我国农田氧化亚氮排放的时空特征及减排途径

氧化亚氮（N₂O）是全球第三大温室气体,农田生态系统是人为N₂O排放的重要来源,约占全球人为排放的30%。明确我国农田N₂O的排放特征、关键过程与影响因子,有助于因地制宜制定减排技术途径及行动方案。氮肥施用是农田N₂O排放的关键因子,国家统计数据发现,我国农田氮肥用量在2001-2007年呈上升趋势,之后趋于稳定,2014年开始下降,其中华东地区用量最高;农田N₂O排放总量也于2015年达到最高点,之后出现下降态势,总体呈现南高北低的特征。文献综合表明,农田N₂O排放主要由土壤反硝化过程主导,人为氮素添加是决定排放高低的首要影响因子。基于上述结果,在选用氮高效作物品种降低土壤N₂O排放的前提下,华东等施肥量高的地区可采取优化施肥比例、增施缓控释肥等途径,实现氮肥增效减量减排;在设施农地和果园等田间设施条件较好的农田,可采用水肥一体化滴灌等增效减排措施;在作物多熟种植地区,除了氮肥减量减排外,还可增加豆科作物布局,采用禾豆轮作等减排措施。最后,对农田N₂O减排的科技创新和政策创设等方面提出了一些建议,包括完善农田N₂O减排理论、创新智慧农业及高效施肥技术、健全碳监测评价体系以及碳减排激励政策与机制等,助力尽早实现我国碳达峰与碳中和目标。     

添加绿肥对中国农田土壤N2O和CH4排放的影响

本研究旨在探明添加绿肥对中国农田土壤温室气体(N₂O和CH₄)排放的影响,为绿肥科学施用、温室气体减排和作物增产提供理论依据。采用数据整合分析(Meta-analysis)方法,通过“中国知网”、“谷歌学术”和“Web of Science”等中英文数据库以“绿肥”、“农田”和“温室气体”等关键词进行检索,收集到国内外关于添加绿肥对农田土壤温室气体排放影响研究的有效数据137组,定量分析添加绿肥对中国农田土壤温室气体排放的影响及其主要影响因素。结果表明：与不添加绿肥相比,添加绿肥显著的促进N₂O、CH₄的排放和GWP、GHGI的提高,提升幅度分别为16.1%、45.8%和25.7%、12.9%。施用豆科和非豆科绿肥均显著增加N₂O和CH₄排放和GWP,施用非豆科绿肥对GHGI没有显著影响,豆科绿肥相比于非豆科绿肥能显著增加土壤N₂O的排放和GWP、GHGI。不同绿肥施用措施均显著增加N₂O和CH₄     

根系分泌物对根际土壤关键氮转化过程的影响

根系分泌物是影响土壤氮素转化、N₂O排放和植株氮肥利用率的重要因素之一,也是土壤学、植物营养学、作物生理生态与耕作栽培学、环境科学等学科的重要关注点。为全面认识根系分泌物在土壤氮循环中的作用,综述了根系分泌物的种类和测定方法,介绍了根系分泌物影响土壤关键氮转化过程及N₂O排放的机理,根系分泌物对土壤硝化和反硝化过程及N₂O排放的抑制作用,并对该领域未来的研究方向进行了展望。为土壤氮素转化的土壤–植物–微生物互作机制研究提供一定参考,以进一步提高氮肥利用率,减少氮肥引起的环境污染。     

秸秆全量还田下施用过氧化钙对南方双季稻产量和稻田温室气体排放的影响

为探明秸秆全量还田条件下施用过氧化钙（CaO₂）对南方双季水稻产量和稻田温室气体排放的影响,设置不施CaO₂（CK）和早稻旋耕前一次性施用CaO₂ 2个处理,采用静态暗箱–气相色谱法监测稻田温室气体排放,以明确秸秆全量还田下施用CaO₂对双季稻产量、稻田温室气体排放、综合温室效应（GWP）和温室气体排放强度（GHGI）的影响。结果表明,与CK相比,施用CaO₂显著增加了2018和2019年晚稻产量,增幅分别为3.44%和2.65%,但对早稻产量无显著影响。施用CaO₂显著降低了早稻季CH₄累积排放量、GWP和GHGI,降幅分别为14.73%、14.74%和15.09%,但是对N₂O累积排放量无显著影响。施用CaO₂对晚稻季CH₄和N₂O排放均无显著影响。与CK相比,施用CaO₂显著增加了2018和2019年的周年产量,增幅分别为1.93%和2.58%;但对CH₄和N₂O累积排放量、GWP及GHGI均无显著影响。因此,施用CaO₂有助于协同实现双季稻增产和稻田温室气体减排。     

不同施氮水平对农田黑土净氮转化速率和温室气体排放的影响

探讨不同施氮水平对农田黑土氮素转化和温室气体排放的影响,以期为农田合理施肥提供科学指导。以黑龙江省农田黑土为对象,采用室内培养试验,研究土壤净氮矿化速率、净硝化速率、N₂O和CO₂排放速率及累积排放量对不同施氮水平[0 mg N/kg (N0)、40 mg N/kg (N40)、60 mg N/kg (N60)、80 mg N/kg (N80)]的响应。结果表明,不施氮的N0处理土壤净氮矿化速率为0.03 mg N/(kg·d),而N40、N60和N80处理土壤净氮矿化速率分别为-0.71、-1.01、-1.27 mg N/(kg·d),均表现为对氮的净固定。施氮显著促进了土壤硝化作用,N0处理土壤净硝化速率为0.32 mg N/(kg·d),而N40、N60和N80处理土壤净硝化速率分别为N0处理的15.2、19.7、24.0倍。在0~60 mg N/kg施氮水平内,土壤N₂O排放速率随施氮水平的增加而显著增加,施氮水平增加至80 mg N/kg时,N₂O排放速率反而显著低于N60处理。N0处理的N₂O排放比例为8.11‰,施氮后N₂O排放比例显著降低,N40、N60和N80处理的N₂O排放比例分别为1.48‰、1.72‰和1.15‰,3个施氮水平间没有显著差异。与N0处理相比,施氮显著抑制了土壤CO₂的排放,但CO₂累积排放量不受施氮水平的影响。研究表明,施氮水平显著影响土壤净氮转化速率和温室气体排放,研究结果对加深农田黑土氮转化规律的理解及氮肥的合理施用具有实际意义。     

秸秆还田及添加生物炭对黑土玉米生长季N2O排放的影响

为比较秸秆还田与添加生物炭对黑土氧化亚氮(N₂O)排放的影响,基于中国科学院海伦农业生态实验站建立的定位田间试验,设单施化肥(NPK)、秸秆还田配施化肥(NPK+SR)、生物炭配施化肥(NPK+BC) 3个处理,采用静态箱-气相色谱法测定黑土区玉米生长季N₂O排放通量。在试验进行的第3年,采集生长季土壤排放的气体,测定N₂O排放通量。结果表明：较单施化肥相比,NPK+SR处理N₂O累积排放量增加了83.1%,而NPK+BC处理降低了32.4%。尽管土壤N₂O排放通量与土壤温度的相关系数因不同处理而存在差异,但各处理均表现出显著正相关关系(P<0.05)。而土壤含水量与N₂O排放通量未呈现相关关系(P>0.05)。与单施化肥处理相比,秸秆还田和添加生物炭后玉米总产量增加了12.0%和34.3%。由此可见,玉米秸秆制成生物炭还田既增加玉米产量,又达到N₂O减排的目的,在本试验条件下,生物炭是玉米秸秆还田的有效方式。     

覆膜滴灌对温室气体产生及排放的影响研究进展

CO₂、CH₄与N₂O作为全球气候变化贡献较大的温室气体日益受到重视,而覆膜滴灌作为一种节水的田间农艺措施也受到广泛关注。笔者就土壤温湿度对土壤温室气体产生及排放的影响、覆膜滴灌造成土壤温湿度的改变及其对土壤温室气体排放的作用进行了综述。目前的研究成果表明：（1）土壤温度、湿度都通过影响土壤微生物菌群数量和活性、调节气体传输速率,对土壤温室气体产生和排放起作用;（2）土壤CO₂排放速率与浅层地温正相关,CH₄与N₂O的产生都有一定的最适温度,而CH₄的氧化与温度的关系呈多样性;（3）土壤湿度对CH₄产生、氧化与N₂O产生的作用都大于土壤温度,CH₄氧化速率与土壤湿度呈负相关,而CO₂与N₂O的排放都有一个最佳的湿润范围;（4）覆膜良好的增温保湿效应、对气体传输的自然阻隔作用以及滴灌的局部湿润作用又会影响温室气体的产生和排放。最后总结提出了有待进一步展开和完善的几方面研究工作：如何确定和控制土壤湿润范围以减少温室气体排放,如何定量确定覆膜滴灌的综合效应,如何通过调控土壤CO₂的排放以调控作物的生长过程。     

立式深旋耕作对马铃薯农田土壤温室气体排放的影响

为明确立式深旋耕作（VRT）技术对马铃薯全生育期农田温室气体（CO₂和N₂O）排放的影响,采用静态暗箱-气相色谱法,设置立式深旋松覆膜种植马铃薯（VRT-P）、旋耕覆膜种植马铃薯（TT-P）、立式深旋松露地无作物（VRT-FL）和旋耕露地无作物（TT-FL）4个处理,测定土壤含水量、温度和温室气体排放通量等,研究VRT对温室气体排放的影响及其机制。结果表明,VRT能显著提高0~30cm土层的土壤含水量,在现蕾期、始花期、盛花期和淀粉累积期,VRT-P处理较TT-P处理分别增加了9.8%、8.4%、14.6%和18.9%,VRT-FL处理较TT-FL处理分别增加了12.3%、9.1%、10.7%和26.8%;0~25cm土层土壤温度在现蕾期显著增加。农田土壤温室气体N₂O和CO₂排放通量呈现夏秋高而冬春低的季节性分布规律,在马铃薯生育期内VRT-P处理的N₂O和CO₂排放通量较TT-P处理分别提高39.9%和26.1%,在休闲季节分别提高11.2%和35.9%;VRT-FL处理的N₂O和CO₂排放通量较TT-P处理分别增加62.8%和4.4%,在休闲季节分别增加了41.5%和4.8%。种植作物对温室气体排放有显著影响,VRT-P处理的N₂O和CO₂排放通量较VRT-FL处理分别提高了78.2%和41.9%,TT-P处理的N₂O和CO₂排放通量较TT-FL处理分别提高了107.3%和24.1%,均达到显著差异。VRT提高了土壤温度和湿度,可显著提高土壤温室气体（N₂O和CO₂）排放通量。     

减量施氮对玉米-大豆套作系统土壤氮素氨化、硝化及固氮作用的影响

土壤氮素氨化、硝化及固氮作用是影响作物氮素吸收及氮肥损失的主要因素, 为揭示氮肥减量下玉米-大豆套作系统的土壤氮素转化特性及排放规律, 利用大田定位试验研究了3种模式(玉米单作MM、大豆单作MS、玉米-大豆套作IMS)和3种施氮水平(不施氮NN: 0; 减量施氮RN: 180 kg hm ^-2; 常量施氮CN: 240 kg hm ^-2)对土壤硝化作用、氨化作用、固氮作用及氨挥发、N₂O排放、NO₃ ^--N累积的影响。结果表明, IMS较相应单作提高了土壤硝化和氨化作用, IMS的氨挥发损失率和N₂O损失率较MM降低21.6%和29.7%; IMS下玉米土壤的NO₃ ^--N积累量显著高于MM, 而大豆土壤的NO₃ ^--N积累量显著低于MS。各施氮处理间, RN较CN降低了玉米土壤的氨化与硝化作用, 增加了大豆土壤的硝化和固氮作用。IMS下RN的玉米、大豆全生育期固氮作用较CN增加29.7%和32.0%, 年均氨挥发总量和N₂O排放量较CN降低37.2%和41.0%。玉米-大豆套作系统在减量施氮下通过提高土壤氮素氨化、硝化与固氮作用, 减少氮素排放损失, 增强耕层土壤NO₃ ^--N积累, 为作物氮素吸收提供了充足氮源。     

长江中下游地区不同避涝作物种植模式对农田温室气体排放的影响

通过田间原位试验,研究长江中下游地区不同避涝作物种植模式对农田温室气体排放的影响,为该地区低碳作物种植模式的选择提供依据。利用静态箱法研究水稻-小麦(WRR)、黄心乌-茭白(WZR)、黄心乌-毛豆-荸荠(WECR)、水芹-芹芽-水稻(CCRR)和莲藕(LR)种植模式下农田的N₂O、CO₂和CH₄等温室气体的排放规律。结果表明：N₂O、CO₂和CH₄的排放具有明显的季节性,CO₂排放呈现夏季＞秋季＞春季＞冬季,CH₄和N₂O排放呈现夏季＞秋季;WECR、WRR和CCRR种植模式土壤CO₂排放量差异不显著,但都显著高于WZR,LR模式;WRR、CCRR和LR种植模式土壤N₂O排放量极显著高于WZR和WECR模式;LR极显著高于CCRR种植模式土壤CH₄排放量,而WZR、WECR和WRR极显著低于LR和CCRR。不同种植模式综合温室效应大小WRR＞CCRR＞WECR＞LR＞WZR,可见黄心乌-茭白模式综合温室效应最低,是长江中下游易涝区域低碳农业的较佳生产模式。     

Long-term effect of tillage, crop rotation and N fertilization to wheat on gaseous emissions under rainfed Mediterranean conditions

A field study was conducted to assess the effect of N fertilizer application to wheat (Triticum aestivum L.), tillage system and crop rotation on total denitrification N losses, N₂O and CO₂ emissions under Mediterranean conditions in a long-term trial started 18 years ago on a Vertisol soil. The tillage system consisted of conventional tillage vs. no-tillage and the crop rotation system consisted of two different 2-years rotations: wheat–sunflower (Helianthus annuus L.) (WS) and wheat–faba bean (Vicia faba L.) (WF). Fertilizer rates were 0 and 100 kg N ha⁻¹ applied to wheat splitted in two amendments of 50 kg N ha⁻¹ each. Two different fertilization systems were studied. In the old fertilized plots system fertilizer had been applied for 18 years since the beginning of the trial, and in the new fertilized plots system fertilizer was applied for the first time when this experiment was started. Measurements were carried out after fertilizer applications.

In the long term, continued fertilizer application produced a higher soil total N content. Nevertheless, no increase in denitrification potential, N₂O + N₂ production by denitrification, N₂O or CO₂ emissions was observed either by the recent application of N or by the continued application during 18 years. The soil presented a higher potential to denitrify up to N₂ than up to N₂O. So, denitrification was probably occurring mainly in the form of N₂, while N₂O emissions were occurring in a great manner by nitrification, both denitrification and nitrification occurring simultaneously at soil field capacity (60–70%) expressed as water filled pore space (WFPS). Conventional tillage induced an increase in soil total N content and in the potential to denitrify up to N₂ with respect to no-tillage. This higher potential was translated into higher N₂O + N₂ production by denitrification presumably stimulated in the short time by the higher available carbon provided by decomposing roots and by the subsequent creation of soil anaerobic microsites. Contrarily, no effect of tillage was observed on N₂O emissions because of being produced in an important manner by nitrification, which does not depend on carbon availability. The wheat–faba bean rotation induced higher soil nitrate contents than the wheat–sunflower, although the effect in the long time was not observed regarding soil total N content. The same as for the fertilizer effect, this increase in nitrate content was not followed by a higher denitrification potential or higher N₂O + N₂ production by denitrification because of the lack of organic matter, while an increase was observed in N₂O emissions.     

耕作与秸秆还田方式对稻田N_2O排放、水稻氮吸收及产量的影响

保护性耕作是改善农田土壤肥力的重要举措,然而其对作物氮吸收与产量的作用尚不明确。为此,本试验于2016—2017年稻季在湖北省武穴市花桥镇,设置常规翻耕与免耕两种耕作方式以及前茬作物秸秆全量还田与不还田两种秸秆还田方法,研究耕作与秸秆还田方式对稻田土壤N_2O排放、根系酶活性、水稻氮吸收与产量的影响。结果表明,耕作方式显著影响土壤N_2O排放,但不影响根系硝酸还原酶与谷氨酰胺合成酶活性、水稻氮吸收与产量。与翻耕处理相比,免耕处理2016年和2017年土壤N_2O排放量分别显著提高了12.5%～18.2%和21.1%～38.6%。秸秆还田显著影响土壤N_2O排放量、根系酶活性、水稻氮吸收与产量。相对于秸秆不还田处理,秸秆还田处理2016年和2017年土壤N_2O排放量分别显著提高了38.5%～45.5%和13.1%～29.5%。秸秆还田处理相对于不还田处理根系硝酸还原酶与谷氨酰胺合成酶活性分别显著增加了6.7%～45.9%和9.0%～46.7%,水稻氮吸收量提高了12.5%～26.0%,产量增加了9.4%～12.6%。本文认为,虽然秸秆还田提高了水稻氮吸收与产量,但也促进了土壤N_2O的排放,因此在评估保护性耕作稻田温室效应时应加强对温室气体(CH4和N_2O)排放和土壤碳固定影响的长期监测,以期为发展低碳稻作提供理论依据和技术支撑。     

小麦微喷（滴）灌水肥一体化高产优质高效生态栽培研究进展

高产优质高效生态栽培是现代农业的发展目标,水肥一体化技术是实现这一目标的有效手段,其为国家粮食安全和农业可持续发展做出了重要贡献。微喷（滴）灌水肥一体化技术在小麦栽培上可实现节水30%~40%、节肥20%~30%以及增产15%~30%,水分和肥料利用率分别提高40%~60%和30%~50%;同时可改善小麦籽粒品质,减少100cm以下土层NO₃^--N积累,降低氮肥淋失风险,以及缓解土壤中N₂O气体向大气排放。本文概述了水肥一体化技术及国内外发展现状,并对微喷（滴）灌水肥一体化技术对小麦产量、品质、水肥利用率及水肥运移规律、N₂O气体排放等方面的影响进行综述,为水肥一体化技术从“高端农业”走向普遍、从设施农业走向大田提供参考。     

一次性减量施用缓控释肥对机采棉养分吸收和产量的影响

为探讨一次性减量施用缓控释肥对机采棉氮磷钾养分吸收和产量的影响,获得适宜安徽沿江棉区的机采棉最佳施肥量,根据“3414”肥料试验方案,以棉花品种‘中915’为材料,设计氮磷钾3因素4施肥水平的田间肥效试验。结果表明,各施肥处理棉花单株结铃数、单铃重等均高于不施肥对照(CK),各施肥处理皮棉产量为834.83~1443.35 kg/hm²,较CK增加了37.9%~138.4%,N₂P₂K₂处理(N 150 kg/hm²、P₂O₅ 75 kg/hm²、K₂O 120 kg/hm²)的皮棉产量最高。棉花单株氮累积量各施肥处理显著高于对照,增加了37.2%~79.4%,氮累积量随施氮量的增加先增后减,以N₂P₂K₂处理最大。棉花单株磷素累积量各施肥处理显著高于对照,增加了8.1%~53.5%,N₁P₁K₂处理(N 75 kg/hm²、P₂O₅ 37.5 kg/hm²、K₂O 120 kg/hm²)最大,N₂P₂K₂处理次之。棉花单株钾累积量施肥处理显著高于对照,增加了29.9%~97.0%,以N₂P₂K₃处理(N 150 kg/hm²、P₂O₅ 75 kg/hm²、K₂O 180 kg/hm²)最大,其次为N₂P₃K₂(N 150 kg/hm²、P₂O₅ 112.5 kg/hm²、K₂O 120 kg/hm²)、N₂P₂K₂。综合来看N₂P₂K₂的产量及相关性状表现最好。结合养分吸收和产量构成相关数据综合分析,推荐在安徽沿江棉区机采棉模式种植可采用缓控释肥一次性减量施用,氮肥纯养分施用量为N 150 kg/hm²、P₂O₅ 75 kg/hm²、K₂O 120 kg/hm²。     

不同氮素形态对湿地小叶章氮吸收和N2O排放的影响

氮素生物地球化学循环和减缓温室气体排放已成为全球（气候）变化研究的热点问题,氮素有效性是调控全球变化反馈机制的重要因子。本研究以东北三江平原小叶章湿地为研究对象,采用¹⁵N示踪技术,通过野外原位控制实验,研究湿地植物小叶章对不同氮素形态(NH⁺₄、NO^-₃、NH⁺₄-NO^-₃)的吸收及小叶章N₂O排放通量特征。结果表明：(1)不同氮素形态处理下,小叶章叶生物量表现为处理A>NA>N>CK;A处理,茎生物量最大,比对照提高了35.7%;NA处理,地下生物量显著高于A和CK(P<0.05);NA处理,根冠比最大,是对照的1.82倍。(2)不同氮素形态处理下,小叶章叶、茎、地上以及根氮含量显著高于对照(CK)(P<0.05),不同处理之间氮含量差异不显著(P<0.05)。(3)不同氮素形态处理下,小叶章叶、茎以及地上部分Ndff和¹⁵N含量均表现为处理A>N>NA>CK,并且各处理极显著高于对照(P<0.01),各处理之间达到显著差异(P<0.05)。(4)不同氮素形态处理下,处理N湿地N₂O排放量最多,且显著高于处理A和处理NA(P<0.05),处理N、A、NA显著高于对照(CK)(P<0.05)。阐释了不同形态氮素在植物-土壤-大气系统中周转与分配策略,以及对N₂O排放的影响,为湿地氮生物地球化学和温室气体排放研究提供基础数据。