农田氧化亚氮减排的关键是合理施氮

农业源氧化亚氮(N2O)排放量占全球人为源总排放量的2/3,是最大的人为排放源,氮肥和有机肥的施用是其主要贡献者。合理施氮是获得较高目标产量、维持土壤氮肥力和降低因施氮引起环境污染风险的关键,在减少农田土壤N2O排放、缓解温室效应中起重要作用。本文基于合理施肥的“4R”(Right amount,Right type,Right time,Right place)理念和技术,论述了施氮量与N2O排放量之间的数量关系,肥料品种、施肥时期和方法对N2O减排的影响。强调了氮素投入超过作物需氮量后,N2O排放量会呈现指数型增长;将施氮量控制在合理范围对N2O减排的重要性。建议在不同土壤-气候-作物体系下,同时开展产量、品质,氨挥发、硝酸盐淋洗、N2O排放和土壤肥力的长期系统研究,不能顾此失彼;形成同类地区能够机械操作的规范化种植模式与合理施肥措施,包括与其他农艺措施的配合,如轮作与耕作、灌溉、有机肥和秸秆还田、磷钾肥和中微量元素管理等,以实现产量、品质、效益与环境效应相协调的可持续集约化作物生产目标。     

土壤N2O吸收和消耗机制及研究进展

N2O排放对全球的气候变化和氮素循环有着重要影响。土壤是N2O最重要的排放源,近年发现土壤在排放N2O的同时存在明显的负排放现象即N2O吸收和消耗现象。通过回顾N2O负排放现象的提出,分析土壤N2O负排放的物理途径、化学途径和生物学途径,认为生物途径是N2O负排放的主导途径,重点讨论了硝化反硝化微生物反应机理和影响反应过程的环境条件,论述了调控生物活性的土壤氧气/水分含量、土壤碳/氮含量、土壤pH值等因子。但由于消耗N2O的生物群落的产生较为复杂,提出了土壤N2O负排放的重点研究方向和方法,为控制土壤温室气体的排放和揭示碳氮循环机制研究提供理论依据。     

氮肥配施调控剂对麦田土壤N_2O排放及氮素利用的影响

针对目前农田氮肥用量大,造成氮素利用率低,增加土壤N_2O排放等问题。本试验采用田间试验法研究了不同氮肥调控模式对麦田土壤N_2O排放、氮素利用和表现损失、作物产量的影响。结果表明:土壤N_2O排放主要集中在播种-苗期和返青-拔节期,N_2O排放通量与土壤湿度呈极显著指数相关。与推荐减氮处理(RN)相比,施用锌腐酸尿素(RN+HA+Zn)和有机无机配施处理(OM+N)N_2O排放总量分别降低24.8%、35.4%;氮素利用效率分别提高0.7%,32.8%;氮素表观损失分别减少2.2%,63.4%;分别增产9.4%,11%且差异达显著水平。与RN+HA+Zn相比,OM+N处理的N_2O排放总量降低14.2%,氮肥生产效率和农学效率分别增加20.2kg/kg,9.9kgGrain/kgN,氮肥利用率提高32.1个百分点,土壤残留氮素和氮素表观损失分别减少27.5%和62.6%,籽粒产量略有上升但二者间无显著差异。说明OM+N处理可以减少N_2O排放,提高氮素利用率、增加小麦产量,是利于麦田安全生产的一种氮素调控模式。     

加强耕地管理 减少农业温室气体排放

<正>众所周知,农业生产过程会向大气中排放大量的二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)等温室气体。其中,CO2主要源自微生物的腐烂,以及作物残渣和土壤中有机物质的燃烧;CH4主要来自无氧条件下有机物质的分解,尤其是堆肥等;而N2O主要是当土壤和肥料中的氮素转化微生物时产生,当环境潮湿,并且氮养分超过农作物生长所需时,N2O将大量产生。由此可见,农业温室气体(GHG)的组成非常复杂。目前,农业领域主要通过一系列技术手段进行GHG的减排。以下,我们将对相关减排举措进行详细介绍。1.减排技术分类根据反应机理的不同,目前农业GHG减排技术主要可分为如下三大类:     

加强耕地管理 减少农业温室气体排放

众所周知,农业生产过程会向大气中排放大量的二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)等温室气体。其中,CO2主要源自微生物的腐烂,以及作物残渣和土壤中有机物质的燃烧;CH4主要来自无氧条件下有机物质的分解,尤其是堆肥等;而N2O主要是当土壤和肥料中的氮素转化微生物时产生,当环境潮湿,并且氮养分超过农作物生长所需时,N2O将大量产生。由此可见,农业温室气体(GHG)的组成非常复杂。目前,农业领域主要通过一系列技术手段进行GHG的减排。以下,我们将对相关减排举措进行详细介绍。1.减排技术分类根据反应机理的不同,目前农业GHG减排技术主要可分为如下三大类:     

农田土壤氧化亚氮排放及其控制研究

氧化亚氮(N2O)是一种重要的温室气体,其中农业土壤是最大的N2O排放源。随着全球温室效应的加剧,如何减少农田土壤N2O排放备受关注。利用公开发表的文献,将不同作物品种、硝化抑制剂、环境条件对土壤N2O排放的影响进行了归纳。结果表明:一般大田作物农田的土壤N2O排放量少于菜田,其中,蔬菜类中莴苣菜地的土壤N2O排放较少,大田作物中玉米田的土壤N2O排放量少于小麦;添加硝化抑制剂DMPP(34-二甲基吡唑磷酸盐)的土壤N2O减排效果好于添加DCD(双氰胺);土壤N2O排放量随着施氮量的增加而增加,随着土壤温度的升高和含水量的增加均呈抛物线型变化趋势,其中土壤温度为25~30℃时、含水量为35%时出现N2O排放高峰。通过合理种植作物、添加合适的硝化抑制剂、降低土壤施氮量、合理调节土壤温湿度、缩短土壤干湿交替状态时间等措施,均可以减少土壤N2O的排放。     

冬小麦-夏玉米轮作条件下氮素反硝化损失研究

  在北京潮土上研究了冬小麦-夏玉米轮作体系下土壤氮素反硝化损失。结果表明，不同氮肥用量处理，土壤氮素反硝化损失量为4.71～9.67 kg·ha-1。夏玉米生育期是反硝化损失的关键时期。氮肥施用后的1～2周是氮素反硝化损失的最剧烈阶段。土壤N2O的生成、排放与反硝化作用有相似的规律性，N2O可能大部分来自于硝化作用。     

施用生物炭对农田土壤N2O的减排效应

生物炭作为一种土壤改良剂,在农田土壤氮素转化和温室气体减排等方面发挥着重要作用。本实验对不同施氮量的农田土壤添加生物炭,研究了其对N₂O的减排潜力,为生物炭的固氮减排提供理论依据。于2015年6月18日至9月25日,利用盆栽实验研究了施用生物炭对农田土壤在不同氮肥用量下N₂O排放的影响,实验共设4个处理：对照（CK）为不施氮处理、N1（200 kg·hm^-2）、N2（400 kg·hm^-2）和N3（600 kg·hm^-2）,各处理均施用土壤质量15%（W/W）的等量生物炭。结果表明,随着施氮量的增加,土壤N₂O的累积排放量逐渐增加,N2和N3处理差异不显著,N₂O排放系数逐渐降低,N1、N2、N3的排放系数分别为1.33%、1.27%、0.90%。Pearson相关分析表明,土壤孔隙含水量（WFPS）、土壤pH、土壤NO₃^--N和土壤微生物量氮（MBN）含量是影响N₂O排放最主要的因素,其中土壤WFPS、土壤NO₃^--N和MBN含量与N₂O排放通量之间呈极显著的正相关关系,土壤pH与N₂O排放通量之间呈极显著负相关关系。生物炭的施用对农田土壤N₂O具有巨大的减排潜力,并且生物炭与氮肥配施对土壤氮素有很好的固持作用。     

茶园土壤氮含量、施氮效应及其 N2O 排放的研究进展

氮素是茶树生长和发育的必需营养元素之一,供应状况直接影响茶叶的产量与品质。本文在总结了茶园土壤氮含量的基础上,综述了氮肥对茶叶产量、品质及 N2O 排放的影响,主要包括：随着化学氮肥的大量施用,茶园土壤氮素含量明显增加;合理的施氮量能显著提高茶叶产量并改善其品质,不足或过量均会抑制茶树产量和品质;茶树为喜铵作物,施用铵态氮肥有利于茶树品质的形成;成龄茶园施 N 量200．0～350kg·hm－2, N∶P∶K 配比2∶1∶1为宜,同时配施适量有机肥;施用氮肥显著促进茶园土壤 N2O 的排放。结合茶叶氮素需求特征,提出今后进一步加强氮素利用的技术对策。     

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。     

集约化菜地N2O排放及减排——基于文献整合分析

为了评估中国菜地生态系统N2O排放及其减排潜力,通过搜集已发表的露天及温室菜地N2O减排田间原位观测数据,利用整合分析方法,评估了减施氮肥、配施硝化抑制剂、有机肥替代、施用生物质炭和优化灌溉等几种措施在蔬菜生产中减排N2O的潜力。结果表明:菜地中大量施用氮肥虽然增加蔬菜产量,但也显著增加了菜地N2O排放。在高施氮下,与露天菜地相比,温室菜地降低N2O排放系数和单位产量N2O排放量。与当地常规管理措施相比,各种优化措施均可在不同程度上降低菜地N2O排放,幅度分别为49.4%(减施氮肥)、33.2%(配施硝化抑制剂)、26.6%(有机肥替代)、29.1%(施用生物质炭)和34.3%(优化灌溉),平均达36.6%。在高施氮下,有机肥替代化肥能更有效地降低N2O排放系数和单位产量N2O排放量。菜地N2O排放量随着氮肥减施率的增加而降低,在低施氮土壤中N2O减排效果更好。优化灌溉在不同施氮量下对N2O的减排效果相当,配施硝化抑制剂和施用生物质炭则在低施氮条件下N2O减排效果更好。中国露天和温室菜地生态系统N2O减排潜力大,减施氮肥、配施硝化抑制剂、有机肥替代、施用生物质炭和优化灌溉等几种措施均能有效降低N2O排放。由于温室菜地集约化程度更高,N2O减排效果明显。     

添加硝化抑制剂、秸秆及生物炭对亚热带农田土壤N2O排放的影响

为了筛选适合亚热带农田土壤性质和气候条件的N_2O减排调控措施,采用室内培养试验研究了添加硝化抑制剂、秸秆和生物炭三种调控措施对亚热带红壤(JX)和紫色土(SC)农田土壤N_2O排放的影响。结果表明,在添加硝化抑制剂(三氯甲基吡啶)的初期阶段(24 h),可显著降低两种土壤N_2O的排放,尤其是SC土壤,抑制程度可达62%。而生物炭的添加可显著增加JX土壤的N_2O排放,但在SC土壤中虽有升高趋势却不显著。添加秸秆对土壤N_2O排放的影响与秸秆类型和性质、土壤质地和理化性质,以及添加的时长有关。短时条件内(24 h),苜蓿和水稻秸秆可显著增加SC土壤N_2O排放,而添加甘蔗渣后N_2O排放虽有增加但不显著;JX土壤中添加水稻秸秆可显著刺激N_2O排放,但苜蓿和甘蔗渣则显著降低了其排放。添加秸秆较长时间后,苜蓿和水稻秸秆对土壤N_2O排放的影响程度下降,而甘蔗渣在6个月后仍能显著降低SC土壤N_2O的排放。研究表明,在对土壤进行调控时,若以减少N_2O排放为目的,应当根据土壤类型和性质选择合适的措施。     

不同灌溉方式对设施菜地N2O排放的影响及其年际差异

通过田间原位试验,利用自动静态箱-气相色谱法对设施黄瓜季土壤N_2O排放进行了连续两年的观测,探讨了不同灌溉方式(传统漫灌和滴灌)对N_2O排放的影响及其年际差异,以期为设施菜地N_2O减排提供数据支撑和理论基础。试验设置3个处理,分别为对照处理(CK)、漫灌施肥处理(FP)、滴灌施肥处理(FPD)。CK处理不施氮肥,FP、FPD处理氮肥施用量为有机肥500 kg N·hm~(-2)、化肥700 kg N·hm~(-2),其中化肥根据作物养分需求多次施入。研究结果表明:设施菜地N_2O排放峰主要集中于施肥和灌溉后,基肥持续7 d左右,追肥N_2O排放峰持续3~5 d。土壤温度、水分和气温等因子都能显著影响N_2O排放通量的变化,但不同年际之间对N_2O排放的影响不同,2015年N_2O排放通量的变化主要受土壤温度和气温影响,而2016年主要受土壤湿度和温度影响;改变灌溉方式,对土壤温湿度变化没有产生显著的影响;相同氮肥施用量下,滴灌相比常规漫灌在提高作物产量的同时,能减少N_2O排放总量29.4%~35.1%,并且没有显著年际差异;滴灌相比常规漫灌能减少N_2O排放强度(即单位经济产量N_2O排放量)34.5%~37.5%、排放系数47.2%~47.7%,两年的观测没有显著的年际差异。可见,滴灌相比漫灌在提高蔬菜产量的同时,能显著减少N_2O排放,而且年际之间没有显著差异,是设施菜地值得推荐的一种减排技术,并可为N_2O长期减排效果的估算提供参考。     

中国主要旱地农田N_2O背景排放量及排放系数特点

【目的】收集中国已发表的旱地农田N_2O排放田间监测文献并建立数据库,以此为基础解析中国主要旱地农田(小麦地、玉米地、蔬菜地)的N_2O背景排放值(不施肥情况下土壤的N_2O排放量)和排放系数(EF)及影响因子,为估算区域温室气体清单和提出相应的减排策略提供数据支持。【方法】利用亚组归类和回归分析等方法对主要类型旱地农田N_2O背景排放量的影响因子(如土壤全氮含量和土壤碳氮比)及影响EF的因子(如氮肥用量及肥料类型——硝化抑制剂和缓控释肥)进行分析。【结果】(1)中国旱地农田N_2O背景排放量为0.70—3.14 kg N_2O-N·hm~(-2);小麦地和夏玉米地的N_2O背景排放量和蔬菜地的N_2O日背景排放量均随土壤全氮含量增加而增加,并随土壤碳氮比的增加而降低,灌溉促进小麦地N_2O背景排放量增加;(2)EF随着无机氮肥用量的增加而增加,不同作物种植类型农田的EF大小依次为蔬菜地(0.61%—1.13%)夏玉米地(0.50%—0.68%)春玉米地(0.35%—0.40%)小麦地(0.22%—0.36%);夏玉米地的EF是小麦地的2倍左右;(3)使用不同种类硝化抑制剂后氮肥的EF均有不同程度的降低,EF降低了34%—60%,EF降低程度依次为:DCD+HQ(58.9%)NBPT+DCD(52.9%)DMPP(51.1%)NBPT(44.1%)吡啶(39.5%)DCD(38.9%);硝化抑制剂降低EF的效果在不同旱地农田的表现为:小麦地(60.0%)蔬菜地(50.6%)春玉米地(39.6%)夏玉米地(34.7%);(4)与常规尿素相比,不同类型缓控释肥使得EF降低了15.9%—78.9%,降低次序依次为:长效碳酸氢铵(78.9%)聚合物包膜尿素(59.8%)脲甲醛(53.4%)树脂包膜尿素(44.9%)硫磺包膜尿素(30.6%)钙镁磷肥包膜尿素(15.9%);缓控释肥降低EF的效果在不同农田表现为:蔬菜地(78.4%)春玉米地(58.2%)小麦地(49.2%)夏玉米地,控释肥在降低夏玉米地EF的作用较小。【结论】旱地农田N_2O排放主要受土壤养分状况(全氮含量和碳氮比)和管理措施(灌溉和施肥)及其他因素的共同影响,应依据不同气候生态区的气候和土壤特点以及作物类型并考虑氮肥用量和类型采取针对性的减排措施,以有效降低农田N_2O排放。     

外源氮添加对湿地土壤N2O排放量的影响

为搞清湿地土壤驱动N2O排放的关键氮源类型,有效减少湿地N₂O的排放,本文通过室内控制温湿度,用气相色谱法分析不同外源氮素对湿地N₂O排放的影响。结果表明:外加氮源组总是高于对照组N₂O排放量(4.4 mg·m^-3)。在设定的剂量范围内,单独添加尿素或尿素与硝酸铵1∶1配合时N2O排放量呈现先增后减的单峰分布趋势,峰值分别为10.6 mg·m^-3和229.0 mg·m^-3;单独添加硝酸铵时N₂O排放量(32.6-111.0 mg·m^-3)随着氮素添加量增加呈现持续上升趋势。单独添加尿素或硝酸铵、尿素与硝酸铵1∶1配合均促进N₂O的排放,但硝酸铵尿素混合添加对N₂O排放量的贡献>单独添加硝酸铵>单独添加尿素。这为预测内蒙古高原区农牧交错带湿地氮素输入可能带来的温室效应和有效减排提供科学依据。     

滴灌追氮管理对宿根蔗田土壤氮组分及N2O排放的影响

【目的】研究滴灌追氮管理对宿根蔗田土壤氮组分和N₂O排放的影响，揭示影响土壤N₂O通量的土壤因子。【方法】以二代宿根蔗Saccharum officinarum为研究对象，在移动防雨棚内进行2个滴灌灌水量[田间持水量的70%～80%(W0.8)和田间持水量的80%～90%(W0.9)]及3种滴灌追氮比例(等氮量250 kg·hm^-2，其中，N0为用作追肥的氮肥全部施用到土壤中，N5为50%土施追氮、50%用滴灌系统施用，N7为30%土施追氮、70%滴灌追氮)的田间试验。在甘蔗生长的各个时期测定蔗田土壤N₂O通量、pH和氮组分含量，并分析土壤N₂O通量与土壤pH和氮组分含量的关系。【结果】土壤N₂O通量在施用氮肥和灌水后2 d较高，其中，分蘖后期和成熟期W0.9N5处理的土壤N₂O通量显著低于其他处理。W0.9条件下，分蘖后期N5处理的土壤N₂O累积排放量分别比N0和N7低47.3%和11.8%，伸长后期N5处理的...     

生物质炭的固碳减排与合理施用

近年来开展了大量短期一次性施用生物质炭对作物产量、土壤碳库和温室气体排放的研究。研究表明生物质炭能增加土壤碳库,但对作物产量、CH4和N2O排放的影响受生物质炭性质和土壤类型影响。生物质炭用在酸性土壤上比中性或碱性土壤上更能提高作物产量。草本或木本炭能减少N2O排放,但畜禽粪便炭不能减少N2O排放。在热带、亚热带地区生物质炭施用对N2O的减排作用小于温带地区。生物质炭的固碳减排效应除了受生物质炭类型、稳定性和施用区域影响外,还受制炭能耗和裂解气回收技术影响。在未来发展方向上,提出了亟需加强制炭技术、长期连续施用生物质炭效应和生物质炭性质与土壤类型互作研究。     

外加碳氮对不同有机碳土壤N2O和CO2排放的影响

以两种有机碳含量不同的土壤为对象,采用室内培养试验方法,研究了外加可溶性碳氮对黄棕壤(高有机碳含量)和紫色土(低有机碳含量)N₂O、CO₂排放的影响。试验设置五种处理分别为:对照(CK),低氮(LN),高氮(HN),低氮配施碳(LNC)和高氮配施碳(HNC).结果表明,土壤有机碳含量较高的黄棕壤各处理N₂O与CO₂排放均高于紫色土。与对照相比,单施氮肥显着促进了两种土壤N₂O排放,紫色土HN处理N₂O排放最高,而黄棕壤LN处理最高;与单施氮肥相比,LNC和HNC处理均显着降低了紫色土N₂O排放,而黄棕壤仅LNC处理N₂O排放显着降低。外源碳的输入显着提高了两种土壤CO₂排放,但单施氮肥对CO₂排放影响不明显。黄棕壤N₂O排放通量与CO₂排放通量呈极显着正相关,而紫色土N₂O排放通量与CO₂排放通量没有相关关系。上述结果说明,外加可溶性碳氮源对土壤呼吸及硝化-反硝化强度有一定的激发效应。