土壤温室气体产生与排放影响因素研究进展

土壤是温室气体（如CO2、CH4和N2O）产生的重要源,土壤温室气体主要来自于微生物呼吸,植物根呼吸和土壤动物呼吸。土壤温室气体排放机制及其影响因素是研究全球碳氮循环的重要组成部分。研究表明,影响土壤呼吸的因素很多,土壤理化性质如温度、含水量、有机质含量、pH值、氧化还原电位（Eh）、土壤质地等因素都可以直接影响土壤微生物量及其生理生化过程,从而影响温室气体排放。其中,土壤温度,湿度、有机质含量是关键性因素。此外,地域气候、土地利用以及土地覆盖变化也可以通过改变土壤理化性质及呼吸底物来影响温室气体排放。文章重点论述了土壤温室气体排放机制,排放影响因素以及排放的日变化和季节变化规律。认为今后的研究方向应该是土壤微环境碳氮循环机制,土壤呼吸模型在尺度上的推延,以及注重中国陆地与近海生态系统碳固定及减少碳排放的对策和应用技术研究,特别在人工林碳固定及农业固碳减排方面加大研究力度等。     

生物地球化学循环模型DNDC及其应用

生物地球化学模型是模拟研究化学元素动态的新兴领域,可用于陆地生态系统内植物、有机物和无机营养元素动态变化和循环。DNDC模型(DeNitrification-DeComposition Model)是美国新罕布什尔州大学陆地海洋空间研究中心开发研制的,最初是为了模拟农田生态系统固碳、氮流失和水平衡而创建,目前该模型可以模拟草地、湿地、林地等陆地生态系统碳氮动态过程。DNDC模型已经在美洲、欧洲、澳洲以及亚洲的一些地区得到了验证和运用。DNDC模型可用来分析陆地植物生长规律、土壤硝化和反硝化作用、温室气体和痕量气体排放预测研究、不同土壤类型及气候条件对森林生态系统碳氮通量变化的影响以及气候变化对生物地球化学循环的影响预测等。     

“气候变化、温室气体减排与土壤固碳固氮”专题征文通知

农业碳氮循环是全球碳氮循环中的重要组成部分,农业温室气体的减排对应对全球气候变化有重大意义。为了交流我国在农业碳氮循环领域的最新研究成果,本刊将集中刊登气候变化、温室气体减排与土壤固碳固氮方面的研究论文,包括：（1）农业温室气体减排的潜力与措施;（2）农业土壤固碳固氮新技术与措施;（3）农业生态系统中（种植业、养殖业、农业固废堆放等）碳氮循环规律与机理等。专辑征文请从学报网站上注册投稿（学报网址：www．aes．org．cn）,     

长期施肥条件下土壤碳氮循环过程研究进展

土壤是主要的陆地生态系统碳库,碳、氮通过大气-作物-土壤界面进行周转和协同转化。长期施肥通过改变土壤物理、化学和生物学性质,进而影响土壤有机碳、氮储量的稳定性。土壤有机质是评价土壤质量的重要指标,具有农艺和环境双重功能。有机-无机肥配施不仅可显著提高土壤肥力,并且可减少农田土壤温室气体排放,保持农田土地的可持续利用。本文就土壤碳、氮消长动态研究以及有机质周转的同位素示踪测试技术等作一简要综述。     

稻田秸秆还田的土壤增碳及温室气体排放效应和机理研究进展

秸秆还田是水稻生产中普遍采用的一项措施,具有固碳和促进养分元素循环、减少生产中的化肥施用等生态环境功能,但亦存在温室气体排放问题。鉴于秸秆还田对稻田产生固碳和温室气体增排的双重效果,本文综述了稻田生态系统秸秆资源利用现状,探讨了秸秆还田的土壤增碳效应,总结了秸秆还田下的温室气体(CO2、N2O和CH4)排放过程及其微生物过程机理。提出了应加强秸秆还田增碳过程中的物理–化学过程与微生物过程的耦合机理及其对固碳功能的作用机理、稻田温室气体产生机制与控制途径的研究,以实现稻田土壤固碳减排增汇和增产的共轭双赢作用。     

华北平原农田温室气体排放与减排综述

华北平原作为典型的冬小麦-夏玉米轮作高水肥精细管理农田,高水高肥管理下其碳排放量高于秸秆还田的固碳量,其生态系统正在以每年77 g(C)×m~(-2)·a~(-1)的速度损失碳。华北平原农田400 kg(N)×hm~(-2)·a~(-1)的过高氮素投入是造成其碳排放增加的主要原因,其土壤N2O排放强度在氮肥施入量为136 kg(N)×hm~(-2)·a~(-1)时最低,且在施氮量为317 kg(N)×hm~(-2)·a~(-1)时可获得最高作物产量。华北平原土壤中温室气体的产生和消耗主要发生在0~90 cm土壤剖面内,90 cm土层主要作为土壤包气带中的缓冲层而存在。当前降低华北平原农田温室气体排放除了合理施肥和灌溉,还需要改变固有的农作制度,实行减免耕等保护性措施,并将减排和固碳同步进行。对华北平原温室气体净排放研究,今后需在以下几个方面加强:1)在地-气之间加强冠层尺度温室气体的原位连续在线监测研究,并将稳定性同位素技术应用到此研究中以达到追踪其来源和比例构成的目的。2)在土壤包气带中,利用稳定性同位素技术探索土壤空气中温室气体的来源比例,探索剖面土壤温室气体产生和消耗对土壤-大气界面温室气体排放的响应机制。3)将模型研究应用于土壤-大气连续体温室气体排放研究。     

“气候变化、温室气体减排与土壤固碳固氮”专题征文通知

农业碳氮循环是全球碳氮循环中的重要组成部分,农业温室气体的减排对应对全球气候变化有重大意义。为了交流我国在农业碳氮循环领域的最新研究成果,本刊将集中刊登气候变化、温室气体减排与土壤固碳固氮方面的研究论文,包括：（1）农业温室气体减排的潜力与措施;（2）农业土壤固碳固氮新技术与措施;     

三峡水库蓄水对消落带土壤重金属的影响

河岸带土壤重金属已成为国内外研究的热点问题之一。随着水库蓄水,长江水流速度降低,水体稀释扩散能力下降,水体中污染物浓度增加,水库大面积长时期淹水容易造成污染物在土壤中滞留时间加长[5],此外,水库两岸排放的污染物也将在水流缓慢的消落带富集。另外,水库大     

噬菌体对土壤碳氮元素循环转化影响的研究进展

噬菌体是土壤中广泛定殖、数量繁多、严格依赖宿主存活的一类微小生物体,它具有溶原或裂解生命周期,在侵染宿主菌的过程中,不仅可以裂解细菌,还会导致基因转移,显著调控宿主菌数量、物种组成及功能,进而影响土壤元素的生物地球化学循环过程。因而,近年来噬菌体对土壤关键营养元素循环转化的影响机制研究逐渐成为新的学术热点。本文从噬菌体对土壤碳、氮元素循环转化的下行调控和上行调控角度,综述了噬菌体对土壤碳、氮元素循环转化的规律和机制,总结了制约噬菌体调控土壤碳氮循环作用强度的环境因素,指出了当前的研究难点,并对未来研究方向进行了展望。本综述可为阐释噬菌体影响土壤碳氮循环转化机制的研究提供科学参考。     

旱地农田氧化亚氮排放研究进展

针对北方旱地农田N2O的产生机理、排放规律及影响因素进行综述,指出影响旱地土壤N2O排放的主要因素是施肥、灌水和农田耕作等人为因素,合理施氮和增加土壤碳贮存是缓解温室气体排放的重要途径,并提出今后应进一步加强不同立地条件下的长期高频农田生态系统N2O排放观测、N2O产生的关键微生物过程与机理与相关观测及通量相结合和农田温室气体排放模型的应用等方面的研究。     

Temporal and spatial variation and risk assessment of soil heavy metal concentrations for water-level-fluctuating zones of the Three Gorges Reservoir

Purpose

This study aimed to reveal the temporal and spatial variation of soil heavy metal concentrations in the Three Gorges Reservoir area (TGR) water-level-fluctuating zone (WLFZ) and evaluated its pollution status and potential ecological risks and provide scientific basis for ecological risk prevention and ecological restoration of the TGR.

Materials and methods

This study was based on long-term monitoring of soil heavy metals (Cu, Pb, Cd, and Cr) before water level fluctuation (2008) and after 1 (2009), 4 (2012), or 7 (2015) cycles of water level fluctuation at the altitude of 155–172 m in the Wushan (WS) and Zigui (ZG) sections of the TGR, and pollution status and potential ecological risks of each heavy metal element were evaluated by index of geoaccumulation and potential ecological risk index.

Results and discussion

The Cd concentration increased with the increase in the number of reservoir water level fluctuations, whereas the concentrations of Cu, Cr, and Pb varied with the monitoring site. The Cd showed clear horizontal transfer characteristics. Moreover, with the increase of the frequency of water level fluctuations the Cd concentration at ZG (near the dam) were higher than those at WS (away from the dam). After 7 cycles of water level fluctuation, the concentrations of most soil heavy metal were not obvious differences between soil layers (except Pb). Before and after the reservoir water level fluctuation, Cd contamination level changed from pollution-free to strong or extremely polluted, Cu contamination level changed from pollution-free to moderately polluted, and Cr and Pb were pollution-free. Before the fluctuation of the reservoir water level, the potential ecological risk of Cd in the WS reached a classification of strongly polluted, whereas pollution at ZG was considered to be low level. However, after 4 cycles of water level fluctuation the Cd pollution level increased to a very high level, whereas Cu, Cr, and Pb remained consistently low.

Conclusions

There is an obvious temporal and spatial variation of heavy metal concentrations for WLFZ of TGR. Cd concentration increased with the increase in the number of reservoir water level fluctuations. Heavy metal concentrations changed from WS > ZG to WS < ZG after the impact of water level fluctuations. After 7 cycles of water level fluctuation, the distribution of heavy metals in different soil layers tends to be uniform (except Pb). Cd pollution is more serious, and there is a strong potential ecological risk.

     

玉米秸秆及其黑炭添加对黄绵土氮素转化的影响

采用室内培养试验,研究在相同的土壤水分和施氮量条件下,不同碳源(玉米秸秆及其黑炭)添加对土壤无机氮转化和N2O排放的影响机制。结果表明,不同碳源(玉米秸秆和黑炭)的施加对氮素净矿化量的影响差异极显著(p0.01)。与直接施加玉米秸秆相比,施加黑炭增加了土壤硝态氮和铵态氮的含量,显著降低了土壤N2O排放量;施加黑炭后土壤无机氮浓度变化在整个培养期间较平缓,而施加秸秆后土壤氮转化在前两周较为剧烈。相较于添加秸秆,施加黑炭有利于减少温室气体N2O的排放。     

保护性耕作对温室效应的影响

农业是非常重要的温室气体排放源,而不合理的农田管理措施强化了农田排放源的特征,同时弱化了吸收汇的作用。保护性耕作对温室效应的影响来自两方面,一方面是免耕减少了农田CO2排放,对CH4和N2O排放的影响不明确;另一方面是秸秆还田以后部分秸秆C以气体形式释放进入大气,增加了农田CO2、CH4排放,但秸秆还田相对其他用途提高了土壤固碳潜力,减少了总的温室气体排放量。通过耕作与秸秆管理对温室气体排放资料的整理分析,指明保护性耕作是一种有利于减少温室效应的农田管理措施,为保护性耕作的温室效应研究提供借鉴。     

施肥对板栗林土壤活性碳库和温室气体排放的影响

在浙江省临安市典型板栗林试验地,利用静态箱-气相色谱法测定了不同施肥条件下板栗林土壤CO2和N2O排放速率,同时测定了土壤水溶性有机碳（WSOC）和微生物量碳（MBC）含量。初步探讨了施肥对板栗林土壤活性碳库与温室气体排放速率的影响,以及土壤温室气体排放速率与活性碳库之间的关系。本试验设置不施肥（CK）、 无机肥（IF）、 有机肥 （OF）和有机无机混合肥（OIF,1/2无机肥和1/2有机肥）4个施肥处理。结果表明, 施肥1个月后,与不施肥（CK）处理相比,无机肥（IF）、 有机肥（OF）和有机无机混合肥（OIF）处理下土壤CO2排放速率分别增加了87%、 38%和61%, N2O排放速率分别增加了101%、 67%和95%; 而施肥6个月后,与CK处理相比,IF、 OF和OIF处理下土壤CO2 排放速率分别增加了51%、 43%和64%,N2O排放速率分别增加了21%、 29%和47%。同时,施肥显著增加板栗林土壤WSOC和MBC含量（P＜0.05）。此外,土壤CO2和N2O排放速率与WSOC含量均呈显著正相关（P0.05）,而与MBC含量没有显著的相关性。因此,施肥引起板栗林地土壤WSOC含量增加可能是导致板栗林地土壤温室气体排放增加的重要原因之一。     

生产建设项目水土保持综合评价

生产建设项目水土保持综合评价是不同项目分类治理的依据。采用层次分析法,以生产建设项目水土保持最主要的水土流失状况、水土保持防治效果、水土流失危害3个方面为基础,构建了水土保持评价模型,并对不同类型生产建设项目水土保持效益进行了分析。结果表明,点状生产建设项目水土保持效益要大于线状项目,点状项目水土保持效益波动性比线状项目要小;点状生产建设项目中房地产类项目水土保持效益最大,其次为电厂项目,最后为矿场项目,水土保持效益波动性从大到小顺序依次为电厂项目、矿场项目、房地产项目。     

秸秆还田对免耕稻田温室气体排放及土壤有机碳固定的影响

秸秆还田影响免耕稻田土壤固碳潜力,相应地改变了温室气体的排放,从而影响秸秆还田后稻田土壤固碳减排对减缓全球变暖的贡献。通过研究不同油菜秸秆还田量（0、3000、4000kg·hm-2和6000kg·hm-2）对免耕稻田温室气体（CO2、CH4和N2O）排放和土壤碳固定的影响,评估秸秆还田后温室气体增排的综合增温潜势对稻田固碳减缓全球变暖的贡献的抵消作用。结果表明,秸秆还田显著提高CO2和N2O排放,降低CH4排放,显著提高土壤有机碳含量,有效地提高土壤碳固定,从而有效地提高稻田土壤碳固定对温室气体增排的温室效应抵消作用。随着秸秆还田量的增加,稻田土壤固碳减缓全球变暖的贡献相应增加,因此必须考虑免耕稻田秸秆还田量的问题,以有效发挥免耕稻田秸秆还田的固碳潜力和降低温室气体的排放。     

Above and Below Ground Measurements of Greenhouse Gases from Swine Effluent Amended Soil

Abstract

As a means of economic disposal and to reduce need for chemical fertilizer, waste generated from swine production is often applied to agricultural land. However, there remain many environmental concerns about this practice. Two such concerns, contribution to the greenhouse effect and stratospheric ozone depletion by gases emitted from waste‐amended soils, have not been thoroughly investigated. An intact core study at Auburn University (32 36′N, 85 36′W) was conducted to determine the source‐sink relationship of three greenhouse gases in three Alabama soils (Black Belt, Coastal Plain, and Appalachian Plateau regions) amended with swine waste effluent. Soil cores were arranged in a completely random design, and treatments used for each soil type consisted of a control, a swine effluent amendment (112 kg N ha^?1), and an ammonium nitrate (NH₄NO₃) fertilizer amendment (112 kg N ha^?1). During a 2‐year period, a closed‐chamber technique was used to determine rates of emission of nitrous oxide (N₂O)–nitrogen (N), carbon dioxide (CO₂)–carbon (C), and methane (CH₄)–C from the soil surface. Gas probes inserted into the soil cores were used to determine concentrations of N₂O‐N and CO₂‐C from depths of 5, 15, and 25 cm. Soil water was collected from each depth using microlysimeters at the time of gas collection to determine soil‐solution N status. Application of swine effluent had an immediate effect on emissions of N₂O‐N, CO₂‐C, and CH₄‐C from all soil textures. However, greatest cumulative emissions and highest peak rates of emission of all three trace gases, directly following effluent applications, were most commonly observed from sandier textured Coastal Plain and Appalachian Plateau soils, as compared to heavier textured Black Belt soil. When considering greenhouse gas emission potential, soil type should be a determining factor for selection of swine effluent waste disposal sites in Alabama.     

三峡库区低碳农业发展模式与减排对策

在对三峡库区自然环境及生态农业发展存在问题分析的基础上,运用类比方法估算了三峡库区农业系统温室气体的排放量,结果显示2008年三峡库区耕地CO2,CH4,N2O的排放量分别为10,7,0.5万t/a。在此基础上进一步提出了山地综合立体开发模式、立体生态渔业养殖模式、水土流失综合防治模式、特色循环生态农业复合模式4种低碳农业发展模式及相应的减排对策。     

不同水分管理对水稻生长与氮素利用的影响

应用土柱模拟法和15N示踪技术研究了长期淹水和严重渗漏条件下水稻的生长和氮肥的吸收与转化。结果表明，两种水分条件下，水稻根系生长量和地上部干物质积累量明显不同。水稻在淹水条件下因根系生长受阻，氮积累在拔节后明显变缓；而渗漏条件下水稻对氮的吸收在孕穗期仍保持较高水平。前者对肥料氮的利用率较后者显著地低，且土壤矿化氮在所吸收的氮中的贡献率也相对较高。这与水稻在两种水分管理条件下的生长状况和氮在两种情形下的转化特点密切相关。本试验条件下，水稻于拔节后对土壤矿化氮的吸收数量明显增加，似有脱肥现象，因此，应提倡追施孕穗肥。