硅胶管气样原位采集技术研究土壤N2O浓度及通量变化

箱法被广泛用于监测土壤N2O排放通量,但在原位采集高浓度土壤N2O、全天候监测N2O通量变化、动态研究土壤剖面N2O的行为等方面存在弊端。本研究通过室内模拟硅胶管对N2O的通透性,探索硅胶管用于原位采集土壤气样的理论可行性。田间试验设施用铵态氮肥（NH+4）、施用硝态氮肥（NO-3）及施用硝态氮肥加葡萄糖（NO-3+C）等3个处理,同时安置硅胶管和采样箱,验证硅胶管法在原位采集高浓度土壤N2O气样、监测土壤N2O浓度以及排放通量的实际效果,并与箱法进行比较。结果表明,硅胶管内外的N2O气体经2.9 h达到95%的平衡,完全能满足大田采样要求; 用硅胶管法原位采集高浓度土壤N2O气样的效果显著优于箱法采样。其浓度变化表现出明显的时间规律,浓度梯度法计算的N2O排放通量与箱法测定结果呈显著正相关,但数值偏低; 偏低的程度取决于采样位置和土壤中N2O产生位置的匹配程度。建议采用埋于土壤表层的硅胶管计算地面N2O排放通量,或在不同土层埋入硅胶管研究土壤剖面N2O行为的时空变异。     

太湖地区井水中溶解N2O及其排放的研究

水体是氧化亚氮(N_2O)排放的重要来源,连续监测太湖地区井水水面N_2O排放通量和井水中溶解N_2O浓度以及不同深度水样N_2O浓度结果表明,井水N_2O-N年均排放通量为90.85μg/m~2·h,井水中溶解N:O-N浓度年均高达13.09μg/kg,不同层次水样N_2O浓度差异明显,且时间差异显著,暖季井水有作为N_2O汇的趋势,但仍以N_2O源为主导作用。水体N_2O排放通量与井水中溶解N_2O浓度呈显著正相关,且N_2O-N浓度与NO_3~--N浓度和水温呈显著正相关,井水中的反硝化作用强烈,井水是N_2O的重要来源。     

外源性NH_4~+和NO_3~-输入对亚热带人工林土壤N_2O排放的影响

中国亚热带人工林处于全球氮沉降高值区,土壤氮素相对富集,土壤氧化亚氮(N_2O)产生与排放对外源性氮素输入响应敏感。然而,现有氮沉降模拟控制实验多采用单一氮肥类型,没有原位区分氧化态氮与还原态氮素影响的差异。以千烟洲亚热带湿地松林为研究对象,增氮控制实验采用随机区组设计,包括2种形态(NO_3~-、NH_4~+)和3个施氮水平(0、40、120 kg hm~(-2) a~(-1))。利用静态箱—气相色谱法高频(8次月~(-1))测定土壤N_2O净交换通量以及温度、水分、溶解性氮含量等相关环境变量,分析土壤N_2O通量对外源性氮素输入的响应特征及主控因子。结果表明:施氮不影响亚热带人工林土壤温度和水分,显著增加了土壤NO_3~--N、NH_4~+-N和总溶解性氮(TDN)的含量,对溶解性有机氮(DON)含量无显著影响。施氮显著促进亚热带人工林土壤N_2O排放,增幅为378%~847%,施加NH4Cl的促进效应显著高于Na NO_3。土壤N_2O通量与10 cm土壤温度、10 cm土壤体积含水量呈正相关,土壤N_2O通量的变化量与土壤无机氮含量的变化量呈正相关。上述研究结果表明,虽然水热因子驱动着亚热带人工林土壤N_2O的排放,但是氮素富集条件下土壤N_2O的增加主要由底物可利用性的变化所致,并且还原态NH_4~+的促进效应显著高于氧化态NO_3~-。     

有机无机氮肥配施下洛阳烟田土壤N2O排放特点及其控制因素

随着农田化肥使用量的逐年增加和土壤退化问题日趋严重,农田温室气体排放关注度持续提高,为研究旱作植烟土壤N_2O排放特征及影响机理,设置6个田间试验处理,分别为CK0(不施肥处理)、CK1(100%无机氮)、T1(50%无机氮+50%饼肥氮)、T2(50%无机氮+50%羊粪肥氮)、T3(25%无机氮+75%饼肥氮)、T4(25%无机氮+75%羊粪肥氮),各处理施氮量均为45 kg/hm²,烟田施用基肥后起142天内测量不同处理土壤N_2O排放通量、硝态氮、铵态氮含量、根层温度和含水率。结果表明:(1)基肥施入后的3~7天内,土壤N_2O排放通量进入高峰,无机肥处理和有机无机肥配施处理的高峰期分别可维持20,9天,追肥后3天再次出现排放峰并持续9天,随后伴随烟株的生长发育,烟地N_2O排放通量逐渐趋向稳定。(2)基肥施用后仅1个月内N_2O累积排放量可达到总排放量的27.4%~32.6%;处理间N_2O排放量和排放系数均表现为无机>有机+无机(1∶1)>有机+无机(3∶1),无机肥配施有机肥明显降低了肥料中氮素以N_2O形态的损失量;与无机肥相比,T1和T2烟叶产量分别增加9.44%和6.37%,T1、T2、T3和T4处理的N_2O排放强度有着不同程度的降低。(3)主成分分析结果显示,在不施肥烟地中0—5 cm土壤温度和含水率是N_2O排放通量主导因子,利用相关性分析此环境下温度和水分分别与N_2O排放通量间呈现显著和极显著正相关关系;施肥后土壤铵态氮含量和土壤含水率是烟地N_2O排放通量的主导因子且相关性分析均呈现极显著正相关关系。综上,旱地植烟土壤N_2O排放受氮肥种类影响较大,施肥后N_2O排放通量对土壤温度响应减弱,主要受土壤铵态氮含量和含水量的影响;在总氮量相同情况下,有机无机肥配施比例为1∶1时明显降低土壤N_2O排放并提高了产量,该比例饼肥和羊粪肥处理分别将烟地N_2O排放强度降低20.4%和23.7%。     

水肥气耦合滴灌番茄地土壤N2O排放特征及影响因素分析

为了解水肥气耦合滴灌下不同水肥气调控措施对土壤N_2O排放的影响,该研究设置施氮量(低氮和常氮)、掺气量(不掺气和循环曝气处理)和灌水量(低湿度和高湿度处理)3因素2水平完全随机试验,通过静态箱-气相色谱法、q PCR技术和结构方程模型,系统研究了不同水肥气组合方案下温室番茄地土壤N_2O排放特征及其与相关影响因素之间的关系。结果表明,水肥气耦合滴灌下N_2O排放峰值出现在施氮后2 d内,其余时期N_2O排放通量较低且变幅较小。施氮量、掺气量和灌水量的增加可增加土壤N_2O排放通量和排放总量。其中,高湿度条件下N_2O排放总量较低湿度平均增加了30.14%,曝气条件下N_2O排放总量较对照平均增加了35.16%,常氮条件下N_2O排放总量较低氮平均增加了33.83%。施氮量、掺气量和灌水量的增加可提高温室番茄的产量和氮肥偏生产力。土壤NH4+-N和NO3--N含量对N_2O排放的总效应为0.60和0.79,是影响水肥气耦合滴灌下土壤N_2O排放的主导因子。综合考虑作物产量、N_2O排放总量和氮肥偏生产力,常氮曝气低湿度处理是适宜的水肥气耦合滴灌方案。     

不同施氮量对设施甜椒温室气体排放及净温室效应的影响

本研究在华北地区进行温室甜椒(Capsicum)栽培肥料试验,通过测定不同施氮处理土壤N_2O和CH_4排放量、排放特征和土壤呼吸强度,估算化肥投入、灌溉能源消耗、机械燃油、农药施用等生产投入产生的CO_2当量进而计算净温室效应,探讨了氮肥用量对当地温室蔬菜栽培温室气体排放、净温室效应的影响。田间试验设当地农民传统施肥量(C)、不施氮肥(CK)、推荐施氮量(T1)、推荐施氮量+硝化抑制剂(NP)(T1+NP)4个处理,土壤排放的温室气体用静态箱法采集、Agilent 6820型气相色谱仪测定,土壤呼吸用LI-8100土壤碳通量自动监测系统监测。结果表明,与传统施肥量处理相比,推荐施肥量处理,N_2O排放量明显下降;而4个处理的土壤CO_2累积排放量分别为3.36、3.19、3.25、3.07 thm~(-2),处理间无明显差异,CH_4累积排放量表现出随施氮量升高而下降的趋势;4个处理的净温室效应分别为5460.91、3439.28、4873.21、4622.85 kghm~(-2),因此,可以认为N_2O排放和土壤CO_2当量随施氮量的增加而升高,减少氮肥投入使之保持在适当水平,可降低N_2O、CH_4等温室气体的排放;而在等氮肥投入量的条件添加硝化抑制剂也能,减少温室气体排放和减轻净温室效应。     

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。     

炭输入及生化调控对设施菜田土壤N_2O排放的影响

本研究以河北永清蔬菜基地设施菜田土壤为研究对象,控制温度(25±1)℃和土壤含水量(70%WFPS),采用静态培养方法,通过监测培养期间土壤N_2O排放通量、无机氮含量及土壤中酶活性的变化情况,研究炭输入及生化调控对设施菜田N_2O排放及氮素转化的影响。结果表明,土壤添加尿素后,N_2O排放峰值达到644.11μg N·kg~(-1)·d~(-1),添加双氰胺(DCD)和石灰氮(CaCN_2)的土壤N_2O排放峰值分别为101.47μg N·kg~(-1)·d~(-1)和36.74μg N·kg~(-1)·d~(-1),对于N_2O减排效果好,且能有效抑制亚硝态氮的产生;施用控释尿素、添加黑炭或有机肥能减少N_2O排放,而添加石灰氮闷棚显著增加了N_2O排放。控释尿素、秸秆、黑炭、DCD和CaCN_2均对铵态氮向硝态氮的转化有一定抑制作用,施加石灰氮或有机肥有助于减少硝态氮向亚硝态氮的转化。相关分析表明,土壤中硝态氮和亚硝态氮含量增加,有助于反硝化过程的进行,增加了N_2O排放的风险。     

保护性耕作条件下小麦田N2O排放及影响因素研究

采用静态箱—气相色谱法对保护性耕作和常规耕作小麦田的N_2O排放进行了原位测量,测量了土壤温度、水分、无机氮等相关影响因子。结果表明:(1)保护性耕作及常规耕作麦田N_2O的排放具有明显的季节性变化规律,各处理变化趋势较为一致。(2)N_2O的平均排放通量和季节排放量,除免耕秸秆还田外,保护性耕作与常规耕作差异显著。(3)在小麦生长季内,保护性耕作农田均表现为N_2O的排放源。(4)各处理N_2O季节排放量大小顺序为:耙耕秸秆还田(1.64 kg/hm~2)>旋耕秸秆还田(1.59 kg/hm~2)>常规耕作秸秆还田(1.48 kg/hm~2)>深松秸秆还田(1.42 kg/hm~2)>常规耕作无秸秆还田(1.34 kg/hm~2)>免耕秸秆还田(1.33 kg/hm~2),即,与常规耕作相比,保护性耕作(除免还)N_2O排放量增加。(5)温度是制约N_2O排放的关键因素,随着温度的升高N_2O表现出增加的趋势。(6)N_2O排放与水分、土壤无机氮含量无相关性。     

硝态氮源及碳源有效性对土壤N_2O和CO_2排放的影响

以华北平原农田土壤为对象,通过室内静态培养系统研究NO_3~--N与不同碳源组合对土壤N_2O和CO_2排放的影响。结果表明,NO_3~--N作为氮源和不同碳源施入土壤,除NO_3~-+纤维素,其余土壤N_2O排放通量均高于对照组和只添加氮源土壤;NO_3~--N和不同碳源组合的CO_2累积排放量均高于对照和只添加氮源土壤。NO_3~-+果胶的N_2O排放量在第1 d达到最大值1 383.42μg N·kg~(-1)·d~(-1);NO_3~-+葡萄糖的CO_2排放量在第1 d达到最大值370.13 mg C·kg~(-1)·d~(-1),CO_2累积排放量顺序为:葡萄糖果胶秸秆纤维素淀粉木质素。土壤NO_3~--N含量与N_2O排放呈极显著正相关。总之,添加纤维素可以抑制N_2O的排放,促进CO_2排放,并增加土壤中NO_3~--N含量,添加其余碳源均会促进土壤N_2O和CO_2排放。     

不同种植模式对土壤矿质氮累积量的影响—以北京通州区为例

运用对通州区调查资料和试验结果,分析了不同典型种植模式对0—2 m土壤矿质氮累积量的影响。结果表明,不同种植模式对0—2 m土壤矿质氮提取利用能力顺序为:向日葵—向日葵﹥冬小麦—夏玉米（玉米秸秆还田）﹥冬小麦—夏玉米（玉米秸秆不还田）﹥冬小麦—大豆﹥玉米—玉米。在大田作物生产中,应进行合理的作物轮作、增加地面覆盖度、轮作中加入有固氮能力的豆科作物、注重与根系发达或深根作物进行轮作,能有效地提取利用土壤深层NO3--N,并能有效减少氮肥向土壤下层的淋洗。蔬菜生产田0—2 m土壤含有较高的NO3--N和NH4+-N,累积量达1935.03 kg/hm2和201.8 kg/hm2,因此,应通过减少氮肥投入量,优化轮作种植模式以提高作物对深层土壤NO3--N的回收利用。     

农田土壤中N_2O释放的水温特征研究

室内模拟研究不同水热条件下土壤中N2O的释放特征,有助于阐明N2O释放的水热效应机理。本文通过室内试验研究了西北地区的典型耕种土壤土娄土中N2O在不同水温变化下的释放特征,借助化学反应动力学理论对其释放机理进行了初步的探讨。结果表明:10℃和30℃下,不同含水量的土壤中N2O的浓度变化随着培养时间的延长呈"S"型曲线。可用方程C=1/[A+Bexp(-t)]来描述。随着温度的升高(10℃到30℃),N2O释放的快速期,减速期,稳定期的启动时间明显提前。在较低的土壤湿度范围内(27%至58%wfps),土壤中N2O释放的稳定浓度与土壤湿度呈正相关;田间持水量(58%wfps)时,N2O释放的稳定浓度达到最大;超过田间持水量时,其逐渐变小。当土壤湿度从27%-42%wfps增加时,30℃下土壤中N2O释放的稳定浓度大于10℃下的;当土壤湿度等于或大于田间持水量(58%wfps)时,30℃下土壤中N2O释放的稳定浓度小于10℃下的。低温下(10℃)的风干土壤(8%wfps)存在吸收N2O的现象。不同水热条件下土壤硝化和反硝化过程中N2O释放的表观化学反应速率常数和对应活化能的大小决定了土壤中N2O的释放量及难易程度。     

下辽河平原潮棕壤撂荒地和人工林N2O、CH4排放研究

采用静态箱(暗箱)气相色谱法对下辽河平原潮棕壤撂荒地和人工林N2O、CH4排放进行了为期1年的原位测量,同时测量了土壤温湿度、气温,土壤NO3-N、NH4 -N含量等相关因子.结果表明,在观测期间内人工林地土壤的N2O排放通量明显高于撂荒地.撂荒地是大气CH4的源,而人工林则是CH4的汇.对人工林的观测结果表明,N2哦O排放与CH4排放之间存在负相关关系(R2=-0.351,p＜0.05,n=36);而撂荒地两种气体排放之间无明显相关关系.N2O排放通量和温度变化有很好的相关性.当土壤含水量在200 g/kg以上时,土壤含水量与CH4气体排放具有较好的正相关关系.     

稻秆还田方式对麦田N2O排放的影响

通过田间试验研究了3种稻秆还田方式(表面覆盖、均匀混施和原位焚烧)对麦田N2O排放的影响.结果表明,不同稻秆还田方式麦田N2O排放量为:表面覆盖＞对照(不施稻秆)＞均匀混施＞原位焚烧.与对照相比,稻秆表面覆盖显著增加麦田N2O排放量,而均匀混施和原位焚烧显著减少N2O排放量.N2O排放通量与土壤温度无显著相关性,与土壤水分呈显著正相关.与对照相比,稻秆均匀混施使小麦产量显著增加,表面覆盖和原位焚烧对小麦产量无显著影响.     

基于同位素特征的华北平原菜地N2O排放监测中取样时间的探讨

【目的】为了长期监测土壤释放N2O的通量和同位素变化规律,了解产生N2O的微生物过程,提高对N2O排放量和排放系数估计的准确性,需要对N2O的日变化规律做深入研究,以便获得具有代表性的取样时间点及密闭时间。【方法】采用田间原位试验对华北平原的莴苣菜地进行了N2O排放监测,选取N2O排放高峰期即施肥灌溉后5~6 d为监测时间段,采用静态气体箱收集土壤释放的N2O气体,结合气相色谱和质谱技术测定N2O的含量及其同位素值(δ15N-N2O,δ18O-N2O和SP)。试验设2种取样间隔,即2 h和10 min,分别对N2O日变化规律和密闭时间进行研究。【结果】 1)在莴苣菜地N2O排放高峰期内,N2O通量日变化范围为34.65~131.45 μg/(m2·h),最大和最小的通量分别发生在13: 00和次日5: 00,9: 00的N2O通量为83.66 μg/(m2·h),与日通量平均值82.81 μg/(m2·h)相接近。N2O通量产生日变化的原因与土壤温度有关,相关分析表明,N2O通量与地下5 cm处土壤温度呈显著正相关(R2=0.82, P＜0.01),而与土壤充水孔隙度(WFPS)无显著相关性。2)24 h内,δ15Nbulk-N2O和δ18O-N2O随着时间呈现先降低后增加的变化趋势,变化范围分别为－31.22‰~－11.09‰和－7.45‰~-0.68‰; SP值随时间呈现先增加后降低的变化趋势,变化范围为16.13‰~26.41‰。N2O各个同位素值随时间的变化表明产生N2O的微生物过程随之变化,但SP值在9: 00~17: 00较稳定,变化范围为23.26‰~26.21‰,极显著高于其他时刻(P＜0.01),表明硝化作用在这一时间段内对N2O的产生起主导作用。3)扣箱40 min后, N2O含量、 δ15N-N2O和SP值都达到稳定状态,因此选取40 min作为单次观测N2O含量和同位素变化的密闭时间。4)24 h内N2O通量加权SP值为22.54‰。根据前人总结的规律,本研究中N2O主要由细菌硝化作用产生,且估计60.92%的N2O来自于细菌硝化作用, 39.08%的N2O来自于反硝化作用。【结论】华北平原莴苣菜地的N2O通量和同位素值具有较大的日变化,综合N2O通量和同位素值,建议选取9: 00作为观测莴苣菜地N2O排放通量和同位素特征值变化规律的时刻,建议静态气体箱密闭时间为40 min。     

秸秆还田对灌溉玉米田土壤反硝化及N2O排放的影响

运用乙炔抑制技术研究了不同施氮水平下秸秆还田对灌溉玉米田土壤反硝化反应和氧化亚氮(N2O)排放的影响。结果表明,土壤反硝化速率及N2O的排放受氮肥施用、秸秆处理方式及其交互作用的显著影响。与秸秆燃烧相比,不施氮或低施氮水平时,秸秆还田可刺激培养初期反硝化反应速率及N2O排放,增加培养期间N2O平均排放通量;高施氮水平时,秸秆还田可降低反硝化反应速率及反硝化过程中的N2O排放。秸秆还田可降低反硝化中N2O/N2的比例。     

不同通量计算方法对静态箱法测定农田N2O排放通量的影响

通过观测冬小麦拔节期施肥后1周内N2O排放,研究了采用静态箱技术时,线性回归（LR）、Quad回归和HM计算方法对N2O排放通量的影响,同时分析了施肥（Nc）和不施肥（CK）对N2O气体交换的影响。结果表明：通过LR、Quad和HM方法处理相同数据得到的N2O排放通量及其特征确实存在较大的差异,由3种方法得到的通量变异系数最高可达到71%;未采用TFU技术校正前,3种计算方法之间的变异系数平均为29%,而校正后则降低到13%;同时还发现,这3种技术均在一定程度上低估了N2O的排放通量,与校正后的排放通量相比,施肥处理中LR、Quad和HM的N2O排放通量分别偏低了14%～31%、5%～48%和3%～62%,对照则分别偏低了14.9%～16.0%、15.5%～35.2%和8.4%～57.2%。因此,采用TUF校正方法不仅可定量分析不同计算方法之间的差异,同时也降低了N2O排放通量的误差。