稻田温室气体（CH4和N2O）排放影响因素及其减排措施研究进展

甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)是重要的两种温室气体,近一个世纪以来,大气中这两种气体浓度持续升高,进而引起温室效应明显加剧和气候变暖等极端气候的频繁出现.稻田生态系统是大气CH4和N2O的重要源.稻田温室气体的排放受土壤性质、气候条件及人为活动等因素的交互作用和综合调控,CH4和N2O排放量与各因素的变异程度、敏感程度密切相关.全面综述了影响稻田温室气体排放的因子及温室气体减排措施的研究进展,可为制定我国稻田温室气体减排措施、促进农业可持续发展以及生态环境协调发展提供参考.     

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。     

稻田温室气体排放的影响因素研究进展

水稻是我国重要的粮食作物,而稻田作为其载体,是农业温室气体的主要排放源之一,具有极大的减排潜力。因此,控制稻田温室气体减排对缓解温室效应具有重要意义。通过梳理国内外稻田温室气体的相关研究,总结了耕作措施、水分管理、施肥方式和稻渔种养对稻田温室气体排放的影响。综合分析表明,免耕、少水、减施氮肥、配施生物炭和稻渔种养在常规状态下能释放稻田的减排潜力,大幅减少温室气体的排放,未来应进一步加强稻田温室气体的排放差异及其作用机制研究,为稻田温室气体减排、农业可持续发展提供参考。     

亚热带丘岗区稻田甲烷排放特征及减排技术的研究

本文通过对亚热带丘岗区稻田甲烷排放的实地测量和实验研究，描述了稻田甲烷的排放过程，排放量和排放特征；辨析了环境温度，施肥，水管理等因子对稻田甲烷排放的相关影响，提出了减少稻田甲烷排放的施肥方案和水管理措施。     

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。     

镇江丘陵地区稻田甲烷减排技术的实践

研究稻田甲烷排放的影响因素,对有效控制或减少大气甲烷含量和保护大气环境具有非常重要的意义。文章综述了近年来在稻田的水分管理、施肥种类和耕作制度等方面对稻田甲烷排放影响的研究成果,分析了镇江丘陵地区推广稻田节水灌溉技术、精确定量施肥技术和合理稻作制度等对减少稻田甲烷排放的影响,为推广稻田甲烷减排技术提供依据。     

不同施肥条件对稻田温室气体排放特征的影响

采用静态箱-气相色谱监测体系研究了上海郊区3种不同施肥条件下稻田系统温室气体(GHGs)排放特征及其全球增温潜能(GWP)。研究结果表明:施肥能显著增加稻田系统CO2的排放通量,但不同施肥条件对其影响差异不显著;施用有机肥能显著增加稻田系统CH4的排放通量,同时也能显著降低稻田N2O排放通量。整个水稻生育期,不施肥CK处理的GWP最低,为14 852 kg CO2·hm-2。相较于CK处理,施用尿素的CT处理、有机无机混施的MT处理和施用有机肥的OT处理分别增加了86.9%、111.5%和134.3%的稻田GWP,表明施肥会增加稻田土壤GHGs的GWP。     

稻田温室气体的排放影响研究进展

水稻是我国重要粮食产业,而稻田作为其载体,是农业源温室气体的主要排放源之一,具有极大的减排潜力。因此,控制稻田温室气体减排对缓解温室效应具有重大意义。通过对国内外稻田温室气体研究的梳理,总结了耕作措施、水分管理、施肥方式和稻渔种养对稻田温室气体排放的影响,综合分析表明,免耕、少水、氮肥减施、配施生物炭和稻渔种养在常规状态下能释放稻田的减排潜力,大幅度减少温室气体的排放,未来应进一步加强稻田温室气体的排放差异研究及其作用机质,为稻田温室气体减排、农业可持续发展提供理论参考。     

动物排放温室气体甲烷研究进展

甲烷是一种重要的生物源温室气体,自然界除微生物和部分植物能产生并排放甲烷外,动物也是一个重要的甲烷排放源.动物的甲烷排放源主要有反刍动物如牛、羊、骆驼等复胃动物,通过其消化过程及其代谢产物(如粪便及呼吸)产生并排放甲烷.此外,近年来发现其他动物如白蚁、线虫、蚯蚓也能产生甲烷.就国内外动物排放甲烷的研究进展进行了综述,并...     

稻田温室气体排放研究概述

全球变暖作为气候变化的主要特征,严重威胁着人类的生存和发展,已成为当今国际社会最主要的环境问题之一,也是学术界的研究热点。温室气体是导致全球变暖的重要原因之一,而稻田则被认为是温室气体的主要排放源。因此,在农业领域中,减缓稻田温室气体排放、发挥稻田碳汇潜力是减缓全球变暖的重要举措之一,也是实现“双碳”战略目标的必要手段。水稻作为中国重要的口粮作物之一,具有巨大的减排潜力。在梳理稻田温室气体排放机制、影响因素及核算方法等方面研究的基础上,分析了稻田温室气体排放研究现状及研究不足,为助力统筹规划粮食安全与减排以及减缓全球气候变化、实现可持续发展目标,从综合角度出发,提出了加强不同领域交叉研究、深入探究稻田温室气体排放机理和影响因素的未来研究方向。     

不同施肥技术对单季稻田CH4和N2O排放的影响研究

以麦茬稻田为对象,采用静态箱-气相色谱法对巢湖地区常规施肥、高产施肥、高产施肥+脲酶抑制剂、控失肥4种肥料处理下稻田CH4和N2O的排放进行测定,研究控失肥和脲酶抑制剂两种技术措施对单季稻CH4和N2O排放的综合影响。结果表明：各处理间CH4排放的季节变化模式没有明显不同,但排放量大小有明显差异;高产施肥+脲酶抑制剂与控失肥处理的CH4季节累积排放量分别为28.81 g·m-2和32.68 g·m-2,较常规施肥处理分别减少了25.8%和15.8%,而N2O的季节累积排放量没有明显差异。对CH4 和N2O     

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。     

秸秆还田和种植制度对长江中游稻田温室气体排放的影响

为研究长江中游地区不同稻作种植制度下温室气体排放对秸秆还田的响应,本研究通过田间试验,连续监测秸秆还田和不还田条件下,双季稻、再生稻和春玉米-晚稻（玉稻）3种稻作模式甲烷（CH₄）、氧化亚氮（N₂O）排放通量及土壤理化性质和相关环境因子的变化差异。结果表明：双季稻和再生稻周年 CH₄累积排放量分别比玉稻模式高 175.5%和 203.4%（秸秆还田）及 109.6%和126.4%（秸秆不还田）;秸秆还田导致双季稻周年CH₄累积排放量提高了31.4%,再生稻提高了33.9%,但对玉稻模式周年CH₄累积排放没有显著影响。无论是否秸秆还田,玉稻模式周年N₂O累积排放量显著高于双季稻和再生稻模式;秸秆还田导致玉稻模式周年 N₂O 累积排放量增加 36.3%,双季稻模式增加 43.7%,但对再生稻模式周年 N₂O 累积排放量没有显著影响。相关分析显示,CH₄排放量与气温及土壤含水量呈显著正相关,与硝态氮呈显著负相关（P<0.05）,而N₂O排放量与硝态氮、铵态氮呈显著正相关。在 100年尺度 CO₂当量下,玉稻模式的周年全球增温潜势（GWP）显著低于双季稻和再生稻模式;相对于秸秆不还田,秸秆还田下双季稻模式的周年 GWP显著增加 31.8%,再生稻模式周年 GWP显著增加 32.8%,玉稻模式的周年 GWP在秸秆还田和不还田下无显著差异。在所有处理中,周年 GWP主要由 CH₄排放贡献,N₂O排放引起的增温潜势占比较小,表明减少稻作系统 CH₄排放对减缓温室效应至关重要。无论秸秆是否还田,玉稻模式周年温室气体排放强度（GHGI）均低于双季稻和再生稻模式,秸秆还田对不同稻作系统的周年 GHGI均无显著影响。综上所述,秸秆还田对温室气体排放的影响程度因稻作模式而异,玉米-晚稻轮作是一种生态环境友好型的稻田种植模式。     

不同水稻品种对重庆地区稻田温室气体排放的影响

【目的】 探究不同水稻品种对稻田温室气体排放的影响,以期筛选出适宜重庆地区种植的高产、温室气体低排放水稻品种。【方法】 通过田间试验,采用静态箱—气相色谱法连续观测重庆地区主推的6个水稻品种（中浙优H7、渝两优华占、Q香优352、神农优446、渝香优8133、渝香203）甲烷（CH₄）和氧化亚氮（N₂O）排放通量,收获期测定水稻产量,并对比其全球增温潜势和温室气体排放强度。【结果】 在6个水稻品种中,仅中浙优H7的CH₄排放通量呈双峰趋势,峰值分别出现在抽穗期—灌浆期和成熟期—收获期;其余5个品种的CH₄排放通量均呈单峰趋势,且峰值均出现在抽穗期—灌浆期。不同品种的CH₄排放总量为175.77～274.10 kg/ha,其中,Q香优352的CH₄排放总量最低,而渝香优8133排放总量最高,二者间存在显著差异（P<0.05,下同）。N₂O的明显排放峰出现在稻田落干后,排放总量为-0.100～0.464 kg/ha,各品种间的N₂O排放总量无显著差异（P>0.05）,其中渝香优8133的N₂O排放总量为负值。不同品种水稻产量为4.94～8.20 t/ha,其中Q香优352产量最高,渝两优华占产量最低,二者间存在显著差异。全球增温潜势分析显示,中浙优H7的全球增温潜势最高,达7.67 t CO₂e/ha,而Q香优352的全球增温潜势最低,为4.98 t CO₂e/ha。不同水稻品种的温室气体排放强度在0.61～1.54 t CO₂e/t,其中Q香优352的温室气体排放强度最低,显著低于其他品种,而中浙优H7的温室气体排放强度最高。【结论】 综合考虑产量和温室气体排放情况,Q香优352产量最高,且CH₄排放总量和温室气体排放强度最低,更适宜在重庆及类似地区推广种植。     

农田管理对夜间增温稻-麦农田CH4和N2O排放强度的影响

为研究夜间增温下农田管理（节水灌溉/晚播）对稻-麦轮作农田作物产量及CH₄和N₂O排放的影响,采用2因素2水平试验设计进行田间模拟试验。夜间温度设2水平,即常温对照（CK）和夜间增温（NW）,用铝箔膜夜间（19：00—次日6：00）覆盖植株冠层模拟夜间增温。水稻季水分管理设2水平,即常规灌溉（F,间歇淹水,5 cm水层）和节水灌溉（M,湿润,无水层）;冬小麦季播期设2水平,即正常播期（NS）和晚播（LS）。结果表明：与对照相比,夜间增温或湿润灌溉均降低水稻生物量和产量,降幅分别为14.69%~18.16%和7.27%~9.14%;而增温下适度晚播则使冬小麦产量增加0.71%。与常温淹水灌溉相比,夜间增温或湿润灌溉均显著降低稻田CH₄排放通量,但湿润灌溉下夜间增温则显著提高稻田CH₄排放通量。常温对照下,与淹水灌溉相比,湿润灌溉使稻田CH₄累积排放量降低79.46%,而使N₂O累积排放量增加97.21%。夜间增温下,与淹水灌溉相比,湿润灌溉使稻田CH₄和N₂O的累积排放量分别增加39.98%和45.62%。晚播使麦田N₂O累积排放量降低21.46%~53.77%。用持续变化全球增温/冷却潜势（SGWP/SGCP）评估稻田和麦田温室气体排放对稻麦系统增温潜势的贡献,各处理稻田CH₄排放的贡献均为主导作用。夜间增温显著降低淹水/正常播期稻麦轮作系统温室气体排放强度（GHGI）,显著增加湿润/晚播稻麦轮作系统的GHGI。研究认为,综合考虑产量和环境效益,水稻季采用常规灌溉和冬小麦季正常播种是长江下游稻麦轮作农田应对气候变暖的有效技术措施。     

不同竹炭施用量对稻田甲烷和氧化亚氮排放的影响

以来源于竹材废弃物的生物炭为试验材料,采集宁绍平原典型稻田土壤进行水稻盆栽试验,探究不同竹炭施用量条件下生物炭对稻田温室气体排放的影响。研究结果表明:与空白对照处理相比,来源于竹材废弃物的生物质经炭化后还田对稻田温室气体CH4和N2O排放有显著的抑制作用,且减排效果随着竹炭施用量的增加而增强,生物炭处理的水稻产量亦比空白和常规施肥处理有所提高。施用竹炭条件下,CH4和N2O季节累积排放量比对照处理分别降低了58.2%~91.7%和25.8%~83.8%;相对常规施肥处理而言,降低幅度分别高达64.3%~92.9%和72.3%~93.9%。这可能是由于竹炭所包含的有机碳高度芳香化而具有生物化学和热稳定性,同时竹炭有很大的比表面积和表面吸附能,竹炭的施用可能改善了水稻土理化特性并抑制相关微生物的活性,从而降低了稻田温室气体排放。     

青藏高原高寒牧区冷季补饲藏系绵羊温室气体排放特征

为了揭示藏系绵羊温室气体排放特征,在青藏高原高寒牧区采用密封式呼吸箱-气相色谱结合的方法,于2013年冷季对3只身体健康、均重(50.13±1.28)kg的藏系绵羊温室气体(CH4、CO2、N2O)日排放特征进行了研究。试验期间,动物日粮的精料为蒸煮饲料,粗粮为青干草饼。结果表明,藏系绵羊的CH4排放日动态具有明显规律性,排放峰值在8:00和17:00(P0.01),排放峰值的出现时间与饲喂时间基本吻合,最小值出现在次日7:00;CO2的日排放曲线相对平稳;N2O的日变化没有明显规律且排放量极低。在冷季补饲模式下,藏系绵羊的CH4、CO2和N2O日排放量分别为(16.17±1.27)、(549.18±20.63)g·head-1和(0.73±0.32)mg·head-1。     

氮肥与DCD配施对温室番茄膨果期土壤N2O排放和产量的影响

以传统施肥为对照,进行氮肥与DCD配施对温室番茄膨果期土壤N2O排放通量和番茄产量的影响研究｡结果表明,配施DCD能显著降低番茄土壤N2O排放通量和排放总量,传统施肥条件下,第1次和第2次追肥土壤N2O排放总量分别为15.30､48.18kgN/hm2,传统施肥配施DCD各处理(DCD 5%､DCD 10%､DCD 15%､ DCD 20%)和优化施肥配施DCD处理土壤N2O排放总量则分别降低到8.56､6.53､5.16､3.92､3.38kgN/hm2 和36.33､26.38､11.61､12.49､7.94kgN/hm2;传统施肥条件下,第1次和第2次追肥土壤N2O排放系数分别是为0.11%和0.35%,传统施肥配施DCD各处理(DCD 5%､DCD 10%､DCD 15%､DCD 20%)和优化施肥配施 DCD处理土壤N2O排放系数分别降低到0.06%､0.05%､0.04%､0.03%､0.02%和0.26%､0.19%､0.08%､ 0.09%､0.06%,表现出了较好的硝化抑制效果｡优化施肥配施DCD处理对土壤N2O排放总量和土壤N2O排放系数的降低效果显著｡同时氮肥配施DCD对番茄果实产量也有明显的促进效果,传统施肥配施15%DCD和优化施肥配施10%DCD处理的增产效果显著,分别增产38.90%和38.38%｡综合可知,采用优化合理施肥同时配施量DCD不仅能够减少N2O排放,还能显著提高番茄产量,较好的实现了经济和环境效益双赢｡