土壤水分状况对CH4氧化,N2O和CO2排放的影响

实验室培育试验表明，土壤氧化ＣＨ４，排放Ｎ２Ｏ和ＣＯ２的最佳水分含不量。水稻土氧化ＣＨ４的最佳水分含同于半干旱草地土壤，均接近于土壤环境常年水分含量。水稻土Ｎ２Ｏ排放量随着水分含量的下降而增加，半干旱草地土壤则随着水分含量的下降而减少，表明背离土壤环境上水分含量越远，Ｎ２Ｏ的排放量越大。因而，ＣＨ４氧化和Ｎ２Ｏ排放对土壤水分含量的反应呈极显著的负相关性。ＣＯ２排放的最佳水分含量接近或高于ＣＨ４氧化     

淹水稻田甲烷产生和排放的研究现状

大气中温室气体如ＣＯ２、ＣＨ４和Ｎ２Ｏ等增加，导致全球气候变暖。ＣＨ４虽浓度相对较低，但其捕获热量的效率却比ＣＯ２高２０－３０倍，并以每年１％的速度增加，本文阐述了淹水稻田ＣＨ４排放过程及数量，稻田土壤类型，栽培措施对ＣＨ４产生与排放的影响，ＣＨ４排放与水稻生长关系。同时讨论了控制和缓解稻田ＣＨ４排放的途径。     

土壤水分状况和质地对稻田N2O 排放的影响

１９９４年中国科学院封丘生态试验站通过小区试验研究了土壤质地和水分状况对稻田Ｎ２Ｏ排放的影响。结果表明稻田Ｎ２Ｏ排放主要受土壤水分状况的影响,淹水状态下,Ｎ２Ｏ排放很少,水分落于期间Ｎ２Ｏ排放量占水稻生长期Ｎ２Ｏ排放总量的８７．５０％～９８．６５％。土壤质地显影响稻田平均Ｎ２Ｏ排放通量,砂质土壤排放的Ｎ２Ｏ显或极显高于壤质和粘质土壤,水稻生长期砂质、壤质及粘质土壤的平均Ｎ２Ｏ排放通量分别为１３７．６３、８７．５４和６３．６μｇＮ２Ｏ－Ｎ／ｍ＾２．ｈ。     

水分类型对土壤排放的温室气体组成和综合温室效应的影响

实验室研究表明,土壤排放出的温室气体（ＣＯ２、ＣＨ４和Ｎ２Ｏ）组成及总理显著地受土壤水分类型和施用秸秆的影响。连续淹水条件下,土壤仅排放微理的Ｎ２Ｏ,但排放出大量的Ｃ睡Ｃ敢条件下,土壤不排放Ｃ上键合的但排放出大量的Ｎ２Ｏ;虽然淹水的土壤排水促进Ｎ２Ｏ排放,但显著抑制ＣＨ４的排放,淹水好气交替处理的土壤其排放的ＣＯ２、ＣＨ４和Ｎ２Ｏ均在好气和连续淹水之间。根据各种温室产生温室效应的相对潜力,计算土壤     

农业微环境对土壤温室气体排放的影响

二氧化碳（ＣＯ２）、氧化氮（Ｎ２Ｏ）、甲烷（ＣＨ４）等气体排放量的增加所引进的温室效应是全球变暖的主要促动因素。同时各种温室气体的产生和排放量也同样受其所处环境状况的影响与反馈作用研究各环境要素对土壤温室气体排放的主要影响机制是调节气候变化与温室气体排放循环反馈过程的关键环节,对减少温室气体排放、减缓全球变暖真挚具有较强的现实意义。阐述了土壤排放Ｎ２０、ＣＨ４对环境因素的影响,并提出温室气体减排措     

丘陵区稻田N2O排放的特点

１９９３－１９９４年在中国科学院红壤生态试验站通过田间试验研究了丘陵区稻田Ｎ２Ｏ排放的特点。结果表明,稻田Ｎ２Ｏ排放主要集中在水分落干期间,淹水状态下几乎没有Ｎ２Ｏ排放。由于早稻稻草还田、晚稻稻田Ｎ２Ｏ排放量即使在水分离落干期间也不高。稻田Ｎ２Ｏ排放量随地形降低而逐渐增加,１９９３－１９９４年两年中坡底、坡腰和坡顶稻田水稻生长期平均Ｎ２Ｏ－Ｎ排放通量分别为１０．９０、５．６０和２．１１μｇ／（ｍ＾     

土壤质地、温度和Eh对稻田甲烷排放的影响

本文报道在田间条件下，土南地，温度和Ｅｈ影响稻田ＣＨ４排放通量的研究结果。中国科学院封丘生态试验站的小区试验表明，在当地常规水分管理即间歇灌溉条件下，供试小区和妥田的ＣＨ４平均排放通量仅为０．１６－１．８６ｍ ｇＣＨ４／ｍ＾２ｈ。     

田间土壤反硝化作用动态初探

通过不同供水水平条件下对田间土壤反硝化作用进行动态研究。利用Ｃ２Ｈ２能抑制反硝化作用的Ｎ２Ｏ→Ｎ２的转化过程，用气相色谱检测出土壤中释放出的Ｎ２Ｏ的量。结果表明，田间土壤含水量较大时的土壤反硝化作用强度比其它时期明显增加，不仅增强了田间Ｎ素的气态损失，而且给大气环境造成一定程度的潜在危害。     

土壤硝化作用过程中亚硝态氮的累积研究

在实验室条件下比较了９种土壤硝化过程中ＮＯ２＾－的累积能力和ＮＯ２＾－在不同土壤中的稳定性,并在３种代表性土壤上检测了ＮＯ２＾－累积的动态变化。结果表明,红壤和黄棕壤在所有施氨（ＮＨ４＾＋－Ｎ）水平下均未出现ＮＯ２＾－的累积;但砂姜黑土、潮土、滨海盐士、潮棕壤、褐土、灌漠土和灰钙土等均出现不同程度的ＮＯ２＾－累积,且随着施ＮＨ４＾＋－Ｎ水平提高而增加ＮＯ３＾－在红壤和黄棕壤中的累积与施ＮＨ４＾＋－Ｎ水平无关,但在其它７种ｐＨ大于７的土壤中的累积受到浓度ＮＨ４＾＋的抑制。此外,试验还表明,ＮＯ２＾－在红壤和黄棕壤中不稳定,但在其它７种土壤中相当稳定。土壤硝化过程中产生ＮＯ２＾－累积的问题应引起重视。     

有机物料碳和土壤有机碳对水稻土甲烷排放的影响

基于30年水稻土长期施肥定位试验,在保证原有定位试验正常开展的前提下,将部分化肥处理变更为有机肥处理(或反之),通过观测一年水稻轮作周期内不同处理甲烷(CH_4)排放通量季节性变化,探讨不同肥力水稻土中外源有机碳及土壤有机碳含量对田间CH_4排放的影响。结果表明:施化肥处理和有机肥处理,水稻土全年CH_4累积排放量范围分别为1.73~4.72和35.09~86.60 g·m~(-2)。有机肥处理改施化肥后,田间土壤CH_4的排放量显著降低;化肥处理改施有机肥或有机肥处理增施有机肥后,田间土壤CH_4的排放量显著提高。外源有机碳的输入量是田间土壤CH_4年排放量的决定性因素,外源有机碳输入量(x)与水稻土CH_4年累积排放量(y)之间满足直线方程:y=0.087 7 x+3.265 7(R~2=0.965 9,n=21)。土壤有机碳同样也是影响稻田CH_4排放的因素,在不同有机碳水平的水稻土上施用等量相同化肥或有机肥,土壤有机碳含量高的水稻土都更有利于CH_4的产生。单施化肥稻田土壤CH_4排放的最主要碳源是土壤有机碳,有机碳含量(x)和水稻土CH_4年累积排放量(y)之间的指数方程:y=0.162 4 e~(0.162 2 x)(R~2=0.940 6,n=9)。有机肥可促进土壤有机碳分解释放CH_4,土壤有机碳含量相同的条件下,高量有机肥比常量有机肥的土壤有机碳分解比率高0.65%,等量相同有机肥但土壤有机碳含量不同的条件下,土壤有机碳分解比率无显著差异;同样,土壤有机碳也可促进有机物料碳分解释放CH_4,在常量有机肥或高量有机肥处理中,土壤有机碳含量高者比低者的有机物料碳分解比率分别多出3.57%和2.34%。     

不同灌溉模式和施氮处理下稻田 CH4 和 N2O 排放

【目的】研究不同灌溉模式和施氮处理稻田 CH₄ 和 N₂O 的排放规律、综合增温潜势和综合排放强度，以期获得降低稻田 CH₄ 和 N₂O 排放的灌溉模式和施氮管理。【方法】2015～2016 年在广西南宁市灌溉试验站进行晚稻和早稻大田试验，两次试验均设 3 种灌溉模式:常规灌溉 (CIR)、“薄浅湿晒 ”灌溉 (TIR) 和干湿交替灌溉 (DIR)。 2 种尿素-N 和猪粪-N 比例:100% 尿素-N (FM1)，50% 尿素-N + 50% 猪粪-N (FM2)。共设 CIR-FM1、TIR-FM1、DIR-FM1、CIR-FM2、TIR-FM2 和 DIR-FM2 6 个处理，用静态箱–气相色谱法测定了水稻生育期内稻田 CH₄ 和 N₂O 排放通量，分析了早晚稻生育期内 CH₄ 和 N₂O 累积排放量和综合增温潜势，并结合产量分析了 CH₄ 和 N₂O 综合排放强度。【结果】DIR 下 FM2 处理早稻产量和两季总产量比 FM1 处理分别提高 18.8% 和 17.7%，FM2 下 TIR 和 DIR 模式早稻产量分别比 CIR 模式提高 20.9% 和 37.4% 以及 DIR 模式两季总产量比 CIR 模式提高 21.5%。不同处理早晚稻生育前期 CH₄ 排放通量较高，生育中后期 CH₄ 排放通量较低。水稻生育期内 TIR 和 DIR 模式 CH₄ 累积排放量低于 CIR 模式，FM1 处理 CH₄ 累积排放量低于 FM2 处理。不同处理早晚稻生育前期 N₂O 的排放通量为负值或者较低，N₂O 排放主要集中在晒田完成复水之后及成熟期稻田水分落干时，DIR 模式 N₂O 累积排放量显著高于 CIR 模式，FM2 处理 N₂O 累积排放量高于 FM1 处理。不同处理稻田 CH₄ 和 N₂O 的排放彼此间存在消长关系。CH₄ 对综合增温潜势的贡献率达 99% 以上，而 N₂O 的贡献率不足 1%。3 种灌溉模式下 FM1 处理 CH₄ 或 N₂O 增温潜势、CH₄ 和 N₂O 综合增温潜势和排放强度均低于 FM2 处理，2 种施氮处理下 TIR 和 DIR 模式 CH₄ 和 N₂O 综合增温潜势和排放强度低于 CIR 模式。【结论】与常规灌溉相比，“薄浅湿晒”灌溉水稻产量和 N₂O 排放有所提高，但是降低 CH₄ 排放量及 CH₄ 和 N₂O 综合增温潜势和排放强度；干湿交替灌溉增加水稻产量和 N₂O 排放，但是降低 CH₄ 的排放量及 CH₄ 和 N₂O 综合增温潜势和排放强度，因此，“薄浅湿晒”和干湿交替灌溉模式是有效降低稻田 CH₄ 和 N₂O 综合增温潜势和排放强度的两种灌溉模式。在这两种灌溉方式下，与猪粪尿素配施相比，单施尿素显著降低 CH₄ 和 N₂O 综合增温潜势和排放强度。     

稻田CH4和N2O综合排放对控制灌溉的响应

为了揭示水稻控制灌溉对稻田CH4和N2O综合排放的影响,该文采用静态暗箱-气相色谱法对控制灌溉稻田CH4和N2O排放进行原位观测,分析稻田CH4和N2O综合排放对控制灌溉水分调控的动态响应。结果表明,控制灌溉稻田CH4排放通量多低于常规灌溉稻田,且主要集中在水稻分蘖前期,峰值出现在土壤脱水后第1～2d,排放总量较常规灌溉稻田减少81.2%～82.8%;N2O排放通量多高于常规灌溉稻田,峰值出现在肥后且土壤脱水后3～4d,排放总量较常规灌溉稻田增加了121.8%～144.3%。控制灌溉稻田CH4和N2O的综合全球增温潜势较常规灌溉稻田显著减少(p<0.05),减少幅度为15.0%～34.8%。控制灌溉显著降低了稻田CH4和N2O的综合温室效应。     

水稻土和菜田添加碳氮后的气态产物排放动态

【目的】动态连续监测添加碳氮底物后各气体产物—O2、 NO、 N2O、 CH4和N2的排放,对土壤碳氮转化过程和气体产生过程做更深入的理解,揭示不同土地利用方式典型红壤的温室气体产生机制。【方法】采集长江中游金井小流域不同土地利用方式稻田和菜地土壤为研究对象,利用全自动连续在线培养检测体系(Robot系统),通过两组试验分别研究土壤碳氮转化过程中各气体产物的动态变化。试验1采用菜地和稻田土壤进行好气培养,设置不施氮对照、 添加40 mg/kg铵态氮、 添加40 mg/kg铵态氮+1%硝化抑制剂、 添加40 mg/kg硝态氮、 添加40 mg/kg硝态氮+1%葡萄糖、 缺氧条件下添加40 mg/kg硝态氮+1%葡萄糖6个处理。试验2采用稻田土壤进行淹水培养,设不施氮对照、 添加40 mg/kg铵态氮、 添加40 mg/kg铵态氮+1%硝化抑制剂、 添加40 mg/kg铵态氮+1%秸秆、 缺氧条件下添加40 mg/kg铵态氮+1%的葡萄糖、 添加40 mg/kg硝态氮、 添加40 mg/kg硝态氮+1%葡萄糖、 缺氧条件下添加40 mg/kg硝态氮+1%葡萄糖8个处理。培养温度均为20℃,土壤水分含量为70% WFPS (土壤孔隙含水量),培养周期为15天。【结果】从菜地和稻田土壤不同碳氮添加处理气态产物及无机氮的动态变化可看出: 1)菜地土壤好气培养初期硝化作用产生了大量N2O; 受低碳和低含水量的限制,反硝化作用较弱。当提供充足碳源和厌氧条件,出现N2O和NO的大量排放。2)在好气稻田和淹水稻田培养过程中,反硝化作用是N2O产生的主要途径。3)稻田土壤中,提供充足碳源和厌氧条件,各气态产物出现的顺序依次是NO、 N2O和N2,与三种气体在反硝化链式反应过程中的生成顺序一致。淹水稻田加铵态氮和碳源处理N2为主要产物,添加硝态氮处理后,N2O成为主要气态产物。当土壤碳源充足时,反硝化过程进行彻底,反硝化产物以终产物(N2)为主。4)在稻田土壤出现厌氧或添加碳源条件下,均检测到大量CH4产生; 且在甲烷产生的同时,NO-3几乎消耗殆尽。【结论】金井小流域典型红壤菜地N2O主要来自于硝化作用,好气和淹水稻田N2O主要来源于反硝化作用; 当碳源充足和厌氧时,菜地及稻田反硝化作用增强; 反硝化产物组成、 产物累积量及出峰顺序与碳源和氧气浓度有关。     

耕作措施对双季稻田CH4与N2O排放的影响

随着全球气温的不断升高,温室气体减排成为研究的热点。该文旨在研究不同耕作措施下双季稻田CH4及N2O排放特征及其消长关系,为稻田温室气体减排及土壤固碳潜力评价提供依据。试验在湖南省宁乡县进行,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）的稻田CH4及N2O排放。结果表明：CH4排放主要来自于晚稻田,翻耕、旋耕和免耕晚稻田CH4排放分别占研究时段CH4排放的69%,67%,73%;各处理冬闲季CH4排放均不到研究时段排放量1%,冬闲CH4排放量为RT＞CT＞NT,差异显著;N2O排放时间变异性较大,早稻稻田N2O排放量为RT＞NT＞CT,晚稻稻田N2O排放量为NT＞RT＞CT,冬闲期各处理稻田N2O均为负排放;从研究时段排放量分析,翻耕秸秆还田有利于减少N2O排放,免耕秸秆还田有利于减少CH4排放;CH4与N2O排放呈显著负相关,冬闲季稻田CH4与N2O排放相关性不显著。总之,NT减少了CH4排放,虽N2O排放略有增加,但CH4与N2O引发的综合温室效应有所减弱。     

不同土地利用方式土壤温室气体排放对碳氮添加的响应

揭示不同土地利用方式下土壤N2O产生机制及其CO2和CH4的排放,有助于土壤温室气体减排措施的制定。本研究以长沙金井河流域酸性红壤上菜地、稻田、茶园和林地土壤为研究对象,控制温度和土壤含水量,采用静态培养-气相色谱法,研究4种利用方式土壤N2O、CO2和CH4的排放对不同碳氮和硝化抑制剂添加的响应。结果表明,由于土壤pH较低,酸性红壤外加氮源后仅有较小的N2O排放。葡萄糖能够促进尿素添加后N2O的排放及土壤反硝化作用N2O的排放。异养硝化作用可能是酸性红壤N2O产生的主要途径。硝化抑制剂双氰胺（DCD）对酸性红壤N2O减排无明显效果。碳氮添加后土壤N2O的总排放量表现为茶园 > 菜地 > 稻田 > 林地。外源有机碳能够显著促进4种利用方式土壤CO2的排放,表现为茶园、稻田 > 菜地、林地。但除稻田土壤CH4排放增加外,菜地、茶园和林地土壤CH4排放对外源有机碳无明显响应。     

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.     

加气灌溉水氮互作对温室芹菜地N2O排放的影响

为揭示加气条件下不同灌溉和施氮量对设施菜地N2O排放的影响,提出有效的N2O减排措施,该研究以温室芹菜为例,设置充分灌溉(1.0 Ep,I1;Ep为2次灌水间隔内φ20 cm标准蒸发皿的累计蒸发量)和亏缺灌溉(0.75 Ep,I2)2个灌溉水平和0 (N0)、150 (N150)、200 (N200)、250 kg/hm2 (N250)4个施氮水平,采用静态箱-气相色谱法对各处理土壤N2O的排放进行监测,并分析不同灌溉和氮肥水平下土壤温度、湿度、矿质氮(NH4+-N和NO3--N)、硝化细菌和反硝化细菌的变化,以及对土壤N2O排放的影响.结果表明:充分灌水温室芹菜地N2O排放显著(P＜0.05)高于亏缺灌溉;施氮显著(P＜0.05)增加了土壤N2O排放,N150、N200和N250处理的N2O累积排放量分别是N0处理的2.30、4.14和7.15倍.设施芹菜地N2O排放与土壤温度、湿度和硝态氮含量呈指数相关关系(P＜0.01),与硝化细菌和反硝化细菌数量呈线性相关关系(P＜0.01),而与土壤铵态氮没有显著相关关系.灌水和施氮提高芹菜产量的同时,显著增强了土壤N2O排放.综合考虑产量和温室效应,施氮量150 kg/hm2、亏缺灌溉为较佳的管理模式.该研究为设施菜地N2O减排及确定合理的水氮投入量提供参考.     

不同水分管理模式下坡缕石修复稻田土壤镉污染效果

  目的  探究在合理的水分管理模式下提高坡缕石钝化稻田土壤镉的效率,及坡缕石施加对土壤理化性质、环境质量和水稻抗氧化胁迫的影响。  方法  采用盆栽试验方法,试验设置长期淹水、传统灌溉和湿润灌溉3种水分管理措施,每一水分管理模式下设0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5% 6个坡缕石施加浓度,共18个处理,通过测定土壤pH、zeta电位、有效态镉、稻米生物量、稻米镉含量、土壤酶和叶抗氧化酶活性,分析不同水分管理措施与坡缕石用量组合修复镉污染的效果。  结果  长期淹水、传统灌溉和湿润灌溉下,坡缕石处理土壤pH分别增加0.49 ~ 1.24、0.49 ~ 1.47和0.42 ~ 1.64个单位,0.025 mol L?1 HCl提取态镉含量分别下降15.4% ~ 46.2%,11.5% ~ 39.7%和11.4% ~ 32.4%,毒性浸出法提取态镉最大降幅分别为47.4%、42.4%和40.2%（P < 0.05）。未施加坡缕石条件下,与传统灌溉比,长期淹水、湿润灌溉的稻米生物量降低11.2%和19.3%（P < 0.05）。3种水分管理模式下,坡缕石处理的稻米镉含量分别下降21.9% ~ 75.0%,17.8% ~ 70.2%和17.4% ~ 66.5%,土壤磷酸酶活性最大增幅分别为40.0%、57.1%和40.9%,叶超氧化物歧化酶活性最大增幅分别为33.9%、50.2%和37.4%（P < 0.05）。  结论  长期淹水下坡缕石钝化土壤镉的效率最高,1.0%坡缕石施加使稻米镉含量降至我国食品污染物含量限量标准0.20 mg kg?1（GB 2762—2012）以下,长期淹水联合坡缕石施加组合为镉污染稻田土壤修复技术。     

长期连续秸秆还田和生物质炭施用对稻田N2O排放的影响

为了评估麦季多年连续秸秆还田和生物质炭施用对稻麦轮作系统下稻田N₂O排放的影响，于2010年麦季开始开展了为期11 a的麦季秸秆还田和生物质炭施用定位试验。试验共包括5个处理：无玉米秸秆还田和生物质炭施用(CK);6 t/(hm²·a)玉米秸秆还田(CS);2.4 t/(hm²·a)生物质炭施用(BC1);6 t/(hm²·a)生物质炭施用(BC2)和12 t/(hm²·a)生物质炭施用(BC3)。结果表明，BC2和BC3处理较CK均显著提高了土壤碱解氮、有效磷、速效钾、易氧化碳、可溶性有机氮和土壤微生物生物量氮含量。CS、BC1和BC2处理水稻生长季N₂O总排放量与CK没有显著差异，但是BC3处理的N₂O总排放量比CK提高了245.31%，并显著高于其他处理。BC3处理的N₂O总排放量和施氮肥后N₂O排放高峰期的累积排放量分别比CK提高了3.84 kg/hm²和3.3...