Picarro G2508—用植被覆蓋物調(diào)節(jié)土壤微氣候和溫室氣體排放
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.agee.2024.108951
前言
農(nóng)業(yè)是溫室氣體（GHG）排放的主要貢獻(xiàn)者，也是最容易受到氣候變化影響的部門之一。覆蓋層，即將有機(jī)層應(yīng)用于農(nóng)田，是一種很有前景的農(nóng)業(yè)實(shí)踐，其目的是減少蒸發(fā)，防止土壤侵蝕和穩(wěn)定產(chǎn)量。雖然覆蓋物今年來已成為一個(gè)流行的研究課題，但人們對它對氣候變化適應(yīng)和溫室氣體排放的影響知之甚少。這項(xiàng)研究以覆蓋和施肥為研究對象，每周測定N2O排放，并分析了相關(guān)土壤參數(shù)，包括土壤硝酸鹽含量、溫度和水分。
研究方法
GHG的測量每周進(jìn)行，使用手動(dòng)封閉的腔室系統(tǒng)，放置在固定的圓形不透明腔室頂部。通過室壁的短管（長度50mm，直徑2mm）來平衡室內(nèi)壓力。使用20m長度的氣管將腔室頂空空氣輸送至Picarro現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)室，測量儀器為Picarro G2508多組分溫室氣體分析儀，可同時(shí)測量氧化亞氮，二氧化碳和甲烷等氣體濃度。在測量之前，每段管路都用周圍的空氣進(jìn)行沖洗。在第一次測量開始前的一分鐘，腔室底座上密封，并關(guān)閉41分鐘。在此期間，每隔一分鐘測量每個(gè)腔室的空氣，每個(gè)腔室共測量5次。連續(xù)測量10個(gè)腔室，每個(gè)地塊每個(gè)測量日有50個(gè)一分鐘的單獨(dú)測量。
研究結(jié)果
N2O通量
N2O-N通量在生長期間表現(xiàn)出時(shí)間變化，觀察到的最大通量率為第5周的0.149 mg N2O-N m-2h-1（無覆蓋物施肥處理），而最低的是第17周的0.002 mg N2O-N m-2h-1（用覆蓋物未施肥處理）。實(shí)驗(yàn)建立后，通過耕作、施肥和種植，排放量達(dá)到峰值。在此期間，施肥處理比未施肥處理表現(xiàn)出更高的通量。在施肥處理和未施肥處理中，覆蓋物抑制的通量分別為37%和63%。在第2周，所有處理的通量都下降了，隨后從第3周到第5周出現(xiàn)了一個(gè)很大的高峰值。在此期間，所有處理的排放量都較高，施肥處理的排放量更明顯，且與夏季高降水量和土壤中硝酸鹽濃度的最高水平相一致。6-11周以后，所有處理方法的排放量都減少了，偶爾會(huì)出現(xiàn)較小的峰值事件。12周后，通量率穩(wěn)定在接近于0。在生長期，施肥處理的N2O排放量顯著高于未施肥處理的，而覆蓋處理對排放量沒有顯著影響。N2O-N通量與土壤中硝酸鹽用量呈顯著正相關(guān)。
10月收獲后開始土壤耕作和播種，為主要高峰期（未施肥處理最大為0.056 mg N2O-N m-2h-1）。觀察到的通量率在冬季的大部分時(shí)間里保持在很低，在不同的時(shí)間點(diǎn)出現(xiàn)較小的峰值。這些趨勢在所有處理中都有被觀察到，盡管程度不同。
總體來說，覆蓋物在生長期施肥處理的排放量略微增加了2%，但在冬季的排放量減少了30%，覆蓋物在施肥處理中減少了4%的N2O排放。
野外試驗(yàn)中氣象參數(shù)、土壤環(huán)境條件和溫室氣體通量的變化過程
生態(tài)系統(tǒng)的呼吸作用和甲烷通量
施肥和覆蓋都增加了二氧化碳的排放，覆蓋物的排放是由于所使用的材料中含有大量的C（5149 kg ha-1）。大部分的二氧化碳排放是由覆蓋材料上的本地微生物菌群呼吸產(chǎn)生的。從覆蓋物中排放的大量二氧化碳不應(yīng)被認(rèn)為是一種氣候威脅，因?yàn)獒尫诺腃之前是有前一種作物固定的，因此仍停留在已經(jīng)存在的大氣二氧化碳循環(huán)中。
土壤條件，如含水量，也在甲烷動(dòng)態(tài)中起著至關(guān)重要的作用。所有處理之間的甲烷消耗量相似，有覆蓋物和無肥料處理的消耗量低于其他處理。這也是在生長過程中土壤水分水平最高的處理，可能通過減少大氣中甲烷進(jìn)入土壤的擴(kuò)散來減少甲烷的消耗。由于處理之間的差異很小，覆蓋物的甲烷通量對氣候變化的貢獻(xiàn)可以忽略。
總結(jié)
這項(xiàng)研究探討了覆蓋物聯(lián)合施肥對溫室氣體排放的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，覆蓋具有高C/N比的材料，不僅能增加土壤水分，冷卻土壤，而且沒有像之前預(yù)期的有機(jī)覆蓋材料那樣增加N2O的排放。在冬天，加入的覆蓋物甚至減少了肥料的排放。該研究表明，有機(jī)覆蓋可以作為一種創(chuàng)新而實(shí)用的蔬菜種植應(yīng)用，有潛力適應(yīng)氣候變化，而不增加農(nóng)業(yè)對氣候變化的負(fù)面貢獻(xiàn)。但同時(shí)也需要在其他蔬菜作物和其他不同氣候區(qū)不同C/N的有機(jī)覆蓋材料中證實(shí)這些發(fā)現(xiàn)，并且需要更多的研究來確定覆蓋物是否有施肥效應(yīng)，以及它如何影響土壤微生物群落。
