冬季秸秆还田和土地管理对水稻生长期CH4排放的影响

利用田间试验研究了冬季3种土地管理方式下（种麦、休闲和淹水）秸秆施用（4800kg·hm^-2和0）对后续稻季CH。排放的影响。结果表明,休闲混施和休闲不施处理CH4平均排放通量显著高于种麦混施和种麦不施处理（P〈0．05）,但显著低于淹水混施和淹水不施处理（P〈0．05）;淹水混施处理CH4平均排放通量显著高于淹水不施处理（P〈0．05）,而休闲混施和休闲不施处理、种麦混施和种麦不施处理间无显著差异（P〉0．05）。水稻生长期CH4排放通量与5、10cm处土温呈极显著正相关（P〈0．01）,而与土壤肌无显著相关性（p〉0．05）。改冬季淹水和休闲稻田为种植小麦或在水稻移栽前对休闲稻田实施除草措施能显著减少稻田CH4排放量,是一种既增加农作物产量又能达到减少温室气体CH4排放的农业措施,具有很大的应用推广价值。     

麦季稻秆施用对后续稻季CH_4产生氧化及排放的影响

通过室内培养和田间试验研究了2007年麦季稻秆施用对2008年稻季CH4产生潜力、氧化潜力和排放通量的影响。结果表明,水稻生长前期,稻秆还田处理的CH4氧化潜力仅在水稻移栽后19 d时表现为显著高于稻秆不还田处理,而两处理的CH4产生潜力与排放通量均无显著差异;水稻生长中期,两处理的CH4氧化潜力无显著差异,稻秆还田处理的CH4产生潜力及排放通量均显著高于稻秆不还田处理,其中稻秆还田处理的CH4产生潜力是稻秆不还田处理的2~4倍;水稻生长后期,两处理的CH4产生潜力、氧化潜力和排放通量均无显著差异。CH4排放主要发生在水稻生长中期。水稻全生育期内,稻秆还田处理的CH4排放总量为稻秆不还田处理的1.4倍。     

秸秆条带状覆盖对稻田CH_4和N_2O排放的影响

采用3种秸秆还田方式(对照、秸秆均匀混施和秸秆条带状覆盖)进行田间试验,观测稻田CH4和N2O的排放通量,以探讨秸秆条带状覆盖对稻田CH4和N2O排放的影响。结果表明:秸秆条带状覆盖的CH4排放量是对照的2.7倍,二者的N2O排放量无明显差异;秸秆条带状覆盖的稻田CH4排放量较秸秆均匀混施减少32%,其N2O排放量是后者的5.1倍;稻田排放CH4和N2O的全球增温潜势(GWP)为:秸秆均匀混施秸秆条带状覆盖对照,且差异显著;秸秆条带状覆盖的水稻产量分别较对照和秸秆均匀混施增加27%和17%。秸秆条带状覆盖是值得推荐的稻季秸秆还田方式。     

杭州湾滨海湿地CH4排放通量的研究

2013年4—9月,利用静态明箱–气相色谱法对杭州湾裸滩湿地、海三棱藨草湿地、芦苇湿地和互花米草湿地CH4排放通量进行了原位观测,并利用室内厌氧培养法测定了0~30 cm深度的土壤CH4产生潜力。结果表明:整体而言,裸滩湿地表现为CH4的吸收源,CH4排放通量春季高、夏季低;海三棱藨草湿地、芦苇湿地和互花米草湿地表现为CH4的排放源,CH4排放通量均呈现夏季高、春秋季低的季节变化。平均CH4排放通量表现为:互花米草湿地(1.589 mg/(m2·h))芦苇湿地(0.722 mg/(m2·h))海三棱藨草湿地(0.218 mg/(m2·h))裸滩湿地(–0.068 mg/(m2·h)),互花米草湿地各月CH4排放通量均显著高于其他湿地。0~30 cm深度平均土壤CH4产生潜力表现为:互花米草湿地(0.050μg/(g·d)芦苇湿地(0.042μg/(g·d))裸滩湿地(0.030μg/(g·d)海三棱藨草湿地(0.027μg/(g·d)),互花米草湿地各土层CH4产生潜力显著高于其他湿地(除0~5 cm外)。裸滩湿地土壤CH4产生潜力没有明显的空间垂直变化趋势,CH4产生潜力最大值、最小值分别出现在10~20 cm和5~10 cm土层。其他3类湿地0~5 cm土层的CH4产生潜力最大,土壤CH4产生潜力整体上随着土壤深度的增加而减小;海三棱藨草湿地和芦苇湿地5~10 cm土层的CH4产生潜力最小,互花米草湿地20~30 cm土层的CH4产生潜力最小。土壤p H、有机碳和全氮含量对CH4排放通量有显著的影响。     

冬季淹水稻田CH4排放通量及其δ13C的时间变化特征

通过田间试验研究了持续淹水稻田冬季休闲期和水稻生长期CH4排放通量及其稳定性碳同位组成的时间变化。结果表明:CH4排放在冬季休闲期从4月份呈逐渐上升趋势,至6月份出现排放峰,为CH46.4 mg m-2h-1;水稻移栽后则迅速增加,于7月和8月出现两个排放峰,分别为CH423.1 mg m-2h-1和CH429.8 mg m-2h-1,此后急剧下降,末期稻田排水落干期间出现一个排放峰。冬季休闲期CH4排放总量为CH43.3 g m-2,占全年排放总量的8.9%。稻田排放的δ13CH4在冬季休闲期后期逐渐从-51‰上升至-44‰,然后下降至-56‰。水稻移栽后,δ13C值从-62‰迅速降至-68‰,然后慢慢上升至-60‰,并在较长一段时间内保持不变,后期再次富集13C。末期排水落干对排放δ13CH4影响显著。排放δ13CH4在水稻生长期较冬季休闲期低得多,原因在于冬季休闲期的CH4氧化率很高(60%～90%),而水稻生长期的CH4氧化率相对较低(10%～80%)。全观测期内,CH4排放通量的季节变化均与土壤温度显著正相关(p<0.01),与土壤Eh显著负相关(p<0.01),与δ13CH4呈显著负相关(p<0.05)。     

尿素施用对稻田土壤甲烷产生、氧化及排放的影响

通过田间和培养试验研究了不施尿素(N0kg/hm2)和施用尿素(N300kg/hm2)对水稻生长期稻田土壤CH4产生潜力、氧化潜力和排放通量的影响。结果表明,水稻全生育期内,施用尿素降低土壤CH4产生潜力,并推迟其达到最大值的时间;尿素作为基肥和穗肥施用抑制土壤CH4氧化,而作为分蘖肥施用短暂地促进然后抑制土壤CH4氧化;施用尿素降低稻田CH4排放量。施用尿素通过同时影响CH4产生潜力和氧化潜力来影响稻田CH4排放。     

不同水分管理模式下氮肥和秸秆配施对稻田CH4排放的影响

以东北潮棕壤为供试土壤,通过室外水稻盆栽试验,研究不同水分管理模式下氮肥和秸秆配施对稻田CH4排放的影响。在长期淹水(CF)和干湿交替(AWD)两种水分管理模式的基础上,设置无氮肥对照(CK)、单施秸秆(S)、单施尿素(U)、尿素+秸秆(US)4个处理,对水稻整个生长季CH4排放进行监测,并测定不同生育期间土壤微生物量碳(MBC)含量以及收获后水稻产量。结果显示:AWD模式下CH4累积排放量低于CF模式;两种水分模式下CK与U处理CH4累积排放无显著差异,添加秸秆处理(S,US)CH4累积排放量显著增加。CF模式下US处理CH4累积排放量显著高于S处理,但在AWD模式下正好相反。AWD模式在降低CH4排放的同时并未显著降低水稻产量,尿素的施用显著增加了水稻产量,秸秆还田虽然对水稻产量无显著影响,但它显著提高了土壤微生物量碳含量,有助于培肥地力。与CF模式相比,AWD模式显著降低了CH4排放,同时,US处理施在降低CH4排放和保证水稻产量的同时,增加土壤MBC含量,有助于培肥地力。因此,AWD模式是东北潮棕壤发育的水田中较为优异的水分管理模式,U和US处理是较为优异的施肥措施。     

FACE对水稻土产甲烷菌和甲烷氧化菌种群及其活性的影响

利用江都市小记镇的稻-麦轮作FACE平台,采用最大可能(MPN)法,在2005年水稻生长季研究了不同施肥(常规N量和低N量)、不同秸秆还田(秸秆全还田和秸秆不还田)处理土壤中的产甲烷菌和甲烷氧化菌数量在大气CO2浓度升高(FACE)条件下随时间的变化情况,并且借助气相色谱测定了土壤的产甲烷潜力和甲烷氧化潜力。结果表明:在秸秆全还田情况下,FACE对于产甲烷菌在分蘖期具有促进作用,而在抽穗期与收获期具有抑制作用,这种作用在低N条件下达到显著性(P<0.05)水平。而秸秆不还田情况下,FACE对产甲烷菌无明显促进作用;在低量N的施用情况下,FACE对于土壤甲烷氧化菌的活性具有刺激作用,在水稻抽穗期土壤甲烷氧化菌数量明显地高于对照,达到显著性水平(P<0.05);而常规施N量秸秆全还田的情况下,在水稻的分蘖期、拔节期和收获期FACE土壤中的甲烷氧化菌数量却受到一定程度的抑制。土壤的产甲烷潜力测定结果表明,FACE能促进土壤的CH4释放,尤其是在常规N量施用条件下。当底物(加入外源CH4)充足时,FACE条件下能使土壤具有较高的氧化CH4的能力,其CH4氧化潜力明显大于对照土壤,并且这种作用在常规N肥施用条件下尤为明显,达极显著性水平(P<0.01)。     

紫云英与化学氮肥配施对双季稻田CH4与N2O排放的影响

【目的】 冬季种植紫云英翻压还田对促进稻田养分循环和提高氮素利用效率具有重要意义,本文重点研究了紫云英还田与氮肥配施对稻田温室气体排放的影响。 【方法】 盆栽试验条件下,设置紫云英与氮肥配施6个处理:不施肥 (CK);单施尿素 (CF);单施紫云英 (MV);1/4紫云英+3/4尿素 (1/4 MV+3/4 CF);1/2紫云英+1/2尿素 (1/2 MV+1/2 CF) 和3/4紫云英+1/4尿素 (3/4 MV+1/4 CF),除CK外,所有处理的施氮 (N) 量均为111.4 mg/kg干土。采用静态暗箱–气相色谱法,监测双季稻季节内稻田CH₄和N₂O排放特征及其全球增温潜势 (GWP) 与单位粮食产量温室气体排放强度 (GHGI)。 【结果】 1) 不同处理稻季CH₄排放规律基本一致,早稻和晚稻生长季各处理CH₄排放均集中在分蘖期与抽穗期,其中早稻季CH₄没有明显的排放峰,其最大值为5.69 mg/(m2·h);晚稻季有两个较为明显的排放峰,出现在水稻移栽初期以及晒田期,最大峰值分别为13.33 mg/(m2·h) 和8.83 mg/(m2·h);稻田CH₄累积排放量随紫云英施用比例的增加而增加。2) 不同施肥处理下N₂O排放通量有较为明显的季节变化规律。早稻季N₂O最大峰值出现在播后第3天,为1092.2 μg/(m2·h);晚稻季N₂O排放主要集中在分蘖期和后期干湿交替阶段,最大峰值为795.7 μg/(m2·h);N₂O累积排放量随紫云英施用比例的增加而减小,且MV的N₂O累积排放量为负值。3) CF处理双季稻产量最高,显著高于CK、1/4 MV+3/4 CF和MV;1/2 MV+1/2 CF处理双季稻产量显著高于CK和1/4 MV+3/4 CF;各处理对稻田GWP及GHGI的影响均不显著。 【结论】 通过不同配比紫云英与氮肥配施盆栽试验发现,与CF相比,紫云英与氮肥不同配比对于稻田GWP及GHGI并无显著影响。      

水分管理对水稻生长期CH4排放的影响

通过温室盆栽试验研究相同施肥条件下,不同水分管理(持续淹水,分蘖肥后提前烤田、正常烤田和推迟烤田)对水稻生长期CH4排放的影响。结果表明,对烤田处理而言,CH4的排放峰值出现在烤田期间,在此期间CH4排放量占季节排放量的38.75%～52.21%。烤田初期出现排放高峰,然后急剧下降,烤田结束前接近于零;水稻生长后期干湿交替阶段只有少量CH4排放。提前烤田、正常烤田和推迟烤田3个处理水稻生长期CH4平均排放通量依次为0.86、0.96、1.45mg/(m2·h),烤田开始越晚,CH4排放越多。土壤Eh是影响不同烤田处理水稻生长期CH4排放的主要因素。持续淹水处理水稻移栽30天后的CH4排放通量与土壤温度呈显著性相关(r=0.682**,p<0.01)。持续淹水处理CH4排放通量是烤田处理的12～20倍。     

秸秆施用对稻田CH4排放、溶解浓度及13C变化特征的影响

CH4 emission and the concentration of dissolved CH4 in soil solution and floodwater in a rice field and their stable carbon isotopic signatures as affected by straw application were investigated in 2009 in a field experiment at Jurong, Jiangsu Province, China. Straw application increased CH4 emission and CH4 concentration in the soil solution and floodwater. A positive seasonal correlation was also observed in the variation between CH4 flux and CH4 concentration in soil solution. The seasonal total CH4 emission (51.6 g CH4 m-2) in Treatment WS (straw applied) was about 168% higher than that in Treatment CK (without straw). The emitted CH4 and CH4 in soil solution were initially relatively enriched, then depleted and finally enriched again in 13C in both treatments, while CH4 in floodwater became isotopically heavier. The carbon isotopic signature of emitted CH4 and CH4 in floodwater averaged around -62‰ and -45‰ for both treatments, respectively, and was not significantly influenced by the application of straw. However, straw application caused the CH4 in soil solution to be significantly depleted in 13C during the middle of the rice season, and the mean δ13C value was lower in WS (-57.4‰) than in CK (-49.9‰). Calculation from the isotopic data showed that straw application increased the fraction of CH4 oxidized, causing no significant difference in the δ13C value of the emitted CH4 between the two treatments.     

稻田甲烷传输的研究进展

稻田生态系统中CH4 排放是由土壤中CH4 产生、氧化和向大气传输这3个过程相互作用的结果,CH4传输主要通过液相扩散、冒气泡和植株传输3种方式。这3种途径的相对强弱取决于水稻植株通气组织的完善与否以及水稻品种、种植密度和温度的季节变化等。但大量研究表明,稻田土壤中产生的CH4 绝大部分通过植株通气组织排放到大气中。在应用稳定性碳同位素方法研究水稻植株向大气传输CH4的过程时发现,在传输过程也会发生同位素分馏,据现有文献报道,CH4传输的同位素分馏系数 e传输 有两种计算方法,获得的结果也比较接近,为 -18‰ ~ -9‰。但研究方法还存在一些缺陷,可能对结果的准确性产生影响。此外有关稻田CH4传输在模型的建立方面还比较缺乏。     

Effects of rice‐straw and phosphorus application on production and emission of methane from tropical rice soil

Rice‐straw amendment increased methane production by 3‐fold over that of unamended control. Application of P as single superphosphate at 100 μg (g soil)^–1 inhibited methane (CH₄) production distinctly in flooded alluvial rice soil, in the absence more than in the presence of rice straw. CH₄ emission from rice plants (cv. IR72) from alluvial soil treated with single superphosphate as basal application, in the presence and absence of rice straw, and held under non‐flooded and flooded conditions showed distinct variations. CH₄ emission from non‐flooded soil amended with rice straw was high and almost similar to that of flooded soil without rice‐straw amendment. The cumulative CH₄ efflux was highest (1041 mg pot^–1) in rice‐straw‐amended flooded soil. Appreciable methanogenic reactions in rice‐straw‐amended soils were evident under both flooded and non‐flooded conditions. Rice‐straw application substantially altered the balance between total aerobic and anaerobic microorganisms even in non‐flooded soil. The mitigating effects of single‐superphosphate application or low‐moisture regime on CH₄ production and emission were almost nullified due to enhanced activities of methanogenic archaea in the presence of rice straw.     

太湖地区不同集约化栽培模式下稻田CH4排放

采用静态暗箱—气相色谱法对太湖地区水稻生态系统甲烷(CH4)排放进行田间原位观测,共设置无氮(NN)、常规(FP)、增产增效(YE)(增产10%～15%,氮肥利用率(NUE)提高20%～30%)、再增产(HY)(增产30%～40%)、再增效(HE)(NUE提高30%～50%)和保产增效(IE)(产量不变,NUE提高20%～30%)六种不同的栽培模式。结果表明,稻田CH4排放具有明显的季节变化,在水稻生长期间先升高后降低,从水稻移栽至抽穗期CH4排放通量占全生育期的93%～98%。不同栽培模式间CH4累积排放量差异显著(p<0.05),HY处理高达258.8 kg hm-2,显著高于未施有机肥各处理;单位稻谷产量CH4排放量差异不显著,平均为CO2 0.60 kg kg-1,提高稻谷产量的模式不会显著影响CH4排放;其中YE处理单位稻谷产量CH4排放量最低,为CO2 0.49 kg kg-1,可以同时实现增产、增效和减排,值得推广。     

不同时期施用生物炭对稻田N_2O和CH_4排放的影响

通过分别在水稻季(R)和小麦季(W)设置对照(RB0-N0、WB0-N0)、单施氮肥(RB0-N1、WB0-N1)、20 t hm-2生物炭与氮配施(RB1-N1、WB1-N1)、40 t hm-2生物炭与氮配施(RB2-N1、WB2-N1)等8个处理,研究稻麦轮作周年系统N2O和CH4排放规律及其引起的综合温室效应(Global warming potential,GWP)和温室气体强度(Greenhouse gas intensity,GHGI)特征。结果表明:稻季配施20 t hm-2生物炭对N2O和CH4的排放、作物产量及GWP和GHGI均都无明显影响;稻季配施40 t hm-2生物炭能显著降低8.6%的CH4的排放和9.3%的GWP,显著增加作物产量17.2%。麦季配施20 t hm-2生物炭虽然对温室气体及GWP影响不明显,但显著增加21.6%的作物产量,从而显著降低21.7%的GHGI;麦季配施40 t hm-2生物炭能显著降低20.9%和11.3%的N2O和CH4排放,显著降低15.7%和23.5%的GWP和GHGI。因此麦季配施生物炭对减少N2O和CH4的排放、增加稻麦轮作产量及降低GWP和GHGI的效果较稻季配施生物炭效果更好。     

Temporal and spatial variability of the CH4 dynamics of landfill cover soils

Landfills are regarded as important sources of the atmospheric methane (CH₄), one of the major greenhouse gases. In this study we investigated the CH₄ dynamics of landfill cover soils in a long‐term field experiment. The CH₄ emission rates were low, mostly ranging from —100 to 100 μmol m^—2 h^—1, with prevailing negative values. Higher values of up to 130,000 μmol m^—2 h^—1, obtained concurrently, were due to mice burrows, connecting the reduced soil sections with the aerated ones. Thus, the appearance of spatial dissimilarity was the most important factor influencing temporal variability. Reducing the soil cover from 120 cm to at least 60 cm caused a tendency of increased CH₄ emission. The oxidation rates were also low and differed with low temporal variability from 1.0—11.9 nmol g^—1 h^—1 in 0—10 cm soil depth and 0—5.3 nmol g^—1 h^—1 in 40—50 cm, respectively. Highest rates were obtained at 25—30 % soil water content. A mapping of CH₄ concentrations over the whole landfill showed a large spatial variation with values of 3.1—343 nmol g^—1. Subsequent CH₄ emission rates were between —0.2 and 120,000 mmol m^—2 d^—1 and showed a positive correlation to the CH₄ concentrations (r = 0.993, P < 0.05). Thus, by a large scale mapping of CH₄ concentrations a low‐cost procedure is proposed to identify the hot spots of CH₄ release which should be treated with additional thick and well aerated cover soil materials.