生物炭和双氰胺对设施蔬菜土壤温室气体排放的影响

宋博影，郭艳杰, 4，王文赞，吕泽楠，赵宇晴，柳鹭，张丽娟,3

生物炭和双氰胺对设施蔬菜土壤温室气体排放的影响

1河北农业大学资源与环境科学学院，河北保定 071001；2河北省农田生态环境重点实验室，河北保定 071001；3河北省蔬菜产业协同创新中心，河北保定 071001；4华北作物改良与调控国家重点实验室，河北保定 071001

【目的】通过探究生物炭、双氰胺（DCD）及二者联合施用对设施土壤温室气体（N2O、CO2和CH4）排放的综合效应，为设施蔬菜生产体系的温室气体减排和绿色发展提供科学依据。【方法】以设施小油菜（L.）田为研究对象，设置不施氮（CK）、传统施氮（CN）、推荐施氮（RN）、推荐施氮+生物炭（RNB）、推荐施氮+DCD（RND）和推荐施氮+生物炭+DCD（RNBD）6个处理。分析不同处理下土壤温室气体的排放特征，以及排放强度（GHGI）和全球增温潜势（GWP）的差异。【结果】与CN相比，推荐施氮条件下各处理（RN、RNB、RND和RNBD）的小油菜产量降低2.9%—29.3%，但在推荐施氮条件下，生物炭+DCD联合施用处理（RNBD）则使小油菜产量增加了34.4%，生物炭和DCD在小油菜增产方面表现出协同效果（＜0.05）。推荐施氮的各处理较传统施氮（CN）降低了29.4%—76.5%的土壤N2O排放量，以RND效果最优，但对土壤CO2、CH4排放影响不大；与CN相比，推荐施氮的各处理总GWP有所降低，降低幅度为4.3%—51.2%，以RND减排效果最优；就GHGI而言，各推荐施氮处理间差异则不显著（＞0.05）。【结论】相同尿素施用量条件下，推荐施氮配施生物炭或双氰胺对小油菜产量影响不大，但二者联合配施可显著促进小油菜增产，并可在一定程度上降低温室气体累积排放与全球增温潜势，但二者配合施用的效果并不优于推荐施氮与双氰胺配施的处理。

生物炭；双氰胺；设施菜田；小油菜（L.）；温室气体排放强度；综合增温效应

0 引言

【研究意义】当前大气中温室气体（N2O、CO2和CH4）浓度升高导致的全球气候变暖的环境问题[1]，一直受到国内外学术界的广泛关注[2-3]。农田生态系统是温室气体产生的主要来源，在全球大气温室气体收支平衡中也扮演着重要角色[4]。据估计，全球每年大气中有80%—90%的N2O、5%—20%的CO2和15%—30%的CH4来自土壤[5]，农田生态系统贡献了全球25%的温室气体排放[6-7]。蔬菜在我国是仅次于粮食的重要农产品，尤其是设施蔬菜栽培因可实现蔬菜全年供应，有助于提高蔬菜质量、生产规模和经济效益，促进农业现代化[8-10]，是目前最具活力的现代农业生产形式，发展尤为迅猛。“十三五”期间，我国设施蔬菜面积基本稳定在410万 hm2，年均增长率为1%左右[11]，2019年，全国设施蔬菜产值超过9800亿元，约占蔬菜产业总产值的1/2，占种植业总产值的19.1%[12]。因此设施蔬菜土壤温室气体排放问题也日益引起关注和重视。与粮食作物相比，蔬菜作物需肥量高[13]，同时菜农片面追求高产高收益大量施用肥料，尤其是氮肥的超量投入，从而加剧了土壤温室气体排放[14]。施用化学氮肥可以为土壤硝化和反硝化微生物提供充足的作用底物，显著促进土壤N2O排放[15]。有研究表明，土壤N2O排放随氮肥施用量的增加而增加[16-17]，且二者呈指数关系[18]。据估计，设施蔬菜体系土壤N2O排放占全国农田N2O排放的20%[19]。【前人研究进展】生物炭（biochar）是有机材料（作物秸秆、林果木枝条、粪便等）在缺氧或限氧环境中，经高温热裂解后产生的固态产物，因其孔隙结构发达、比表面积大、吸附性能好的优点，可作为土壤调理剂[20-21]。生物炭施入土壤可提升土壤有机碳库储量[22-24]，从而缓解大气CO2浓度升高[25-26]、改善土壤理化和微生物性质[27-30]、抑制N2O、CH4的产生和排放[31-33]，同时也可为作物生长提供营养元素，提高产量和品质[34-36]。硝化抑制剂（nitrification inhibitor, NI）能够有效抑制硝化作用，减缓铵态氮（NH4+-N）向硝态氮（NO3--N）转化的速率，从而减少NO3--N的产生和累积，进而减少淋溶和反硝化损失[37-38]。GAO等[39]通过文献荟萃分析得出，双氰胺（dicyandiamide，DCD）可减少30.4%的N2O排放，3,4-二甲基吡唑磷酸盐（3,4-dimethylpyrazole phosphate，DMPP）能减少60.1%的N2O排放。MENG等[40]通过分析硝化抑制剂与尿素施用对亚热带牧场的影响发现，施用DCD和DMPP均可显著降低N2O排放量，分别超过76%和67%。硝化抑制剂施用后，土壤中硝化细菌减少甚至消失，其使用效果在很大程度上取决于与NH4+-N接触的有效量。DCD水溶性很高（13 ℃下水溶解度为22.6 g·L-1），在土体中移动性较强，在遇到强水流的情况下，很容易从NH4+-N中分离出来，这严重限制了其施用效果[41]。生物炭因具有多微孔、比表面积大、吸附力强、富含碳等理化特性[42]，因此可以增强硝化抑制剂和NH4+-N的吸引和滞留[43]，使其与NH4+-N之间的空间分离得到了缓解，接触得到改善，从而提高硝化抑制剂的效果。由此，推测生物炭和硝化抑制剂在温室气体减排方面可能会表现出协同效果。同时有研究发现生物炭与硝化抑制剂联合施用，可降低抑制剂在土壤中的释放速率，降低氮素淋洗损失，从而对硝化抑制剂起到一定的保护作用[44]。如CHEN等[45]通过模拟试验发现，将新鲜的小麦秸秆生物炭施入土壤能吸附一定的硝化抑制剂，从而延长稳定剂的作用时长，减少N2O的释放。但也有研究发现，生物炭与硝化抑制剂配施后增加了生物炭-土壤复合体对DMPP的吸附，进而降低了DMPP的作用效果[46]。【本研究切入点】目前有关生物炭的研究多集中在其改善土壤理化性质[47-48]、固碳减排等方面[49-50]，硝化抑制剂则多集中在减少氮素淋溶损失和N2O减排，提高氮肥利用率等方面。关于二者配施的研究结果尚且存在争议。【拟解决的关键问题】本文以设施蔬菜——小油菜（L.）为研究对象，采用盆栽试验法研究生物炭与硝化抑制剂DCD配合施用对土壤温室气体（N2O、CO2和CH4）排放的影响，并结合小油菜产量评价其综合效应，旨在为设施蔬菜生产温室气体减排提供科学的理论指导。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试土壤取自河北廊坊永清县小青垡村设施大棚（E 116°28'41"，N 39°13'30"，棚龄13年，前茬作物为番茄），0—20 cm耕层土壤基本理化性质为pH 7.75，NO3--N 13.10 mg·kg-1，NH4＋-N 3.25 mg·kg-1，速效磷242.5 mg·kg-1，速效钾563.06 mg·kg-1，有机质31.27 g·kg-1，容重1.32 g·cm-3。采集后的土壤样品自然风干后过2 mm筛备用。

供试氮肥为尿素（N，46%），磷肥为磷酸二氢钾（P2O5，52%；K2O，34%），钾肥为硫酸钾（K2O，50%），供试硝化抑制剂为双氰胺（DCD，N 67%），均为分析纯试剂；生物炭类型为果木枝条类炭，pH 9.65，限氧条件下高温热解形成，纯养分含量N：0.68 g·kg-1、P2O5：0.9 g·kg-1、K2O：6.3 g·kg-1。供试作物为小油菜，品种为四月慢，购自河北省保定市农资科技市场。

1.2 试验设计

共设6个处理，分别为CK（不施任何氮肥或硝化抑制剂）、传统施氮（CN）、推荐施氮（RN）、推荐施氮+生物炭（RNB）、推荐施氮+DCD（RND）、推荐施氮+生物炭+DCD（RNBD），4次重复。传统施氮为450 kg·hm-2，推荐施氮是结合当地土壤养分含量，采用目标产量法确定在传统施氮量基础上减少17%，DCD用量为纯氮量的15%（课题组前期田间试验筛选得出），生物炭按照土壤重量的1%添加，各处理中氮素、生物炭和硝化抑制剂DCD投入量详见表1。各处理磷肥和钾肥施用量相同，纯养分P2O5和K2O投入量均为150 kg·hm-2。生物炭携带的P2O5和K2O量，其余处理由磷酸二氢钾与硫酸钾补充。所有肥料作为底肥一次性施入。

表1 各处理氮素、生物炭和DCD添加量

试验布置在河北农业大学西校区日光温室内，采用盆栽试验，试验开始时，称取过筛后的风干土样2.50 kg，同时加入上述处理中相应的肥料、生物炭和DCD，充分混匀后装入直径20 cm、高15 cm底部带孔的塑料盆中，调节土壤含水量为田间持水量的60%，播撒小油菜种子，待全部出苗后定苗，每盆定苗5株。生长期间用去离子水浇灌，各处理除氮肥、生物炭和DCD施用量不同外，其他田间管理措施一致，小油菜成熟后收获取样。

1.3 样品采集与测定

1.3.1 气体样品 采用静态箱-气相色谱法监测土壤温室气体CO2、CH4和N2O排放。静态箱分为底座和采气罩两部分。底座为不锈钢材质，有2 cm凹槽放置采气罩。采气罩为泡沫材质箱体（50 cm×50 cm×50 cm），顶部安装有金属探头，用于监测箱内温度，箱内侧面安装有1台小型电风扇，用于正式采气前混匀箱内空气，箱体外包有隔热材料。正式采样时将整个盆栽置于静态箱内，采气罩扣置于底座，凹槽内用水密封，保证气密性。肥料或生物炭（DCD）等施入后第2天起开始取样，连续取样7 d，之后根据浇水管理间隔3天取一次气体样，直至小油菜收获。采样时间为上午9：00 —11：00，扣置采气罩后先将风扇打开，待箱体内空气充分混匀后，分别于0、10、20 min时分3次用60 mL注射器取气，每次30 mL，同时记录箱体内温度。气体样品采用气相色谱（Agilent 7890A）分析测定温室气体CH4、CO2和N2O浓度。温室气体排放通量（F）的计算公式[51]如下：

F= ρ×H×∆C/∆t×273/（273+T）×60 （1）

式中，F表示CO2和CH4排放通量（mg·m-2·h-1）和N2O排放通量（μg·m-2·h-1）；ρ表示标准状态下CO2-C、CH4-C和N2O-N的密度（kg·m-3）；H表示采样箱高度（m）；∆C/∆t表示气体浓度变化率（μL·L-1·min-1）；T表示采样箱内温度（℃）。未观测日期土壤温室气体排放通量通过内插法来计算，之后将测定值和计算值逐日累加从而得出气体排放累积量。

1.3.2 植物样品 小油菜收获时，用不锈钢剪刀沿地面剪取植株地上部，测定植株鲜重，并折算为每公顷产量。

1.4 全球增温潜势（GWP）和温室气体排放强度（GHGI）

1.4.1 GWP 农田温室效应采用全球增温潜势来衡量，采用联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）推荐的综合增温潜势（global warming potential，GWP）计算3种温室气体在100年尺度的综合增温效应。由于单位质量CH4和N2O在百年尺度的全球增温潜势分别是CO2的34倍和298倍。因此温室效应[52]（GWP）可表示为：

CO2GWP（kg·hm-2）=M（CO2）×44/12 （2）

N2O GWP（kg·hm-2）=M（N2O）×44/28×298 （3）

CH4GWP（kg·hm-2）=M（CH4）×16/12×34 （4）

总GWP（kg·hm-2）=CO2GWP +N2O GWP+CH4GWP （5）

式中，GWP为全球增温潜势（kg·hm-2）；M（CO2）为小油菜生长期CO2累积排放量（kg·hm-2）；M（N2O）为N2O生长期累积排放量（kg·hm-2）；M（CH4）为小油菜生长期CH4累积排放量（kg·hm-2）。

1.4.2 GHGI（greenhouse gas emission intensity） 单位产量的全球增温潜势公式[53]为：

GHGI=GWP/Y （6）

式中，GHGI为温室气体排放强度（kg·kg-1）；Y为作物产量（kg·hm-2）。

1.5 数据统计

采用 Microsoft Excel 2020软件进行数据和图表整理及绘图，SPSS 26进行统计分析。采用重复测量方差分析法分析处理、时间及二者交互作用对土壤温室气体排放通量的影响。采用单因素方差分析比较处理间的显著性差异（LSD检验，＜0.05）。

2 结果

2.1 小油菜产量

图1可以看出，施加氮肥可显著提高小油菜产量。不施氮（CK）产量最低，仅为661.5 kg·hm-2，传统施氮（CN）产量最高，为1 388.9 kg·hm-2。与CN相比，RN（1 003.5 kg·hm-2）、RNB（982.0 kg·hm-2）和RND（1 078.1 kg·hm-2）处理小油菜产量明显降低22.4%—29.3%（＜0.05），这可能与试验小油菜生长期较短有关。生物炭与硝化抑制剂DCD联合施用的RNBD处理（1 349.1 kg·hm-2）小油菜产量较CN虽有所降低，但差异不显著（＞0.05）。相同尿素施用量条件下，与RN处理相比，RNB和RND处理对小油菜产量的影响不大，但RNBD处理使小油菜产量增加了34.4%，差异达显著性水平（＜0.05），可见生物炭和DCD配合施用在小油菜增产方面表现出了协同效果。

图1 各处理小油菜产量

2.2 土壤温室气体排放通量动态变化

2.2.1 土壤N2O排放通量 由图2可知，小油菜整个生长期内，CK处理土壤N2O排放通量一直保持在较低水平，且变幅不大，仅为3.0—8.5 μg·m-2·h-1，均值为5.77 μg·m-2·h-1。CN处理土壤N2O排放通量则呈现先升高后降低的趋势，且在施肥后的第5天达到峰值，随后23 d内迅速降低，在整个试验期间内排放通量变幅较大，为4.2—121.3 μg·m-2·h-1，平均值为24.8 μg·m-2·h-1。RN与RNB处理土壤N2O排放通量呈现与CN相似的变化趋势，分别为3.9—83.5和6.0—97.1 μg·m-2·h-1，平均值分别为14.4 和17.8 μg·m-2·h-1，较CN分别降低41.8%和28.2%（＜0.01）。与CK处理相类似，RND、RNBD处理土壤N2O排放通量试验期间变化不大，但较CN则明显降低，整个试验期间变化范围分别为2.2—12.6和3.1—10.1 μg·m-2·h-1，平均值分别为6.2和7.0 μg·m-2·h-1，分别降低74.9%和71.7%，且差异达显著水平（＜0.05）。相同尿素施用量条件下，与RN相比，RNB处理对土壤N2O排放通量影响不大，但RND和RNBD处理使土壤N2O排放通量显著降低，分别降低56.9%和51.3%（＜0.05）。此外，由表2可知，不同处理、监测时间以及二者交互作用对设施蔬菜土壤N2O排放通量有极显著影响（＜0.01）。

图2 各处理土壤N2O排放通量动态变化

表2 各处理土壤温室气体排放通量重复测量方差分析

2.2.2 土壤CO2排放通量 在整个试验期间，各处理土壤CO2排放通量总体呈现先降低再升高，试验的第3—4天达到排放高峰，随后逐渐下降并趋于平缓的变化趋势（图3）。传统施氮（CN）处理土壤CO2排放通量在第4天达到峰值，在整个试验期间内排放通量变幅较大，为4.8—72.8 mg·m-2·h-1，平均值为17.9 mg·m-2·h-1。RN和RNB处理土壤CO2排放通量变化趋势与CN相类似，分别为4.7—94.9和3.3—60.0 mg·m-2·h-1，平均值分别为18.6和14.8 mg·m-2·h-1。RND和RNBD处理土壤CO2排放通量变化范围分别为2.4—42.0和3.0—24.6 mg·m-2·h-1，平均值分别为12.0和13.5 mg·m-2·h-1，较CN分别降低33.0%和24.6%，差异达显著水平（＜0.05）。相同尿素施用量条件下，与RN相比，RNB处理对土壤CO2排放通量影响不大，但RND、RNBD处理均可使土壤CO2排放通量显著降低35.3%和27.1%（＜0.05）。由表2可知，不同处理、监测时间以及二者交互作用对设施蔬菜土壤CO2排放通量有极显著影响（＜0.01）。

2.2.3 土壤CH4排放通量 由图4可知，整个试验期间，各处理土壤与大气CH4的交换均表现为吸收，土壤是CH4的吸收“汇”。各处理土壤CH4排放通量变化趋势相类似，呈现无规律波动，且波动性不大，变化范围在-0.01—-0.06 mg·m-2·h-1，平均值在-0.02—0.06 mg·m-2·h-1。除RN处理土壤CH4排放通量与CK相比明显增加外（＜0.05），其余处理与CK之间无显著性差异（＞0.05）。由表2可知，不同处理、监测时间以及二者交互作用对设施蔬菜土壤CH4排放通量有极显著影响（＜0.01）。

图3 各处理CO2排放通量动态变化

图4 各处理CH4排放通量动态变化

2.3 土壤N2O、CO2和CH4累积排放量

进一步分析整个试验期间各处理土壤N2O、CO2和CH4累积排放量（图5）。与CN相比，推荐或推荐基础上配施硝化抑制剂、生物炭或二者配合施用均能显著降低土壤N2O排放，降幅为29.4%—76.5%（0.05）。相同尿素施用量条件下，RNB处理对土壤N2O累积排放量影响不大（＞0.05），RND和RNBD处理分别显著降低土壤N2O累积排放量的60%和50%（＜0.05）。

整个小油菜生长期内，与CN相比，各施氮处理间土壤CO2累积排放量差异不显著（＞0.05）。相同尿素施用量条件下，与RN相比，RNB和RNBD处理对土壤CO2累积排放量影响不大（＞0.05），但RND处理却能显著降低CO2累积排放量35.3%（＜0.05）。

整个试验期间，各施氮处理对土壤CH4交换表现吸收状态，土壤CH4累积吸收量各处理间差异不显著。

图5 各处理土壤温室气体累积排放量

2.4 GWP和GHGI

本研究中（表3），各处理土壤N2O GWP和CO2GWP均为正值，CH4GWP为负值，说明设施蔬菜生产体系是N2O和CO2的排放源，CH4的吸收汇。就N2O GWP而言，各推荐施氮处理与传统施氮处理相比显著降低32.5%—78.7%（＜0.05）。相同尿素施用量条件下，与RN相比，RNB减排效果不明显，但RND与RNBD处理N2O GWP均较RN分别显著降低了59.9%、59.4%（＜0.05），且以RND处理对N2O减排效果最优。对于CO2GWP，各处理间差异不显著（＞0.05），范围在229.2—440.4 kg·hm-2，以RND对CO2减排效果最优。各处理CH4GWP范围在-7.2—-12.8 kg·hm-2，且各处理间差异不显著（＞0.05）。可以看出，与CN相比，RN和RNB处理对总GWP的降低效果不大，但RND和RNBD处理则可明显降低总GWP，降幅为39.5%—51.3%（＜0.05）。相同尿素施用量条件下，RND和RNBD相较于RN可降低总GWP，范围为36.8%—49.1%，以RND减排效果最优。

与CN相比，GHGI各推荐施氮处理间差异不显著（＞0.05），相同尿素施用量条件下，与RN相比，RND和RNBD处理则可显著降低温室气体排放强度（＜0.05），且降低率均达到51.1%。

表3 各处理增温潜势和温室气体排放强度

表中每列数字后的不同字母表示处理间差异显著（＜0.05）。下同

Different lowercase letters indicate significant differences between treatments (＜0.05). The same below

3 讨论

3.1 生物炭与硝化抑制剂对小油菜产量的影响

本试验中，相同尿素施用量条件下，配施生物炭和配施DCD小油菜产量较推荐施氮处理（RN）变化不大，但RNBD处理小油菜产量较RN则显著提高，但均显著低于CN处理（图1）。RN处理因减氮导致小油菜产量明显降低；其次，本研究中选用小油菜品种正常生长周期为45—60 d，试验后期因高温导致小油菜长势欠佳，只进行了28 d，对产量有一定影响。本研究中氮肥与生物炭配施并没有显著增加小油菜产量，而王湛等[34]的田间试验结果显示，添加8.5 t·hm-2生物炭（玉米芯550 ℃条件下制备）相对不添加生物炭菜心的周年产量增加59.1%，生物量增加36.7%，由于生物炭实际可供作物吸收利用的养分含量并不多，促进生长的原因可能是其加入土壤后，提高了土壤的吸附能力，增加了土壤保水保肥性能[54]。本研究试验周期较短，且仅种植了一茬作物，短期的盆栽试验和田间试验条件存在很大的差异性，试验结果还需要进一步的田间验证。

硝化抑制剂可以抑制土壤硝化微生物的活动，减缓铵态氮向硝态氮的转化[55]，但其降解速率一般受温度的影响很大，较高温度下抑制剂的降解速率明显加快[56]。而本试验于5月中旬布置，温室大棚最高气温可达35 ℃，且持续时间较长，因此可能导致硝化抑制剂双氰胺降解速率较快[56]，小油菜产量表现上与单施尿素处理无明显差异。然而，推荐施氮+生物炭+DCD处理对小油菜增产效果则优于推荐施氮+生物炭和推荐施氮+DCD（图1），这可能是由于DCD施用后抑制了铵态氮的转化，而生物炭则可吸附并固持土壤中的铵态氮并在较长时间内为小油菜提供养分[57]。陈少毅等[58]使用生物质炭与硝化抑制剂配合施用，与氮肥配施DMPP处理相比，水稻籽粒产量显著增加49.3%（＞0.05）。但陈晨等[59]在菜地研究中也发现尿素配施生物炭和DCD比单施氮肥产量提高了134%，但与尿素只配施硝化抑制剂或生物炭相比，蔬菜产量无显著差异。因此，生物炭与DCD配施对于提高作物产量作用有待进一步开展田间验证试验，同时其作用机理还有待深入探索。

3.2 生物炭与硝化抑制剂对土壤温室气体排放的影响

本研究结果表明设施菜田土壤是CH4的吸收“汇”，是N2O和CO2的排放源（图5）。由于旱地农田为好氧条件，缺乏淹水所导致的厌氧呼吸，而好气性土壤可以对CH4有部分吸收[60]，因此菜田土壤温室气体排放以N2O和CO2为主[61]。

当CN处理施氮量为450 kg·hm-2时，土壤N2O累积排放最高达0.17 kg·hm-2，而推荐施氮（施氮量较CN减少17%）的各处理可减少29.4%—41.2%的N2O排放。农田施氮是引起N2O排放增加的重要因素[62]，有Meta分析表明，当施氮量超过作物需求时，N2O排放量呈指数增长[63]。因此，农田N2O减排的关键是合理施氮[64]。此外，在合理施氮基础上配施生物炭或硝化抑制剂也是减少土壤N2O排放的有效调控措施[65]。本研究结果表明，RND、RNBD处理较RN处理均可减少N2O累积排放量，降幅分别为60%、50%，但RND、RNBD处理间差异不显著（＞0.05）（图5），可见推荐施氮基础上联合施用生物炭和硝化抑制剂（RNBD处理）效果并不优于推荐施氮基础上仅配施DCD（RND处理）。马智勇等[61]通过室内静态试验发现双氰胺和秸秆生物炭有效降低因氮肥施用导致的土壤N2O的排放通量和累积排放量，这可能是氮肥配施DCD有效抑制土壤NH4+-N向NO3--N转化过程，不仅降低土壤中硝酸盐淋失的风险[63]，还降低N2O排放。朱云飞等[65]通过对热带土壤研究发现，与单施氮肥相比，配施生物炭（花生壳在500 ℃下经过厌氧热解而成，C/N为 69.1，pH 9.74）可降低15.1%的N2O累积排放，配施硝化抑制剂可以减排68.3%，生物炭硝化抑制剂联合施用可以减排69.6%，生物炭与硝化抑制剂表现出了协同效应。考虑到生物炭的种类[61]以及施用量、土壤质地[64]、硝化抑制剂种类[65]、植物种类[66]、土壤含水量[67]、土壤温度[68]等这些因素都会影响土壤N2O的排放，因此生物炭与硝化抑制剂联合施用在不同土壤环境条件下表现出的综合减排效果也明显不同。

就CO2累积排放量而言，RND处理的累积排放量最低，推测一方面可能是硝化抑制剂选择性抑制了土壤硝化微生物的活动，导致CO2排放相对降低[61]，另一方面，硝化抑制剂DCD本身是一种缓效氮肥，含氮量达到66.7%，外源氮的添加抑制了土壤有机碳的矿化，有助于土壤碳的固定[69]。本试验中，与CN和RN相比，RNB、RNBD处理在减排CO2方面均无显著性差异，这可能是因为生物炭原材料为果木枝条类炭，相较于其他作物秸秆类生物炭，易分解有机碳含量低[70]，对土壤微生物影响较小，进而导致对土壤CO2累积排放量影响不大，具体影响机制还有待进一步深入研究。

3.3 生物炭与硝化抑制剂的综合增温效应

进一步结合产量综合分析各处理GWP和GHGI（表2）。可以看出，设施蔬菜生产体系GWP主要由CO2的GWP决定，N2O和CH4的贡献率较低。与CN相比，RN、RNB、RND能够有效减少GWP和GHGI。相同尿素施用量条件下，与RN相比，RND、RNBD显著降低了设施蔬菜GWP和GHGI（＜0.05），这与李佳等[71]研究结果相似，但在本试验中RND处理减排效果优于RNBD，这可能是由于施加硝化抑制剂DCD后，有效减少了土壤CO2和N2O排放，进而使总GWP和GHGI有所降低。本研究中综合来看，推荐施氮与DCD配施处理GWP较低，可以显著减少因氮肥施用造成的温室效应，且生物炭也表现出了一定的减排效果。但由于本试验只是盆栽试验且周期短，还需进一步开展田间条件下的验证。

4 结论

本研究中，生物炭和DCD二者联合施用则使小油菜产量显著增加。设施菜田土壤表现为N2O和CO2的排放“源”，CH4的吸收“汇”。总GWP主要由CO2的GWP决定，N2O和CH4的GWP贡献率较低。推荐施氮+DCD和推荐施氮+生物炭+DCD两处理均显著降低土壤N2O累积排放量及总GWP，后者的减排效果并不优于前者，还有待在田间条件下进一步研究。

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Effects of Biochar Combined with Dicyandiamide on Greenhouse Gases Emissions from Facility Vegetable Soil

SONG BoYing1, 2, GUO YanJie1, 2, 4, WANG WenZan1, 2, LÜ ZeNan1, 2, ZHAO YuQing1, 2, LIU Lu1, 2, ZHANG LiJuan1, 2, 3

1College of Resources and Environmental Sciences, Hebei Agricultural University, Baoding 071001, Hebei;2Key Laboratory for Farmland Eco-Environment of Hebei Province, Baoding 071001, Hebei;3Collaborative Innovation Center for Vegetable Industry of Hebei, Baoding 071001, Hebei;4State Key Laboratory of North China Crop Improvement and Regulation, Baoding 071001, Hebei

【Objective】This paper aimed to explore the comprehensive effects of biochar, dicyandiamide (DCD) and their combined application on the greenhouse gas (N2O, CO2and CH4) emissions from facility soil, so as to provide a scientific basis for reducing the greenhouse gas emissions and green development of facility vegetable production system. 【Method】 In this study, the facility vegetable production system was used as the research object, and a total of six treatments were set up, including no nitrogen application (CK), traditional nitrogen application (CN), recommended nitrogen application (RN), recommended nitrogen application+biochar(RNB), recommended nitrogen application + DCD (RND), and recommended nitrogen application+biochar+ DCD(RNBD). A pot experiment method was applied to analyze the effects of soil greenhouse gas emissions, and the difference in greenhouse gas intensity (GHGI) and global warming potential (GWP) under different treatments. 【Result】Compared with the CN treatment, the rape yield decreased by 2.9%-29.3% under the recommend nitrogen treatments (RN, RN, RND and RNBD). However, under the same nitrogen application rate, the rape yield increased by 34.4% in the treatment of recommend nitrogen combined with biochar and DCD (RNBD), indicating that biochar and DCD showed a synergistic effect on rape yield increase (＜0.05). The recommend nitrogen treatments reduced the soil N2O emissions by 29.4%-76.5% in comparation with the CN treatment, especially the RND treatment showed the best effect. However, the recommend nitrogen treatments showed little effect on soil CO2and CH4emissions. Compared with the CN treatment, the total GWP under the recommended nitrogen treatments decreased by 4.3%-51.2%, and the RND treatment showed the best emission-reduction effect. In terms of GHGI, the difference among the recommended nitrogen treatments was not significant (＞0.05), and the RND treatment also showed the best emission-reduction effect. 【Conclusion】Under the same nitrogen application rate, the application of biochar alone or DCD alone had little effect on rape yield, but the combination of biochar and DCD could significantly increase the rape yield. Additionally, the combination of biochar and DCD could reduce the cumulative greenhouse gas emissions and GWP, but it was not superior to single application of DCD in the facility vegetable field.

biochar; DCD; facility vegetable field; rape (L.); greenhouse gas emissions intensity; global warming potential

10.3864/j.issn.0578-1752.2023.10.010

2022-04-13；

2022-07-12

河北省重点研发计划（21326905D）、河北省现代农业产业技术体系蔬菜产业创新团队项目（HBCT2018030206）

宋博影，E-mail：bysong2022@163.com。通信作者郭艳杰，E-mail：guoyanjie928@126.com。通信作者张丽娟，E-mail：lj_zh2001@163.com

（责任编辑 李云霞）