氮肥用量和脲酶抑制剂对滴灌马铃薯田氧化亚氮排放和氨挥发的影响

【目的】 氨挥发和氧化亚氮排放是氮素损失的重要途径。内蒙古阴山北麓滴灌马铃薯田种植面积大,普遍存在过量施肥的问题。研究适宜的氮肥用量,利用脲酶抑制剂来抑制氨挥发和氧化亚氮排放,对提高当地氮肥利用率和减缓环境压力具有重要意义。 【方法】 田间试验分两年在内蒙古武川县两个村庄进行,供试地块种植马铃薯,采用滴灌技术。2015年设置4个处理,分别为:不施氮 (CK);优化施氮模式,施N 180 kg/hm2 (Opt);优化施氮减半模式,施N 90 kg/hm2 (OptR);农民传统施肥量,施N 270 kg/hm2 (Con)。2016年试验处理根据2015年的结果进行调整,设置4个处理:不施氮 (CK);优化施氮添加脲酶抑制剂模式,施N 162.6 kg/hm2 (OptI);优化施氮模式, 施N 162.6 kg/hm2 (Opt);农民传统施肥量,施N 320 kg/hm2 (Con)。分别采用静态暗箱法和通气法采集氧化亚氮和氨气,每次施肥后,两天采集一次气体样品,氧化亚氮连续取样三次,氨气持续取样直至气体含量低于仪器检测值下限。 【结果】 氨挥发速率在施入尿素后第1～5 d出现峰值。Con处理2015和2016年氨挥发的最大峰值分别是13.2 mg/(m2·d) 和5.3 mg/(m2·d),氨挥发累积量分别为N 3.61和3.96 kg/hm2;Opt处理的最大峰值分别为8.69 mg/(m2·d) 和3.19 mg/(m2·d),累积挥发量分别为N 3.11和2.72 kg/hm2;OptR处理氨挥发速率最大峰值为5.63 mg/(m2·d),氨挥发累积量为2.66 kg/hm2,OptI处理氨挥发速率最大峰值为3.67 mg/(m2·d),氨挥发累积量为2.50 kg/hm2。氨挥发累积量随着氮肥用量的增加而增多,Con处理的氨挥发量显著高于其他处理;氧化亚氮排放量在施入尿素后第3 d达到峰值,Con处理2015和2016年的氧化亚氮排放峰值分别达到0.3 mg/(m2·d) 和0.2 mg/(m2·d),氧化亚氮累积排放量分别为N 1.96和1.18 kg/hm2,显著高于其他处理;Opt处理两年的排放最大峰值均为0.11 mg/(m2·d),氧化亚氮累积排放量为N 0.95、0.69 kg/hm2;OptR的氧化亚氮排放量最大峰值为0.09 mg/(m2·d),累积量为0.90 kg/hm2。OptI的氧化亚氮排放量最大峰值为0.12 mg/(m2·d),氧化亚氮累积量为0.66 kg/hm2。相比Opt,OptI处理的氨挥发和氧化亚氮累积排放量分别降低了11.8%和16.7%,但未达到显著水平。氨挥发速率与土壤温度呈显著正相关,土壤温度的升高会显著增加氨挥发速率,土壤湿度的增加会抑制氨挥发速率,影响不显著。氧化亚氮的排放与土壤湿度呈显著正相关,土壤中水分增加会显著增加氧化亚氮的排放量,土壤温度与氧化亚氮排放成负相关,影响未达到显著水平。 【结论】 与农民传统施肥模式相比,优化施氮模式可显著降低氨挥发和氧化亚氮排放量,添加脲酶抑制剂未达到显著降低尿素氨挥发量和氧化亚氮排放的效果。土壤湿度和土壤温度在一定程度上影响着氨挥发速率和氧化亚氮的排放通量。在供试地区马铃薯田的施肥管理中,推荐可有效地降低氨挥发和氧化亚氮排放量的优化施氮模式。      

规模化猪场机械通风水冲粪式栏舍夏季氨日排放特征

选取长三角地区典型机械通风水冲粪模式养猪场,针对不同生长阶段的肥猪栏舍和不同类型的母猪栏舍排放口氨排放进行同时监测(其中,育肥猪按质量分保育(24 kg)、育肥-Ⅰ(24~60 kg)、育肥-Ⅱ(60~120 kg)3个阶段,母猪分为妊娠猪与分娩猪2种类型),估算各栏舍氨排放通量,分析各栏舍氨排放特征,探讨各生长阶段对氨排放贡献。研究结果表明,保育、育肥-Ⅰ、育肥-Ⅱ、妊娠、分娩栏舍氨质量浓度分别为(0.97±0.40)、(3.37±0.70)、(5.45±2.30)、(2.19±1.06)、(1.44±0.48)mg/m3;各栏舍氨排放具有显著的日变化过程,早晨氨排放呈波动增大趋势,午后开始降低,至夜间保持低值排放;小时氨排放速率与温度呈极显著正相关,与湿度呈显著负相关;各生长阶段氨排放存在差异,保育、育肥-Ⅰ、育肥-Ⅱ、妊娠、分娩栏舍日排放速率分别为0.85、6.53、8.20、10.39和13.86 g/(头·d);保育、育肥-Ⅰ和育肥-Ⅱ阶段对肥猪氨排放的贡献率分别为3.64%、26.11%和70.25%,妊娠猪与分娩猪对母猪氨的贡献率分别为75.32%和24.68%,母猪的氨排放速率是肥猪的1.87倍。     

基于动态箱法的北京延庆区牛粪堆放CH4和N2O排放量估算

畜禽粪便堆放管理会造成甲烷(CH_4)和氧化亚氮(N_2O)等温室气体的大量排放。通过联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)建议的排放系数等方法,可以实现对某一区域范围内畜禽粪便管理系统的温室气体排放总量的估算,但由于其排放受粪便管理、气候条件等因素的显著影响,直接套用IPCC的默认系数会产生较大的误差。为更加准确估算中国奶牛粪便管理所造成的CH_4、N_2O排放,该文在对北京延庆区奶牛生产与粪便管理模式进行了实地调研的基础上,采用动态箱法模拟了奶牛粪便不同季节短时自然堆放管理模式下的CH_4、N_2O排放过程,并对区域内的年温室气体排放总量进行了测算。研究结果表明,奶牛粪便在一个月的自然堆放管理模式下,每千克牛粪挥发性固体在春、夏、秋季的CH_4排放量分别为223.97、4 603.31、351.38 mg,每千克牛粪N_2O排放量分别为5.86、9.43、0.81 mg。2016年北京延庆区全年奶牛粪便CH_4、N_2O排放总量分别为13 342.50、347.87 kg。延庆区奶牛粪便堆放管理过程的CH_4排放因子为1.50kg/(头·a),小于IPCC指南中的1.78 kg/(头·a);受堆放时间较短的影响,N_2O的排放因子则显著小于IPCC的推荐值。若直接使用IPCC默认参数估算延庆区奶牛粪便堆放管理过程中的CH_4和N_2O排放量,会造成排放量的高估。     

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。     

追施猪粪沼液对菜地氨挥发的影响

氨挥发是肥料氮素损失的主要途径之一。以厌氧发酵后的猪粪沼液为研究对象,通过蔬菜大棚小区试验,分析其作为追肥表施于冬季菜地(水芹(Oenanthe clecumbens L.)和扬花萝卜(Raphanus sativusL.Var.Radiculus pers.);追施氮量分别为72 kg hm-2和54 kg hm-2)及夏季菜地(小白菜(Brassica chinensisL.)和大叶茼蒿(Chrysanthemum carinatum Schousb.);追施氮量分别为42 kg hm-2和63 kg hm-2)后的氨排放特征及其影响因子。研究结果表明:(1)施用猪粪沼液后菜地氨挥发激增,沼液中氮素以氨挥发形态损失较快,通常发生在施入后48 h内;(2)冬季芹菜地和萝卜地施用沼液后的累积氨排放量分别为8.68 kg hm-2和9.90 kg hm-2,显著高于化肥处理(4.06 kg hm-2和5.59 kg hm-2);而夏季白菜地和茼蒿地则分别为10.40kg hm-2和11.61 kg hm-2,与化肥处理间差异不显著(9.81 kg hm-2和10.09 kg hm-2);(3)冬季菜地施用沼液后氨挥发损失率分别达到11.7%和17.7%,显著低于夏季菜地(23.3%和26.8%);(4)0～10 cm土层土壤温度、水分含量、可溶性有机碳含量、氮素水平及形态、微生物生物量及活性,均与菜地氨挥发有较高的关联度。沼液作为追肥施入农田后会因其自身氨挥发和激发效应而使氨排放增加,在施用过程中应特别注意温度的影响,同时应选择合适的施用方式。     

减氮条件下砂壤质潮土区小麦–玉米轮作体系氨挥发特征及排放系数

  【目的】  氮肥施用量影响农田氨挥发量和氮肥利用效率。研究减量施氮后土壤的氨挥发特征及排放系数,为科学评估化肥减施对环境的影响提供依据。  【方法】  选取华北砂壤质潮土农田,进行小麦–玉米轮作周年土壤氨挥发监测研究。试验包括不施氮磷钾化肥 (CK)、常规施氮肥 (N)、优化施肥 (OPT)、减量优化 (LOPT) 和优化加有机肥 (mOPT) 5个施肥处理。小麦季常规、优化和减量优化处理施氮量分别为315、225和135 kg/hm2,玉米季分别为330、240和150 kg/hm2。试验采用密闭海绵法,在小麦、玉米基肥和追肥后,定期取样测定不同处理的氨挥发量,并计算氨排放系数。  【结果】  不同施氮量下,供试农田玉米季土壤氨挥发总量在12.8～20.4 kg/hm2,占总施氮量的5.9%～8.5%;小麦季氨挥发总量在6.8～12.0 kg/hm2,占总施氮量的3.3%～5.0%,玉米季氨总挥发量明显高于小麦季。4个施氮处理相比,N和LOPT处理的氨排放系数较高,小麦季分别为3.8%和5.0%,玉米季分别为6.2%和8.5%,而OPT和mOPT处理的氨排放系数相对较低,小麦季分别为3.6%和3.3%,玉米季均为5.9%。除此之外,OPT和mOPT处理小麦和玉米产量显著高于N和LOPT处理(P<0.05),说明过量或过少施氮不利于砂壤质潮土作物产量的提高,适当添加有机肥不仅增产还可以降低氨挥发量。对不同施氮量进行拟合,发现潮土小麦和玉米季常规施氮量处理的氨挥发量在施肥后均呈极显著指数增加趋势 (P<0.01)。  【结论】  华北砂壤质潮土区小麦–玉米轮作体系中,玉米追肥期的氨挥发量高于基肥期,小麦基肥期的氨挥发量高于追肥期,玉米季的总氨挥发量高于小麦季。优化氮肥施用不论是否配合有机肥,均可显著降低小麦季和玉米季的氨挥发量和氨排放系数,提高两季作物的产量,而过量减施氮肥虽然减少了氨挥发量,但大大增加了氨排放系数。     

规模化养猪场典型沼气工程各排放节点氨排放特征研究

为了解典型规模化猪场沼气工程的氨排放特性,选取长三角地区某规模化养猪场的典型沼气工程为研究对象,在沼气工程设施的不同氨排放暴露节点(集粪池、调节池和沼液池)设置监测点对氨排放进行连续3d的同步监测,测定处理设施各排放节点氨浓度,核算各排放节点粪便氨排放速率,分析各排放节点氨排放特征。研究结果表明,集粪池、调节池和沼液池的氨日均排放速率分别为1.48、3.08和1.47 g/(d·m2);各节点氨排放具有明显的日变化过程,大致表现为早晨氨排放呈波动增大趋势,午后开始降低,至夜间保持低值排放;集粪池、调节池在粪污周转时段出现日排放峰值;沼液池、集粪池和调节池静置阶段氨小时排放速率与温度呈正相关,与湿度呈负相关;集粪池、调节池和沼液池日氨排放量分别为13.44、38.72和5 275.4 g/d。     

双污泥反硝化除磷系统中氨氮容积负荷的优化

农村生活污水具有处理量小,分散,日变化系数大等特点,分散处理成为农村污水处理的首要选择。该研究采用AAO工艺与BAF组成的双污泥反硝化除磷系统（anaerobic anoxic oxic-biological aerated filter,AAO-BAF）处理农村生活污水,探讨了氨氮容积负荷对该系统BAF单元硝化性能及出水悬浮物（SS）的影响。通过改变水力负荷和有效滤料容积（即方式1和方式）2种方式,氨氮容积负荷在0.43～1.21 kg/(m3·d)之间变化。试验结果表明,随着氨氮容积负荷的增加,氨氮去除率呈现先缓慢降低后急剧减小的趋势,不同的是,出水SS对方式1（即水力负荷的变化）更敏感。当氨氮容积负荷在0.43～1.12 kg/(m3·d)时,氨氮去除率大于81%;当氨氮容积负荷大于1.12 kg/(m3·d),氨氮去除率急剧降低,氨氮容积负荷为1.21 kg/(m3·d),2种运行方式的氨氮去除率分别为65%和68%。当氨氮容积负荷小于0.74 kg/(m3·d)时,出水SS小于10 mg/L;当氨氮容积负荷大于0.74 kg/(m3·d)时,出水SS急剧增加,但方式1增加得更快,氨氮容积负荷增加到1.21 kg/(m3·d)时,方式1和方式2的出水SS分别为21.8和14.2 mg/L。所以,为保证BAF出水水质达到国家一级A排放标准,其氨氮容积负荷应小于0.74 kg/(m3·d)。     

不同施肥方式下砂姜黑土冬小麦-夏玉米轮作农田氨挥发特征及排放系数

土壤类型对于农田氨挥发影响较大，而关于砂姜黑土农田氨挥发特征及排放系数研究相对较少，不利于区域性农田土壤氨排放清单的准确评估。基于此，选取豫南典型砂姜黑土为研究对象，设置不施肥（CK）、传统施肥（TR）、优化施肥（OPT）、再优化施肥（ZOPT）和缓控肥（HK）5种施肥处理，利用密闭海绵法，探究砂姜黑土农田不同施肥方式下冬小麦-夏玉米轮作土壤氨挥发特征，并尝试确定氨排放系数。结果表明：砂姜黑土传统施肥条件下冬小麦季土壤氨挥发量为11.1 kg·hm^-2，夏玉米季氨挥发量为13.4 kg·hm^-2，说明夏玉米季是砂姜黑土冬小麦-夏玉米轮作农田氨的高排放时期。对比不同处理的氨挥发量，发现ZOPT和HK处理冬小麦季和夏玉米季的氨挥发量显著低于其他处理（P<0.05），其次为OPT处理，TR处理的氨挥发量最高。HK处理的氨排放系数最低，其中冬小麦季和夏玉米季分别为1.7%和1.5%，显著低于其他处理（P<0.05）；其次为ZOPT和OPT处理，其氨排放系数冬小麦季分别为2.1%和2.6%，夏玉米季分别为2.6%和3.6%；TR处理的氨排放系数最高，冬小麦季和夏玉米季分别为3.6%和4.7%。不同施肥处理氨挥发量与施肥量的拟合结果表明，随施肥量增加，冬小麦-夏玉米轮作农田氨挥发显示出较强的线性增长趋势，其中夏玉米季和冬小麦季的R²分别为0.934和0.931，说明该区域砂姜黑土传统施肥量的氨挥发未出现明显的激发性增长现象。本研究结果可为砂姜黑土区冬小麦-夏玉米轮作农田氮肥利用率的提高和氮排放清单的估算提供依据。     

日光温室栽培下土面及整棚氨挥发比较

日光温室氮素投入量高，氨挥发损失是值得关注的问题之一。但目前对温室系统氨挥发排放测定多以土面氨挥发为主，而日光温室是一种半封闭式种植系统，由土面挥发出的部分NH3会被植物冠层吸收或溶解于棚膜水中回流于土壤，因此土面氨挥发难以准确反映日光温室排放到大气中氨的量，从而难以准确估计日光温室栽培系统NH3的实际排放量。为此，采用间歇式密闭室通气法连续测定了三季作物（番茄、西瓜、番茄）生长期间不同施肥处理（包括：不施氮+常规灌溉（N0+FI）、常规施氮+常规灌溉（FT+FI）、优化施氮+常规灌溉（OPT+OI）及优化施氮+优化灌溉（OPT+OI）4个处理）土面氨挥发损失量；同时连续两季采用风量罩测定通风口处气体流量，采用抽气法对通风口处氨浓度进行连续监测，以估算监测整棚（通风口处）氨挥发损失速率及损失量。结果表明，温室施肥后当天土面氨挥发速率出现峰值，7 d后施肥与未施肥对照无显著差异，三季种植期间各施氮处理其氨挥发排放量分别为N 2.82~4.97、6.59~9.97和15.77~21.83 kg hm-2，相应的氨挥发系数分别为0.64%~1.50%、3.11%~4.21%和2.59%~3.90%；整棚氨挥发速率趋势与土面氨挥发基本一致，整棚氨挥发量第二季及第三季分别为N 2.22 kg hm-2和N 2.92 kg hm-2，仅占土面表氨挥发的13.38%~33.69%，氨挥发系数仅为0.46%~1.48%，显著低于土面氨挥发量。可见若以土面氨挥发来估算日光温室氨挥发会显著高估了我国日光温室系统氨挥发损失量，建议采用整棚观测的方法估算日光温室体系氨排放损失。     

牛粪水酸化贮存过程中氮形态转化的特性研究

近年来,随着畜禽养殖规模化的快速发展,养殖粪水的处理和利用已成为养殖业健康发展的难点和热点,粪水酸化技术是通过向粪水中添加酸化剂以降低氨气排放,减少粪水贮存中氮素损失的技术,目前此技术已经在丹麦等国推广应用,但中国对此技术的研究尚未起步,为探究粪水酸化固持氮素的效果,该研究以硫酸和明矾为粪水酸化剂,以固液分离前后奶牛粪水为处理对象,通过向粪水中添加酸化剂降低粪水pH值至6.0,分析粪水贮存中氨气排放、氮素转化以及粪大肠菌群数等指标,探索粪水酸化贮存过程氮形态转化机理。研究表明:向养殖粪水中添加酸化剂可降低6.3%~11.1%的总氮损失,能够降低粪水贮存初期中氨气的排放,同时有效抑制了奶牛粪水中粪大肠菌群的活性,使其更易达到无害化处理。酸化剂的加入一方面抑制粪水中微生物作用下的有机氮向无机氮素的转化,提高粪水贮存中有机氮的含量,减少铵态氮的产生量,另一方面酸化剂与粪水中的铵态氮结合生成稳定的铵盐,抑制了粪水中铵态氮向氨气转化的化学平衡,降低了粪水中因氨气排放导致的总氮损失,从而达到减少粪水贮存中氮素损失。     

猪舍氨气排放预测模型的研究现状

该文就氨气对环境的影响和猪舍氨气排放机制进行了简要的叙述，详细综述了氨气排放的机理模型和基于不同因素建立的经验模型。从中可以看出，国外对氨气排放的模型做了大量的研究，也取得了一定的研究成果，但是不同的研究结果有一定的差异。最后针对我国的实际情况，对我国氨气排放需进一步研究的问题进行了探讨。     

Atmospheric ammonia in relation to grassland agriculture and livestock production

Abstract. Farm livestock typically retain 5–23% of dietary nitrogen, and consequently excrete large amounts of nitrogen, mainly in urine. Areas affected by cattle urine may receive the equivalent of several hundred kg nitrogen per hectare. Urea is usually hydrolysed to ammonium carbonate within a few days. This increases the soil pH and thereby assists volatilization of ammonia. Volatilization is also increased by soil warmth and by small soil cation exchange capacities. Over the grazing season in lowland UK about 15% of the nitrogen in urine is likely to be volatilized as ammonia, but only 1–5% of the nitrogen in dung is lost in this way.
Substantial volatilization of ammonia probably occurs from animal houses and after spreading of slurry in the field. About 3–4% of fertilizer nitrogen used in the UK is lost as gaseous ammonia. Cut grass herbage also loses ammonia by volatilization, if allowed to remain in the field in wet conditions. Total annual emissions of nitrogen as ammonia from grassland and livestock in UK are probably 320 000–420 000 tonnes.     

Nitrous oxide emissions from grazed grassland

Abstract. Grazing animals on managed pastures and rangelands have been identified recently as significant contributors to the global N₂O budget. This paper summarizes relevant literature data on N₂O emissions from dung, urine and grazed grassland, and provides an estimate of the contribution of grazing animals to the global N₂O budget.
The effects of grazing animals on N₂O emission are brought about by the concentration of herbage N in urine and dung patches, and by the compaction of the soil due to treading and trampling. The limited amount of experimental data indicates that 0.1 to 0.7% of the N in dung and 0.1 to 3.8% of the N in urine is emitted to the atmosphere as N₂O. There are no pertinent data about the effects of compaction by treading cattle on N₂O emission yet. Integral effects of grazing animals have been obtained by comparing grazed pastures with mown-only grassland. Grazing derived emissions, expressed as per cent of the amount of N excreted by grazing animals in dung and urine, range from 0.2 to 9.9%, with an overall mean of 2%. Using this emission factor and data statistics from FAO for numbers of animals, the global contribution of grazing animals was estimated at 1.55 Tg N₂O-N per year. This is slightly more than 10% of the global budget.     

A volatile discourse – reviewing aspects of ammonia emissions,models and atmospheric concentrations in The Netherlands

In the Netherlands, there is a vigorous debate on ammonia emissions, atmospheric concentrations and deposition between stakeholders and research institutions. In this article, we scrutinise some aspects of the ammonia discourse. In particular, we want to improve the understanding of the methodology for handling experimentally determined ammonia emissions. We show that uncertainty in published results is substantial. This uncertainty is under‐ or even unreported, and as a result, data in national emission inventories are overconfident by a wide margin. Next, we demonstrate that the statistical handling of data on atmospheric ammonia concentrations to produce national yearly atmospheric averages is oversimplified and consequently atmospheric concentrations are substantially overestimated. Finally, we show that the much‐discussed ‘ammonia gap’ – either the discrepancy between calculated and measured atmospheric ammonia concentrations or the difference observed between estimated NH₃ emission levels and those indicated by atmospheric measurements – is an expression of the widespread overconfidence placed in atmospheric modelling.     

规模奶牛养殖室外运动场春季温室气体与氨气排放特性

舍外运动场是中国传统奶牛养殖场的组成部分,同时也是温室气体和氨气(NH_3)的重要排放源。由于开放式生产设施污染气体排放的监测难度大,目前中国还普遍缺少奶牛运动场温室气体和NH_3排放通量的直接监测数据。该试验采用梯度法对北京地区春季典型开放式奶牛运动场的甲烷(CH_4)、氧化亚氮(N_2O)、二氧化碳(CO_2)等温室气体和NH_3浓度及其排放通量进行了监测分析,讨论了排放特征和关键影响因素,为获取中国北方地区奶牛运动场温室气体和NH_3的排放通量提供了基础数据支撑。测试运动场饲养了52头荷斯坦奶牛,年均单产约8 t,头均占地面积为20.77 m~2。结果表明,该奶牛运动场春季CH_4、N_2O和CO_2的排放通量为155.59、3.60和4 869.37 mg/(m~2·h),分别占温室气体排放总量的42.79%、9.37%和47.83%;NH_3的排放通量为66.27 mg/(m~2·h);排放峰值一般出现在运动场清粪之后。环境温度与CH_4、N_2O和NH_3排放量呈显著的正相关关系(P0.05),同时风速在一定范围内会促进CH_4、N_2O和NH_3的排放。奶牛场清粪活动不仅会加快污染气体的排放通量,还会影响温度和风速对气体排放通量的作用效果。