氧化铁辅助农业固碳减排的技术探索

摘要：通过选取水稻秸秆、猪粪、污泥和颗粒有机肥，添加氧化铁后分别进行室内好气培养（25 ℃）和田间填埋矿化（夏季），以探索农业固碳减排的技术途径。结果表明，室内好气培养条件下，氧化铁明显降低了水稻秸秆、猪粪、污泥和颗粒有机肥的CO2释放速率，整个培养期间的CO2累积释放量分别由未添加氧化铁的10 934.45、5 426.12、5 288.43 和794.90 mg CO2-C·kg-1 降低为添加氧化铁的125.47、1 535.15、1 473.36 和498.72 mg CO2-C·kg-1，以水稻秸秆的效果最为显著。田间填埋条件下，除了颗粒有机肥的有机碳降解速率基本未受氧化铁影响外，其余3 种有机物料在每一取样阶段的有机碳降解速率均受到了氧化铁的有效抑制。填埋90 d后，水稻秸秆、猪粪和污泥的有机碳降解速率分别由未添加氧化铁的34.06%、14.91%和19.90%降低为添加氧化铁的24.25%、9.45%和14.24%，也以水稻秸秆的效果最为显著。可见，无论是室内好气培养还是田间填埋矿化，氧化铁均表现出对有机物料矿化降解的有效抑制作用，具有明显的有机碳固持能力。

    随着温室气体浓度的不断增加，全球气候变暖已成为不争的事实。因此，寻求减少温室气体排放、增加陆地生态系统碳汇以缓解气候变化的固碳减排的技术途径已变得越来越迫切[1-3]。目前，国际上开展对耕地土壤固碳潜力及其实现途径的分析研究以及为制定CO2 排放清单及提出减排配额的依据的研究也已经越来越活跃[4-9]。土壤固碳和农业减排作为一项有效减缓温室效应的重要途径已受到国际社会的积极重视，相关的区域和国际合作计划正在开展和实施当中[10]，各国也已纷纷出台相关政府措施以加强应对气候变化的能力。我国政府高度重视全球气候变化问题，先后采取了一系列行动来应对全球气候变化的挑战，目前温室气体减排、生物固碳技术和固碳工程已被列入我国中长期科学技术发展规划。生物固碳作为一种目前最安全有效经济的固碳减排方式，已经引起了国际社会的普遍关注，成为众多学科交叉研究的热点领域之一[11]。目前温室气体的生物固碳减排措施主要包括生物质能源利用、农田和草原土壤固碳、造林、再造林及减少伐木等[12-13]。提高农田土壤碳储量亦即是生物固碳的措施之一，我国目前仅提高农业秸秆利用率就可由当前的每年净排9 500 万t C 变为从大气中吸收8 000 万t C[14-16]。
    降低农业生产的温室气体排放，提高农业土壤的碳储量，也就是做到了农业的固碳减排。农业生产的温室气体排放中以CO2 的排放占到首位，要做到农业的固碳减排，就要尽量降低农业碳排放，如降低土壤有机质的矿化、增强土壤固定新鲜有机碳的能力以及减少农业秸秆的焚烧等等。在已有稻田土壤固碳机理研究的基础上，如何运用这种固碳机制来辅助农业有机碳固定减排的技术，以降低农业土壤的二氧化碳释放，实现农业的有效固碳，为应对气候变化做出相应的贡献，将有着重要的意义。本课题组对稻田土壤的研究表明，氧化铁贡献于有机碳的保护与稳定[17]，据此考虑是否可通过添加氧化铁来抑制有机物料矿化释放二氧化碳以达到固碳减排的目的。本文通过选取
几种有机物料添加氧化铁以寻求降低其二氧化碳排放的方法，进行相关的研究探索，为发展稻田土壤固碳减排技术提供相应支持。