光照对分蘖期水稻叶际及根系-培养液体系N_2O和NO_X(NO,NO_2)排放的影响(英文)

[目的]该研究探讨光照对分蘖期水稻根、叶界面N_2O和NO_X排放的作用及其机制。[方法]试验在水培控氮、小型光控培养箱控光和同步测定条件下,探讨了不同光质、光强及光控处理对分蘖期水稻叶际及根系-培养液体系N_2O和NO_X排放的影响。[结果](1)在相同氮源(NH4NO3-N,90 mg/L)、日间光照为6 000、8 000lx条件下,分蘖期平均水稻叶际N_2O和NO排放速率分别为27.08、32.33μg/(pot·h)和0.114、0.057μg/(pot·h),分别占N_2O和NO总排放的57.38%、58.65%和9.65%、4.52%,水稻叶际是N_2O的重要排放源;(2)在光强(1 600 lx)一致条件下,LED黄、绿、白、红、蓝光处理的平均水稻叶际N_2O排放速率分别为6.83、9.40、9.73、2.82和4.08μg/(pot·h),光X强较高的红(3 000 lx)、蓝光(2 500 lx)处理能同步抑制分蘖期水稻根、叶界面N_2O的挥发(P<0.01),LED红、白光有促进日间水稻叶际NO排放的作用,LED蓝光则有同步抑制水稻根、叶界面NO挥发的作用效果,但不同光控处理下水稻根、叶界面均无明显的NO2净排放作用;(3)0～8 000 lx范围内随着光照增强,水稻根部NO及根、叶界面N_2O排放同步增加,但高光强(6 000～8 000 lx)下水稻叶际NO排放显著大幅下降(P<0.01)。[结论]水稻根、叶界面均以N_2O挥发为主;试验供氮水平下适度控制日间光强并同步增加红光、蓝光比例的技术,能同步抑制水稻根、叶界面氮氧化物的排放。     

光照对不同生育期水稻根、叶界面CO_2交换的影响

【目的】探讨光照对不同生育期水稻根、叶界面CO_2交换的作用。【方法】试验采用自主设计气态化合物挥发试验装置,在内、外室严密分隔和同步测定的条件下,测定水稻叶际及根际界面CO_2的交换速率。【结果】①自然光照下,分蘖期、开花结实期和成熟衰老期日间水稻叶际CO_2交换速率分别为-13.58、-10.84和27.36μg/pot·h,水稻叶际是中前期日间CO_2重要的汇,同时也是成熟衰老期日间CO_2重要的源;夜间水稻叶际CO_2排放是中前期水稻植株CO_2排放的主要来源;②弱光控试验条件下,不同生育期水稻同步从根、叶界面净排放CO_2,但主要以叶际CO_2排放为主;在水稻不同生育期,LED黄、绿光有增强水稻叶际CO_2排放的明显作用,较强红、蓝光能有效地抑制水稻叶际CO_2的挥发。【结论】不同生育期同步增加红、蓝光比例及光强,有降低稻田生态系统CO_2排放的作用。     

中国北方设施菜田垄-畦土壤N2O和NO年排放特征比较

为弄清设施菜田垄上和畦上土壤的N2O和NO排放特征,准确估算我国设施菜田痕量气体年排放量,依靠一个田间原位试验,用静态暗箱-气相色谱法和氮氧化物分析仪分别监测了一年设施菜田垄上及畦上土壤的N2O和NO排放通量。研究结果表明畦上和垄上N2O和NO年排放量差异显著。畦上和垄上N2O累积年排放分别为11.60、4.23 kg N·hm-2,NO的累积年排放分别为1.27、0.43 kg N·hm-2;考虑到畦垄面积比为3∶1,修正后设施菜田N2O和NO累积年排放分别为9.65、1.06 kg N·hm-2。因此在气体取样时,取样点在畦上,会分别高估N2O和NO年排放量1.95 kg N·hm-2和0.21 kg N·hm-2。垄上CO2的排放量远低于畦上,间接说明垄上土壤缺乏碳源可能是氮素反硝化的限制因子,施用有机肥时应适当远离垄,以免增大氮素损失。此外,垄是重要无机氮汇,估算氮素平衡和硝酸盐淋洗时,应该给予足够重视。     

一种新的植物N2O释放光调节模式

植物释放N2O可能是大气N2O的重要来源。植物N2O释放与体内的NO3-还原过程有关,并且受光照强度的调节。较低光强有利于植物产生N2O。作者根据自己的研究结果和他人的工作,提出一个新的N2O释放与光合作用光反应和CO2同化作用关系以及呼吸作用关系的模式。在非光合作用器官,NO3-还原所需要的还原力和碳架来自呼吸作用,而在光合器官则主要来自光合作用。在光合器官中,N2O产生于NO3-还原和NO2-还原过程。硝酸还原对光合作用的CO2同化既有依赖关系,又有竞争关系。当光照较弱时,光合作用提供的还原力不足,对NO2-还原的抑制大于NO3-还原,因此有利于NO2的产生。     

测定时间对黑土区CO_2和N2_O排放通量的影响

[目的]探讨测定时间对黑土区CO2和N2O排放通量的影响,确定排放通量的最佳测定时间,以期为黑土区农田温室气体减排提供科学依据。[方法]以黑土区长期肥料定位试验为平台,采用静态箱式法研究了小麦3个关键生育期(抽穗期、灌浆期和成熟期)CO2和N2O排放的日变化动态,揭示不同测定时段黑土区CO2和N2O排放通量的差异。[结果]土壤CO2和N2O排放通量日变化较大,变化范围分别为CO2 206～552 mg/(m2.h)和N2O 51～295μg/(m2.h)。在不同生育期CO2呈单峰曲线变化,峰值出现在中午12:00,峰谷出现在凌晨3:00;N2O排放通量在抽穗期白天较小,而夜间排放量大。如果不考虑小麦生育期对CO2和N2O排放通量的影响,测定CO2排放代表性时间段在6:00～8:00或16:00～21:00;测定N2O时间段在8:00～10:00或16:00～21:00;若同时测定CO2和N2O排放通量,最佳测定时间在16:00～18:00。若在通常的观测时间9:00～12:00进行观测,CO2和N2O的较正系数分别为0.81和0.90。[结论]该研究结果为黑土区农田温室气体减排提供了科学依据。     

灌溉下限对设施土壤N2O和NO排放特征的影响

【目的】合理灌溉是设施生产控制N₂O和NO排放,提高氮肥利用率的有效措施。研究不同灌水下限设施土壤N₂O和NO排放动态与土壤水分、无机氮和可溶性有机氮关系,分析N₂O和NO排放特征及影响因素,以期为N₂O、NO减排和设施土壤灌溉管理提供科学依据。【方法】基于连续7年的设施土壤不同灌溉下限的田间定位试验,以番茄为供试作物,设4个土壤水吸力处理,分别为25 kPa（W₁）、35 kPa（W₂）、45 kPa（W₃）和55 kPa（W₄）。采用密闭静态箱-气相色谱和氮氧化物分析仪法,分别对番茄生长季的N₂O和NO进行田间原位同步观测。【结果】番茄生长季不同灌水下限处理土壤N₂O和NO排放通量分别为 -34.46—1 671.78 μg N·m^-2·h^-1和6.83—269.89 μg N·m^-2·h^-1,二者排放峰值期同步且主要发生在施肥和灌溉后,各处理NO/N₂O均小于1。土壤N₂O和NO累积排放量分别为W₂和W₁处理最低（P <0.01）,各处理N₂O+NO总累积排放量表现为W₄处理>W₃处理>W₁处理>W₂处理。W₂处理番茄产量较W₁、W₃和W₄处理分别增加84%、32.4%和12%。单位产量N₂O+NO排放量表现为W₄处理最高（P <0.01）,W₂处理最低。各处理施肥和收获后土壤无机氮和可溶性有机氮含量的重复测量方差分析表明,除灌水下限和观测时间交互对亚硝态氮含量影响不显著外,灌水下限和观测时间及二者交互效应对土壤无机氮和可溶性有机氮均有极显著影响（P <0.01）。冗余分析和相关分析表明,NO₂^--N、NH₄⁺-N和土壤孔隙含水量（WFPS）可分别解释设施土壤N₂O和NO变异的55%、32.5%和20.7%,均是极显著影响不同灌溉下限N₂O和NO排放的主要影响因素。【结论】综合考虑产量和N₂O、NO减排效应,灌水下限35 kPa的W₂处理为本试验最适宜的灌溉管理措施。     

土壤质地对小麦和棉花田N_2O排放的影响

1994年—1995年在中国科学院封丘生态试验站通过小区试验研究了土壤质地对小麦和棉花田N2O排放量的影响。结果表明,土壤质地明显影响小麦和棉花田N2O排放量 ,壤质土壤排放的N2O高于砂质和粘质土壤 ,小麦和棉花生长期壤质、砂质及粘质土壤的平均N2O排放通量分别为37.93、23.81、12.90及70.39、45.87、27.85μg N2O -N/(m2·h)。黄淮海平原麦棉轮作土壤年平均N2O排放通量为19.37～51.97μg N2O -N/(m2·h)。     

稻麦轮作条件下机插水稻CH4和N2O的排放特征及温室效应

于2008年采用静态暗箱-气相色谱法对人工手插和机插2种水稻种植方式下CH4和N2O排放进行田间观测,研究稻麦轮作条件下机插水稻CH4和N2O的排放特征及其温室效应.结果表明,水稻生长季CH4排放通量人工手插水稻和机插水稻均呈先升高后降低的变化趋势,N2O仅在水稻搁田期间有明显排放,机插和人工手插水稻CH4平均排放通量分别为4.68、4.39 mg·m-2·h-1,N2O平均排放通量为92.80、111.33 μg·m-2·h-1.与人工手插水稻相比,机插水稻增加CH4排放总量14%,减少N2O排放总量11%,使稻季排放CH和N2O所产生的全球增温潜势(GWP)和"单位产量的GWP"分别提高8%和10%.在稻麦轮作条件下采用机插水稻种植方式,水稻生长期间排放的CH4和N2O所形成的温室效应有提高的趋势.     

氮肥对宁夏地区水稻田N_2O排放的影响

为了摸清不同氮肥水平下水稻田N2O的排放规律,利用静态箱—气相色谱法,对宁夏地区水稻田N2O的排放进行田间原位观测。结果表明,氮肥的施入显著促进水稻田N2O的排放,不同氮肥水平间N2O的排放存在显著差异。在整个观测期内,不施氮肥处理无明显的N2O排放高峰,而施氮处理在水稻生长后期进行排水晒田时出现1个比较明显的峰值,其余时间N2O排放通量无明显变化趋势。施氮处理N2O的排放主要集中在水稻灌浆期,不施氮处理其排放主要集中于水稻返青期、拔节期、灌浆期和成熟后。随着施氮量的增加,水稻田以N2O形式损失的氮量减少。分析各处理水稻田间N2O的全球增温潜势(GWP),得出随着施氮量的增加其潜势逐步提高,对环境的影响不容忽视。     

开放式空气CO_2浓度增高对水稻体内不同形态N素含量的影响

利用FACE(Free Air Carbon-dioxide Enrichment)平台技术,研究了低氮(LN150kg·hm-2)和常氮(NN250kg·hm-2)水平下,大气CO2浓度升高对水稻(OryzasativaL.)体内不同形态N素含量的影响。结果表明,CO2浓度升高促进了水稻茎、穗和根的生长而使水稻的总生物量显著增加;同时显著降低分蘖期根、茎、叶,抽穗期茎和成熟期叶、根中的N含量,而其降低量的50%￣181.8%归因于蛋白态N含量的降低,因此蛋白态N含量的降低是N含量下降的直接原因。此外,CO2浓度升高使整个生育期内水稻不同部位氨基酸态N含量普遍降低,而无机态N含量随生育期和植株部位不同的表现为降低或者升高,这可能是根系的N同化能力改变的结果。还讨论了高浓度CO2条件下水稻组织中蛋白态N含量降低的原因。     

Effects of Nitrogen Application on N2O Flux from Fluvo-Aquic Soil Subject to Freezing-Thawing Process

A lab-incubation experiment was conducted to investigate the effects of different forms of nitrogen application （ammonium, NH4＋-N; nitrate, NO3--N; and amide-N, NH2-N） and different concentrations （40, 200 and 800 mg L-1） on N2O emission from the fluvo-aquic soil subjected to a freezing-thawing cycling. N2O emission sharply decreased at the start of soil freezing, and then showed a smooth line with soil freezing. In subject to soil thawing, N2O emission increased and reached a peak at the initial thawing stage. The average N2O emissions with addition of NH4＋-N, NO3 -N and NH2-N are 119.01, 611.61 and 148. 22 ug m-2 h-1, respectively, at the concentration of 40 mg L-1; 205.28, 1 084.40 and 106.13 ug m2 h-1 at the concentration of 200 mg L-1; and 693.95, 1 820.02 and 49.74 ug m-2 h4 at the concentration of 800 mg L-1. The control is only 100.35 ug m-2 h-1. N2O emissions with addition of NH4＋-N and NO3--N increased with increasing concentration, by ranging from 17.49 to 425.67% for NH4＋-N, and from 563.38 to 1458.6% for NO3--N compared with control. There was a timelag for N2O emission to reach a steady state with an increase of concentration. In contrast, by adding NH2-N to soil, N2O emission decreased with increasing concentration. In sum, NH4＋-N or NO3--N fertilizer incorporated in soil enhanced the cumulative N2O emission from the fluvo-aquic soil relative to amide-N. This study suggested that ammonium and nitrate concentration in overwintering water should be less than 200 and 40 mg L-1 in order to reduce N2O emissions from soil, regardless of amide-N.     

中国稻田CH_4和N_2O排放及减排整合分析

【目的】对中国有关稻田CH4和N2O排放试验结果进行整合分析,估算不同管理措施的减排潜力,为稻田CH4和N2O减排提供参考依据。【方法】通过建立中国稻田CH4和N2O排放的数据库,研究稻田CH4和N2O的排放特征,分析作用显著的影响因素,比较不同措施的减排效果。【结果】中国稻田CH4排放存在明显的地域性分布规律,主要表现为西南地区稻田CH4排放远高于其它地区。水稻生长季节水分管理方式、非水稻生长季水分状态、化肥氮投入量和有机物料对稻田CH4排放具有重要影响(P0.05)。与淹水灌溉(CF)相比,前期淹水-中期晒田-淹水(F-D-F)、前期淹水-中期晒田-淹水-湿润灌溉(F-D-F-M)和间歇灌溉或完全湿润(M)降低稻田CH4排放的幅度分别为45%、59%和83%。与休闲期淹水(F)相比,采取冬闲期排干(SD)、稻旱轮作(LD)或旱-旱-稻轮作模式(TD),能降低稻田CH4排放42%—56%。不同有机添加物产生CH4的能力的顺序为:作物秸秆+厩肥(S+FM)绿肥(GM)厩肥(FM)作物秸秆(S)堆肥或沼渣(CM)。化学氮肥的种类对CH4排放有一定的影响,但特征不明显,而随着氮肥用量(N)的增加,CH4排放逐渐降低。当0N≤150kgN·hm-2,150N250kgN·hm-2和≥250kgN·hm-2时,CH4排放较不施任何肥料降低12%、29%和65%。中国稻田N2O排放的地域性分布特征不明显。水稻生长季节水分管理方式、非水稻生长季水分状态和总氮投入量是影响N2O排放的最重要的因素(P0.05)。与CF相比,F-D-F、F-D-F-M和M能够提高稻田N2O排放12%、140%和478%,而且在F-D-F、F-D-F-M模式下的氮肥N2O排放因子分别为0.43%和0.68%。不同非水稻生长季水分状态模式下N2O排放平均值表明,SD、LD和TD比F增加40%—110%的排放。【结论】稻田CH4和N2O排放的消长关系表现在水分管理、非水稻生长季节的水分状态和氮素的投入量等方面。合理的减排措施应基于二者的综合考虑。通过优化稻田水肥管理措施可降低稻田CH4和N2O排放的温室效应。     

不同施肥类型对北方稻田土壤温室气体排放的影响

利用静态暗箱-气相色谱法研究了吉林省延边地区不同施肥类型对水稻土壤CO2、CH4和N2O排放通量的影响。结果表明,稻田3种温室气体的排放存在明显的季节特征,CO2排放主要集中于8~10月,而CH4排放以7、8月为主,水稻生育盛期时N2O表现出明显的负排放特征,净排放发生于移栽期及秋季晒田期;有机肥与化肥配施促进了水稻生育盛期CO2和CH4的排放,导致生长季CO2和CH4排放总量显著高于单施化肥和单施有机肥处理,而单施化肥处理促进了生长季N2O净排放。水稻植株促进了水稻生育期6~8月稻田CO2和CH4的排放,与无植株相比,月均通量分别增加了42.9%~226.1%和146.6%~418.9%。生长季土壤温度对稻田CH4排放具有显著影响,但对CO2和N2O排放影响不显著。     

紫色土夏玉米-冬小麦轮作农田的NO排放特征

利用紫色土养分循环长期定位研究平台,通过静态箱-气袋采气-化学发光氮氧化物分析仪观测了紫色土夏玉米-冬小麦轮作周期的NO周年排放特征。结果表明,施肥促发紫色土NO的峰值排放,玉米与小麦季的土壤NO排放峰值均出现在施肥后20 d内。常规夏玉米-冬小麦轮作条件下NO年累积排放通量为0.450 kg N·hm^-2,其中玉米季的NO累积排放通量为0.200 kg N·hm^-2,排放系数为0.13%,小麦季的NO累积排放通量为0.250 kg N·hm^-2,排放系数为0.20%。玉米季的NO排放速率与土壤表层温度呈指数响应关系,小麦季与温度关系不明显。土壤湿度对于玉米季常规施肥条件下NO的排放有显著的响应关系。种植作物的土壤较裸地的NO排放通量都有不同程度的降低。     

中国稻田水稻生长季N2O排放估算

由于土壤水分状况的不同,水稻生长季土壤N2O排放量明显不同于旱地作物。基于多元统计模型,通过多点代面的方法进行尺度扩展,并应用蒙特卡洛方法模拟影响因素的变异程度,模拟了中国稻田水稻生长季的N2O排放情况。所模拟的378个点的水稻生长季N2O排放通量为6.0～74.3μgN.m-2.h-1,其均值接近于原始观测结果;378个点位的N2O排放通量空间分布不均,排放量较高的点位于北纬20°到30°之间;378个点中单季稻、稻-旱轮作中的水稻和双季稻的生长季N2O平均排放量分别占年总排放量的53%、34%和59%。多点代面的尺度扩展结果显示2008年中国稻田水稻生长季N2O排放量均值为22.48Gg,其95%的概率区间为20.5～24.8Gg;化肥氮的N2O排放系数为0.27%,与IPCC缺省值0.3%接近。用秩相关关系表征影响因子对中国稻田水稻生长季N2O排放量的不确定性的贡献,结果表明水分管理类型、有机肥类型、土壤属性、氮用量等对结果均有显著影响。     

杂交中稻组合的耐旱性与植株地上部性状的关系(英文)

[目的]研究杂交中稻组合的耐旱性与植株地上部性状的关系,以期为抗旱水稻品种的选育提供理论和实践依据。[方法]2011年以30个杂交中稻组合为材料进行大田试验,设置3个不同处理:分蘖期干旱、穗分化期干旱和对照(全生育期保持浅水层),测定水稻的主要农艺性状,并计算各品种的抗旱指数。2012年以16个杂交中稻组合为材料,进行钵栽试验,设置干旱和对照两个处理,并测定水稻的主要农艺性状,并计算各品种的抗旱指数。[结果]分蘖期干旱土壤含水量达近60%,穗分化期干旱土壤含水量达近80%时,均极显著降低水稻产量。大穗和发根力强的组合,穗分化期抗旱能力强;干旱处理下产量越高的组合抗旱能力越强。分蘖期抗旱指数与穗分化期的抗旱指数无相关性。在水种条件下,千粒重较低的组合抗旱能力较强;在受旱条件下,千粒重低和产量高的组合抗旱能力强。[结论]筛选出了较强抗旱能力组合有:D优6511、泰优99、内5优317、内香优18号、宜香优7633、天优华占、II优615、内香5306、川谷优7329、内香7539,可供生产上作为抗旱栽培的优选品种。     

Nitrous Oxide Emissions from Upland Farmland as Affected by Summer Legume Crop Cultivation

A field study was conducted to investigate the effects of leguminous crop cultivation on nitrousoxide (N2O) emissions from upland agricultural soils. Results demonstrated that N2O emission sequences were tively. While in terms of seasonal emission, the sequence was that soybean ＞ peanut crop ＞ upland rice, being 0.77, 0.70 and 0.55 kg/ha respectively. Results also demonstrated that legume crop treatment emitted much more N2O than non-legume upland rice treatment and that N fertilized treatments emitted more than unand N fertilizer, therefore, were one of the important sources of N2O emissions from agricultural fields.     

稻田生态系统氧化亚氮(N_2O)排放微生物调控机制研究进展及展望

氧化亚氮(N_2O)是第三大温室气体,对全球气候变化具有显著影响。稻田是重要的N_2O排放源,追踪稻田N_2O产生及排放关键过程的微生物调控机制,可以为农田土壤氮素循环研究以及稻田N_2O减排提供有价值的信息。微生物调控的硝化作用和反硝化作用是稻田N_2O排放的主要来源。基于此,我们在过去十年的研究中,依托中国科学院桃源农业生态试验站,以水稻田淹水-落干和施肥为关键过程,从水稻根际、土层深度、反应底物浓度等方面探明了土壤硝化反硝化过程和N_2O排放特征及其微生物调控机制;提出了开发稻田土壤微生物资源,提高土壤N_2O消纳能力的可能策略;构建了可以有效降低稻田氮素损失和N_2O排放的基于化肥一次性深施的减氮控磷施肥技术,并在实际农业生产中进行了示范推广。本文对上述研究取得的成果,以及国内外相关研究结果进行了全面综述。结合分子生物技术在土壤科学研究中的应用,今后的研究工作将会从以下几个方面开展:1)解析土壤微生物与土壤生产力和生态环境之间的关系;2)在基因组和转录组水平构建农田土壤碳氮循环功能微生物分析平台;3)解析土壤微生物分布与生态功能之间的关联机制;4)根系—土壤—微生物之间的协同机制以及植物—内生菌—土壤微生物之间相互影响的分子机制;5)加强对实用技术的研发,把基础研究成果转化为生产力,服务农业生产和生态文明建设。