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随着我国工业化和城市化的快速推进,重金属或其化合物也通过采矿、废气排放、污水灌溉和化学肥料大量施用等人为因素进入农田,重金属污染不同于土壤有机污染,因其不能被微生物所降解,长期存在于土壤中,形成土壤安全隐患,增加粮食风险系数、危害人体健康。同时重金属污染也影响土壤碳氮循环规律及增加土壤温室气体排放,引起环境恶化。生物炭作为一种新型的土壤改良剂,由难分解的碳组分构成和具有较高物理化学吸附特性,在农田生产中,施用生物炭可以作为农田土壤固碳减排,减缓重金属对作物毒害作用的有效措施。但是,施用生物炭对不同复种模式下重金属污染土壤温室气体排放的影响尚不清楚。本文通过室内土柱模拟试验,研究了施用生物炭和镉对黑麦草-水稻和小麦-水稻两种复种模式下土壤温室气体排放的影响,主要结果如下:一、生物炭和镉对当季水稻产量和土壤温室气体排放的影响(1)施用生物炭增加了水稻的产量,镉处理对水稻生长抑制效果不明显。施用生物炭处理与对照相比,水稻籽粒产量分别增加了 148%和103%,镉处理有降低水稻籽粒产量趋势,但差异并不明显。(2)施用生物炭降低了土壤N2O和CH4的排放,但增加了土壤CO2排放,而镉处理对土壤N2O和CH4排放无明显影响,但抑制了土壤CO2排放。施用生物炭处理在无镉和有镉处理的情况下,相比于对照分别降低土壤CH4排放72%和60%,降低土壤N20排放25%和34%。施用生物炭土壤CO2排放总量相比对照组增加32%,而镉处理在施用和不施用生物炭情况下相比于对照组土壤C02排放总量降低了 17%和 40%。(3)施用生物炭增加了全球温增温潜势(GWP),但显著降低了水稻生产的温室气体排放强度(GHGI),镉处理显著降低了 GWP,但对GHGI无明显影响。镉处理在不施用和施用生物炭的情况下相比于对照都显著降低了全球增温潜势(GWP),分别为25%和26%。施用生物炭处理在无镉和有镉处理的情况下,相比于对照温室气体排放强度分别降低55%和62%。二、生物炭对黑麦草-水稻复种模式下下镉处理土壤温室气体排放和黑麦草、水稻产量的影响(1)施用生物炭显著增加了黑麦草产量但对后茬水稻产量无明显影响,镉处理只降低了水稻产量,但对黑麦草产量无明显影响。施用生物炭处理在无镉和有镉污染的条件下与对照相比,黑麦草产量分别增加了 138%和103%。在镉处理下,黑麦草产量相比于对照无明显影响,但减少了 43%的水稻产量。(2)施用生物炭增加了黑麦草-水稻复种模式下土壤CH4和CO2排放,但降低了 N2O排放。在黑麦草生长季,土壤CH4排放总量在各处理间无明显差异,但在水稻季,施用生物炭在无镉和有镉处理的情况下,增加了水稻季土壤CH4排放总量,相比于对照组分别增加了 147%和410%。另外施用生物炭在无镉和有镉处理的情况下增加了黑麦草生长季土壤CO2排放总量,相比于对照分别增加了 16%和9%。而在黑麦草生长季土壤N2O排放分别降低了 60%和56%,在水稻季分别降低21%和 41%。(3)施用生物炭处理降低了综合增温潜势(GWP)和温室气体排放强度(GHGI)。对于整个黑麦草-水稻复种季,施用生物炭在有镉和无镉处理的情况下,相比于对照组GWP分别降低23%和7%,GHGI分别降低45%和42%。三、生物炭对小麦-水稻复种模式下镉处理土壤温室气体排放和小麦、水稻产量的影响(1)施用生物炭显著增加了小麦产量但对水稻产量无明显影响。施用生物炭处理在无镉和有镉处理的情况下相比于对照小麦产量分别增加31%和18%,但对水稻产量无明显影响。镉处理降低了小麦和水稻的产量,相比于对照组分别降低了小麦产量38%和水稻产量51%。(2)施用生物炭降低了土壤N2O排放,但对CH4和CO2排放无明显影响。在小麦季,镉处理土壤N2O排放相比于对照组增加147%,降低了土壤CO2排放24%,而施用生物炭土壤在无镉和有镉处理下N2O排放总量则分别降低36%和95%,而对CH4和CO2排放无明显影响。在水稻季,施用生物炭无论是否有镉处理都降低了土壤N2O排放85%和86%。(3)施用生物炭降低了综合增温潜势(GWP)和温室气体排放强度(GHGI)。对于整个小麦-水稻复种季,施用生物炭在有镉和无镉处理的情况下,相比于对照组GWP分别降低68%和67%,GHGI分别降低75%和73%,镉处理对GWP无明显影响,但GHGI增加了 76%。