有機肥替代部分化肥對蔬菜土壤溫室氣體排放的影響

摘要：試驗探索番茄種植過程中土壤中溫室氣體排放差異（ CO2、CH4、N2O），設置4 種不同施肥處理方法。結論：有機無機化施可以明顯促進菜地土壤中N2O 的排放；施用有機肥的CO2 排放通量，較施用化肥略有提高；有機結合無機施用，減少CH4 生成。

關鍵詞：有機無機配施、溫室氣體、番茄

有機肥的合理施用，不僅能為作物提供養分，而且對土壤供肥能力的提高，促進土壤的良性生態循環，具有十分重要的促進作用[1]。目前農戶在蔬菜種植過程中，氮肥施用量較高，從而造成了土壤硝態氮的累計[2]，增加了溫室氣體的排放。但菜地土壤溫室氣體排放對有機肥的響應研究較少。因此，在蔬菜地開展有機肥替代部分化肥的研究，不僅可以控制化肥投入，還能為蔬菜地種植節本增效、節能減排提供理論依據。

試驗以不施肥為對照，對蔬菜地土壤中單施有機肥、單施化肥、有機無機肥配施施肥模式下溫室氣體（CO2、CH4、N2O）排放量的差異進行研究，為合理施肥、減少溫室氣體排放提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗選地

哈密市伊州區回城鄉選擇肥力適中地塊。

1.2 試驗材料

供試材料：西紅柿供試肥料：重過磷酸鈣、大量元素水溶肥（18-18-18）、礦源黃腐酸鉀（黃腐酸脲鉀≥70%、N≥23%、K2O≥6%）、有機水溶肥。

1.3 試驗設計

試驗設4 個處理，對照處理（CK、不施肥）、單施有機肥（OrgOFnic fertilizer，OF）、單施化肥處理（InorgnOFic fertilizer，IF）、有機無機肥配施（OrgOFnic fertilizer OFnd InorgnOFicfertilizer，OIF）。行距1.2米，株距0.4米。各處理的農事管理、病蟲防治等技術相同。

3月30日施基肥，5月4日插秧，7月5日收獲。

1.4 指標測定及取樣方法

利用靜態箱—氣相色譜法測定溫室土壤中CO2、CH4、N2O氣體排放通量[3]，歷時5個月的測定。采集關箱后0、10、20、30分鐘氣體樣品，密封寄送實驗室。

1.5 數據處理

通過Excel 2021對試驗數據處理分析。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對西紅柿土壤溫室氣體排放的影響

2.1.1 土壤中N2O排放特征：由圖1可知，各處理土壤N2O排放通量季節性變化規律基本一致，表現為前期降低，中期在較低水平，后期略有回升的排放格局。6月14～28日，每次施肥灌水后，OIF、IF處理土壤中N2O排放通量隨時間推移逐步下降，CK處理逐步上升；7月6日，施肥灌水后，OIF、OF土壤處理N2O排放通量隨時間推移呈現下降趨勢，IF 處理及CK 表現為先下降再上升；7月20日至8月10日，施肥灌水后，OF、OIF處理土壤中N2O排放通量呈現平緩上升趨勢，IF處理土壤N2O排放通量呈迅速上升趨勢，8月21日，施肥灌水后，OF、OIF、CK處理土壤N2O排放通量呈下降趨勢，IF處理土壤N2O排放通量則表現為先上升后下降。

觀測期內，OIF處理土壤N2O排放通量最高，其次是IF處理，CK土壤排放通量最低。說明，有機無機配施促進土壤N2O排放。

2.1.2 土壤中CO2排放特征：如圖2所示，各處理土壤CO2排放通量的變化規律基本一致，土壤CO2排放通量隨著施肥后時間的推移，逐漸降低。施肥處理后，施肥處理土壤CO2排放通量都明顯升高，不施肥處理土壤CO2排放通量在整個生育期變化趨勢基本相同，其間的波動可能是受土壤溫度及土壤水分含量的影響。

6月14～28日觀測土壤CO2 排放通量逐漸下降，表現為處理OIF＞處理IF＞處理OF＞CK；7月6日至8日，OIF處理及CK處理土壤CO2排放通量隨時間推移逐步降低，OF處理及IF處理則表現為先上升后下降，于施肥后第二天達到峰值；7月20日至8月10日，各處理CO2排放通量隨著施肥后時間的推移，逐漸降低。

總體來看，OIF處理土壤中CO2排放通量顯著高于其他處理。7月6日土壤中CO2排放通量最高，該時期，西紅柿已開始成熟，作物生物量大，外界氣溫度高，致使土壤及西紅柿呼吸作用增強，CO2排放量增加[4]。

2.1.3 土壤中CH4排放特征：由圖3可以看出，西紅柿地CH4排放通量較小，且排放無明顯規律。西紅柿生育期內各處理對CH4的源、匯效應交替出現，各處理CH4 排放通量變化范圍為-3.67～3.08mg?m-2?h-1。OIF處理下CH4排放通量隨時間推移逐步升高（除6月26日外），其它各處理則隨時間推移呈不同變化規律。

6月14日施用肥料后，OF處理的CH4排放通量表現為先升后降的變化趨勢，OIF、CK處理表現為先降后升的變化趨勢；6月26日追施肥料后，OF、OIF處理的CH4排放通量表現為先降后升的變化趨勢，IF處理的CH4排放通量表現為逐步上升的變化趨勢；7月6日追施肥料后，OF、OIF處理的CH4排放通量呈上升趨勢，IF處理呈下降趨勢；7月20日至8月21日，除CK處理外，其它處理在追施肥料后，CH4排放通量均有所回升。

從西紅柿全生育期來看，OIF處理的CH4排放通量低于其他處理，說明有機無機配施可以降低土壤CH4排放。

3 結論

本研究表明，施肥可以促進菜地土壤N2O的排放，有機無機配施能明顯促進菜地土壤N2O的排放，而單施化肥或單施有機肥的促進作用相對較小。土壤中CO2氣體主要來自植物根系呼吸，以及微生物對土壤有機碳的分解[5]。

本次試驗中，有機無機配施及單施有機肥處理，CO2排放通量明顯要高，同賈俊香等人研究結果類似，施用有機肥促進土壤排放CO2[6][7]，這可能是由于施用有機肥能顯著增加土壤微生物量及微生物活度，從而促進土壤呼吸強度。

番茄生育期內，OF、OIF處理的CH4排放通量略低于CK處理，IF處理的CH4排放通量略高于CK處理。在西紅柿生長前期，各處理均為CH4的吸收匯，生長后期，以OF處理為CH4的主要排放源。由此可見，有機無機配施對菜地CH4減排效果更佳。

參考文獻

[1] 侯紅乾，劉秀梅，劉光榮，等.有機無機肥配施比例對紅壤稻田水稻產量和土壤肥力的影響[J].中國農業科學，2011，44（03）：516-523.

[2] 黃容.有機替代對菜園土壤溫室氣體排放和氮轉化的影響[D].西南大學，2019.

[3] 呂鳳蓮，楊學云，趙冉，等.靜態箱/氣相色譜法監測農田溫室氣體排放研究[J]. 實驗技術與管理，2022，39（09）：15-24.DOI：10.16791/j.cnki.sjg.2022.09.003

[4] 易珍玉.不同有機無機肥配施條件下菜地溫室氣體排放規律及其影響因素研究[D].湖南農業大學，2013.

[5] 黃容，高明，黎嘉成，等.有機物料等氮量施用對紫色土氮形態及溫室氣體排放的影響[J].中國農業科學，2018，51（21）：4087-4101.

[6] 賈俊香，熊正琴，馬智勇，等.生物炭與有機肥配施對菜地溫室氣體強度的影響[J].應用與環境生物學報，2020，26（01）：74-80.DOI：10.19675/j.cnki.1006-687x.2019.03007

[7] 劉杏認，張星，張晴雯，等.施用生物炭和秸稈還田對華北農田CO_2、N_2O排放的影響[J].生態學報，2017，37（20）：6700-6711.