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     

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。     

UV-B辐射增强对陆地生态系统温室气体排放影响的研究进展

地表太阳紫外线-B（UV-B，波长：280~320 nm）辐射增强和气候变化均是当今重要的全球性环境问题。平流层臭氧层损耗以及大气CO₂、CH₄和N₂O等温室气体排放的增加，是驱动这两大全球性问题的主要因素。UV-B辐射增强会通过一系列的生物地球化学进程影响陆地生态系统碳氮平衡，改变CO₂、CH₄、N₂O等温室气体的排放，进一步对气候变化产生作用。笔者对UV-B辐射增强对陆地生态系统CO₂排放的影响途径（凋落物和土壤）和影响机制（有机物中难降解分子转化为可溶性有机碳、有机物非生物光化学降解以及光引发产生的微生物降解）进行了总结，阐述了UV-B辐射增强对CH₄和N₂O排放的影响途径（植株组织化学结构变化和根系分泌物组分变化），及其在不同生态系统中与环境要素相互作用下的排放规律。此外，气候变化背景下，一定范围内的温度升高和降水量减少可促进UV-B辐射增强产生的有机物光降解作用，进而促进温室气体的排放。目前，UV-B辐射增强对陆地生态系统的影响研究相对较缺乏，大都集中在干旱生态系统，且定量研究较少。今后需更多长期、大规模的野外实地研究，并结合模型来准确估计UV-B辐射增强对陆地生态系统温室气体排放的贡献。本论文可为全球变化背景下精准预测温室气体排放提供参考。     

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。     

不同施氮量对夏玉米农田生态系统净碳效应的影响

为探究华北地区夏玉米低碳生产的氮肥管理措施,以典型夏玉米田为对象,设置了不施氮(N0)、施氮100 kg/hm²(N1)、施氮150 kg/hm² (N2)、施氮200 kg/hm² (N3)4个处理,通过土壤温室气体排放、农事投入间接碳排放和作物固碳综合评估了不同施氮水平对夏玉米农田生态系统净碳效应的影响。结果表明,农田土壤CO₂、N₂O排放随施氮量升高而升高,CH₄吸收量随施氮量的升高而下降,N1、N2和N3处理土壤温室气体总排放的碳当量分别较N0提高14.91%、24.19%、29.67%;氮肥投入贡献了较高的间接排放,达到135.27~270.55 kg/hm²;施氮促进了作物固碳,N0、N1、N2、N3净初级生产力固碳量分别为1965.56、3125.68、4345.55、4663.64 kg/hm²。综合系统碳流来看,各处理均表现为碳汇,净碳效应分别为258.33、1034.99、2032.82、2192.16 kg/hm²,碳可持续指数分别为0.15、0.50、0.88、0.89。200 kg/hm²施氮量下能够以相对较低的碳耗换取较高的固碳率,表现出较高的净碳效应,可推荐为氮素适宜投入量。     

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。     

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。     

我国作物生产碳排放特征及助力碳中和的减排固碳途径

作物生产不仅保障了国家粮食安全,也是农业碳排放的主要源,以及碳固定的重要汇。阐明主要农区作物生产碳排放特征,探讨其达峰与中和途径,可以为全国及地方作物生产绿色高质量发展和农业"双碳"目标的战略制定提供重要科学依据。本文基于国家统计数据,比较分析了我国各地区作物生产碳排放特征,探讨了助力碳中和的农田减排固碳途径。2018年我国作物生产碳排放占全国农业碳排放总量45.5%,其中农田甲烷(CH₄)、氧化亚氮(N₂O)以及农用柴油消费的二氧化碳(CO₂)排放分别占农业碳排放总量的22.9%、14.7%和7.9%。从区域排放来看,作物生产碳排放总量和单位播种面积排放量均呈现南高北低特征,其中以华东和华中地区最高,减排潜力大。在作物生产碳排放中,稻田CH₄占50.3%,是减排重点。我国作物生产碳排放总量于2015年出现峰值,之后呈现下降趋势,这与水稻播种面积、农田氮肥用量和农用柴油消费等减少趋势相一致。可见,如果我国农产品进口不受显著影响,作物生产碳排放已经呈现达峰趋势。情景推算发现,仅靠农地土壤固碳很难实现作...     

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。     

秸秆全量还田下晚稻季翻耕对双季稻田温室气体排放和产量的影响

翻耕有利于秸秆还田,为了探究秸秆全量还田下不同耕作措施对双季稻产量和温室气化排放的影响,在晚稻季设置浅旋耕和翻耕2个处理,采用静态暗箱–气相色谱法连续监测当季晚稻和第2年早稻季稻田温室气体排放,以阐明秸秆全量还田下晚稻季翻耕对稻田甲烷（CH₄）和氧化亚氮（N₂O）排放及产量的影响。与浅旋耕处理相比,晚稻季翻耕显著降低了当季晚稻CH₄累积排放量（19.04%）、综合温室效应（19.19%）和温室气体排放强度（22.02%）,而对N₂O累积排放量无显著影响。晚稻季翻耕对第2年早稻季稻田温室气体排放无显著影响。可见,翻耕的减排效应只体现在当季。此外,浅旋耕和翻耕处理对当季晚稻和第2年早稻产量及其构成均无显著影响。短期来看,秸秆全量还田下晚稻季翻耕有利于协同实现双季稻稳产和稻田温室气体减排。     

天津市农田生态系统碳收支年际变化研究

利用2010—2020年天津农田生态系统主要农作物产量、常用耕地面积、有效灌溉面积、化肥施用量、农药、农膜、柴油使用量等统计数据，估算了天津农田生态系统碳吸收、碳排放情况，以期为天津农田固碳减排提供参考和数据支持。结果表明：2010—2020年天津农田生态系统碳吸收总量相对稳定，年均434万t。粮食作物中玉米和小麦的碳吸收量占比最高，且整体上均呈平缓增长趋势。农田碳排放总量逐年降低，由2010年的32.88万t降到2020年的14.25万t，总降幅约57%。各碳排放源中，化肥的碳排放占比最高，且基本上逐年降低。柴油和农膜是仅次于化肥的排放源，碳排放量均逐年降低。天津农田生态系统的碳吸收明显大于碳排放，具有较强的碳汇功能，净碳汇的年度变化不明显，年均408万t。     

耕作方式对土壤团聚体微生物及有机碳矿化的影响研究进展及展望

农业碳排放约占全球年均总排放量的25%，为实现中国2060年碳中和的目标，农业对CO₂的吸收与排放需达到自然平衡。土壤有机碳(SOC)矿化是具有碳降解功能的微生物分解SOC为作物生长提供养分，向外界释放CO₂等温室气体的生物化学过程。农田SOC矿化与作物养分供给、CO₂形成和排放紧密相关，但SOC矿化受多种因素影响。土壤耕作是驱动农田土壤碳固定的关键因素，耕作方式对SOC的影响是农业生态系统碳循环研究的重要内容。土壤不同粒径团聚体被视为微生物碳矿化产生CO₂的生化反应器，SOC的矿化分解离不开其对微生物以及对应酶的利用。可见，耕作方式通过直接作用改变土壤团聚体结构，进而改变土壤中的微生物类群，最终对SOC矿化产生影响。就此归纳总结了关于耕作方式、土壤团聚体及关联土壤微生物对农田SOC矿化的影响，以期从改良土壤团聚体结构入手，减少农田SOC矿化，为中国实现“双碳”(碳达峰、碳中和)目标提供理论支撑。     

生物炭配施硅肥对增温稻麦轮作农田CH4和N2O排放强度的影响

夜间增温幅度大于白天是气候变暖的主要特征之一。夜间增温、施硅或生物炭对单一作物(水稻或小麦)生产的影响已有报道，但三者耦合如何影响稻麦轮作农田CH₄和N₂O排放强度，尚不清楚。通过田间模拟试验研究了夜间增温下生物炭配施硅肥对稻麦轮作农田产量和碳排放强度的影响。采用3因素3水平正交试验设计，用铝箔膜覆盖水稻冠层模拟夜间增温(19:00—6:00)，设常温对照(不盖膜，W0)、覆盖5 mm膜(W1)和覆盖11 mm膜(W2) 3水平；生物炭用量设3水平，即不施生物炭(B0)、施10 t/hm²(B1)和施25 t/hm²(B2)；硅肥设不施硅(Si0)、施钢渣(Si1)和施矿粉(Si2) 3水平，施硅量均为0.2 t SiO₂/hm²。结果表明：夜间增温明显降低水稻和小麦产量，施生物炭明显提高水稻和小麦产量。夜间增温、施用矿粉或生物炭明显降低农田CH₄累积排放量、综合增温潜势(SGWP)和碳排放强度(GHGI)。稻麦轮作农田综合增温潜势(...     

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。     

安徽省农业源温室气体排放特征研究

安徽作为农业大省,农业源温室气体排放量巨大,笔者旨在对其农业源温室气体排放特征进行研究。研究方法为省级温室气体清单编制方法《省级温室气体清单编制指南（试行）》。结果表明：安徽省2005、2010、2012、2014年的农业源温室气体排放量折合二氧化碳当量(CO₂ e)分别为3916.97万、3246.90万、3182.70万、3313.20万t,CH₄、N₂O各占一半左右;其中又以种植业为主,约占70%左右。种植业的排放量相对稳定,4个年度的上下变化约45.11万t,仅占2012年种植业排放量的1.85%,这是由于安徽省的种植业从种类、规模到产量处于基本稳定状态;养殖业排放量变化则非常大,2005年排放量显著高于其他3个年份,这是由于安徽省农业生产模式由畜力向机械化转变、耕牛存栏量大幅度减少造成。随着奶牛、肉牛存栏量的增加,养殖业的排放量呈增长趋势。综上,安徽省的农业源温室气体排放量可能发生较大的增加,有效措施应该采取起来以抑制畜牧业排放量的增长趋势。     

生活垃圾卫生填埋甲烷排放及减排研究进展

卫生填埋是生活垃圾最主要的处理方式,生活垃圾卫生填埋场产生甲烷(CH₄)等温室气体,加快全球气候变暖进程,引起各国政府的高度重视。笔者探讨了影响生活垃圾卫生填埋场CH₄产生的因素,对CH₄减排技术进行了总结。目前,生活垃圾卫生填埋场CH₄减排技术主要包括填埋层原位减排、资源化利用和末端控制技术等。为了控制和减少CH₄排放量,中国需要增加技术和设施投入,加强生活垃圾卫生填埋场气体排放的管理,开发有效的CH₄抑制技术,建立适合中国国情的CH₄等温室气体减排技术体系。     

基于农户调查的长江流域双季稻生产碳、氮足迹分析——以江西和湖南为例

量化分析作物生产碳、氮足迹可以有效帮助减少农业温室气体和活性氮排放。基于足迹理论和方法，采用问卷调查方式定量研究长江流域水稻生产碳足迹和氮足迹大小及组成。研究表明，水稻单位产量碳足迹和氮足迹分别介于0.50～0.90kgCO₂-eq/kg和5.20～13.17gN-eq/kg，其中CH₄和NH₃排放为主要贡献因子。种植规模与碳足迹和氮足迹呈现显著负相关关系，与一般农户(低于0.7hm²)水稻种植相比，种粮大户(高于3.3hm²)碳足迹和氮足迹分别降低了33.8%和44.1%。在调研的稻田中发现，53.1%的地块肥料投入过量，54.9%的地块灌溉投入过量，且产量较低，存在着较大的节能减排潜力。提高农户的受教育水平和低碳绿色农业认知能够显著降低水稻生产碳、氮足迹。因此，发展双季稻节肥节水技术，提高农业机械运行效率，构建规模化农作种植模式，同时提升农户知识文化水平和加强低碳绿色农业知识的普及力度以及不同类型适应性行为的指导，健全低碳绿色农业技术创新与推广机制，有利于缓解中国长江流域双...     

水氮运筹对新疆无膜滴灌棉花生长发育及土壤温室气体排放的影响

【目的】探究水氮运筹对新疆无膜滴灌棉田棉花生长发育、水氮利用效率及土壤温室气体排放的影响。【方法】设置2个灌水定额(W1:450 m³·hm^-2,W2:540 m³·hm^-2)和3个施氮量(150、225、300 kg·hm^-2纯氮),分析不同水氮条件下土壤和植株全氮含量、棉花株高与茎粗、籽棉产量、水分与氮素利用效率及土壤温室气体排放的差异。【结果】225 kg·hm^-2和300 kg·hm^-2施氮量下,不同生育时期W1的0～80 cm土层平均全氮含量高于W2处理。同一施氮量水平下,W1处理的土壤CO₂、CH₄、N₂O累积排放量,全球增温潜势(global warming potential,GWP),土壤温室气体排放强度(greenhouse gas emission intensity,GHGI)及水分利用效率均高于W2处理。W1灌溉水平下,苗期和蕾期0～80 cm...     

山西省农田秸秆露天焚烧碳释放量估算

秸秆焚烧会排放大量的污染物,不仅危害人的身体健康,而且会对局部大气环境和气候系统产生重要影响。为了估算山西省农田秸秆露天燃烧排放的CO和CO2量,依据山西省1984—2010年山西省粮食产量、谷草比等估算出山西省主要粮食作物和经济作物的秸秆产量;同时依据山西省区域秸秆露天焚烧比例得到2000—2010年山西省主要粮食、经济作物的秸秆露天焚烧量,继而结合具体排放因子计算出CO和CO2的排放量及碳释放总量,并在GIS中对2010年山西省不同市县的碳排放量进行了空间展示。结果表明：近10年山西主要农作物秸秆露天焚烧排放的CO和CO2总量平均为每年205.6×103 t和5611.8×103 t,各作物中玉米对农田碳排放的影响最大,且农作物种植的单一性越来越强;农作物秸秆露天焚烧释放的总碳量平均每年164.05×104 t,自2002年开始体现逐步上升趋势,2010年达到历史最高;秸秆露天焚烧的碳排放量分布与地形、气温、降水等自然因素和经济社会条件呈现一致性关系。研究结果可以为控制和减少农业温室气体的排放提供政策建议。     

节水灌溉与生物炭施用对稻田生态系统CO2净通量日变化的影响

为了揭示不同水碳管理对稻田生态系统-大气间CO₂交换的影响，基于田间试验，分析了不同水碳管理模式下稻田生态系统CO₂净通量日变化特征。结果表明：分蘖期、拔节孕穗期、乳熟期稻田生态系统CO₂净通量变化趋势均呈现U型特征，总体表现为白天吸收，夜晚排放，且各生育期的净吸收阶段与净排放阶段在时间上呈现一致性。随着生育期的推进，稻田生态系统白天CO₂净吸收时长及吸收量呈现先升高后降低趋势。除分蘖期高量生物炭处理降低了稻田生态系统白天CO₂净吸收通量外，生物炭施用增大了节水灌溉稻田生态系统白天CO₂净吸收通量与夜晚CO₂净排放通量。与不施用生物炭处理相比，2种生物炭情况下稻田生态系统白天与夜间CO₂净通量增加幅度为2.26%～27.16%和2.30%～32.69%。节水灌溉减小了稻田生态系统白天CO₂净吸收通量，增大了稻田生态系统夜间CO₂净排放通量，白天吸收和夜晚排放的变化幅度为...