秆源有机肥在不施氮和施氮2种情况下稻田温室气体排放， 得出无论是施氮还是不施氮，ＣＯ_２ 、ＣＨ_４ 排放量均 以秸秆直接还田处理最大，其次为秸秆制成堆肥和沼渣处理，施氮增加ＣＯ_２ ＣＨ_４ 和 Ｎ_２Ｏ 排 放 量。 刘红江等研究了秸秆与无机肥配施对水稻生长季ＣＨ_４和 Ｎ_２Ｏ 排放的影响，得出秸秆还田显著增 加稻季ＣＨ_４排放量， 但降低了Ｎ_２Ｏ排放量，增施氮、磷、 钾肥导致稻季ＣＨ_４和Ｎ_２Ｏ增排。翟振等和周鹏等研究表明，单施鸡粪和鸡粪与化肥配施能减少华北平原春玉米田Ｎ_２Ｏ排放。在等碳量施肥模式下，鸡粪与化肥配施的稻田ＣＨ_４季节累积排放量是猪粪与化肥配施的1.76 倍。 采 用腐熟后的菌渣和沼渣代替新鲜的稻草和牛粪还田 可以使稻田ＣＨ_４排放量降低约60％ ，ＣＨ_４和Ｎ_２Ｏ的整体温室效应降低约 50％。新鲜绿肥处理排放的ＣＨ_４ 显著高于熟制有机肥和化肥。

综上所述，前人的研究主要集中在单纯化肥、有机肥、控释肥、脲酶抑制剂等的施用对温室气体排放的影响方面。已有研究表明，有机肥—化肥配施能够促进作物的生长发育，能够增加作物产量，并可以提高土壤肥力水平，50%有机肥等氮量替代化肥处理能够减少稻田地表总氮流失量，有机-无机肥配施还可以提高氮素利用效率。而有机-无机肥不同配施比例对菜地 CH₄、CO₂和 N₂O排放的综合影响报道较少。为此，本研究于 2018 年采用大田小区试验，在上季菠菜全量还田、等氮量替代条件下，设计6个不同有机-无机肥配施比例（备注：不施氮肥，25%活性污泥，50%活性污泥，25%猪粪，50%猪粪，100%猪粪这六种处理），定量研究不同有机-无机肥配施比例对菜地 CH₄、CO₂ 和 N₂O 排放的综合影响，探索有机-无机肥适宜的配施比例，以期为我国菠菜生产合理施肥和菜地温室气体减排提供科学依据。