稻鸭、稻鱼共作生态系统CH4和N2O温室效应及经济效益评估

 【目的】稻鸭、稻鱼共作生态系统是中国南方稻作区两种主要复合种养模式。研究稻鸭、稻鱼共作生态系统中CH4和N2O排放产生的温室效应并对其经济价值进行评价,旨在为进一步开发利用稻田综合利用模式提供理论基础和实践依据。【方法】采用静态箱技术,研究稻鸭、稻鱼共作生态系统CH4和N2O排放规律,并运用增温潜势对稻鸭、稻鱼共作生态系统CH4和N2O排放的温室效应及经济效益进行估算。【结果】在水稻生长期间,稻鸭、稻鱼共作系统中CH4排放峰值均出现在分蘖盛期和抽穗期,其平均排放通量均显著（P＜0.05）低于常规淹水稻田;N2O 的排放通量在稻田淹水期间保持较低值,而在稻田落干后迅速升高。养鸭显著（P＜0.05）提高了稻田N2O的排放,养鱼降低了稻田N2O的排放。2006和2007年稻鸭、稻鱼处理CH4和N2O排放产生总温室效应分别为4 728.3、4 611.0 kg CO2?hm-2和4 545.0、4 754.3 kg CO2?hm-2,其温室效应成本分别为970.89、946.81 yuan/hm2和933.25和976.23 yuan/hm2,明显低于CK的5 997.6和5 391.5 yuan/hm2。除去CH4和N2O排放产生温室效应的环境成本,采用稻鸭、稻鱼生态种养技术的经济效益分别比常规稻田增加2 210.64、4 881.92 yuan/hm2和3 798.37、5 310.64 yuan/hm2。【结论】稻鸭、稻鱼共作能有效的抑制稻田温室气体排放并显著降低其温室效应。因此,稻鸭、稻鱼共作是减少温室气体排放的有效措施之一,具有较好的推广价值。     

华南稻区不同施肥模式下土壤CH4和N2O排放特征

通过田间试验研究了不同施肥模式对华南稻田CH4和N2O排放的影响。研究结果表明:水稻生育期内,CH4排放呈单峰曲线,不同水稻季CH4排放峰出现的时间和峰值不同,晚稻CH4排放峰出现的时间早于早稻,且峰值明显高于早稻。由三季水稻观测数据可知:稻田CH4排放通量范围分别为-0.29~14.83、-6.09~31.54、-0.11~22.87 mg·m-2·h-1,而不同生长季N2O排放数据表明稻田N2O排放通量非常小且N2O排放规律不明显;稳定性氮肥结合甲烷抑制剂(SN)处理CH4季节排放总量最低,与农民习惯施肥处理(FP)相比,SN处理均能明显降低CH4季节排放量,降幅分别达34.1%、28.4%和7.7%。分析单位产量CH4和N2O增温潜势可知,两季水稻SN处理较FP处理全球增温潜势分别降低了31.0%和17.8%。综上认为,华南稻-稻连作种植体系下,CH4气体是稻田全球增温潜势增加的主要温室气体,SN施肥模式可作为该区域稻田温室气体减排的一项重要措施。     

长江经济带淡水养殖单位面积产量、碳排放规律及空间差异

淡水渔业资源是长江经济带重要的资源之一,但快速发展的淡水养殖强烈影响着水体CH4和N2O的排放,进而造成环境危害。本研究基于全国和地方渔业统计年鉴构建了2019年长江经济带县级尺度的渔业数据库,解析了长江经济带淡水养殖单位面积产量及空间差异,并根据建立的数据库综合分析了淡水养殖模式温室气体排放的特征。结果显示,2019年长江经济带中游淡水养殖单位面积产量最高,为6.9 t·hm^-2,下游最低,约为6.0 t·hm^-2。整合温室气体排放数据发现,长江经济带淡水养殖总温室气体排放量为1.5×10⁷t(以CO₂e计),其中粗放型和半集约化养殖模式排放量最高,约占总排放量的66.8%,集约化排放量占比最少,约占4.5%。因此,发展绿色养殖模式、减缓温室气体排放是实现长江经济带淡水养殖可持续发展的关键途径。     

水旱轮作系统中土壤CH4和N2O排放研究进展

农田是温室气体的重要排放源之一,而水旱轮作是显著影响稻田温室气体排放的重要因素之一。本文分析了水旱轮作对甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)两种主要温室气体产排的影响,从水肥管理和不同轮作方式等方面论述其对水旱轮作系统中土壤CH4和N2O排放的影响,并根据温室效应等因素,综合性地提出了推行稻季节水灌溉、规范作物施肥管理和优化轮作模式3种减排措施,以期为水旱轮作稻田温室气体减排提供参考。     

夏季团头鲂养殖池塘生态系统温室气体排放通量分析

温室气体引起的全球变暖和臭氧层破坏是目前两大全球环境问题,而我国的淡水水产养殖产量长期以来稳居世界第一,淡水养殖池塘面积大,温室气体排放通量大,但尚未见淡水养殖生态系统温室气体排放的研究报告。为探讨夏季池塘养殖团头鲂系统温室气体的排放规律,采用静态暗箱-气相色谱法对池塘养殖团头鲂生态系统温室气体(CO2,CH4,N2O)的排放进行原位测定。结果表明,夏季养殖团头鲂池塘均表现为CO2,CH4和N2O的源,其中,CO2夏季排放量达(160.65±21.56)g/m2,CH4排放量达(15.52±4.62)g/m2,N2O排放量达(1.45±0.16)g/m2。池塘养殖团头鲂生态系统温室气体减排空间巨大。     

猪粪沼液施用对稻田CH4和N2O排放及温室效应的影响

为解决规模养殖废弃物超排引起环境污染严重且资源大量浪费的问题,采用静态箱-气相色谱法,研究猪粪、沼液替代化肥条件下稻田CH4和N2O排放特征,并运用全球增温潜势(GWP)的方法对稻田CH4和N2O排放的温室效应进行估算。研究结果表明:与常规施肥相比,尽管猪粪替代化肥措施均显著(P<0.05)降低稻田N2O排放,但以100%或50%猪粪替代化肥处理仍显著(P<0.05)增加了稻田GWP及单位产量的GWP,分别提高了385.5%、218.2%和422.4%、228.4%,主要是由于猪粪替代化肥处理不仅改变了CH4排放规律,还显著增加了(P<0.05)稻田CH4排放。而采用100%或50%沼液替代化肥措施减少了稻田GWP及单位产量的GWP,分别降低了27.8%、15.4%和29.5%、18.8%,主要是由于沼液替代化肥处理显著降低了(P<0.05)稻田N2O排放。就综合温室效应而言,采用沼液替代化肥能够有效降低养殖排泄物稻田施用产生的温室效应。     

不同稻—麦栽培管理方式对稻季农田温室气体排放的影响

通过研究水稻品种与种植方式对水稻生长阶段稻田CH4,N2O,CO2排放的影响,探讨适宜浙江的低碳环保型稻—麦栽培模式。结果表明,麦季和稻季栽培方式明显影响水稻生长阶段稻田温室气体排放通量,麦季和稻季均免耕的处理,3种温室气体排放量均最大,显著高于稻麦旋耕的处理。不同类型水稻品种温室气体排放量有差异,杂交品种在分蘖期、拔节孕穗期和灌浆期CH4,N2O,CO2的总排放量和单位籽粒产量的排放量低于常规水稻,差异达显著水平。土壤水势影响稻田温室气体的排放量,减少灌溉有利于稻田CH4,CO2排放量的降低,但过低的灌溉量会导致N2O排放通量的显著增加和籽粒产量的明显下降。因此,通过选用杂交水稻品种,采用旋耕栽培方式,并配合土壤水势为-20～-30 kPa(田面无水层,土壤湿润无裂痕)的灌溉量,可显著减少稻田温室气体的排放。     

稻田复种轮作下周年温室气体排放及综合效益评价

为减缓温室气体排放和削弱长期连作障碍,在长期定位试验的基础上,通过设置不同复种方式,综合分析稻田复种轮作系统下周年温室气体排放规律和综合效益评价.结果表明,稻田CO2和CH4不同季节排放量趋势一致,均是晚稻>早稻>冬作物,而N2O排放与之相反.从温室气体的排放总量来看,CO2排放总量明显高于CH4、N2O排放总量.处理...     

秸秆还田对免耕稻田温室气体排放及土壤有机碳固定的影响

秸秆还田影响免耕稻田土壤固碳潜力,相应地改变了温室气体的排放,从而影响秸秆还田后稻田土壤固碳减排对减缓全球变暖的贡献。通过研究不同油菜秸秆还田量(0、3000、4000kg·hm-2和6000kg·hm-2)对免耕稻田温室气体(CO2、CH4和N2O)排放和土壤碳固定的影响,评估秸秆还田后温室气体增排的综合增温潜势对稻田固碳减缓全球变暖的贡献的抵消作用。结果表明,秸秆还田显著提高CO2和N2O排放,降低CH4排放,显著提高土壤有机碳含量,有效地提高土壤碳固定,从而有效地提高稻田土壤碳固定对温室气体增排的温室效应抵消作用。随着秸秆还田量的增加,稻田土壤固碳减缓全球变暖的贡献相应增加,因此必须考虑免耕稻田秸秆还田量的问题,以有效发挥免耕稻田秸秆还田的固碳潜力和降低温室气体的排放。     

控释肥和覆草旱种对晚稻稻田CH4和N2O排放的影响

【目的】明确覆草旱种和控释肥对稻田CH4和N2O排放通量、累积排放量、温室效应及排放强度的影响,探讨稻田温室气体减排的有效措施,为水稻的科学栽培提供理论依据。【方法】采用田间试验,用静态箱法采集气体,研究常规水田(对照)、覆草旱种稻田和覆草旱种控释肥稻田CH4和N2O日排放通量的变化规律及稻田CH4和N2O的累积排放量、温室效应和排放强度的变化。【结果】常规水田CH4排放主要集中在苗期、分蘖初期和最大分蘖期,持续时间为35d;覆草旱种稻田和覆草旱种控释肥稻田CH4排放则主要集中在苗期和分蘖初期,持续时间均为15d,二者的CH4累积排放量显著低于常规水田,仅为常规水田的20.00%和17.98%。常规水田仅在烤田期有少量N2O排放;覆草旱种稻田N2O排放集中在最大分蘖期,持续时间为10d,累积排放量显著高于常规水田;覆草旱种控释肥稻田N2O排放集中在分蘖初期,持续时间为7d,累积排放量与常规水田无显著差异,但显著低于覆草旱种稻田。覆草旱种对稻田CH4和N2O的全球增温潜势和排放强度无影响,但覆草旱种结合施用控释肥能显著降低稻田CH4和N2O的增温潜势和排放强度,与常规水田相比分别减少了77.66%和76.47%。【结论】覆草旱种配施控释肥是明显减少稻田温室效应的有效措施,是一种科学的水稻种植模式。     

稻鸭共作中CH4和N2O排放规律及影响因素

稻鸭共作是目前稻田种养中的一种典型模式,其主要特点是利用鸭子在稻田内的活动,实现经济效益和生态效益的双赢。鸭子的存在丰富了生物多样性,充分利用了稻田生态位。鸭子的持续运动、觅食、排泄等活动会影响稻田温室气体甲烷(CH_4)和氧化亚氮(N_2O)的排放和全球增温潜势(GWP)。本文结合稻鸭共作中鸭子对稻田环境的扰动行为,从水体、土壤、CH_4和N_2O转化功能菌及种植技术等角度,总结探讨了稻鸭共作中温室气体CH_4和N_2O产生、输送和释放的过程与机理。针对当前稻鸭共作温室气体排放研究中存在的问题,提出了一系列建议和展望,以期为稻田种养温室气体减排的研究提供参考。     

水分和秸秆管理减排稻田温室气体研究与展望

水稻生产过程是人为源温室气体甲烷(Methane,CH4)和氧化亚氮(Nitrous oxide,N2O)的重要排放源,稻田中CH4和N2O的产生与排放受农事管理与环境因素影响,尤其是水分管理和秸秆还田措施,直接影响稻田土壤氧化还原状况和土壤中易分解有机质的含量,对稻田CH4和N2O的排放具有显著的影响效果。很多研究结果表明,控制灌溉、干湿交替等节水灌溉措施能显著降低CH4排放量,但同时也可能促进N2O的排放,因此如何同时减少CH4和N2O的排放量是实现稻田温室气体减排的关键所在;另外,秸秆还田在改良土壤肥力的同时也增加了外源性有机质的输入,促进了稻田CH4的排放。如何优化秸秆还田措施,并耦合水分管理以达到土壤改良和温室气体减排的双重效益对稻田系统的可持续利用至关重要。本文从水分管理、秸秆管理、以及水分和秸秆协同管理等几个方面综述了近年来稻田温室气体减排的研究进展,重点总结了国内外通过水分管理减排稻田温室气体的效果、水分与施肥耦合的减排效果、秸秆还田措施以及水分管理与秸秆还田耦合对稻田温室气体排放的影响,并对今后稻田温室气体减排的研究方向作了展望。     

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。     

太湖地区有机与常规种植方式下稻麦轮作农田温室气体短期排放特征

为探明有机种植模式对农田温室气体排放的影响,以太湖地区有机与常规种植模式下稻麦轮作农田为研究对象,采用静态箱-气相色谱法监测农田温室气体(CO_2、CH_4和N_2O)排放的动态变化特征,并运用温室气体增温潜势(GWP)和排放强度(GHGI)进行温室效应估算。结果表明:在稻麦轮作季,有机与常规种植模式下温室气体排放通量整体动态变化趋势基本一致。在稻季,有机种植土壤CH_4排放总量为195.56 kg·hm~(-2),显著高于常规种植(119.77 kg·hm~(-2)),而CO_2和N_2O排放总量与常规种植无显著差异;在麦季,有机种植土壤CO_2、N_2O和CH_4排放总量分别为12 554.92、1.44 kg·hm~(-2)和7.02 kg·hm~(-2),常规种植土壤分别为8 096.61、2.67 kg·hm~(-2)和6.74 kg·hm~(-2)。稻季有机种植土壤温室气体GWP和GHGI显著高于常规种植,而在麦季常规种植较高。在整个稻麦轮作季,有机种植模式下温室气体GWP和GHGI分别为6 501.69 kg CO_2-eq·hm~(-2)和0.44 kg·kg~(-1),显著高于常规种植模式(4 745.38 kg CO_2-eq·hm~(-2)和0.37 kg·kg~(-1))。有机种植模式在稻季温室气体减排方面无明显优势,但是有利于麦季农田土壤温室气体的减排。     

Effects of Chinese Milk Vetch (Astragalus sinicus L.) Residue Incorporation on CH4 and N2O Emission from a Double-Rice Paddy Soil

Methane (CH₄) and nitrous oxide (N₂O) emissions from paddy soils have seldom been estimated when leguminous green manure is applied as a nitrogen source. In this paper, gas fluxes were measured by using a pot sampling device combined with a static chamber method to estimate the effects of Chinese milk vetch (Astragalus sinicus L., CMV) on CH₄ and N₂O emissions and their integrated global warming potentials (GWP) in a double-rice cropping system. Four treatments (no nitrogen fertilizer, NF; urea as chemical fertilizer, CF; CMV incorporation, MV; 50% CMV incorporation and 50% urea, MVCF) were established. CH₄ flux peaked on the 15th d after treatment application. Total season CH₄ emission was increased by MV and MVCF by 370 and 209%, 152 and 66%, when compared with NF and CF, respectively. Most of the increased CH₄ was emitted in the first two months after incorporation of CMV. N₂O emission from CF was 17- and 5.6-fold higher than that from MV and MVCF, respectively. Application of CMV restricted N₂O emission caused by the application of urea. Improved CMV residue management was needed to minify CH₄ emission induced by the input of organic material. Despite the highest GWP being found in MV, we recommend CMV, when applied as an N source in paddy fields, as a potential mitigation tool for greenhouse gas emissions.     

早稻灌浆乳熟期蓄水灌溉对产量及温室气体排放的影响

为给湖南双季稻区稻田蓄水采用"早水晚用"的节水栽培模式提供理论依据,于早稻灌浆乳熟期起保持稻田不同的灌水深度(10、15、20 cm),通过大田试验探讨不同灌水深度对早稻产量及温室气体排放的影响。结果表明:与常规水管理相比,灌深水有利于提高光合速率,但降低了结实率和千粒重,使产量减少3.1%~5.7%,但差异不显著;灌深水增加了62.7%~113.6%的CH4累积排放量,减少了63.1%~84.1%的N2O累积排放量,差异显著。各灌水处理中以灌水深10 cm增排量最高,随着灌水深度增加增温潜势降低,各灌水处理的增温潜势超出常规水管理57.2%~96.6%。根据湖南降雨季节分布规律,加高加固田埂后,早稻成熟期蓄积20 cm深水有利于双季稻区晚稻种植和节水。但蓄深水增加了CH4排放,对此有待进一步深入研究减排措施。     

水稻品种对稻田CH4和N2O排放的影响

稻田被认为是温室气体甲烷(CH₄)和氧化亚氮(N₂O)的重要排放源,推广种植较少温室气体排放的水稻品种是控制稻田温室气体排放的有效措施之一。选取在太湖流域推广种植较多的16个品种为对象,通过研究其CH₄和N₂O排放情况,筛选出该区域内最适宜种植的较低温室气体排放的品种。研究结果表明,水稻的产量与CH₄排放量存在显著的线性正相关关系。在常规灌溉条件下,不管是常规品种还是杂交品种,粳稻的CH₄、N₂O累积排放量和产量都要高于籼稻。与常规品种(粳稻或籼稻)相比,杂交品种的CH₄累积排放量和产量相对较高,但N₂O累积排放量相对较低。常规粳稻中的早玉香粳和秀水134、杂交粳稻中的花优14、秋优金丰和甬优9号以及杂交籼稻中的旱优113、天优华占均具有较高的产量和较低的温室气体排放强度,有较大的推广种植价值。早玉香粳、旱优8号和旱优113为节水抗旱稻,它们在水分缺少的环境下可能会表现出更大的优势。