崇明岛稻麦轮作系统稻田温室气体排放研究

通过静态箱-气相色谱法,研究了崇明岛稻麦轮作地水稻生长季及收割后休耕期（2011年6月至2011年11月）温室气体CO2、CH4和N2O的排放、吸收规律及交换量,并运用增温潜势进行了温室效应估算。3种温室气体通量在水稻不同生长阶段有明显差异：稻田除成熟收割期外,其他期均表现为CH4排放源,并在分蘖期达到最大值;N2O除幼苗期表现为汇,其他期均为排放源,并在拔节期达到最大值。温室效应分析得出：水稻田温室气体以CH4和N2O排放为主,二者对全球温室效应的贡献为3.255×103kgCO2·hm-2;由于光合作用,稻田表现为对CO2固定,固定量为2.462×103kgCO·2hm-2;崇明水稻生长季排放温室气体综合GWP值为793kgCO·2hm-2,为温室气体排放源。     

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。     

不同轮作体系不同施氮量甲烷排放比较研究

【目的】本研究通过在重庆市江津区进行单季稻转换为不同轮作体系的田间试验,测量CH4排放通量,探讨不同轮作体系CH4的排放规律。【方法】试验以玉米-小麦(MW)、 水稻-小麦(RW)、 水稻-冬水休闲(RF)三种轮作体系为主处理,每种轮作体系设不施氮对照(N0)、 优化施氮(Nopt,即小麦季N 96 kg/hm2、 玉米季或水稻季N 150 kg/hm2)、 传统施氮(Ncon,即小麦季N 180 kg/hm2、 玉米季或水稻季N 225 kg/hm2)3个副处理。温室气体采用静态箱-气相色谱法进行田间原位测量,每周1~3次,周年监测。【结果】 MW、 RW、 RF体系第一年甲烷排放量分别为CH4-C 13.5、 26.7和89.8 kg/hm2,第二年为第一年相应体系的6.2%、 85.1%和263.1%。第一年MW、 RW、 RF系统N0处理甲烷排放量分别为CH4-C 17.7、 30.5、 85.7 kg/hm2,Nopt处理分别为其对照的87.5%、 111.3%、 111.9%,Ncon处理为对照的41.5%、 51.1%、 94.8%; 第二年MW、 RW、 RF系统N0处理甲烷排放量分别为CH4-C 0.4、 26.0、 227.4 kg/hm2, Nopt为其对照的240.4%、 103.9%、 104.9%,Ncon为其对照的229.6%、 58.6%、 100.1%。MW、 RW、 RF三个轮作体系两年均为甲烷净排放,MW体系以玉米季为主, N0、 Nopt、 Ncon处理分别占总体系的87.4%、 87.2%、 76.2%; RW体系以水稻季为主, N0、 Nopt、 Ncon处理分别占总体系的91.4%、 95.7、 94.9%; RF体系中以水稻季为主,N0、 Nopt、 Ncon处理分别占总体系的84.2%、 84.9%、 84.8%。MW第一年玉米季施肥期甲烷排放累积量占该季总排放量的6%~11%,第二年占30%~45%; RW水稻季施肥期甲烷排放量占该季总排放量的37%~50%,RF水稻季施肥期甲烷排放量占该季总排放量的21%~28%,淹水休闲季约占总体系16%,也不可忽略。【结论】水稻-冬水休闲系统甲烷排放最高,水稻-小麦轮作次之,玉米-小麦轮作最低。单季稻改小麦-玉米轮作后第一年,玉米季有明显甲烷排放,第二年则未出现,两年甲烷排放总量无差异; 水稻-冬水田轮作,甲烷排放在第二年明显增加。玉米-小麦轮作、 水稻-小麦轮作和水稻-冬水休闲系统两年平均值均表现出甲烷的净排放,并以水稻或玉米季为主。大量施氮后,抑制水稻-小麦轮作和玉米-小麦轮作系统甲烷排放,对水稻-冬水休闲系统无影响。     

小麦-玉米-大豆轮作下黑土农田土壤呼吸与碳平衡

农田生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,探讨农田生态系统的土壤呼吸与碳平衡对于科学评价陆地生态系统在全球变化下的源汇效应具有重要意义。基于中国科学院海伦农业生态实验站的长期定位试验,对不同施肥处理下黑土小麦-玉米-大豆轮作体系2005—2007年的作物固碳量与土壤CO2排放通量进行了观测,并对该轮作体系下黑土农田生态系统的碳平衡状况进行了估算。结果表明:在小麦-玉米-大豆轮作体系中,作物固碳量的高低表现为:玉米>大豆>小麦,平均值分别为6 513 kg(C).hm-2、4 025 kg(C).hm-2和3 655kg(C).hm-2。从作物生长季土壤CO2排放总量来看,3种作物以大豆农田生态系统的土壤CO2排放总量最高,平均值达4 062 kg(C).hm-2;其次为玉米,为3 813 kg(C).hm-2;而小麦最低,为2 326 kg(C).hm-2。3种作物轮作下NEP(净生态系统生产力)均为正值,表明黑土农田土壤-作物系统为大气CO2的"汇",不同作物系统的碳汇强度表现为玉米>小麦>大豆,三者的平均值分别为3 215 kg(C).hm-2、1 643 kg(C).hm-2和512 kg(C).hm-2。长期均衡施用氮、磷、钾化肥或氮、磷、钾化肥配施有机肥后,小麦、玉米和大豆农田生态系统的固碳量和土壤CO2排放总量均明显增加,并在氮、磷、钾配施有机肥处理下达到最高。不同的施肥管理措施将改变土壤-植物系统作为大气CO2"汇"的程度,总体表现为化肥均衡施用下NEP值较高,而化肥与有机肥配施下农田生态系统的NEP值较低。     

水稻油菜轮作稻田甲烷排放及其总量估算

利用静态箱/气相色谱法对川中丘陵区水稻油菜轮作稻田进行水稻全生长季CH4排放观测。结果表明,稻田CH4排放有明显的季节变化,呈“前低后高”的变化趋势,CH4排放峰出现在水稻抽穗扬花期;测定期内稻田CH4平均排放通量为6.20mg/m2.h。对影响稻田CH4排放的因素分析发现,淹水条件下水稻移栽到抽穗初期,水稻植株生长是影响稻田CH4排放的关键因素;水稻抽穗期到成熟期,温度是影响稻田CH4排放的关键因素。水稻油菜轮作稻田在水稻生长季中CH排放总量为173.96kg/hm2。     

江汉平原稻-油连作系统冠层CO2通量变化特征

采用涡度相关法,于2010年和2011年对江汉平原水稻-油菜连作田冠层CO2通量进行周年观测,研究该系统CO2源、汇的季节和日变化规律。结果表明,CO2通量的日变化特征明显,各生育期平均CO2通量日变化幅度较大。将观测期通量数据插值后得到CO2净交换通量(NEE)的逐日变化过程,油菜收割后闲置期-中稻移栽期、分蘖期、拔节-抽穗期、乳熟期的平均NEE分别为1.63、-11.86、-20.61、-4.65g.m-2.d-1;水稻收割后的闲置期、油菜苗期-现蕾期、抽薹期、开花期、绿熟期平均NEE值分别为2.18、0.43、-5.00、-11.70、-13.91g.m-2.d-1。全年稻-油连作农田生态系统净CO2吸收量为19.26 t.hm-2。     

三江平原寒地稻田CH_4、N_2O排放特征及排放量估算

利用静态暗箱-气相色谱法,于2003-2006年对三江平原寒地稻田CH4、N2O通量进行了为期4年的田间原位观测研究.结果表明:三江平原寒地稻田CH4和N2O排放具有明显的季节变化,水稻生长季淹水期是CH4排放的强源,稻田排水后CH4排放显著下降,休闲期CH4排放微弱或呈弱吸收汇,整个生长季CH4排放呈现单峰型态,并随水稻植株生长和叶面积指数而变化;水稻生长季和休闲期N2O排放通量都很小,冬季休闲期有时还出现微弱的吸收现象.生长季一般在施肥和表土落干时都会出现不同强度的排放峰,除了几次比较显著的排放峰值外,其它淹水状态下N2O排放很弱;温度和土壤水分状况是影响稻田CH4和N2O排放的重要因子,稻田积水深度和气体排放无明显的相关性;水稻植株对稻田土壤CH4排放起促进作用而对稻田土壤N2O排放起抑制作用;稻田氮肥用量增加可以降低土壤CH4排放,但却增加了N2O的排放.根据试验数据对三江平原地区寒地稻田CH4和N2O排放总量估算值分别为0.1035 Tg/a和0.0021 Tg/a.     

冬季淹水稻田CH4排放通量及其δ13C的时间变化特征

通过田间试验研究了持续淹水稻田冬季休闲期和水稻生长期CH4排放通量及其稳定性碳同位组成的时间变化。结果表明:CH4排放在冬季休闲期从4月份呈逐渐上升趋势,至6月份出现排放峰,为CH46.4 mg m-2h-1;水稻移栽后则迅速增加,于7月和8月出现两个排放峰,分别为CH423.1 mg m-2h-1和CH429.8 mg m-2h-1,此后急剧下降,末期稻田排水落干期间出现一个排放峰。冬季休闲期CH4排放总量为CH43.3 g m-2,占全年排放总量的8.9%。稻田排放的δ13CH4在冬季休闲期后期逐渐从-51‰上升至-44‰,然后下降至-56‰。水稻移栽后,δ13C值从-62‰迅速降至-68‰,然后慢慢上升至-60‰,并在较长一段时间内保持不变,后期再次富集13C。末期排水落干对排放δ13CH4影响显著。排放δ13CH4在水稻生长期较冬季休闲期低得多,原因在于冬季休闲期的CH4氧化率很高(60%～90%),而水稻生长期的CH4氧化率相对较低(10%～80%)。全观测期内,CH4排放通量的季节变化均与土壤温度显著正相关(p<0.01),与土壤Eh显著负相关(p<0.01),与δ13CH4呈显著负相关(p<0.05)。     

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。     

太湖地区水稻土长期不同施肥条件下油菜季土壤呼吸CO2排放

利用长期定位试验研究了太湖地区不同施肥处理下油菜生长期间水稻土CO2排放通量,耕作方式为水稻-油菜轮作,并对CO2排放通量和土壤（5cm）温度、土壤水分含量进行了回归模拟。结果表明,不同施肥处理平均土壤呼吸CO2排放速率在49．37～85．97CO2-Cmg·m^-2·h^-1之间,与不施肥处理相比,长期施用肥料显著提高了土壤呼吸CO2排放速率,且在油菜的两个生育期,施肥对土壤呼吸释放CO2的促进作用,花角期显著高于角果发育成熟期。相关分析表明,土壤呼吸CO2排放强度与土壤水分、土壤温度有显著的正相关关系。通过计算Q10,无肥处理（NF）较其他肥料处理（CF、CFM、CFS）对土壤温度有更大的敏感性。     

稻草还田下非稻季持续淹水对稻季CH_4和CO_2排放的影响

稻草还田和非稻季持续淹水是我国最重要的稻田管理方式之一,此种管理方式下稻田碳排放并不清楚。本研究以江汉平原中稻-冬闲制度为对象,探讨稻草还田耦合非稻季持续淹水对稻季碳排放的影响,为准确评估稻田温室气体排放提供数据支撑和理论支持。结果表明,在稻草秸秆全量覆盖还田下,非稻季自然排水比持续淹水显著降低稻季CH_4累积排放量,稻季第一次排水晒田之前CH_4排放占总排放量的80%以上;非稻季持续淹水使稻季CO_2累积排放量比自然排水稍有降低,CO_2排放主要集中在第一次排水晒田之后,占总排放量的60%左右。非稻季淹水降低稻季土壤NO_3~--N、NH_4~+-N和DOC浓度以及10 cm土层土壤Eh值,但使乙酸浓度升高,这可能是稻草还田耦合非稻季淹水导致CH_4排放量增加的主要原因。     

耕种制度对西南地区冬水田甲烷排放的影响

1995年5月15日～1997年5月15日两年在田间条件下研究我国西南地区冬水田甲烷排放量及耕种制度的影响。结果表明冬水田水稻生长期甲烷排放通量在0．47～171．12mg／m2     

冬季秸秆还田和土地管理对水稻生长期CH4排放的影响

利用田间试验研究了冬季3种土地管理方式下（种麦、休闲和淹水）秸秆施用（4800kg·hm^-2和0）对后续稻季CH。排放的影响。结果表明,休闲混施和休闲不施处理CH4平均排放通量显著高于种麦混施和种麦不施处理（P〈0．05）,但显著低于淹水混施和淹水不施处理（P〈0．05）;淹水混施处理CH4平均排放通量显著高于淹水不施处理（P〈0．05）,而休闲混施和休闲不施处理、种麦混施和种麦不施处理间无显著差异（P〉0．05）。水稻生长期CH4排放通量与5、10cm处土温呈极显著正相关（P〈0．01）,而与土壤肌无显著相关性（p〉0．05）。改冬季淹水和休闲稻田为种植小麦或在水稻移栽前对休闲稻田实施除草措施能显著减少稻田CH4排放量,是一种既增加农作物产量又能达到减少温室气体CH4排放的农业措施,具有很大的应用推广价值。     

不同种类有机肥施用对一季稻田CH_4排放的影响

选取不同施肥处理的一季中稻田为研究对象,采用静态箱-气相色谱法对一季稻CH4排放通量进行手动观测。结果表明,与不施肥相比,各施肥处理CH4平均排放通量均有不同程度增加。其中稻草还田＋化肥处理（稻草处理）CH4平均排放通量为31.04mg·m-2·h-1,比化肥处理和猪粪＋化肥处理（猪粪处理）分别增加326.4%（P〈0.05）和211.7%（P〈0.05）,鸡粪＋化肥处理（鸡粪处理）比化肥和猪粪处理分别增加140.4%（P〈0.05）和75.7%（P〈0.05）。说明稻草还田和鸡粪处理显著增加稻田CH4排放通量,而猪粪处理与化肥无显著差异。同时对有关的环境因子进行分析表明,不同处理的土壤表层5cm温度、Eh与CH4排放通量存在显著相关关系;土壤pH值和水层厚度与稻田CH4季节排放通量相关性不明显。猪粪处理单位产量全球增温潜势（GWP）为0.83kg·kg-1,是较好的推荐施肥处理,对环境与产量之间效益的协调具有较好的作用。     

不同耕作措施下双季稻田生态系统碳循环及其生态服务价值

耕作方式对稻田碳循环有着较大的影响。采用田间试验方法,研究了秸秆还田条件下,不同耕作措施双季稻田碳循环及其生态服务价值,为稻田生态服务价值计算及土壤固碳潜力评价提供依据。试验于湖南省宁乡县进行,通过静态箱法测定翻耕秸秆还田（CT）、旋耕秸秆还田（RT）、免耕秸秆还田（NT）稻田CH4及CO2排放,根据美国橡树岭国家生态实验室得出的碳折算系数计算各项农资投入的碳释放。结果表明：（1）机械操作造成的碳排放为CT〉RT〉NT,免耕分别比翻耕和旋耕碳减排61．69、35．70bC·hm^-2;（2）含碳农资碳减排对于稻田碳减排具有较大作用,其中减少含碳农资投入对于免耕碳减排作用最大;（3）免耕促进了稻田土壤碳固定,稻田生态系统总体碳固定为NT〉CT〉RT;（4）采用免耕、减少含碳农资投入有利于固碳及增加稻田生态系统服务价值。本研究得出免耕秸秆还田有利于减少碳排放及增加稻田生态系统生态服务价值,建议长江中下游双季稻区采用以免耕秸秆还田为主的保护性耕作。     

应用反演式气体扩散技术测定奶牛场甲烷的排放特征

为了准确揭示奶牛场的甲烷排放特征,在我国首次采用国际上最新的反演式气体扩散技术与开路式激光仪相结合的研究方法,分别于2009年冬季和2010年春季测定了保定市某奶牛养殖基地甲烷的排放特征,测定期间养殖基地的动物总量平均为1200头。结果表明,奶牛养殖场尺度的甲烷排放在冬季和春季均呈现出规律性的日排放特征,即养殖场甲烷日排放高峰出现在0500、1130和1630,排放高峰的出现时间与上料时间基本吻合;冬季和春季试验期间该养殖场的反刍和粪尿甲烷总排放量分别为0.31t.d-1和0.36t.d-1,养殖基地内整个牛群平均每头牛的反刍和粪尿甲烷日排放总量分别为0.26kg.d-1和0.30kg.d-1,春季的甲烷日排放量比冬季约高16.7,初步揭示了奶牛场尺度甲烷排放的季节性差异。     

不同施氮水平对稻麦轮作农田氧化亚氮排放的影响

利用江苏常熟田间随机区组试验,以密闭箱法采集气样,气相色谱分析N2O浓度,对稻麦轮作制下不同施氮水平的土壤N2O排放进行了观测,探讨了不同施氮水平对稻麦轮作农田氧化亚氮排放的影响。结果表明,土壤N2O排放量受施氮量的影响,稻季和麦季N2O排放量都随旌氮量的增加而增加;稻季N2O排放量最大峰值出现在烤田复水期间,其排放量大小主要受基肥和分蘖肥施用量的影响,并随施氮量的增加而增大;麦季最大峰值出现在气温回暖的第二次追肥后,排放量的最大峰值也随施氮量的增加而增大;稻麦轮作土壤N2O排放以麦季的排放为主,麦季N2O累积排放量在轮作周期中占三分之二。     

猪粪沼液施用对稻麦轮作系统土壤氧化亚氮排放的影响

以典型的猪粪尿发酵沼液为对象,探讨了沼液施入量和管理方式对以中国东部稻麦轮作农田系统土壤N2O排放规律和排放量的影响。研究结果表明,与化学氮肥相比,沼液施用未影响稻麦轮作系统土壤N2O排放的季节变化规律,但影响其排放量的大小。稻季100%施用沼液的处理（N100%DPS）其累积排放量为0.71kg·hm-（22008年）和1.38kg·hm-（22009年）,显著高于100%施用化肥的处理（N100%Ure）a,即0.68kg·hm-2和1.06kg·hm-2。麦季N100%DPS处理N2O的累积排放量分别为6.56kg·hm-（22008年）和5.05kg·hm-2（2009年）,与N100%Urea处理（2008年：5.89kg·hm-2;2009年：3.93kg·hm-2）无显著差异,但均显著高于稻季各处理。随着沼液替代化学肥料用量的降低,稻田N2O排放量呈降低趋势,而沼液一次性施入和分次施入对稻田N2O排放的季节动态和累积排放量均无显著影响;但沼液不同的管理方式对麦季累积N2O排放量更为复杂。稻、麦两季N100%DPS处理中N2O排放系数（f）均最大,分别达到0.3%和1.6%,但沼液分次施入和一次性施入的处理间f值均无显著差异。