Effect of Bacterial Agent Added to Fertilizer on Greenhouse Gas Emissions of Mountain Red Soil
-
摘要:目的 研究猪粪与菌剂配施对山地红壤温室气体排放的影响，为减少温室气体排放提供理论依据。方法 通过盆栽试验，探讨对照（CK）、复合肥（F）、猪粪（FM）、低量菌剂与猪粪配施（FMI1）、中量菌剂与猪粪配施（FMI2）和高量菌剂与猪粪配施（FMI3）6 种不同处理下土壤温室气体的排放规律。结果 （1）施用菌剂可以显著降低CO2、CH4和N2O的排放通量，且高量菌剂与低中量菌剂有显著差异性；（2）高剂量菌剂与CK相比，CO2累计排放量降低了84.33%，CH4累计排放量降低了76.39%，N2O累计排放量降低了86.44%；（3）施用菌剂可以显著降低综合温室效应（GWP），菌剂施用量越大，对温室效应抑制越明显；（4）施用菌剂可以显著提高土壤养分含量。结论 在施用肥料的基础上配施菌剂，可以降低山地红壤CO2、CH4和N2O排放通量与综合温室效应，且菌剂剂量越大，效果越佳。Abstract:Objective Effect of addition of a bacterial agent to pig manure or a compound fertilize in mountain red soil on the greenhouse gas emissions was investigated.Method In a pot experimentation on the red soil from hilly regions, a compound fertilizer (F), pig manure (FM), combination of FM and a low level bacterial agent (FMI1), combination of FM and a medium level bacterial agent (FMI2), or combination of FM and a high level bacterial agent (FMI3) was applied to examine the differences on the greenhouse gas emissions.Result The addition of the bacterial agent resulted in (1) a reduction on the emission fluxes of CO2, CH4 and N2O with a significant difference between the high level and the low or medium level of the application; (2) an 84.33% decrease on the cumulative CO2 emission, 76.39% on CH4, and 86.44% on N2O over CK; (3) a significantly reduced comprehensive greenhouse effect (GWP) which was enhanced with increasing addition level; and, (4) a significant improvement on the nutrient content in the soil.Conclusion Applying the bacterial agent along with pig manure or a compound fertilizer significantly reduced the emission fluxes of CO2, CH4 and N2O from the mountain red soil and GWP. The higher the dose of the bacterial agent, the greater beneficial effects would result.
-
Keywords:
- Bacterial agent /
- pig manure /
- mountain red soil /
- greenhouse gas emission
-
0. 引言
【研究意义】温室气体排放引起的全世界气候变化是当今社会广泛关注的全球性问题。全球温室效应带来的一系列气候问题归咎于CO2、CH4和N2O等温室气体[1]。其中CO2对温室效应的增强起关键性作用，贡献率约占56%，CH4约占15%，N2O约占9%[2-3]。土壤是温室气体的重要来源之一，每年有大约10%的CO2、15%～30%的CH4、80%～90%的N2O的来自于土壤[4-5]。土壤温室气体的排放对全球气候变化有不可忽视的作用，而不同类型的土壤温室气体的排放存在差异。福建省70%山地土壤为红壤[6]，因此探究山地红壤温室气体排放的相关规律及排放特征有重要意义。【前人研究进展】土壤中CO2的主要产出途径为根系呼吸作用和有机质被微生物矿化分解[7]，甲烷产生菌和氧化菌互相作用产生的CH4占土壤排放CH4的80%[8]，70%的N2O气体的产生由微生物主导[9]，可见温室气体的排放与微生物生理活动密切相关。微生物菌剂作为一种新兴肥料，既可以活化土壤养分，又可以提高作物产量和品质，还能提高肥料利用率，抑制农作物对重金属的吸收[10]。现有研究表明，在肥料中加入微生物菌剂是一种新的温室气体减排思路[11-13]。【本研究切入点】近年来，国内多将菌剂施用于果树、蔬菜中，用于提高作物产量、防治病虫害以及土壤修复[14-16]，而忽略了微生物菌剂对土壤温室气体排放的影响。【拟解决的关键问题】本研究通过盆栽试验研究猪粪配施不同剂量微生物菌剂对土壤CH4、N2O和CO2排放的影响，以期通过微生物固氮及固碳过程中减少肥料对土壤温室气体排放的影响，为温室气体减排提供理论依据。
1. 材料与方法
1.1 试验材料
供试土壤为花岗岩类风化的残坡积物发育的亚热带山地红壤，取自福建省三明市清流县灵地镇（25°51′N，116°49′E），采集深度为20 cm，土壤风干后挑去石块、石砾和动植物残体，过2 mm孔径筛。供试土壤基本性质为：有机质5.38 g·kg−1，全氮0.42 g·kg−1，全磷0.76 g·kg−1，全钾0.42 g·kg−1，碱解氮24.15 mg·kg−1，速效磷7.31 mg·kg−1，速效钾30.42 mg·kg−1，pH 5.43。
供试微生物菌剂为北京世纪阿姆斯公司生产，黑色颗粒状，有效菌种为枯草芽孢杆菌和胶冻样类枯草芽孢杆菌，每克菌剂中有效菌种数量大于108个。
供试猪粪取自福建省三明市清流县灵地镇养猪场，放置阴凉通风处干燥后施用，其基本养分含量为：有机质384.85 g·kg−1，全氮21.98 g·kg−1，全磷30.11 g·kg−1，全钾2.82 g·kg−1。所用化肥为N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15复合肥。
1.2 试验设计
试验地点为福建农林大学田间实验室（26°5′N ，119°13′E）。选取直径33 cm、高24 cm的塑料花盆，每盆装土6 kg。共设6个处理：不施肥（CK）、复合肥（F）、猪粪（FM）、低量菌剂与猪粪配施（FMI1）、中量菌剂与猪粪配施（FMI2）、高量菌剂与猪粪配施（FMI3）。每个处理设3个重复，共18盆，随机排列，采取相同的农业管理措施。选用15∶15∶15复合肥，每盆施用量为1.2 g，折合大田施用量为444 kg·hm−2。猪粪施用量为每盆40.54 g，折合大田施用量为15 t·hm−2，与土壤混匀后装入盆中。微生物菌剂分低中高3个梯度施用，每盆施用量分别为10、20、30 g，折合大田施用量分别为3 700、7 400、11 100 kg·hm−2，与上述施用量的物料混匀后装入盆中。于2016年11月选择长势良好、株高约45 cm的竹柏幼苗种植于装土的花盆中，每盆2株。
1.3 样品采集与测定
CH4、N2O和CO2气体样品的测定采用密封静态箱法（明箱法）。箱体由长×宽×高为50 cm×50 cm×100 cm、厚度5 mm透明有机玻璃板制成，箱体顶部配有小风扇以混匀箱内气体，顶部设有温度计专用孔，测定箱内温度。箱体底部中央位置设盆栽花盆最大外径大小的圆孔，箱体与底板密封性良好，底板四周设凹槽，测量时以水密封。每月采集气体1次，每次采集均在上午9:00—11:00完成。分别在罩箱后的10、20、30 min用50 mL注射器从箱中抽取气体，来回抽动3次以完全混匀气体，转移到0.5 L气体采样袋，并同步记录采样箱内温度。气体样品采用气相色谱仪（Agilent 7890A）测定CH4、N2O 和CO2的浓度，CH4和CO2检测器为火焰原子化检测器（FID），检测器温度为250℃，载气是高纯氮气（99.999%），柱箱温度为60℃；N2O检测器为电子捕获检测器（ECD），检测器和分离柱的温度分别为330℃和55℃。
竹柏于2017年7月收获，种植结束后，每个盆内取0～20 cm深混合样，测定土壤养分指标。土壤碳氮采用碳氮元素分析仪（德国ELEMENTAR）测定，土壤速效磷采用0.5 mol·L−1 NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定，土壤速效钾采用NH4OAc浸提火焰光度法测定，土壤全磷、全钾采用NaOH熔融法测定，土壤微生物量碳采用氯仿熏蒸TOC测定仪（岛津SHIMADZU，日本）测定。
1.4 数据处理与分析方法
1.4.1 CH4、N2O 和CO2排放通量计算
F=ρVA⋅dCdt⋅273273+T (1) 式中：F为CO2、CH4和N2O排放通量，单位分别为mg·m−2·h−1、mg·m−2·h−1和μg·m−2·h−1；ρ为标准状态下CO2、CH4和N2O气体密度，分别是1.96 kg·m−3、0.714 kg·m−3和1.25 kg·m−3；V为采样箱体积，m3；A为盆栽表层土面积，m2；dC/dt为单位时间内采样箱内CO2、CH4和N2O浓度变化率；T为采样过程中箱内的平均温度（℃）；CO2、CH4和N2O排放通量用3个重复的平均值表示。
1.4.2 温室气体累计排放量计算
累计排放量=∑ni=1Fi×D×24 (2) 式中：Fi表示生长期内CH4、N2O和CO2平均排放通量；D表示生长天数。
1.4.3 综合温室效应计算
GWP=GWPCH4+GWPN2O=25×RCH4+298×RN2O (3) 式中：RCH4为季节累积排放量，kg·hm−2；RN2O为N2O 季节累积排放量，kg·hm−2；25和298分别为CH4和N2O与CO2增温潜势相比的倍数系数。
1.4.4 数据处理
运用Excel 2013和SPSS 18.0 软件进行数据统计与分析，用LSD进行差异显著性检验。
2. 结果与分析
2.1 猪粪与菌剂配施对山地红壤CO2排放的影响
由图1可知，不同处理间土壤CO2排放通量的变化趋势大致相同，CO2排放通量均为负值，不同处理间CO2排放在不同时间段内有差异性。不同剂量微生物菌剂施入土壤中，CO2排放通量均呈现下降趋势，表现出对CO2的吸收作用，随后吸收强度逐渐减弱。高量菌剂与猪粪配施（FMI3）处理中CO2排放通量在各个时间段均低于其他处理，平均通量为−209.61 mg·m−2·h−1，而中量菌剂与猪粪配施（FMI2）CO2平均通量为−137.13 mg·m−2·h−1，降低幅度为52.45%，FMI3最小值出现在2月12日，为−278.80 mg·m−2·h−1。
![]()
图 1 猪粪配施菌剂对山地红壤CO2排放的影响Figure 1. Effects of bacterial agent added to pig manure on CO2 emission of mountain red soil整个试验期内，土壤CO2累计排放通量表现为负值（图2）。各处理对CO2吸收能力大小为FMI3＞F＞FMI1＞FMI2＞FM＞CK。不施肥（CK）累计排放量为−6 424.24 kg·hm−2，为各处理间最大值。低量菌剂与猪粪配施（FMI1）和中量菌剂与猪粪配施（FMI2）累计排放量为−8 421.34、−7 767.23 kg·hm2，与CK相比累计吸收量分别降低31.08%、20.90%。高量菌剂与猪粪配施（FMI3）累计排放量为−11 841.56 kg·hm−2，为处理间最小值，与CK相比降低84.33%，与FM相比降低54.89%，与FMI2相比降低52.45%，高量菌剂表现出较强的CO2吸收能力，说明猪粪配施微生物菌剂可以有效增加土壤对CO2的吸收能力。
![]()
图 2 猪粪与菌剂配施对山地红壤CO2累计排放量的影响注：不同字母表示处理间差异显著（P＜0.05），下同。Figure 2. Effect of bacterial agent added to pig manure on cumulative CO2 emission of mountain red soilNote: Different letters indicate significant difference between treatments (P<0.05). Same for the following.2.2 猪粪与菌剂配施对山地红壤CH4排放的影响
试验期内各处理CH4排放通量变化趋势如图3所示，各处理间变化趋势大致相似，同一处理在不同时间段存在差异性，CH4排放高峰出现在2～3月，之后排放量逐渐回落。与其他处理相比，对照（CK）在试验期内CH4排放通量变化较为平稳，平均排放量为0.089 mg·m−2·h−1，高于其他施肥处理。高量菌剂与猪粪配施（FMI3）处理中CH4排放通量在各个时间段均处于较低水平，在3月12日出现负排放，最小值为−0.035 mg·m−2·h−1，平均排放通量为0.021 mg·m−2·h−1，与CK相比降低76.39%，表现出较强的CH4吸收能力。
![]()
图 3 猪粪与菌剂配施对山地红壤CH4排放的影响Figure 3. Effect of bacterial agent added to pig manure on CH4 emission of mountain red soil各处理CH4累计排放量均为正值（图4），试验期内CH4累计排放通量大小为FMI3＞F＞FMI1＞FMI2＞FM＞CK。与CK相比各处理甲烷排放降低了1.1～2.2倍，猪粪配施菌剂降低了甲烷的排放。CK处理中CH4累计排放量为5.04 kg·hm−2，是处理间最大值。FMI3处理中CH4累计排放量为1.19 kg·hm−2，是处理间最小值，与CK相比降低了76.39%，与FMI2相比降低了61.35%，说明配施高量菌剂能显著降低土壤CH4的排放量。
![]()
图 4 猪粪与菌剂配施对山地红壤CH4累计排放量的影响Figure 4. Effect of bacterial agent added to pig manure on cumulative CH4 emission of mountain red soil2.3 猪粪与菌剂配施对山地红壤N2O排放的影响
试验期内各处理N2O排放规律见图5，排放峰值集中在3月份。对照（CK）生长期内N2O排放通量皆高于其他施肥处理，最大值为3月12日的N2O排放通量34.56 μg·m−2·h−1，平均排放通量为21.49 μg·m−2·h−1。高量菌剂与猪粪配施（FMI3）处理中N2O排放通量在各个时间段均处于最低水平，在1—2月份出现负排放，最小值为−5.64 mg·m−2·h−1，平均排放通量为2.91 mg·m−2·h−1，与CK相比降低86.44%，高量菌剂可以有效抑制N2O的排放。
![]()
图 5 猪粪与菌剂配施对山地红壤N2O排放的影响Figure 5. Effect of bacterial agent added to pig manure on N2O emission of mountain red soil试验内各处理土壤N2O累计排放量见图6，各处理N2O均为正排放。各施肥处理与不施肥（CK）相比，N2O排放量均呈现降低的趋势。与CK相比，各施肥处理N2O累计排放量降低了3.2～6.0倍，其中高菌剂配施猪粪（FMI3）处理最为显著。添加微生物菌剂后，3个浓度的N2O累计排放量分别为0.94 kg·hm2、0.74 kg·hm2和0.16 kg·hm2，与CK相比添加菌剂后对土壤N2O的排放有抑制作用，且随着菌剂剂量的增加，N2O排放量减少。
![]()
图 6 猪粪与菌剂配施对土壤N2O累计排放量的影响Figure 6. Effect of bacterial agent added to pig manure on cumulative N2O emission of mountain red soil2.4 猪粪与菌剂配施对山地红壤综合温室效应的影响
试验内各处理的综合温室效应大小与CH4和N2O的增温潜势序相同（表1），说明本研究中CH4和N2O对综合温室增温趋势的影响一致。各处理综合温室效应大小为：FMI3＞FMI2＞FMI1＞FM＞F＞CK，在100年尺度下，施用菌剂降低了土壤综合温室效应，且随着施入微生物菌剂剂量的增加，综合温室效应抑制效果越明显，与CK表现出显著差异（P＞0.05）。与FM相比，加入高量菌剂的处理综合温室效应减少了53.67%。
表 1 猪粪与菌剂配施对山地红壤综合温室效应的影响Table 1. Effect of bacterial agent added to pig manure on GWP of mountain red soil处理 Treatment CH4增温潜势 GWPCH4 N2O增温潜势 GWPN2O 综合温室效应 GWP CK 114.08±0.19 a 0.36±0.01 a 114.44±0.20 a F 87.14±0.16 b 0.22±0.07 b 87.35±0.23 b FM 79.68±0.06 b 0.27±0.02 b 79.95±0.08 b FMI1 76.14±0.15 b 0.28±0.09 b 76.42±0.24 b FMI2 70.39±0.20 b 0.25±0.05 b 70.64±0.25 b FMI3 35.52±0.13 c 0.05±0.00 c 35.58±0.13 c 2.5 猪粪与菌剂配施对山地红壤微生物量碳的影响
不同处理间土壤微生物量碳差异较大（图7）。空白（CK）和复合肥（F）处理最低且没有显著差异。与空白相比，施用猪粪（FM）后土壤微生物量碳大幅提高了1.3倍。与猪粪处理相比，添加菌剂后土壤微生物量碳含量提高了13.40%～89.67%，且随着菌剂施用量的增加微生物量碳含量增加。
![]()
图 7 猪粪与菌剂配施对土壤微生物量碳的影响Figure 7. Effect of bacterial agent added to pig manure on microbial carbon biomass of mountain red soil2.6 猪粪与菌剂配施对土壤养分状况的影响
猪粪与菌剂配施有提高土壤养分含量的效果（表2）。土壤全氮提升了11.90%～69.05%，猪粪处理（FM）对土壤全氮含量提升最大，菌剂配施猪粪对全氮含量的提升效果低于不施用菌剂的处理，且不同菌剂用量对土壤全氮含量无显著差异。土壤全磷含量随菌剂施用量的提高而提高，但不同菌剂用量处理间无显著差异，FM处理与配施菌剂处理（FMI）间土壤全磷存在显著差异，菌剂与猪粪配施能显著提高土壤全磷含量，与CK相比施用猪粪全磷含量提高了64.52%，施用菌剂的处理全磷含量提高了1倍。菌剂与猪粪配施处理（FMI）土壤全钾含量相比空白处理显著提高了22.67%～31.26%，且随菌剂使用量的提高而提高，但不同施用量间无显著差异。FM处理全钾含量提高了16.71%，提升效果显著低于菌剂与猪粪处理。在速效养分上施用猪粪和菌剂的处理均显著高于不施肥和单施复合肥处理。与空白相比，菌剂与猪粪配施后土壤碱解氮含量提高了43.15%～49.77%，速效磷提高了5.05～5.15倍，速效钾提高了1倍，速效养分随菌剂施用量的提高而提高，但不同用量间无显著差异。FM处理碱解氮和速效磷含量低于配施菌剂处理，但速效钾含量与菌剂处理无显著差异。与空白相比，施用猪粪碱解氮提高了22.45%，速效磷提高了3.52倍，速效钾提高了86.75%，施用猪粪可以显著提高土壤速效养分，菌剂与猪粪配施效果更佳。
表 2 猪粪与菌剂配施对土壤化学性质的影响Table 2. Effect of bacterial agent added to pig manure on soil chemistry处理
Treatment全氮
Total nitrogen（g·kg−1）全磷
Total phosphorus（g·kg−1）全钾
Total potassium（g·kg−1）碱解氮
Alkaline hydrolysis nitrogen（mg·kg−1）速效磷
Available potassium（mg·kg−1）速效钾
Available potassium（mg·kg−1）CK 0.42±0.02 c 0.31±0.01 c 8.38±0.37 c 24.15±3.64 c 7.31±0.60 d 30.42±2.77 c F 0.47±0.01 c 0.34±0.00 c 9.76±0.17 b 30.39±7.67 b 12.45±1.10 c 40.42±1.70 b FM 0.71±0.00 a 0.51±0.03 b 9.78±0.14 b 30.08±4.51 b 33.07±4.23 b 56.81±1.39 a FMI1 0.59±0.02 b 0.61±0.03 a 10.28±0.34 a 34.88±2.63 a 44.19±1.82 a 60.81±0.00 a FMI2 0.60±0.00 b 0.65±0.03 a 10.63±0.78 a 34.57±2.47 a 45.28±1.85 a 60.00±1.70 a FMI3 0.61±0.01 b 0.63±0.00 a 11.00±0.23 a 36.17±3.55 a 44.93±1.87 a 61.62±0.00 a 3. 讨论
3.1 猪粪与菌剂配施对CO2排放的影响
本研究中所测的CO2排放通量为包括土壤呼吸与地上部植物呼吸共同作用的结果。结果表明，施肥会降低土壤CO2排放量，猪粪与菌剂配施效果更为明显。与未施菌剂相比，加入微生物菌剂可以降低CO2排放量，但高量剂量微生物菌剂与低中剂量的减排效果有明显差异。猪粪的施入，提高了土壤养分含量，为植物和微生物的生长发育提供条件；而菌剂的加入，为土壤带来大量枯草芽孢杆菌，增加了原生微生物的数量和种类[17-18]，促进了生物固碳的过程，土壤碳库被微生物截留下来用于生长繁殖[19]，同时枯草芽孢杆菌还具有分解并抑制土壤中病菌、害虫的滋生的特点，为作物根系的健康生长提供良好的环境，并且枯草芽孢杆菌能够诱导能够产生类似细胞分裂素、植物生长激素的物质，使植物不受病原菌的侵害，在此环境下植物生长速度加快，吸收大量CO2进行光合作用合成自身所需养分[20-22]，因此CO2排放量呈降低的趋势。
3.2 猪粪与菌剂配施对CH4排放的影响
甲烷的排放主要指甲烷产生、氧化和甲烷从土壤传送到大气三个过程，甲烷的产生是关键环节，甲烷的产生过程由产甲烷菌控制[23-25]。王玉英[25]对冬小麦-夏玉米轮作体系土壤温室气体通量进行研究，认为微生物数量增加可能会对CH4的排放或吸收有抑制作用。猪粪与菌剂配施，为土壤带来大量枯草芽孢杆菌，破坏了原生微生物圈的平衡，枯草芽孢杆菌与其他微生物争夺氧气和营养物质，形成空间占位[26]，限制甲烷菌的繁殖发育，激活土壤中有益菌的数量与活性，加快分解植株根系分泌物和土壤有机质，减少产甲烷基质从而使甲烷产率降低[27-28]。
3.3 猪粪与菌剂配施对N2O排放的影响
土壤N2O的产生主要来自硝化和反硝化过程[29-30]，这两个生物过程的限制条件主要为土壤含水量和氧气状况[31]，高氧气条件下，消化过程为主导，反之反硝化过程为主导。王斌[29]在水稻大田实验中施用了有效微生物菌剂（EM），发现EM对水稻的N2O有减排效果，其原因可能是菌剂中的一些菌群在生长代谢中对铵态氮和硝态氮吸收利用，并与硝化细菌、反硝化细菌形成了竞争关系，从而降低了N2O的排放。王璠[32]等认为芽孢杆菌可以使小分子氮素化合物更容易被植物吸收利用，进而对N2O的排放起到一定控制作用。本研究中，猪粪配施微生物菌剂后，对土壤N2O排放表现出抑制作用，原因可能为菌剂中大量的枯草芽孢杆菌，对铵态氮和硝态氮吸收利用，并限制硝化/反硝化细菌的繁殖发育，同时促进植物根系吸收小分子氮素化合物， 从而降低N2O的排放。
3.4 微生物菌剂对综合温室效应的影响
本研究在100年尺度上评价不同施肥措施山地红壤CH4和N2O的综合温室效应。各处理与CK相比，综合温室效应显著降低，高量菌剂配施猪粪处理的综合温室效应最显著，说明施用菌剂会显著降低土壤的综合温室效应。与猪粪处理相比，微生物菌剂可以显著降低山地红壤的综合温室效应，但随着菌剂剂量的增加，对综合温室效应的抑制作用增加。
3.5 微生物菌剂对土壤微生物量碳的影响
土壤微生物量碳可以有效的表征土壤微生物，是土壤质量变化的生物学指标[33]。本研究中，土壤微生物量碳含量较低，主要是因为供试土壤有机碳含量比较低（5.38 g·kg−1），且种植盆栽前土壤经过晾晒，原生微生物群落破坏严重。单施复合肥量比较小，对土壤微生物量影响较小。施用猪粪后，带入了大量的碳源和氮源，促进了微生物的生长繁殖，因此与CK相比，微生物量碳大幅提高。菌剂中本身就含有大量的枯草芽孢杆菌，借助猪粪和复合肥的养分，施入土壤后迅速生长繁殖，从而提高土壤微生物量。有研究表明化肥与有机肥配施下土壤微生物量碳显著大于不施肥和单施化肥的处理，微生物量碳也是土壤生物固碳的重要过程，外源有机物料的添加能显著影响土壤微生物量碳的变化。施用微生物菌剂后土壤微生物量碳显著高于其他未施用菌剂处理，说明菌剂中的农业益生菌施入土壤后可以存活，且有助于土壤温室气体的减排。
4. 结论
施用有机肥降低了土壤温室气体的排放，在原有施肥条件下添加复合微生物菌剂后，可以有效降低山地红壤温室气体排放，且随着菌剂施用量的增加，效果越明显。与空白相比，猪粪配施菌剂CH4和N2O排放量都大幅降低，猪粪配施高剂量菌剂增幅最大。施用微生物菌剂大幅提高土壤微生物量碳，提高土壤的生物固碳、固氮过程。总的来看，在施用猪粪的基础上配施微生物菌剂，不仅可以提高土壤肥力，降低山地红壤温室气体排放，还可以消纳有机废弃物，减少畜禽粪便对环境的破坏。
-
![]()
图 1 猪粪配施菌剂对山地红壤CO2排放的影响
Figure 1. Effects of bacterial agent added to pig manure on CO2 emission of mountain red soil
![]()
图 2 猪粪与菌剂配施对山地红壤CO2累计排放量的影响
注：不同字母表示处理间差异显著（P＜0.05），下同。
Figure 2. Effect of bacterial agent added to pig manure on cumulative CO2 emission of mountain red soil
Note: Different letters indicate significant difference between treatments (P<0.05). Same for the following.
![]()
图 3 猪粪与菌剂配施对山地红壤CH4排放的影响
Figure 3. Effect of bacterial agent added to pig manure on CH4 emission of mountain red soil
![]()
图 4 猪粪与菌剂配施对山地红壤CH4累计排放量的影响
Figure 4. Effect of bacterial agent added to pig manure on cumulative CH4 emission of mountain red soil
![]()
图 5 猪粪与菌剂配施对山地红壤N2O排放的影响
Figure 5. Effect of bacterial agent added to pig manure on N2O emission of mountain red soil
![]()
图 6 猪粪与菌剂配施对土壤N2O累计排放量的影响
Figure 6. Effect of bacterial agent added to pig manure on cumulative N2O emission of mountain red soil
![]()
图 7 猪粪与菌剂配施对土壤微生物量碳的影响
Figure 7. Effect of bacterial agent added to pig manure on microbial carbon biomass of mountain red soil
表 1 猪粪与菌剂配施对山地红壤综合温室效应的影响
Table 1 Effect of bacterial agent added to pig manure on GWP of mountain red soil
处理 Treatment CH4增温潜势 GWPCH4 N2O增温潜势 GWPN2O 综合温室效应 GWP CK 114.08±0.19 a 0.36±0.01 a 114.44±0.20 a F 87.14±0.16 b 0.22±0.07 b 87.35±0.23 b FM 79.68±0.06 b 0.27±0.02 b 79.95±0.08 b FMI1 76.14±0.15 b 0.28±0.09 b 76.42±0.24 b FMI2 70.39±0.20 b 0.25±0.05 b 70.64±0.25 b FMI3 35.52±0.13 c 0.05±0.00 c 35.58±0.13 c 
下载: 导出CSV
表 2 猪粪与菌剂配施对土壤化学性质的影响
Table 2 Effect of bacterial agent added to pig manure on soil chemistry
处理
Treatment全氮
Total nitrogen（g·kg−1）全磷
Total phosphorus（g·kg−1）全钾
Total potassium（g·kg−1）碱解氮
Alkaline hydrolysis nitrogen（mg·kg−1）速效磷
Available potassium（mg·kg−1）速效钾
Available potassium（mg·kg−1）CK 0.42±0.02 c 0.31±0.01 c 8.38±0.37 c 24.15±3.64 c 7.31±0.60 d 30.42±2.77 c F 0.47±0.01 c 0.34±0.00 c 9.76±0.17 b 30.39±7.67 b 12.45±1.10 c 40.42±1.70 b FM 0.71±0.00 a 0.51±0.03 b 9.78±0.14 b 30.08±4.51 b 33.07±4.23 b 56.81±1.39 a FMI1 0.59±0.02 b 0.61±0.03 a 10.28±0.34 a 34.88±2.63 a 44.19±1.82 a 60.81±0.00 a FMI2 0.60±0.00 b 0.65±0.03 a 10.63±0.78 a 34.57±2.47 a 45.28±1.85 a 60.00±1.70 a FMI3 0.61±0.01 b 0.63±0.00 a 11.00±0.23 a 36.17±3.55 a 44.93±1.87 a 61.62±0.00 a
下载: 导出CSV
-
[1] ROGELJ J, DEN E M, HÖHNE N, et al. Paris Agreement climate proposals need a boost to keep warming well below 2℃ [J]. Nature, 2016, 534(7609): 631−639. DOI: 10.1038/nature18307
[2] SOLOMON S. IPCC: Climate Change The Physical Science Basis [J]. American Geophysical Union, 2007, 9(1): 123−124.
[3] IPCC. Working Group I Contribution to the IPCC Fifth Assessment Report(AR5), Climate Change 2013: The Physical Science Basis[C].
[4] FALKOWSKI P, SCHOLES R J, BOYLE E, et al. The global carbon cycle: atest of our knowledge of earth as a system [J]. Science, 2000, 290(5490): 291−296. DOI: 10.1126/science.290.5490.291
[5] BOWDEN R D, DAVIDSON E, SAVAGE K, et al. Chronic nitrogen additions reduce total soil respiration and microbial respiration in temperate forest soils at the Harvard Forest [J]. Forest Ecology & Management, 2004, 196(1): 43−56.
[6] 张鼎华, 叶章发, 罗水发. 福建山地红壤磷酸离子(H2PO4-)吸附与解吸附的初步研究 [J]. 山地学报, 2001, 19(1):19−24. DOI: 10.3969/j.issn.1008-2786.2001.01.004 ZHANG D H, YE Z F, LUO S F. The Preliminary Study on P-Adsorption and P-Desorption in Fujian Mountain Red Soils [J]. Journal of Mountain Research, 2001, 19(1): 19−24.(in Chinese) DOI: 10.3969/j.issn.1008-2786.2001.01.004
[7] 栾军伟, 向成华, 骆宗诗, 等. 山地红壤呼吸研究进展 [J]. 应用生态学报, 2006, 17(12):2451−2456. DOI: 10.3321/j.issn:1001-9332.2006.12.044 LUAN J W, XIANG C H, LUO Z S, et al. Research advance in forest soil respiration [J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2006, 17(12): 2451−2456.(in Chinese) DOI: 10.3321/j.issn:1001-9332.2006.12.044
[8] 陈中云, 闵航, 陈美慈, 等. 不同水稻土甲烷氧化菌和产甲烷菌数量与甲烷排放量之间相关性研究 [J]. 生态学报, 2001, 21(9):1498−1505. DOI: 10.3321/j.issn:1000-0933.2001.09.015 CHEN Z Y, MIN H, CHEN M C, et al. Studies on relationships among methane emission and methane-oxidizingand methanogenic bacteria in three types of rice-field soil [J]. Acta Ecologica Sinica, 2001, 21(9): 1498−1505.(in Chinese) DOI: 10.3321/j.issn:1000-0933.2001.09.015
[9] 沈菊培, 贺纪正. 微生物介导的碳氮循环过程对全球气候变化的响应 [J]. 生态学报, 2011, 31(11):2957−2967. SHEN J P, HE J Z. Responses of microbes-mediated carbon and nitrogen cycles to global climate change [J]. Acta Ecologica Sinica, 2011, 31(11): 2957−2967.(in Chinese)
[10] 杨颂. 不同微生物菌剂对参后地土壤理化性质及酶活性的影响[D]. 长春: 吉林农业大学, 2015. YANG S. Effects of different microbial agents on physicochemical property and enzyme activities in Panax ginseng continuous cropping ground[D]. Changchun: Jilin Agriculture University, 2015. (in Chinese)
[11] 王明友, 杨秀凤, 郑宪和, 等. 复合微生物菌剂对番茄的光合特性及产量品质的影响 [J]. 中国土壤与肥料, 2004(4):37−39. DOI: 10.3969/j.issn.1673-6257.2004.04.012 WANG M Y, YANG X F, ZHENG X H, et al. The effect of tomato photosynthesis characteristic and yield and quality by using biological bacterial manure [J]. Soils and Fertilizers, 2004(4): 37−39.(in Chinese) DOI: 10.3969/j.issn.1673-6257.2004.04.012
[12] DENG Q, ZHOU G, LIU S, et al. Responses of soil CO2 efflux to precipitation pulses in two subtropical forests in southern China [J]. Environmental Management, 2011, 48(6): 1182−1188. DOI: 10.1007/s00267-011-9732-2
[13] ZHANG W, MO J, YU G, et al. Emissions of nitrous oxide from three tropical forests in Southern China in response to simulated nitrogen deposition [J]. Plant & Soil, 2008, 306(1-2): 221−236.
[14] 王誉瑶, 韦中, 徐阳春, 等. 溶磷菌株组合的溶磷效应及对玉米生长的影响 [J]. 植物营养与肥料学报, 2017, 23(1):262−268. DOI: 10.11674/zwyf.16087 WANG Y Y, WEI Z, XU Y C, et al. Dissolving capacity of phosphate dissolving bacteria strains combination and their effects on corn growth [J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2017, 23(1): 262−268.(in Chinese) DOI: 10.11674/zwyf.16087
[15] 栗丽, 李廷亮, 孟会生, 等. 菌剂与肥料配施对矿区复垦土壤养分及微生物学特性的影响 [J]. 应用与环境生物学报, 2016(6):1156−1160. LI L, LI T L, MENG H S, et al. Effects of combined application of microbial agents and fertilizers on soil nutrients and microbial characteristics in reclaimed soil [J]. Chinese Journal of Applied and Environmental Biology, 2016(6): 1156−1160.(in Chinese)
[16] 林欣, 王立立, 杨平, 等. 一株溶磷菌对盐地碱蓬修复盐渍土Cd污染的促进效应 [J]. 农业环境科学学报, 2018, 37(5):883−891. DOI: 10.11654/jaes.2018-0087 LIN X, WANG L L, YANG P, et al. The promoting effect of phosphorus-solubilizing bacteria on remediation of cadmium-contaminated saline soil by Suaeda salsa [J]. Journal of Agro-Environment Science, 2018, 37(5): 883−891.(in Chinese) DOI: 10.11654/jaes.2018-0087
[17] 张丹丹, 莫柳莹, 陈新, 等. 氮沉降对温带山地红壤甲烷氧化菌的影响 [J]. 生态学报, 2017, 37(24):8254−8263. ZHANG D D, MO L Y, CHEN X, et al. Effects of nitrogen addition on methanotrophs in temperate forest soil [J]. Acta Ecologica Sinica, 2017, 37(24): 8254−8263.(in Chinese)
[18] 周丽, 付智丹, 杜青, 等. 减量施氮对玉米/大豆套作系统中作物氮素吸收及土壤氨氧化与反硝化细菌多样性的影响 [J]. 中国农业科学, 2017, 50(6):1076−1087. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.06.009 ZHOU L, FU Z D, DU Q, et al. Effects of reduced N fertilization on crop N uptake, soil ammonia oxidation and denitrification vacteria diversity in maize/soybean relay strip intercropping system [J]. Scientia Agricultura Sinica, 2017, 50(6): 1076−1087.(in Chinese) DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.06.009
[19] 高琳, 王立为, 潘志华, 等. 巨大芽孢杆菌对土壤N2O释放量及土壤微生物的影响 [J]. 中国农业大学学报, 2016, 21(7):76−84. GAO L, WANG L W, PAN Z H, et al. Effects of carbon source and Bacillus megaterium on soil microbial environment and N2O, CH4 emission [J]. Journal of China Agricultural University, 2016, 21(7): 76−84.(in Chinese)
[20] 王国强, 常玉妍, 宋星星, 等. 稻草还田下添加DCD对稻田CH4、N2O和CO2排放的影响 [J]. 农业环境科学学报, 2016, 35(12):2431−2439. DOI: 10.11654/jaes.2016-0877 WANG G Q, CHANG Y Y, SONG X X, et al. Effects of DCD addition on CH4, N2O and CO2 emissions from paddy field under rice straw incorporation [J]. Journal of Agro-Environment Science, 2016, 35(12): 2431−2439.(in Chinese) DOI: 10.11654/jaes.2016-0877
[21] 陈义, 吴春艳, 水建国, 等. 长期施用有机肥对水稻土CO2释放与固定的影响 [J]. 中国农业科学, 2005, 38(12):2468−2473. DOI: 10.3321/j.issn:0578-1752.2005.12.015 CHEN Y, WU C Y, SHUI J G, et al. Emission and fixation of CO2 from soil system as influenced by long-term application of organic manure in paddy soils [J]. Scientia Agricultura Sinica, 2005, 38(12): 2468−2473.(in Chinese) DOI: 10.3321/j.issn:0578-1752.2005.12.015
[22] 任乐, 马秀枝, 范雪松. 不同经营方式及生境对大兴安岭高纬度林区生长盛季山地红壤CO2、CH4、N2O通量的影响 [J]. 生态环境学报, 2015(3):378−386. REN L, MA X Z, FAN X S. Effect of N2O, CH4 and CO2 fluxes in the thriving season of larix gmelinii forest in cold-temperate zone under different forest management and topographic condition [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015(3): 378−386.(in Chinese)
[23] 高德才, 张蕾, 刘强, 等. 生物黑炭对旱地土壤CO2、CH4、N2O排放及其环境效益的影响 [J]. 生态学报, 2015, 35(11):3615−3624. GAO D C, ZHANG L, LIU Q, et al. Effects of biochar on CO2, CH4, N2O emission and its environmental benefits in dryland soil [J]. Acta EcologicaSinica, 2015, 35(11): 3615−3624.(in Chinese)
[24] 胡敏杰, 仝川, 邹芳芳. 氮输入对土壤甲烷产生、氧化和传输过程的影响及其机制 [J]. 草业学报, 2015, 24(6):204−212. DOI: 10.11686/cyxb2014313 HU M J, TONG C, ZOU F F. Effects of nitrogen input on CH4 production, oxidation and transport in soils, and mechanisms: a review [J]. Acta PrataculturaeSinica, 2015, 24(6): 204−212.(in Chinese) DOI: 10.11686/cyxb2014313
[25] 王玉英, 胡春胜. 施氮水平对太行山前平原冬小麦-夏玉米轮作体系土壤温室气体通量的影响 [J]. 中国生态农业学报, 2011, 19(5):1122−1128. WANG Y Y, HU C S. Soil greenhouse gas emission in winter wheat/summer maize rotation ecosystem as affected by nitrogen fertilization in the Piedmont Plain of Mount Taihang, China [J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2011, 19(5): 1122−1128.(in Chinese)
[26] 贾仲君, 蔡祖聪. 水稻植株对稻田甲烷排放的影响 [J]. 应用生态学报, 2003, 14(11):2049−2053. DOI: 10.3321/j.issn:1001-9332.2003.11.053 JIA Z J, CAI Z C. Effects of rice plants on methane emission from paddy fields [J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2003, 14(11): 2049−2053.(in Chinese) DOI: 10.3321/j.issn:1001-9332.2003.11.053
[27] 徐文彬, 刘维屏. 温度对旱田土壤N2O排放的影响研究 [J]. 土壤学报, 2002, 39(1):1−8. DOI: 10.3321/j.issn:0564-3929.2002.01.001 XU W B, LIU W P. Effect of temperature on N2O emissions from sub-tropical upland soils [J]. Acta PedologicaSinica, 2002, 39(1): 1−8.(in Chinese) DOI: 10.3321/j.issn:0564-3929.2002.01.001
[28] 黄耀, 焦燕, 宗良钢, 等. 土壤理化特性对麦田N2O排放影响的研究 [J]. 环境科学学报, 2002, 22(5):598−603. DOI: 10.3321/j.issn:0253-2468.2002.05.011 HUANG Y, JIAO Y, ZONG L G, et al. N2O emission from wheat cultivated soils as influenced by soil physicochemical properties [J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2002, 22(5): 598−603.(in Chinese) DOI: 10.3321/j.issn:0253-2468.2002.05.011
[29] 王斌. 新型氮肥对双季稻田温室气体减排的研究[D]. 北京: 中国农业科学院, 2014. WANG B. Research on GHGs reduction of different innovative nitrogen fertilizer from a double rice field [D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2014. (in Chinese)
[30] 王璠, 徐圣君, 马双龙, 等. 解淀粉芽孢杆菌菌剂对雪菜生长和土壤氧化亚氮排放的影响 [J]. 中国农学通报, 2015, 31(13):229−235. DOI: 10.11924/j.issn.1000-6850.2014-2479 WANG P, XU S J, MA S L, et al. Effectof bacillus amyloliquefaciens biofertilizer on brassica junceavar. multiceps growth and N2O emission from soil [J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2015, 31(13): 229−235.(in Chinese) DOI: 10.11924/j.issn.1000-6850.2014-2479
[31] 赵彤, 蒋跃利, 闫浩, 等. 黄土丘陵区不同坡向对土壤微生物生物量和可溶性有机碳的影响 [J]. 环境科学, 2013, 34(8):3223−3230. ZHAO T, JIANG Y L, YAN H, et al. Effects of different aspects on soil microbial biomass and dissolved organic carbon of the loess hilly area [J]. Environmental Science, 2013, 34(8): 3223−3230.(in Chinese)
[32] 陈安强, 付斌, 鲁耀, 等. 有机物料输入稻田提高土壤微生物碳氮及可溶性有机碳氮 [J]. 农业工程学报, 2015, 31(21):160−167. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.21.021 CHEN A Q, FU B, LU Y, et al. Exogenous organic materials applied to paddy field improving soil microbial biomass C, N and dissolved organic C, N [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2015, 31(21): 160−167.(in Chinese) DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.21.021
[33] 汤宏, 沈健林, 张杨珠, 等. 秸秆还田与水分管理对稻田土壤微生物量碳、氮及溶解性有机碳、氮的影响 [J]. 水土保持学报, 2013, 27(1):240−246. TANG H, SHEN J L, ZHANG Y Z, et al. Effect of rice straw incorporation and water management on soil microbial biomass carbon, nitrogen and dissolved organic carbon in a rice paddy field [J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2013, 27(1): 240−246.(in Chinese)
-
期刊类型引用(1)
1. 杨梦远，滕钊军，孙丽英. 生物菌剂对蔬菜产量及菜地活性气态氮排放的影响. 南京信息工程大学学报(自然科学版). 2022(04): 456-462 . 
百度学术
其他类型引用(2)
计量
- 文章访问数: 1141
- HTML全文浏览量: 508
- PDF下载量: 13
- 被引次数: 3
