植物排放N2O研究进展

氧化亚氮(N_2O)是主要的温室气体之一,对大气环境质量与全球气候变化具有重要的影响。N_2O排放不仅增加温室效应,同时也会导致陆地生态系统氮损失与平流层臭氧消耗。长期以来土壤被认为是陆地生态系统N_2O的主要排放源,但近年来越来越多的证据表明,植物可能是陆地生态系统N_2O排放的另一重要来源。近年来有关植物排放N_2O的报道逐年增多,但对植物排放N_2O的途径及其调控机制方面还缺乏文献综述。本文首先在总结长期以来人们普遍认为的N_2O源与汇的基础上,提出陆地植物可能是另一个尚未被广泛认可的重要的N_2O的排放源。植物排放N_2O可能有两种潜在途径:1)植物作为土壤中通过微生物产生的N_2O的运输通道,2)植物通过自身代谢或内生菌的作用产生N_2O并排放到大气中。然后分析了关键因素(养分、光照、温度和植物器官及生长阶段)对植物排放N_2O的影响机制。最后指出未来需进一步探明植物体内产生N_2O的具体途径及其对全球N_2O排放的贡献,重点是探明植物自身的生理生化过程以及与其伴生、共生的微生物在N_2O产生中的作用。     

冬季施用鸡粪和生物炭对南方稻田土壤CO2与CH4排放的影响

生物炭的利用近年来是农田土壤固碳减排研究中的热点。本研究通过在冬季稻田养鸡,结合生物炭添加,采用箱式法结合温室气体分析仪定量测定冬季稻田和双季稻期间土壤CO_2和CH_4排放通量,分别估算冬季稻田和双季稻期间土壤CO_2和CH_4排放总量,评估生物炭和鸡粪添加对土壤碳排放的影响。结果表明,鸡粪还田处理显著提高了土壤CO_2的排放,冬季稻田和水稻生育期排放量分别达9 935.39 kg·hm~(-2)和27 756.34kg·hm~(-2),比对照增加58.7倍(P0.01)和56%(P0.05);生物炭添加处理冬季稻田和水稻生育期CO_2累积排放量比对照高12.3倍(P0.01)和41%(P0.05)。鸡粪还田处理下冬季稻田和水稻生育期稻田的CH_4排放量均显著高于其他处理;而生物碳添加对冬季稻田CH_4排放无显著影响,但显著降低了水稻生育期稻田的CH_4排放。鸡粪还田配施生物炭处理也显著提高了稻田土壤CO_2的排放。冬季稻田时,鸡粪还田配施生物炭土壤CO_2累积排放量显著高于鸡粪还田处理;而水稻生育期时,鸡粪还田配施生物炭处理下土壤CO_2累积排放量显著低于鸡粪还田处理。鸡粪还田下添加生物碳可以降低因鸡粪还田引起的CH_4排放增加的效应。总之,鸡粪原位还田显著增加了冬季稻田和水稻生育期稻田的CO_2和CH_4排放;无论是冬季稻田还是水稻生育期,生物炭的添加都降低了土壤CH_4的排放,且生物炭添加后期有抑制土壤CO_2排放的作用。因此,从更长的时间尺度来看,生物炭施入土壤有利于土壤固碳减排。     

农业生态系统和温室效应

<正> 本文讨论对流层中CH_4和N_2O浓度如何增长,对温室效应以及对臭氧层破坏的影响。农业生态系统是这两种气体的排放源,讨论中也涉及到产生这些气体的机制,以及向大气中的排放量和减少排放量的技术。一、大气中CH_4和N_2O浓度变化及其对温室效应的作用     

水肥管理对稻田CH4排放及其全球增温潜势影响的评估

甲烷(CH_4)是主要温室气体之一,对全球增温的作用仅次于二氧化碳(CO_2)。稻田是CH_4的重要排放源,减少稻田CH_4排放对减缓气候变暖具有直接效应。为此,掌握稻田CH_4排放的规律和特征对控制和减少稻田CH_4排放尤为重要。为了解稻田温室气体排放的主要影响因子及影响程度,估算稻田温室气体全球增温潜势,寻求农田减排措施,我们通过收集已发表的文献建立了稻田CH_4排放的数据库,采用析因分析与回归分析方法对稻田CH_4日排放量和全球增温潜势特征和可能的影响因子进行了分析。结果表明,稻田CH_4日排放量和增温潜势均随土壤有机质背景含量的升高而增加,不同类型稻田CH_4日排放量大小依次为:双季稻晚稻双季稻早稻单季稻稻麦轮作晚稻;晚稻田CH_4的增温潜势大于早稻田。不同肥料处理条件下,稻田CH_4日排放量表现为:秸秆还田配施有机肥化学氮肥≈生物炭。控制灌溉水量可降低稻田CH_4的综合增温潜势,表现为:持续淹水晒田干湿交替控制灌溉。研究结果说明,稻田CH_4的产生与排放过程受土壤有机质含量、肥料管理和水分管理以及轮作制度等多种因素的共同影响,应依据不同土壤条件和种植制度,适当调整肥水管理,以减少稻田温室气体排放,降低其增温潜势。     

大气CO2浓度升高对谷子生长发育及玉米螟发生的影响

人类活动导致全球大气CO_2浓度持续升高,研究大气CO_2浓度升高对C4作物谷子(Setaria italica)生长发育及虫害发生的影响,可以为谷子等C4作物制订应对气候变化栽培措施提供理论依据。本研究利用OTC(Open Top Chamber)系统,设两个CO_2浓度梯度(正常大气CO_2浓度、正常CO_2浓度+200μmol·mol-1)模拟CO_2浓度升高对谷子生长发育的影响。结果表明:大气CO_2浓度升高后,谷子净光合速率(Pn)、气孔导度(gs)、叶片蒸腾速率(Tr)和水分利用率(WUE)分别增加38.73%、27.53%、6.93%和40.56%;谷子叶片光系统Ⅱ最大光化学量子产量(Fv/Fm)和非光化学淬灭系数(NPQ)显著下降,光系统Ⅱ实际光化学量子产量(ΦPSII)和表观电子传递效率(ETR)显著增加,而对光化学淬灭系数(q P)无显著影响;此外,谷子株高、茎粗和小穗数分别增加3.41%、13.28%和13.11%;而叶重、茎重、千粒重、单株粒数和产量无显著变化,穗重和地上部分生物量分别显著下降12.8%和7.44%;大气CO_2浓度升高后,谷子灌浆期和收获期玉米螟(Ostrinia furnacalis)发生数量显著增加。大气CO_2浓度升高将有利于谷子的生长发育,但会增加玉米螟危害。     

CO2浓度升高与气候变化对农业的影响研究进展

全球气候变化过程加剧。阐述了CO_2浓度升高及气候变化对农业的影响,包括CO_2浓度升高对作物生产力的影响,CO_2浓度与温度升高相互影响以及CO_2浓度与水分利用之间相互影响。研究表明随CO_2浓度的升高,作物生产力如生物量、经济产量以及水分利用效率均将有所提高,但高温对作物生产力可能产生不利影响,并指出今后研究重点。     

长期大气CO2浓度升高对稻田CH4排放的影响

大气CO2浓度升高可直接或间接影响稻田CH4排放。深入研究长期大气CO2浓度升高对稻田CH4排放及其相关微生物的影响，对评估和应对未来气候背景下稻田CH4排放的响应具有重要意义。为探明长期大气CO2浓度升高对稻田CH4排放的影响及其机制，依托连续运行10年以上的中国稻田FACE（free-air CO2 enrichment）平台，观测2016—2017年正常大气条件（ACO2）和大气CO2浓度升高200 μmol?mol-1条件（ECO2）下稻田CH4排放通量、产甲烷菌和甲烷氧化菌群落丰度，并采用Meta分析方法定量研究CO2熏蒸年限对稻田CH4排放及其相关微生物群落丰度的影响。结果表明：对比ACO2处理，长期ECO2处理使稻田CH4排放降低28%（P<0.05），产甲烷菌群落丰度降低39%（P<0.05），同时甲烷氧化菌群落丰度增加21%（P>0.05）。Meta分析结果发现，随着CO2熏蒸年限的增加，大气CO2浓度升高对稻田CH4排放和产甲烷菌群落丰度的促进作用逐渐减弱，对甲烷氧化菌群落丰度的促进作用却逐渐增大。因此，未来气候条件下，长期大气CO2浓度升高会降低稻田CH4排放，这对缓解水稻种植带来的温室效应具有重要意义。     

温室气体和全球变化

<正> 现在对全球环境命运的关注主要是温室气体浓度的增加以及可能对全球气候带来的影响。变化较快的大气化学成份在很大程度上取决于生物圈对不同气体诸如CO_2、CH_4、N_2O等的释放和吸收。目前,我们在许多方面正影响着全球大气的组成。自工业革命以来,CO_2浓度已经增加了25％,化石燃料燃烧是导致温室气体排放的主要来源之一;工业氟氯烃(CFC_s)及     

营林措施对森林土壤N_2O排放影响的研究进展

森林土壤是大气N_2O重要的排放源。施肥、采伐、火烧、林下植被管理等营林措施和土地利用变化改变了土壤理化性质和土壤微气候,显著影响森林土壤N_2O的产生与排放。综述了森林土壤N_2O排放对不同营林措施的响应,探讨了营林措施影响土壤N_2O排放的主要机理,并提出目前研究的不足和未来研究的重点。总体而言,森林转变为农田、草地后增加了土壤N_2O排放,而农田和草地恢复成人工林后减弱了土壤N_2O排放;天然林转换为人工林或次生林后土壤N_2O排放没有明确结论;森林生态系统"氮饱和"程度使得森林土壤N_2O排放对施肥呈非线性响应,即初期无明显响应、中期缓慢增加和后期急剧增加;火烧一般增加土壤N_2O排放;采伐改变土壤温度、含水量、有机碳的分解和利用等,从而增强森林土壤N_2O排放能力;剔除林下植被提高土壤温度,加快了表层土壤有机碳的分解矿化,促进土壤N_2O排放;种植固氮植物增加了土壤有机碳和土壤氮含量,土壤N_2O排放增强。今后的研究应更多地关注多种因素和气候变化对林地土壤N_2O排放影响的内在机理以及氨氧化细菌、硝化细菌和反硝化细菌等微生物对各种干扰因素的响应机制。     

硫酸铵与DMPP配施对石灰性褐土氮素转化及N2O、CO2排放的影响

为合理利用工业副产硫酸铵,探究3,4—二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)配施硫酸铵对石灰性褐土中氮素转化及N_2O和CO_2排放的影响。通过室内培养试验,研究不同剂量DMPP与硫酸铵配施后,石灰性褐土中铵态氮(NH_4~+-N)含量、硝态氮(NO_3~--N)含量、土壤pH、N_2O和CO_2排放通量和累计排放量的动态变化,并进行了相关性分析。结果表明:单施硫酸铵的ASN处理在培养的前15天硝化作用强烈,第15天时,土壤NH_4~+-N含量降低了477.28 mg/kg, NO_3~--N含量增高了177.03 mg/kg。添加DMPP可以明显抑制硫酸铵NH_4~+-N向NO_3~--N转化。培养30天后,0.75%～1.75%剂量的DMPP处理的土壤NO_3~--N含量低于ASN处理174.02～177.00 mg/kg,硝化抑制率为94.92%～95.30%,且在0.75%～1.75%浓度范围内未表现出明显的剂量差异效应。各剂量DMPP在试验期间的硝化抑制效果表现较好,其作用时长为30天以上。培养30天时,与空白CKII处理相比,单施硫酸铵T1处理的N_2O和CO_2的累计排放量分别显著增加了975.3%,126.66%(P0.05),而添加了DMPP的T2处理相较于单施硫酸铵T1处理,N_2O和CO_2累计排放量分别显著降低了76.8%,6.22%(P0.05)。相关性分析表明,CO_2排放通量与N_2O排放通量呈正相关关系,土壤pH与N_2O、CO_2排放通量呈负相关关系。硫酸铵与0.75%DMPP配合施用在一定程度上可以抑制土壤酸化,同时短期内可以显著降低N_2O和CO_2累计排放量(P0.05)。     

稻麦轮作条件下机插水稻CH_4和N_2O的排放特征及温室效应

于2008年采用静态暗箱-气相色谱法对人工手插和机插2种水稻种植方式下CH4和N2O排放进行田间观测,研究稻麦轮作条件下机插水稻CH4和N2O的排放特征及其温室效应。结果表明,水稻生长季CH4排放通量人工手插水稻和机插水稻均呈先升高后降低的变化趋势,N2O仅在水稻搁田期间有明显排放,机插和人工手插水稻CH4平均排放通量分别为4.68、4.39 mg.m-2.h-1,N2O平均排放通量为92.80、111.33μg.m-.2h-1。与人工手插水稻相比,机插水稻增加CH4排放总量14%,减少N2O排放总量11%,使稻季排放CH4和N2O所产生的全球增温潜势（GWP）和＂单位产量的GWP＂分别提高8%和10%。在稻麦轮作条件下采用机插水稻种植方式,水稻生长期间排放的CH4和N2O所形成的温室效应有提高的趋势。     

不同耕作方式下稻田土壤CH4和CO2的排放及碳收支估算

二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4）是重要的温室气体,研究免耕稻田CO2和CH4排放有助于评价稻田免耕技术对全球气候变化及碳循环的影响。本文通过运用静态箱技术和田间原位碱液吸收法研究了免耕稻田土壤CO2和CH4的排放规律和排放量,及其稻田碳（C）的收支状况。研究表明,施肥提高了CH4排放,而不影响CO2的排放;免耕显著影响稻田CH4排放,而CO2的排放不受耕作影响。对稻田C收支及平衡的分析表明,施肥提高了稻田系统C的输入,同时,相对于翻耕处理,免耕处理表现为大气C的“汇”,表明了稻田免耕能将更多的碳累积于农田土壤碳库中,有利于提高稻田生态系统在减缓气温上升过程中所发挥的作用。     

中国东北休闲期稻田温室气体排放

CH4, N2O and CO2 emissions from northeast Chinese rice fields were measured in the fallow season （November to March） to investigate the effects of freezing-thawing on the emissions. Both CH4 emission from and atmospheric CH4 oxidation by the soil occurred, but the flux was small. During the fallow season, rice fields acted as a minor source of atmospheric CH4, which accounted for about 1% of the CH4 emission during the rice growing period. The field was also a substantial source of atmospheric N20, which ranged between 40 to 77 mg m-2 and eu=counted for 40%-50% of the annual N20 emission. The largest N20 flux was observed in the thawing period during the fallow season. Laboratory incubation tests showed that the largest N20 flux came from the release of N20 trapped in frozen soil. Tillage and rice straw application （either mulched on the soil surface or incorporated in the soil） stimulated the CH4 and CO2 emissions during the fallow season, but only straw application stimulated N2O emission substantially.     

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。     

淹水条件下FACE处理的水稻以及小麦秸秆的分解及产物

Winter wheat and rice straw produced under ambient and elevated CO2 in a China rice-wheat rotation free-air CO2 enrichment (FACE) experiment was mixed with a paddy soil at a rate of 10 g kg-1 (air-dried), and the mixture was incubated under flooded conditions at 25 ℃ to examine the differences in decomposition as well as the products of crop residues produced under elevated CO2. Results showed that the C/N ratio and the amount of soluble fraction in the amended rice straw grown under elevated CO2 (FR) were 9.8% and 73.1% greater, and the cellulose and lignin were 16.0% and 9.9% lesser than those of the amended rice straw grown under ambient CO2 (AR), respectively. Compared with those of the AR treatment, the CO2-C and CH4-C emissions in the FR treatment for 25 d were increased by 7.9% and 25.0%, respectively; a higher ratio of CH4 to CO2 emissions induced by straw in the FR treatment was also observed. In contrast, in the treatments with winter wheat straw, the CO2-C and CH4-C productions, the ratio of straw-induced CH4 to CO2 emissions, and the straw composition were not significantly affected by elevated CO2, except for an 8.0% decrease in total N and a 9.7% increase in C/N ratio in the wheat straw grown under elevated CO2. Correlation analysis showed that the net CO2-C and CH4-C emissions from straw and the ratio of straw-induced CH4 to CO2 emissions were all exponentially related to the amount of soluble fraction in the amended straw (P < 0.05). These indicated that under flooded conditions, the turnover and CH4 emission from crop straw incorporated into soil were dependent on the effect of elevated CO2 on straw composition, and varied with crop species. Incorporation of rice straw grown under elevated CO2 would stimulate CH4 emission from flooded rice fields, whereas winter wheat straw grown under elevated CO2 had no effect on CH4 emission.     

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。     

Elevated atmospheric CO2 reduces CH4 and N2O emissions under two contrasting rice cultivars from a subtropical paddy field in China

Elevated CO₂ (eCO₂) and rice cultivars can strongly alter CH₄ and N₂O emissions from paddy fields. However, detailed information on how their interaction affects greenhouse gas fluxes in the field is still lacking. In this study, we investigated CH₄ and N₂O emissions and rice growth under two contrasting rice cultivars (the strongly and weakly responsive cultivars) in response to eCO₂, 200 μmol mol-1 higher than the ambient CO₂ (aCO₂), in Chinese subtropical rice systems relying on a multi-year in-situ free-air CO₂ enrichment platform from 2016 to 2018. The results showed that compared to aCO₂, eCO₂ increased rice yield by 7%-31%, while it decreased seasonal cumulative CH₄ and N₂O emissions by 11%-59% and 33%-70%, respectively, regardless of rice cultivar. The decrease in CH₄ emissions under eCO₂ was possibly ascribed to the lower CH₄ production potential (MPP) and the higher CH₄ oxidation potential (MOP) correlated with the higher soil redox potential (Eh) and O₂ concentration ([O₂]) in the surface soil. The mitigating effect of eCO₂ on N₂O emissions was likely associated with the reduction of soil soluble N content. The strongly responsive cultivars had lower CH₄ and N₂O emissions than the weakly responsive cultivars, and the main reason might be that the former induced higher soil Eh and[O₂] in the surface soil and had larger plant biomass and greater N uptake. The findings indicated that breeding strongly responsive cultivars with the potential for greater rice production and lower greenhouse gas emissions is an effective agricultural practice to ensure food security and environmental sustainability under future climate change scenarios.     

浮萍对福州平原稻田CH4和N2O排放的影响分析

浮萍是稻田中常见的漂浮在水面的水生植物,具有固氮作用,但是,浮萍对稻田温室气体排放的影响尚不明确.以位于湿润亚热带的福州平原稻田为研究对象,探讨浮萍对该区域稻田CH4和N2O排放的影响,为科学评价、准确编制我国水稻田温室气体排放清单提供基础数据.研究结果表明,观测期内,有萍小区和无萍小区CH4排放范围分别为0.19～26.50 mg·m-2·h-1和1.02～28.02 mg·m-2·h-1,平均值分别为9.28 mg·m-2·h-1和11.66 mg·m-2·h-1,有萍小区CH4排放低于无萍小区(P＜0.01),有萍小区CH4排放高峰比无萍小区约提前1周,高峰期后排放迅速降低;有萍小区和无萍小区N2O排放范围分别为-50.11～201.82 μg·m-2·h-1和-28.93～54.42μg·m-2·h-1,平均值分别为40.29 μg·m-2·h-1和11.93 μg·m-2·h-1,有萍小区N2O排放高于无萍小区(P＜0.05).稻田排干后,N2O排放迅速上升,2个小区N2O排放呈现出相似的规律.有萍小区和无萍小区的CH4与N2O排放的影响因子有所不同.综合考虑CH4和N2O两种温室气体,CH4仍是稻田温室效应产生的主要贡献者,浮萍可降低位于沿海区域的福州平原稻田综合温室效应的17.3％.     

早稻秸秆原位焚烧对红壤晚稻田CH4和N2O排放及产量的影响

选取湖南双季稻田为研究对象,采用静态箱-气相色谱法对晚稻田在常规施肥（NPK）、常规施肥+秸秆原位焚烧（NPK+SB）处理下的CH4和N2O排放通量进行观测,同时根据设定参数对秸秆焚烧排放的CH4和N2O进行估算。结果表明,晚稻生长期间NPK和NPK+SB 处理的CH4排放量差异很小,秸秆焚烧会增加N2O排放22.8%,但差异不显著（p＞0.05）。两种施肥方式下N2O排放峰值都出现在追肥后的土壤水分饱和时期而晒田期排放很少。据估算秸秆焚烧排放的CH4和N2O分别占NPK+SB处理总排放的4.27% 和17.31%。NPK+SB处理单位产量的全球增温潜势比NPK处理高22%。综合考虑生产效应和环境效应,水稻秸秆焚烧不是明智的选择。