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。     

长期大气CO2浓度升高对稻田CH4排放的影响

大气CO2浓度升高可直接或间接影响稻田CH4排放。深入研究长期大气CO2浓度升高对稻田CH4排放及其相关微生物的影响，对评估和应对未来气候背景下稻田CH4排放的响应具有重要意义。为探明长期大气CO2浓度升高对稻田CH4排放的影响及其机制，依托连续运行10年以上的中国稻田FACE（free-air CO2 enrichment）平台，观测2016—2017年正常大气条件（ACO2）和大气CO2浓度升高200 μmol?mol-1条件（ECO2）下稻田CH4排放通量、产甲烷菌和甲烷氧化菌群落丰度，并采用Meta分析方法定量研究CO2熏蒸年限对稻田CH4排放及其相关微生物群落丰度的影响。结果表明：对比ACO2处理，长期ECO2处理使稻田CH4排放降低28%（P<0.05），产甲烷菌群落丰度降低39%（P<0.05），同时甲烷氧化菌群落丰度增加21%（P>0.05）。Meta分析结果发现，随着CO2熏蒸年限的增加，大气CO2浓度升高对稻田CH4排放和产甲烷菌群落丰度的促进作用逐渐减弱，对甲烷氧化菌群落丰度的促进作用却逐渐增大。因此，未来气候条件下，长期大气CO2浓度升高会降低稻田CH4排放，这对缓解水稻种植带来的温室效应具有重要意义。     

菜地土壤CO2与N2O排放特征及其规律

为了解不同集约化类型菜地土壤CO2和N2O排放特征及影响因子,选取京郊20年露地老菜地(OV20)、3年菜地种植历史的露地新菜地(OV3)、3年大棚菜地(GV3),以及相邻的当地典型粮田玉米地(Maize)4个类型地块,研究了春黄瓜生育期间土壤CO2和N2O排放特征及影响因子。结果表明:1)春黄瓜生育期间的土壤CO2排放通量主要受土壤5 cm处温度(指数关系)和土壤水分(对数关系或二次抛物线关系)影响;期间玉米地土壤CO2平均排放通量为(346.8±56.5)mg.m-2.h-1,20年露地菜地、3年露地菜地有机肥处理、3年露地菜地配施处理、3年大棚菜地的土壤CO2平均排放通量分别是玉米地的1.38、1.21、1.39和1.56倍。2)土壤N2O排放通量与施肥活动密切相关,排放高峰都出现在氮肥施用后,并受土壤温度和水分的影响。基肥后土壤温度低(15～20℃),排放峰出现在第5 d,排放峰持续时间(长达20 d)与施肥量相关;追肥后土壤温度高(>20℃),排放高峰发生早(追肥后第3 d),但因追肥用量低,因此持续时间短(仅一周)。3)黄瓜生长期内玉米地N2O累积排放量为N(1.95±0.10)kg.hm-2,20年老菜地、3年大棚菜地和3年新菜地N2O累积排放量分别是同期大田玉米地的1.67、1.95和1.99倍。4)本实验中春黄瓜生长季菜地土壤化肥氮N2O排放系数在1.86%～4.71%之间,显著高于IPCC旱地排放缺省值1%。其中,新菜地排放系数高于老菜地,设施菜地排放系数高于露地菜地;但有机肥氮的N2O排放系数则远远低于化肥氮的排放系数,仅为0.11%。     

外加可溶性碳源对华北典型农田土壤N2O、CO2排放的影响

以华北平原典型农田土壤为对象,运用静态培养系统研究方法,设置室内培养试验,研究添加不同浓度葡萄糖对土壤N2O、CO2排放的影响.结果表明:碳氮配施的外源添加方式明显促进N2O和CO2排放,其排放通量均高于对照组和只添加氮源的处理.在配施碳源葡萄糖浓度为0.5 g/kg时N2O排放通量最高(NH4+组2 500 μg/(kg·d),单位以N计,下同,NO3-组1 500 μg/(kg·d)),4.0 g/kg时N2O排放通量最低(NH4+组500 μg/(kg·d),NO3-组800 μg/(kg·d));葡萄糖浓度为2.0 g/kg时CO2排放通量最高(NH+组500mg/(kg· d)),0.5 g/kg时CO2排放通量最低(NH+组100 mg/(kg,d)).从培养开始到结束,只添加氮源的土壤NH+含量变化不明显,NO3-含量增至29.21 mg/kg(NH4+组)和62.25 mg/kg(NO3-组);而配施葡萄糖的土壤NH+含量降为不足1 mg/kg(NH4+组),NO3-含量明显减少.N2O累积排放通量与葡萄糖浓度呈负相关(NH4+组),CO2累积排放通量与葡萄糖浓度呈正相关.分析结果表明,外加可溶性碳源明显减少土壤中NH4+和NO3-含量,并且促进土壤N2O、CO2排放,其排放通量大小与C/N比有关.     

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。     

优化施氮下稻-麦轮作体系土壤N2O排放研究

采用了静态箱法研究优化施氮下湖北稻-麦轮作体系农田N2O排放特征。结果表明,农田N2O排放量随施氮量增加而增加。N2O排放通量峰值大约发生在施氮后的第3～7 d。小麦季土壤N2O排放量范围为N2O 2.43～4.84 kg/hm2,肥料氮通过N2O排放的损失率为0.54%～0.74%。水稻季土壤N2O排放量为N2O 0.89～2.45 kg/hm2,肥料氮通过N2O排放的损失率为0.39%～0.47%。小麦季和水稻季施氮后0～15 d N2O排放量占当季总排放量的百分比分别为62.79%～66.72%和87.97%～93.14%。与习惯施氮相比,基于作物阶段氮素吸收增加追肥比例和施氮次数的优化施氮能有效减少土壤N2O排放。     

优化施氮下稻-麦轮作体系土壤N_2O排放研究

采用了静态箱法研究优化施氮下湖北稻-麦轮作体系农田N2O排放特征。结果表明,农田N2O排放量随施氮量增加而增加。N2O排放通量峰值大约发生在施氮后的第37~d。小麦季土壤N2O排放量范围为N2O 2.43~4.84kg/hm2,肥料氮通过N2O排放的损失率为0.54%0~.74%。水稻季土壤N2O排放量为N2O 0.892~.45 kg/hm2,肥料氮通过N2O排放的损失率为0.39%0~.47%。小麦季和水稻季施氮后01~5 d N2O排放量占当季总排放量的百分比分别为62.79%6~6.72%和87.97%9~3.14%。与习惯施氮相比,基于作物阶段氮素吸收增加追肥比例和施氮次数的优化施氮能有效减少土壤N2O排放。     

不同灌溉模式下寒地稻田CH_4和N_2O排放及温室效应研究

为了研究寒地稻田CH4和N2O排放特征,选取黑龙江省寒地稻田为研究对象,采用静态箱—气相色谱法对控制灌溉、间歇灌溉、浅湿灌溉及淹灌四种水分管理模式等4个处理的CH4和N2O排放通量进行观测。结果表明,不同灌溉模式下的CH4和N2O排放高峰均出现在水稻生长旺季,而休闲期内排放较少。相对于淹灌,浅湿灌溉稻田CH4累积排放量降低了27.2%,控制灌溉处理的降低了34%,间歇灌溉处理的降低了48.2%。长期淹灌稻田N2O排放量比间歇灌溉稻田减少0.41kg/hm2,比控制灌溉稻田增加0.38kg/hm2,比浅湿灌溉稻田增加0.37kg/hm2。总体温室效应分析,节水灌溉模式能有效抑制温室气体的排放并显著地降低CH4和N2O的总温室效应。水稻生育期内,CH4排放量减少时期,N2O排放量有增加趋势,综合考虑CH4和N2O排放的消长关系,才能有效减缓稻田温室气体的排放。     

综合产量和土壤N2O排放的马铃薯施氮量分析

施氮可提高作物产量,但同时也增加温室气体N_2O的土壤排放量。研究施氮量与产量和土壤N_2O排放的关系,对保障作物产量并兼顾环境效应的农业生产实践具有重要指导意义。该研究设置N0(0)、N1(67.5 kg/hm~2)、N2(125 kg/hm~2)、N3(187.5 kg/hm~2)4个施氮水平,采用静态箱-气相色谱法对土壤N_2O排放进行田间原位测定,研究施氮量对马铃薯产量、土壤N_2O排放的影响,分析综合产量与土壤N_2O排放的合理施氮量。结果表明:施氮显著增加马铃薯产量和土壤N_2O累积排放量,较不施氮(N0)处理,N1、N2和N3处理马铃薯产量增加78.5%、93.1%和95.6%;生育期N1、N2和N3处理马铃薯土壤N_2O累积排放量分别是N0处理的2.3、4.4和6.7倍。同时,随施氮量增加,N_2O排放系数、硝态氮强度和单产N_2O排放量均显著增加。在低氮处理(N0、N1)时,土壤N_2O排放通量与土壤温度、湿度显著正相关,而在高氮水平时,土壤N_2O排放通量与土壤硝态氮含量显著正相关。施氮67.5 kg/hm~2可确保研究区马铃薯产量并有效降低土壤N_2O排放。     

基于DNDC模型的川中丘陵区不同轮作制度下稻田CO_2排放研究

利用IKONOS高分辨率（1m）卫星遥感图,选定代表川中丘陵区特征的四川省金堂县为研究区域,选取冬水田-水稻田（PF）、油菜-水稻田（RR）和小麦-水稻田（RW）3种主要轮作制度下353块稻田为研究对象,于2005年5月-2006年5月对作物田间管理、作物产出、土壤理化性状及施肥情况,以及水质与气象等基础资料进行调查、测定和统计分析,利用DNDC模型模拟川中丘陵区不同轮作制度下稻田CO2排放情况。结果表明：PF、RR和RW 3种轮作制度下CO2年总排放量分别为：4102、7512和8111kg.hm-2,且RW和RR均显著高于PF,但3种轮作制度下单季作物的CO2排放量差异不大,RR处理的单季作物的CO2排放量最小,其年总作物产量居中,RW处理产量最高。PF水稻生长期和休闲期CO2排放通量分别为25.48和3.36kg.hm-2.d-1,水稻生长期是休闲期的7.58倍;RR和RW在水稻生长期CO2排放通量平均为23.32和25.21kg.hm-2.d-1,低于PF水稻生长期CO2排放通量,但差异未达到显著水平,而RR和RW非水稻生长期的CO2排放通量分别为19.34和20.96kg.hm-2.d-1,分别为PF休闲期的5.76和6.24倍。根际呼吸是土壤呼吸的主要部分,整个生长期PF、RR、RW的根呼吸贡献率平均为59.14%～62.96%。     

降雨对干旱半干旱区湿地和农田土壤CO_2短期释放的影响

本研究以巴音布鲁克湿地和农田灰漠土原状土为研究对象,进行原位模拟降雨试验,利用LI-8100土壤碳通量自动测量系统测定土壤的CO_2排放,研究了不同降雨量对土壤CO_2排放的影响。结果表明:降雨导致湿地土壤CO_2释放速率显著增加(P0.01),而农田土壤无显著差异。在其含水量无明显差异下,湿地不同降雨处理组的CO_2排放量均大于农田组,湿地土壤CO_2日累积排放量降水10 mm组降水20 mm组对照组,土壤有机碳高的湿地土壤随降雨量增加,土壤短期碳损失高,而对低有机碳土壤(西北干旱区贫瘠土壤)短期碳损失影响不显著。降雨后农田土壤降水10 mm组CO_2排放与地表温度和5 cm地温相关性极显著(P0.01),其他各处理均未呈现显著相关。说明在干旱半干旱区降雨量对土壤CO_2排放速率有着重要的影响。     

Plant-derived CO2 flux from cultivated peat soils

Abstract

Methods used to estimate the CO₂ emission from soil commonly measure the total CO₂ flux. To be able to quantify the net CO₂ emission from cultivated peat soils there is a need to distinguish between soil organic matter-derived CO₂ respiration and plant-derived respiration. In this investigation we used the root exclusion method to separate the plant-derived respiration from total CO₂ emission. The plant-derived contribution was estimated to be between 27 and 63% of total CO₂ emission depending on soil type and season. We also found a relationship between soil temperature, biomass growth and CO₂ efflux, which can be used to estimate plant-derived respiration. Due to the priming effect the root exclusion method is less reliable late in the season.     

施肥与品种演替对麦田CO2排放量的影响

采用田间试验与静态箱法,研究了施肥与不同年代小麦品种演替对麦田CO2排放量的影响。结果表明:(1)施肥能增大麦田土壤CO2的排放量。有机肥与适量的氮磷钾肥配合施用,促进了小麦根系的生长,增加根重和根冠比,植株生长旺盛,光合作用增强,促进了根系呼吸速率与土壤CO2的排放。不同施肥处理CO2排放量变化总趋势是:中氮处理(N1PKM)>高氮处理(N2PKM)>低氮处理(N0PKM)>空白处理(N0P0K0M)。(2)不同年代小麦品种演替影响麦田CO2的排放。根干重、根冠比、生物产量与土壤CO2的释放量呈正相关。也就是说,近期(2000年)品种山农11号生育后期根系生长旺盛,有利于碳水化合物向籽粒中转移,因而籽粒产量高,CO2的释放量亦大;早期(50年代)品种碧玛1号与之相反,生育后期根系易早衰,产量很低,CO2的释放量亦很低。总趋势是返青期与拔节期:烟农15号>山农11>碧玛1号,灌浆期:山农11号>烟农15号>碧玛1号。(3)小麦生长旺盛期(拔节期)是麦田土壤CO2排放量的最大时期。总趋势是拔节期>灌浆期>返青期。(4)土壤温度和水分对麦田CO2排放有影响。在小麦生长过程中,随地温的升高与土壤水分的增大,小麦生长旺盛,根系活性增强,加速土壤中微生物的活动和有机质的分解,同时也提高了麦田CO2的释放量。     

施肥与品种演替对麦田CO2排放量的影响

采用田间试验与静态箱法,研究了施肥与不同年代小麦品种演替对麦田CO2排放量的影响。结果表明：（1）施肥能增大麦田土壤CO2的排放量。有机肥与适量的氮磷钾肥配合施用,促进了小麦根系的生长,增加根重和根冠比,植株生长旺盛,光合作用增强,促进了根系呼吸速率与土壤CO2的排放。不同施肥处理CO2排放量变化总趋势是：中氮处理（N1PKM）〉高氮处理（N2PKM）〉低氮处理（N0PKM）〉空白处理（N0P0K0M）。（2）不同年代小麦品种演替影响麦田CO2的排放。根干重、根冠比、生物产量与土壤CO2的释放量呈正相关。也就是说,近期（2000年）品种山农11号生育后期根系生长旺盛,有利于碳水化合物向籽粒中转移,因而籽粒产量高,CO2的释放量亦大;早期（50年代）品种碧玛1号与之相反,生育后期根系易早衰,产量很低,CO2的释放量亦很低。总趋势是返青期与拔节期：烟农15号〉山农11〉碧玛1号,灌浆期：山农11号〉烟农15号〉碧玛1号。（3）小麦生长旺盛期（拔节期）是麦田土壤CO2排放量的最大时期。总趋势是拔节期〉灌浆期〉返青期。（4）土壤温度和水分对麦田CO2排放有影响。在小麦生长过程中,随地温的升高与土壤水分的增大,小麦生长旺盛,根系活性增强,加速土壤中微生物的活动和有机质的分解,同时也提高了麦田CO2的释放量。     

固体高浓度二氧化碳气肥的研究

本研究采用草酸作为CO2 气肥的基本原料 ,加入优选的氧化催化剂 ,使CO2 产气率达到 95 %以上 ,同时对其产气特性、使用方法、生产工艺等进行了研究 ,为我国现代农业提供了一种安全高效的气肥新品种     

不同秸秆还田模式和施氮量对农田CO2排放的影响

以山东省桓台县高产农田为试验对象，分析在高产条件下，不同秸秆还田模式和氮肥施用量对农田CO2排放的影响。结果表明，氮肥施用量与秸秆还田模式都是影响土壤CO2排放的重要因素，玉米秸秆和小麦秸秆全部还田的处理土壤CO2排放通量高于其它中低氮处理，而小麦秸秆还田与不还田的各处理间差别不大。麦秸还田配施高氮处理的CO2排放通量普遍高于其它处理。     

中国沼气产业对减排CO2量的模拟与预测

沼气是中国可再生能源建设的重点项目,可提供清洁能源替代化石燃料燃烧,减少温室气体排放,对缓解全球变暖趋势具有重要意义。该文利用复合回归模型对中国沼气行业的CO2减排量(CO2ER)与生物质资源、农村用能结构以及沼气利用现状等指标之间的数值关系进行模拟分析,结果表明:中国户用沼气行业的CO2减排量与沼气池使用量存在显著的线性关系(R2=0.992),与户均产气量存在明显的S函数关系(R2=0.677),大中型沼气工程行业的CO2减排量与池容之间存在显著的线性关系(R2=0.977);经多元线性回归和曲线拟合所得到的复合回归模型对户用沼气行业CO2减排量的拟合较好,各种替代情景下误差率均在5%以内;对大中型沼气工程行业CO2减排量的模拟在2006年后呈现较好的拟合效果,各种替代情景下误差率均在2%以内。依据《可再生能源发展‘十二五’规划》进行预测,2015年中国沼气行业可减少CO2排放6.18×107～1.38×108t。加强沼气科技研发,促使沼气工业化、规模化发展以及提升沼气利用品味,是保持沼气利用CO2减排重要地位的有效途径。     

半开放式CO_2和温度递增系统(CTGC)的改进:CO_2浓度控制效果

环境控制模拟系统,是开展农田生态系统对全球气候变化响应研究的有效手段,但目前应用于试验中的模拟系统均存在一定局限,如CO_2气体过量消耗、试验成本较高、模拟的试验环境与真实的自然环境差异较大、试验空间有限、不易重复等。针对这些问题,本研究对半开放式CO_2浓度和温度递增模拟系统(CTGC)进行了硬件升级和设计改进,针对其CO_2浓度的控制效果包括CO_2浓度监测、CO_2气体释放两大系统进行改进,使其能达到精准控制CO_2气体释放,降低试验成本,精确模拟未来高CO_2浓度的生产环境,其空间面积较大,适合多种作物同时试验。改进后的系统利用电磁阀组和CO_2浓度检测传感器组成的多通道监测系统,实时检测各处理区域内的CO_2浓度,实现精准监测。在CO_2气体释放源端,采用比例调节式减压器,有效减少了CO_2从储气罐中被减压后在气体管路中的压力积蓄,控制CO_2气体精量释放;系统将CO_2释放方式由纵向改为横向,释放管道由主管加支管组成,由控制流量调节阀将主管与支管相连接,使气室内形成均匀的CO_2释放区域,从而达到CO_2浓度梯度升高的模拟效果。试运行结果表明,改进后的CTGC系统可以实现CO_2浓度387±4.5、441±13.4、490±20.9、534±24.3和567±28.9μmol·mol-1的梯度递增,系统对环境变化的响应速度加快,能够精确实时监测气室内各处理区域CO_2浓度的变化,并实现CO_2气体的精量释放;系统内的CO_2浓度梯度递增趋于稳定,从而更好地模拟大气CO_2浓度逐渐升高的过程,满足作物对气候变化响应研究的需要。