不同生物质炭输入水平下旱作农田温室气体排放研究

在陇中黄土高原干旱半干旱区,采用小区定位试验,对不同生物质炭输入水平下春小麦农田土壤温室气体(CO_2、N_2O和CH_4)的排放通量进行全生育期连续观测,并分析其影响因子。结果表明:6个生物质炭输入水平处理下[0 t·hm~(-2)(CK)、10 t·hm~(-2)、20 t·hm~(-2)、30 t·hm~(-2)、40 t·hm~(-2)、50 t·hm~(-2)],旱作农田土壤在春小麦全生育期内均表现为CH_4弱源、N_2O源和CO_2源。全生育期各处理CH_4平均排放通量依次为:0.005 7 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.0047 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.003 6 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.003 3 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.002 7 mg·m~(-2)·h~(-1)和0.000 4 mg·m~(-2)·h~(-1),N_2O平均排放通量依次为:0.230 5 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.144 1 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.135 3 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.098 9 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.125 0 mg·m~(-2)·h~(-1)和0.151 3mg·m~(-2)·h~(-1),CO_2平均排放通量依次为:0.449 2μmol·m~(-2)·s~(-1)、0.447 0μmol·m~(-2)·s~(-1)、0.430 3μmol·m~(-2)·s~(-1)、0.391 4μmol·m~(-2)·s~(-1)、0.408 0μmol·m~(-2)·s~(-1)和0.416 4μmol·m~(-2)·s~(-1)。土壤CH_4排放通量随生物质炭输入量的增加而减小;当生物质炭输入量小于30 t·hm~(-2)时,土壤N_2O、CO_2排放通量随其输入量增加而显著减小,但当其输入量超过30 t·hm~(-2)时,N_2O、CO_2排放通量则呈显著增大趋势。各处理在5~15 cm土层平均土壤温度差异显著(P0.05),在5~10 cm土层平均土壤含水量差异显著(P0.05),土壤温度及含水量受生物质炭影响明显;且CK处理不同土层的土壤温度及含水量波动最大,生物质炭输入可在一定程度上降低不同土层土壤的水热变化幅度;N_2O、CO_2排放通量与10~15 cm土层土壤温度呈显著性负相关,与20~25 cm土壤温度呈显著性正相关;CH_4平均排放通量与5~10 cm土层土壤温度呈显著性负相关,与其含水量呈显著性正相关;N_2O平均排放通量与15~20 cm土层土壤温度呈显著性正相关;CH_4、N_2O、CO_2平均排放通量与0~5 cm土层土壤水分呈显著性负相关。生物质炭的输入能够减小温室气体的排放,且会因其输入量的不同而异,因此适量应用生物质炭有利于旱作农田生育期内增汇减排。     

黄土台塬不同土地利用土壤温室气体通量空间变异及其环境解释

为探讨环境因子对黄土台塬不同土地利用方式土壤温室气体排放的影响,以研究区耕地、天然草地、灌木林地、乔灌混交林地和乔木林地为研究对象,采用静态箱-气相色谱法对其土壤温室气体通量动态变化进行了监测,并应用冗余分析法(RDA,Redundancy analysis)对土壤温室气体空间变异与环境因子的关系进行了分析。结果显示:(1)N_2O变异程度较CO_2、CH_4更加显著,为147.23%,CO_2的气体通量水平较其他温室气体更加突出;(2)土地利用方式对黄土台塬土壤主要温室气体CO_2、N_2O和CH_4的通量影响较大,且土壤CO_2排放为耕地最高可达83.60 mg m~(-2) h~(-1),N_2O与CH_4气体通量强度最高的分别为耕地(3.78μg m~(-2)h~(-1))和草地(65.93μg m~(-2)h~(-1));(3)通过RDA排序分析表明各环境因子对研究区不同土地利用方式土壤温室气体通量空间变异解释程度的高低,其中海拔高程与深层土壤温度影响最为突出。     

施肥处理对春季冻融期灰漠土农田温室气体排放的影响

绿洲灰漠土冻融交替明显,但缺乏该时期气体通量及动态变化方面的研究。选取NPK(氮磷钾肥)、NPKS(0.9NPK+0.1秸秆氮)、NPKM(1/3NPK+2/3羊粪氮)和NPKM+(1.5倍NPKM)处理作为研究对象,利用静态箱气相色谱法开展2013—2014年春季冻融期温室气体排放观测试验。结果显示,春季冻融期间,有机肥添加处理CO_2排放量较高,其中NPKM+和NPKM处理CO_2平均排放量分别为C 113 mg m~(-2) h~(-1)和85 mg m~(-2) h~(-1),其次为NPKS(72 mg m~(-2) h~(-1))、NPK(75 mg m~(-2) h~(-1))和CK(35 mg m~(-2) h~(-1))。同样,NPKM+和NPKM处理有相对更高的N_2O排放,春冻平均排放通量分别为N 73μg m~(-2) h~(-1)和42μg m~(-2) h~(-1),显著高于NPKS(22μg m~(-2) h~(-1))和NPK(17μg m~(-2) h~(-1))处理(p0.05)。CH_4排放量相对较低,各处理无明显差异(p0.05)。分析发现,N_2O在冻融期呈现先增加后急剧减少的趋势,CO_2变幅不明显。与全年总排放量相比,冻融期(27 d)N_2O的排放量占全年的9%~18%,CH_4冻融期间排放比重占全年排放量的6%~14%。所以,冻融交替期是灰漠土农田温室气体排放的相对高发时期,估算温室气体排放时应充分考虑。     

规模奶牛养殖室外运动场春季温室气体与氨气排放特性

舍外运动场是中国传统奶牛养殖场的组成部分,同时也是温室气体和氨气(NH_3)的重要排放源。由于开放式生产设施污染气体排放的监测难度大,目前中国还普遍缺少奶牛运动场温室气体和NH_3排放通量的直接监测数据。该试验采用梯度法对北京地区春季典型开放式奶牛运动场的甲烷(CH_4)、氧化亚氮(N_2O)、二氧化碳(CO_2)等温室气体和NH_3浓度及其排放通量进行了监测分析,讨论了排放特征和关键影响因素,为获取中国北方地区奶牛运动场温室气体和NH_3的排放通量提供了基础数据支撑。测试运动场饲养了52头荷斯坦奶牛,年均单产约8 t,头均占地面积为20.77 m~2。结果表明,该奶牛运动场春季CH_4、N_2O和CO_2的排放通量为155.59、3.60和4 869.37 mg/(m~2·h),分别占温室气体排放总量的42.79%、9.37%和47.83%;NH_3的排放通量为66.27 mg/(m~2·h);排放峰值一般出现在运动场清粪之后。环境温度与CH_4、N_2O和NH_3排放量呈显著的正相关关系(P0.05),同时风速在一定范围内会促进CH_4、N_2O和NH_3的排放。奶牛场清粪活动不仅会加快污染气体的排放通量,还会影响温度和风速对气体排放通量的作用效果。     

耕作方式转变对冬小麦季农田温室气体排放和产量的影响

合理耕作方式对农业可持续生产和减缓全球气候变化有重要意义。为评价耕作方式转变对农田温室气体排放的影响,本研究针对连续16年的长期旋耕小麦/玉米农田进行不同的轮耕处理,采用原位静态箱-气相色谱法分析了小麦季农田土壤3种温室气体CH_4、CO_2、N_2O排放规律。试验共设3个处理:在前期旋耕基础上分别进行翻耕处理(XF)和深松处理(XS),另外保持旋耕(X)作为对照。试验结果表明:CO_2排放通量在耕作后1周有明显排放峰,XF处理显著低于X和XS处理;N_2O排放通量在耕作和灌溉施肥后有明显排放峰,XS处理显著高于XF和X处理;两种气体排放通量在越冬期出现最低值。CH_4从耕作后到越冬期有持续明显的吸收过程,其中XS处理的吸收通量显著高于XF和X处理。农田土壤在冬小麦生长季表现为CO_2的源,累积排放量为XS(5 241 kg·hm~(-2))X(5 160 kg·hm~(-2))XF(4 840 kg·hm~(-2)),XS与X处理间差异不显著,均显著高于XF;N_2O的源,累积排放量表现为XS(4.38 kg·hm~(-2))XF(2.39 kg·hm~(-2))X(2.26 kg·hm~(-2)),XS与XF处理间差异不显著,均显著高于X处理;CH_4的汇,累积吸收量为XS(6.14 kg·hm~(-2))XF(5.64 kg·hm~(-2))X(3.70 kg·hm~(-2))。将累积温室气体换算为CO_2当量,对增温效应的贡献表现为XF(5.32 t·hm~(-2))X(5.66 t·hm~(-2))XS(6.23 t·hm~(-2)),三者之间差异达显著水平。经翻耕处理后,0~10 cm土壤有机质含量明显低于X处理,而10~20 cm土壤有机质升高,表层有机质降低可能是翻耕处理CO_2的排放减少的主要原因。不同耕作处理后小麦产量差异明显,X处理冬小麦产量最高,且显著高于XS处理,XF处理与X和XS处理差异均不显著。综合考虑耕作方式对温室气体排放和冬小麦产量的影响,短期内旋耕-翻耕可能是较适宜的轮耕模式,旋耕深松模式不利于控制温室气体排放,但未来需要加强对不同轮耕模式长期效应研究。     

科尔沁沙丘-草甸梯级生态系统CO_2,CH_4和N_2O通量特征

为了明确科尔沁沙丘—草甸梯级生态系统中不同生态系统生育期内温室气体通量变化规律及其影响因素,采用静态箱—气相色谱法,于2017年5—10月对呈梯级分布的半流动沙丘、半固定沙丘、人工林地、农田(玉米)和草甸湿地CO_2,CH_4和N_2O通量进行了原位观测,并同步测量取样点的土壤温度、土壤含水量、土壤总有机质含量、总磷含量和总氮含量。对温室气体通量及其影响因子之间进行了相关分析,结果表明:科尔沁沙丘—草甸梯级生态系统上温室气体通量均具有明显的季节性变化,温室气体通量受到土壤含水量和土壤温度的显著影响,二者共同作用促进了温室气体通量的吸收或排放。在干旱半干旱地区,土壤含水量显著影响着土壤温室气体通量对土壤温度的敏感性,土壤温室气体通量随着温度的增加而增大,同时土壤含水量超过田间持水率时,土壤温室气体通量又会随着土壤含水量的增大而降低,从而影响土壤温室气体通量对土壤温度的响应。CO_2通量的温度敏感性(Q_(10))表现为:农田(4.18)草甸湿地(2.87)人工林地(2.51)半固定沙丘(2.41)半流动沙丘(2.36)。CO_2排放峰值出现在水热条件较好的7月、8月,其中8月22日附近的排放峰值明显高于7月21日附近的排放峰值。3种温室气体通量均值呈现出梯级变化(换算为CO_2):半流动沙丘[181.65 mg/(m~2·h)]半固定沙丘[242.16 mg/(m~2·h)]人工林地[348.33 mg/(m~2·h)]农田[405.72 mg/(m~2·h)]草甸湿地[(487.63 mg/(m~2·h)]。试验区土壤总有机质含量、总磷含量也呈现出相同的梯级变化,生育期CO_2通量与土壤中总有机质含量和总磷含量呈极显著正相关(p0.01)。生育期内N_2O通量的变异对土壤温度的响应更强烈。     

生物炭对棕壤玉米田CO_2与N_2O排放的影响

在棕壤区玉米田开展对比试验,以当地常规施肥量为基础,以不施生物炭为对照CK,设3个生物炭施量处理,分别为C1(3000kg·hm~(-2))、C2(5000kg·hm~(-2))、C3(7000kg·hm~(-2)),均以基肥形式一次性施入,玉米播种-成熟收获期内定期测定土壤CO_2与N_2O排放量,以探讨不同生物炭施量对棕壤区玉米田CO_2和N_2O排放的影响。结果表明:C1、C2处理的CO_2排放量小于对照CK,分别比CK减少9.9%和8.0%,但差异不显著。在玉米不同生育时期,土壤CO_2累积排放量表现为拔节-开花阶段最高,达到800~1200mg·m~(-2)·h-1,苗期和成熟阶段排放最低。玉米全生育期内不同处理的CO_2排放量均与土壤5cm处温度呈显著正相关关系;施用生物炭对土壤N_2O排放有抑制作用,且随着生物炭添加量的增加,抑制作用加强。N_2O排放与玉米氮肥施用关系密切,两个排放高峰分别出现在施入底肥和追肥之后。C1、C2、C3处理土壤N_2O累积排放量分别比CK减少24.7%、35.2%、37.0%。研究表明,生物炭抑制了棕壤区土壤呼吸,从而抑制土壤CO_2与N_2O的排放,并与氮肥用量关系密切。随着生物炭施用量的增加,土壤对CO_2排放的抑制作用减弱,而对N_2O排放的抑制作用增加。总体而言,土壤中施加生物炭对抑制农田温室气体排放和固碳减排有积极作用,而生物炭的施用量需要综合考虑土壤条件和施肥量等多种因素。     

冬季猪场污水处理设施温室气体排放测试

为研究畜禽废弃物处理过程中温室气体泄漏与排放状况,该文利用静态箱对北京市北郎中猪场的污水处理单元进行了温室气体泄漏与排放测试。测试结果表明:厌氧消化罐泄漏造成的温室气体通量为5823．19 mg·m~(-2)·h~1CO_2当量,一、二级氧化塘其CO_2当量的温室气体通量分别为607．75、8．61mg·m~(-2)·h~(-1);由于污水以厌氧处理为主,各处理单元冬季的氧化亚氮排放很低,几乎可以忽略不计。     

长期施肥下黑土玉米田土壤温室气体的排放特征

研究不同施肥措施下东北黑土区玉米农田温室气体(CO_2、N_2O和CH_4)的排放量及其增温潜势,将为制定农业温室气体减排措施提供理论依据。本研究以国家(公主岭)黑土长期定位试验为平台,采用静态箱-气相色谱法对不同施肥措施下玉米农田土壤温室气体排放通量进行了监测,并分析了不同施肥处理间玉米田的综合温室效应差异。结果表明:各施肥处理土壤温室气体CO_2和N_2O的排放高峰均出现在玉米拔节期。农家肥和化肥配施(M_2NPK)处理土壤CO_2、N_2O排放通量和CH_4吸收量均显著高于施化肥处理(P0.05);施用化肥处理土壤CO_2、N_2O排放通量高于不施肥处理;撂荒区土壤CO_2排放通量最高,而土壤N_2O排放通量显著低于施肥处理;等施氮量条件下,化肥(NPK)处理土壤N_2O排放通量明显高于秸秆还田(SNPK)处理,而土壤CH4净吸收量结果则截然相反。从土壤综合温室效应和温室气体强度可分析出,与不施肥(CK)比较,偏施化肥N和NPK处理的综合温室效应(GWP)分别增加了142%和32%,SNPK综合温室效应降低了38%;尤其是有机无机配施(M_2NPK)处理的综合温室效应为负值,为净碳汇。平衡施肥NPK和有机无机肥配施(SNPK和M_2NPK)温室气体排放强度(GHGI)较弱,显著低于不施肥(CK)和偏施化肥(N)处理,其中M2NPK为-222 kg CO_2-eq·t~(-1)。因此,为同步实现较高的玉米产量和较低的温室气体排放强度,有机无机肥配施是东北黑土区较为理想的土壤培肥方式。     

基于DNDC模型模拟江汉平原稻田不同种植模式条件下温室气体排放

稻田被认为是温室气体CH_4和N_2O的主要排放源之一。湖北省江汉平原地区水稻常年种植面积约8×105 hm2,占湖北省水稻种植面积的40%左右。研究江汉平原地区稻田温室气体排放特征,对于评估区域稻田温室气体排放以及稻田温室气体减排具有重要意义。目前,DNDC模型已被广泛应用于模拟和估算田间尺度的温室气体排放,DNDC模型与地理信息系统(Arc GIS)结合,可进行区域尺度的温室气体排放模拟与估算。本研究以湖北省典型稻作区江汉平原为研究区域,运用DNDC模型模拟和估算江汉平原稻田区域尺度的温室气体排放。设置大田定点观测试验,监测中稻-小麦(RW)、中稻-油菜(RR)、中稻-冬闲(RF)3种种植模式下稻田温室气体CH_4和N_2O的周年排放特征。通过田间观测值与DNDC模拟值的比较进行模型验证,并利用获取DNDC模型所需的气象、土壤、作物及田间管理等区域数据,模拟江汉平原稻田不同种植模式下温室气体CH_4和N_2O的排放量。田间试验表明,江汉平原稻田RW、RR和RF模型的CH_4排放通量为-2.80~39.78 mg·m-2·h-1、-1.74~42.51 mg·m-2·h-1和-1.57~55.64 mg·m-2·h-1,N_2O周年排放通量范围分别为0~1.90 mg·m-2·h-1、0~1.76mg·m-2·h-1和0~1.49 mg·m-2·h-1;CH_4排放量RW和RR模式显著高于RF模式,N_2O排放量为RF显著低于RW和RR模式。模型验证结果表明,不同种植模式温室气体排放实测值与模拟值比较的决定系数(R2)为0.85~0.98,相对误差绝对值(RAE)为8.29%~16.42%。根据DNDC模型模拟和估算的结果,江汉平原区域稻田CH_4周年的排放量为0.292 9 Tg C,N_2O周年的排放量为0.009 2 Tg N,不同种植模式稻田CH_4排放量表现为RWRRRF,N_2O排放量表现为RWRFRR,增温潜势(GWP)表现为RWRRRF。不同地区稻田CH_4排放量表现为监利县荆门市公安县天门市仙桃市洪湖市松滋市汉川市潜江市石首市荆州市江陵县赤壁市嘉鱼县,N_2O排放量表现为监利县荆门市公安县洪湖市仙桃市天门市汉川市潜江市松滋市荆州市江陵县赤壁市石首市嘉鱼县。本研究结果表明DNDC模型能较好地应用于模拟江汉平原稻田温室气体排放,RR和RF模式相比RW模式可有效减少温室气体CH_4和N_2O的排放。     

减氮和施生物炭对华北夏玉米-冬小麦田土壤CO2和N2O 排放的影响

2013年6月-2014年6月,在河南省新乡夏玉米-冬小麦试验田设置四种处理即农民常规施肥（F处理,250kg·hm^-2）、减氮20%（LF处理,200kg·hm^-2）、减氮20%+黑炭（LFC）,以不施肥处理为对照（CK）,采用静态箱-气相色谱法,对夏玉米-冬小麦生长季土壤CO_²和N_²O排放通量动态进行测定。结果表明：（1）夏玉米-冬小麦田的土壤CO₂排放通量为21.8～1022.7mg·m^-2·h^-1,土壤CO_²排放通量主要受土壤温度和水分的影响,在夏玉米季受土壤水分的影响更为显著,而在冬小麦季则为5cm土层处的温度对其影响更为突出。减施氮肥20%处理和减氮加生物黑炭共同作用使土壤CO_²累积排放量显著降低,小麦生长季的减排作用尤为显著。（2）施肥和灌溉是影响土壤N_²O排放的最主要因素,施肥期间N2O排放量分别占夏玉米季和冬小麦季累积排放量的73.9%～74.5%和40.5%～43.6%;施肥量主要影响排放峰的强度,灌溉主要影响排放峰出现时间的早晚且会影响不同措施的减排效果。在每季作物250kg·hm^-2施氮水平下减施氮肥20%使夏玉米季和冬小麦季的N₂O累积排放量分别降低15.7%～16.8%和18.1%～18.5%,是高产集约化农田减排N₂O的有效措施。在适宜施氮水平（200kg·hm^-2）下施用生物黑炭,短期内对土壤N₂O排放无显著影响。（3）夏玉米-冬小麦田农民常规施肥水平的N₂O排放系数为0.60%,减氮施肥的N₂O排放系数为0.56%。在华北平原高产集约化农田适当减氮施肥不仅能降低农田土壤温室气体排放,且对作物产量无影响,是适宜的温室气体减排措施。     

华北平原典型农田CO2和N2O排放通量及其与土壤养分动态和施肥的关系

对华北平原小麦-棉花(麦棉)、小麦-大豆(麦豆)、小麦-玉米(麦玉)轮作田的CO2和N2O排放通量进行了测定,分析了温室气体排放通量与土壤中碳、氮元素、气温以及施肥等之间的关系。主要结论:1)麦棉、麦豆、麦玉田的土壤CO2平均排放通量分别为CO2-C 141.7、109.8、128.2 mg.m-2.h-1,其中夏播作物的排放通量高于小麦季;2)麦棉、麦豆及麦玉田作物生长季的土壤N2O平均排放通量分别为N2O-N 98.8、38.9、44.7μg.m-2.h-1,也表现为麦后季作物的排放量高于小麦季;3)同一生育期中不同处理的N2O排放主要与土壤中无机氮含量相关,不同生育期的N2O排放通量主要受不同生育期的土壤温度及水分状况的影响;4)在施肥灌溉后的9 d内土壤N2O排放通量较高,之后逐渐降低,至施肥后22～27 d即与不施肥处理的排放持平。     

生物炭与氮肥对稻田甲烷氧化菌和产甲烷菌数量和潜在活性的影响

基于稻田中氮肥配施生物炭的田间定位试验,研究了施用生物炭与氮肥对旱季稻田土壤理化性质、甲烷氧化与产生潜势及甲烷氧化菌和产甲烷菌丰度的影响。田间试验共设置5个处理：单施生物炭、单施氮肥、氮肥配施生物炭（生物炭设置两个水平）以及对照。结果表明：施用生物炭三年后显著提高了有机碳和微生物生物量碳含量（p﹤0.05）,与单施氮肥处理相比,氮肥配施生物炭后可显著提高土壤pH。与对照相比,单施生物炭显著提高土壤甲烷氧化潜势。在施氮条件下,甲烷氧化潜势与生物炭施用量之间存在正相关关系,与氮肥配施20 t hm-2处理相比,40 t hm-2生物炭处理甲烷氧化潜势增长53.8%。氮肥配施高倍生物炭与配施低倍生物炭处理相比产甲烷潜势由0.001提高至0.002 mg kg-1 h-1;氮肥施用一定程度上抑制了甲烷氧化菌数量的增长,单施氮肥处理中产甲烷菌数量较对照处理显著增加了3.0%;单施或配施低水平生物炭显著增加土壤甲烷氧化菌数量。氮肥显著降低了甲烷氧化菌与产甲烷菌基因丰度比（pmoA/mcrA）。而在同氮肥水平下施加生物炭显著增加了土壤pmoA/mcrA比值,即生物炭对甲烷氧化菌的促进作用显著高于产甲烷菌,提高了旱季稻田土壤的甲烷氧化能力,因此有助于减少稻田土壤甲烷的排放。     

浮萍对福州平原稻田CH4和N2O排放的影响分析

浮萍是稻田中常见的漂浮在水面的水生植物,具有固氮作用,但是,浮萍对稻田温室气体排放的影响尚不明确.以位于湿润亚热带的福州平原稻田为研究对象,探讨浮萍对该区域稻田CH4和N2O排放的影响,为科学评价、准确编制我国水稻田温室气体排放清单提供基础数据.研究结果表明,观测期内,有萍小区和无萍小区CH4排放范围分别为0.19～26.50 mg·m-2·h-1和1.02～28.02 mg·m-2·h-1,平均值分别为9.28 mg·m-2·h-1和11.66 mg·m-2·h-1,有萍小区CH4排放低于无萍小区(P＜0.01),有萍小区CH4排放高峰比无萍小区约提前1周,高峰期后排放迅速降低;有萍小区和无萍小区N2O排放范围分别为-50.11～201.82 μg·m-2·h-1和-28.93～54.42μg·m-2·h-1,平均值分别为40.29 μg·m-2·h-1和11.93 μg·m-2·h-1,有萍小区N2O排放高于无萍小区(P＜0.05).稻田排干后,N2O排放迅速上升,2个小区N2O排放呈现出相似的规律.有萍小区和无萍小区的CH4与N2O排放的影响因子有所不同.综合考虑CH4和N2O两种温室气体,CH4仍是稻田温室效应产生的主要贡献者,浮萍可降低位于沿海区域的福州平原稻田综合温室效应的17.3％.     

生物炭对干旱区绿洲农田土壤呼吸的影响

为探究不同粒径秸秆生物炭添加对绿洲农田土壤CO2排放及Q10的影响,以新疆典型绿洲农田土壤灰漠土为供试材料,采用室内土柱培养的方法,研究添加＞5、1～5、0.25～1和＜0.25mm共4种粒径棉花秸秆生物炭和葡萄藤生物炭对农田土壤CO2释放的影响。结果表明：（1）试验周期内（0～85d）,添加生物炭处理土壤呼吸速率呈先增加后降低的趋势,前10d土壤呼吸增速较高;添加生物炭的土壤呼吸速率（1.27μmol·m-2·s-1）高于不添加生物炭的对照处理（1.01μmol·m-2·s-1）,棉花秸秆生物炭处理土壤呼吸速率（1.43μmol·m-2·s-1）高于添加葡萄藤生物炭处理（1.08μmol·m-2·s-1）。培养期内土壤CO2累积过程符合一级反应动力学方程,生物炭添加改变了土壤CO2潜在排放量、周转速率和半周转期。（2）添加棉花秸秆和葡萄藤两种生物炭处理与土壤CO2累积排放量（y）分别符合y=7.51x+88.53和y=2.68x+75.85的线性关系（x为生物炭粒径）。（3）添加生物炭处理土壤呼吸速率与空气温度和土壤温度显著相关,棉花秸秆生物炭处理土壤呼吸速率与温度的相关性高于葡萄藤生物炭处理,土壤温度敏感系数随粒径的减小而增加。综合土壤呼吸速率和温度敏感系数考虑,建议绿洲农田施用1～5mm中等粒径生物炭。     

生物质炭输入减少稻田痕量温室气体排放

为揭示不同水平生物质炭输入对稻田土壤理化性质、水稻产量及温室气体排放的影响,采用自制竹炭在4种不同施用水平下(0、10、20、40 t/hm2)输入稻田土壤,开展了水稻一个生长周期的田间试验。结果表明,生物质炭输入可显著提高土壤p H值和有机碳含量(P0.05),且有机碳含量增幅与生物质炭施用水平呈正比(相关系数为0.78,P0.01)。生物质炭施用可显著降低土壤容重(P0.05),最大降幅为0.25 g/cm3,土壤容重随着生物质炭施用量的增加而降低。不同处理水稻产量无显著性差异(P0.05)。CH4累积排放量与生物质炭施用量呈负相关性(相关系数为-0.24,P0.01),投加生物质炭可显著降低稻田CH4排放通量和累积排放量(P0.05),但过量施用生物质炭(超过20 t/hm2)并不能显著降低CH4累积排放量(P0.05)。相比对照处理(不输入生物质炭),生物质炭输入后一周内可显著性降低N2O排放通量(P0.05),并在排水烤田时升高,最终稳定于9.80 mg/(m2·h)。生物质炭输入可显著性降低N2O累积排放量(P0.05),但不同水平生物质炭输入处理之间差异不显著(P0.05)。该试验条件下,生物质炭施用量为20 t/hm2时可实现稻田稳产和固碳减排目标,该研究可为太湖地区苕溪流域稻田增汇和温室气体减排提供参考。     

优化施氮对宁夏引黄灌区稻田CO2、H4和H2O 通量的影响

针对宁夏引黄灌区稻田施氮严重过量现象,在宁夏引黄灌区的青铜峡稻田,采用静态箱-气相色谱法,通过田间试验研究常规施氮（N300）、优化施氮（N240）和不施氮（N0）对水稻不同生育期CO2、CH4和N2O通量以及稻田增温潜势（GWP）的影响。结果表明：CO2排放主要在水稻灌浆和成熟期,CH4排放主要发生在水稻孕穗期,而N2O排放关键期在水稻的分蘖和拔节期。与N0处理相比,施氮能显著增加稻田CO2、CH4和N2O排放通量以及稻田GWP;常规施氮处理中CO2、CH4和N2O的累积排放量分别为18446.87、146.57 kg C·hm-2和2.93 kg N·hm-2;为期一年的优化施氮没有显著增加水稻生育期内稻田CO2排放,但使灌区稻田CH4和N2O排放分别显著降低了24.42%和36.28%。总的来看,为期一年的优化施氮使宁夏引黄灌区稻田GWP显著降低了26.70%。未来应结合土壤有机碳氮形态和含量变化以及土壤微生物技术,分析长期优化施氮对土壤温室气体通量的影响机制。     

生物质炭还田对稻田甲烷的减排效果

为探讨不同生物质炭类型、输入量、还田时间和还田深度等因素作用下的CH4排放特征,采用静态箱-气相色谱法,通过向稻田土壤中施用3种类型的生物质炭（稻秆炭、麦秆炭、竹炭）,开展了水稻一个生长周期的室内观测试验。结果表明,3种类型的生物质炭输入后,对比空白处理,水稻产量显著性增加（P<0.05）,其中竹炭处理每盆实粒质量高达18.12 g,说明施用生物质炭可增加水稻产量;竹炭施用后稻田土壤CH4排放通量（80 mg/m2 h）显著低于稻杆炭和麦杆炭处理（P<0.05）,而稻杆炭和麦杆炭处理无显著性差异（P>0.05）,但都显著高于空白处理（P<0.05）,说明施用生物质炭可有效减少CH4排放。CH4排放通量与生物质炭用量负相关,CH4的排放通量随着生物质炭用量的逐渐增加而降低。同时,水稻移植前施用竹炭CH4排放通量（56.6 mg/m2 h）低于空白（96 mg/m2 h）及水稻成活前后（73.4和76.6 mg/m2 h）,但无显著性差异（P>0.05）,这与土壤氧化还原电位（Eh）变化相一致,说明生物质炭施用时间对稻田土壤CH4排放通量影响不大。此外,不同竹炭还田深度下的土壤CH4排放通量顺序为：中部输入（15 cm处输入）<表层输入（5 cm处输入）<深部输入（25 cm处输入）<空白（不输入生物质炭）,说明生物质炭中部输入更适用微生物生长和CH4气体减排。该研究可为太湖地区苕溪流域稻田增汇和温室气体减排提供参考。     

不同耕作措施下小麦–玉米轮作农田温室气体 交换及其综合增温潜势

研究不同耕作措施下小麦-玉米轮作农田N_2O、CO_2和CH4等温室气体的综合增温潜势,有助于科学评价农业管理措施在减少温室气体排放和减缓全球变暖方面的作用,为制定温室气体减排措施提供依据。基于2001年开始的位于华北太行山前平原中国科学院栾城农业生态系统试验站的不同耕作与秸秆还田方式定位试验,应用静态箱/气相色谱法于2008年10月冬小麦播种时开始,连续两个作物轮作年动态监测了秸秆整秸覆盖免耕播种(M1)、秸秆粉碎覆盖免耕(M2)、秸秆粉碎还田旋耕(X)、秸秆粉碎还田深翻耕(F)和无秸秆还田深翻耕(CK,代表传统耕作方式)5种情况下冬小麦-夏玉米轮作农田土壤N_2O、CO_2和CH4排放通量,并估算其排放总量。试验期间同步记录每项农事活动机械燃油量、灌溉耗电量、施肥量,依据燃油、耗电和单位肥料量的碳排放系数统一转换为等碳当量,测定作物产量、地上部生物量,估算农田碳截存量,根据每个分支项对温室效应的作用估算了5个处理的综合增温潜势。结果表明,华北小麦-玉米轮作农田土壤是N2O和CO2的排放源,是CH4的吸收汇,每年M1、M2、X、F和CK农田土壤N2O排放总量依次为2.06 kg(N_2O-N)·hm~(-2)、2.28 kg(N_2O-N)·hm~(-2)、2.54 kg(N_2O-N)·hm~(-2)、3.87 kg(N2O-N)·hm~(-2)和2.29 kg(N2O-N)·hm~(-2),CO_2排放总量依次为6904 kg(CO_2-C)·hm~(-2)、7 351 kg(CO2-C)·hm~(-2)、8 873 kg(CO_2-C)·hm~(-2)、9 065 kg(CO2-C)·hm~(-2)和7 425 kg(CO2-C)·hm~(-2),CH4吸收量依次为2.50 kg(CH4-C)·hm~(-2)、1.77 kg(CH4-C)·hm~(-2)、1.33 kg(CH4-C)·hm~(-2)、1.38 kg(CH4-C)·hm~(-2)和1.57kg(CH4-C)·hm~(-2)。M1和M2处理农田生态系统综合增温潜势(GWP)均为负值,表明免耕情况下农田生态系统为大气的碳汇,去除农事活动引起的直接或间接排放的等当量碳,每年农田生态系统净截留碳947~1 070 kg(C)·hm~(-2);其他处理农田生态系统的GWP值均为正值,表明温室气体是由系统向大气排放,CK、F和X每年向大气分别排放等当量碳3 364 kg(C)·hm~(-2)、989 kg(C)·hm~(-2)和343 kg(C)·hm~(-2)。故华北小麦-玉米轮作体系中,秸秆粉碎还田旋耕是最优化的耕作措施,其温室效应相对较低,而又能保证较高的经济产量。