农田土壤N2O和NO排放的影响因素及其作用机制

农田土壤作为N2O和NO的重要排放源而备受关注。硝化和反硝化是土壤N2O和NO产生的两个主要微生物过程,环境因子和农田管理措施等因素强烈影响着这两个过程以及N2O和NO的排放。本文重点论述了土壤水热状况、土壤质地、pH、肥料施用、耕作措施变更等关键性影响因素对农田土壤N2O和NO排放的影响及其影响机制。     

施肥对稻田N2O排放的影响

肥料施用是影响稻田N20排放的重要因素之一。以国内外相关文献为基础,综述了肥料的种类、施用量、施用方式和施用时间对稻田N2O排放的影响,指出了有待研究的内容：加强对土壤N2O排放机理的研究;进一步研究肥料施用对稻田N2O排放的影响;进一步研究施肥管理措施对稻田温室气体（CH4和N2O）排放的交互影响,寻求科学合理、切实可行的减排措施。     

节水灌溉对稻田N2O季节排放特征的影响

为了揭示节水灌溉对技术对稻田N2O排放的影响,采用静态暗箱-气相色谱法对稻田N2O排放进行了田间原位观测,分析了节水灌溉对稻田N2O季节排放特征的影响。结果表明,水稻全生育期节水灌溉稻田N2O平均排放通量为41.84 μg/(m2 ?h),较淹水灌溉稻田N2O平均排放通量增加了33.3%;节水灌溉稻田N2O排放总量为119.86 mg/m2,比淹水灌溉稻田显著增加了17.8%;节水灌溉稻田N2O排放通量呈现明显的季节变化规律,有两次较大的排放峰值,峰值主要出现在施肥后1周左右;节水灌溉稻田土壤的每次脱水过程均不同程度地加剧了N2O排放,复水后N2O排放通量有增有减但变幅不大,而淹水灌溉稻田在黄熟期落干阶段N2O排放出现反弹。由此可见,不同灌溉模式下的稻田土壤水分状况决定了N2O季节排放的差异,与淹水灌溉相比,控制灌溉显著增加了稻田N2O季节排放量。     

农田土壤硝化反硝化作用及其对生物炭添加响应的研究进展

氧化亚氮（N2O）是重要的温室气体之一,还会破坏大气臭氧层,影响全球气候变化。农田土壤是N2O最主要的排放源,由微生物主导的硝化和反硝化作用是其最主要的排放途径,因此,土壤的硝化和反硝化作用备受关注。在综合国内外相关研究的基础上,就区分硝化和反硝化作用对N2O排放贡献的研究方法、土壤N2O产生途径及其影响因素以及施用生物炭对N2O排放的影响机理进行归纳总结。结果表明：硝化和反硝化作用对生物炭的响应不同,在N2O减排效应上也存在很大的不确定性,其内在机理尚不明确。在此基础上,提出区分硝化和反硝化作用对N2O排放贡献的最佳研究方法,并就农田土壤硝化反硝化作用的影响因素以及对生物炭的响应机制进行研究展望。     

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。     

农田土壤N2O排放和减排措施的研究进展

氧化亚氮(N2O)是一种受人类活动影响的重要温室气体。农业土壤是其主要的排放源之一,土壤中硝化和反硝化作用是N2O产生的主要过程。N2O的排放受多种因素的影响,农业活动尤其是施用化学氮肥是农田N2O排放量增加的主要因素。提高氮肥利用率,使用硝化抑制剂等措施将有助于减少N2O的排放量,更有效的减排措施还有待进一步的研究与应用。     

水分管理影响稻田氧化亚氮排放研究进展

稻田作为大气中N2O的重要来源而倍受关注.硝化反硝化是土壤中N2O生成的两个主要的微生物过程,水分管理是影响稻田土壤N2O产生排放的重要因素之一.本文综述了水稻生长期和非水稻生长期水分管理对N2O排放的季节变化、N2O产生和排放途径、N2O-N排放系数以及与N2O产生排放过程相关的土壤N素形态、浓度和土壤酶活性的影响,并提出了有待研究的问题.     

水氮互作对稻田温室气体排放的影响

水肥管理对农田土壤肥力质量和环境质量有重要影响。依托安徽科技学院长期定位试验小区,通过设置两种灌溉模式（控制灌溉C1和常规灌溉C2）以及三个施氮水平(低氮N1、中氮N2和高氮N3),研究水氮互作对稻田温室气体CH4、N2O和CO2排放及土壤理化性质的影响。结果表明,与常规灌溉相比,控制灌溉可显著降低稻田中的CH4和N2O的累计排放量,降幅分别为43.12%和23.53%;常规灌溉条件下,低、中、高施氮处理的土壤铵态氮含量分别为35.26、38.90和35.20 mg?kg-1,而控制灌溉分别为33.08、34.30和42.40 mg?kg-1;控制灌溉条件下,CO2排放量高于常规灌溉,且随施氮水平的提高而增加。根据总体温室效应分析,控制灌溉下稻田的全球增温潜势（global warming potential,GWP）为0.55 t?hm-2（以CO2当量计）,远低于常规灌溉下稻田0.82 t?hm-2,且中氮处理下稻田的GWP远低于低氮和高氮处理。水氮耦合是稻田N2O排放的主要影响因素,且在中、高氮施肥条件下,稻田N2O排放对于温室效应的贡献大于CH4。因此,采用控制灌溉结合氮肥减量施用,可有效减少农田温室气体CH4和N2O的排放,维持较高的土壤铵态氮水平,这对提高土壤肥力质量和发展可持续农业具有重要意义。     

适宜节水灌溉模式抑制寒地稻田N_2O排放增加水稻产量

2014年在大田试验条件下,设置控制灌溉、间歇灌溉、浅湿灌溉及淹灌4种水分管理模式,采用静态暗箱-气相色谱法田间观测寒地水稻生长季N2O排放特征,研究不同灌溉模式对寒地稻田N2O排放的影响及N2O排放对土壤环境要素的响应,同时测定水稻产量,以期为寒地稻田N2O排放特征研究提供对策。结果表明:不同灌溉模式下N2O排放的高峰均出现在水分交替频繁阶段,水稻生育阶段前期,各处理N2O排放都处于较低水平,泡田期几乎无N2O排放。与淹灌相比,间歇灌溉使N2O排放总量增加47.3%,控制灌溉和浅湿灌溉使N2O排放总量减少40.7%和39.6%。寒地稻田N2O排放通量与土壤硝态氮含量关系密切,与土壤10 cm温度显著相关(P0.05)。水稻生长期间各处理N2O排放顺序间歇灌溉淹灌,二者均显著高于浅湿灌溉和控制灌溉(P0.05)。各处理水稻产量以浅湿灌溉最低、其他方式差异不显著。可见,间歇灌溉有助于提高水稻产量,但会促进稻田N2O的排放。在综合考虑水稻产量及稻田温室效应的需求下,控制灌溉为最佳灌溉方式,应予以高度重视。该研究可为黑龙江寒地稻作区选择节水减排模式提供科学支撑。     

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。     

农田土壤N_2O排放研究进展

农田土壤的N2O排放主要是在微生物的作用下通过硝化和反硝化作用产生的。土壤中多变的理化性质影响各种微生物的生长,因而硝化和反硝化过程中产生N2O的途径也不同,尤其以硝化过程的研究进展最快。影响N2O的生成和排放有:土壤含水量、温度、O2以及土壤结构和质地等物理因素,pH和氮肥等其它因素。本文详细地阐述旱地和水田土壤中这些影响因子与N2O的作用机理的差异,及农田土壤中的N2O排放估计的方法。区分硝化和反硝化作用中生成N2O的贡献可用15N标记法和不同浓度的乙炔抑制法。     

由电子废物处理和回收引起的土壤污染: 特别关注中国

This short review deals with soils as an important source of the greenhouse gas N2O. The production and consumption of N2O in soils mainly involve biotic processes: the anaerobic process of denitrification and the aerobic process of nitrification. The factors that significantly influence agricultural N2O emissions mainly concern the agricultural practices (N application rate, crop type, fertilizer type) and soil conditions (soil moisture, soil organic C content, soil pH and texture). Large variability of N2O fluxes is known to occur both at different spatial and temporal scales. Currently new techniques could help to improve the capture of the spatial variability. Continuous measurement systems with automatic chambers could also help to capture temporal variability and consequently to improve quantification of N2O emissions by soils. Some attempts for mitigating soil N2O emissions, either by modifying agricultural practices or by managing soil microbial functioning taking into account the origin of the soil N2O emission variability, are reviewed.     

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。     

农业土壤中的氧化亚氮排放: 为减排综述时空变化

This short review deals with soils as an important source of the greenhouse gas N2O. The production and consumption of N2O in soils mainly involve biotic processes: the anaerobic process of denitrification and the aerobic process of nitrification. The factors that significantly influence agricultural N2O emissions mainly concern the agricultural practices (N application rate, crop type, fertilizer type) and soil conditions (soil moisture, soil organic C content, soil pH and texture). Large variability of N2O fluxes is known to occur both at different spatial and temporal scales. Currently new techniques could help to improve the capture of the spatial variability. Continuous measurement systems with automatic chambers could also help to capture temporal variability and consequently to improve quantification of N2O emissions by soils. Some attempts for mitigating soil N2O emissions, either by modifying agricultural practices or by managing soil microbial functioning taking into account the origin of the soil N2O emission variability, are reviewed.     

有机肥与无机肥配施对菜地土壤N2O排放及其来源的影响

该研究采用同位素自然丰度法,通过室内培养试验研究北京地区菜地有机肥和无机肥配施对土壤释放N2O及同位素位嗜值SP（site preference）的影响,以期获得不同肥料及其配比下土壤N2O的来源及变化规律。结果表明：施用无机肥释放的N2O显著高于有机肥,其累积排放量是有机肥的6.63倍,且无机肥施用比例越高,排放量越大;各肥料组合在施用后7天内均以反硝化作用生成N2O为主,贡献最高达到78.89%,SP为6.97‰,之后硝化作用逐渐增强并成为主要途径,最高占比达76.48%,SP为25.24‰;培养期内施用无机肥可以促进反硝化作用,平均占比52.98%,SP为15.52‰,而有机肥会使硝化作用增强,平均占比71.35%,SP为23.55‰。因此,在北京潮褐土地区菜地土壤施用有机肥对N2O有良好的减排效果,可为蔬菜生产中肥料的合理应用提供科学依据。     

Conversion of forest to agricultural land affects the relative contribution of bacteria and fungi to nitrification in humid subtropical soils

Land-use and management practices can affect soil nitrification. However, nitrifying microorganisms responsible for specific nitrification process under different land-use soils remains unknown. Thus, we investigated the relative contribution of bacteria and fungi to specific soil nitrification in different land-use soils (coniferous forest, upland fields planted with corn and rice paddy) in humid subtropical region in China. ¹⁵N dilution technique in combination with selective biomass inhibitors and C₂H₂ inhibition method were used to estimate the relative contribution of bacteria and fungi to heterotrophic nitrification and autotrophic nitrification in the different land-use soils in humid subtropical region. The results showed that autotrophic nitrification was the predominant nitrification process in the two agricultural soils (upland and paddy), while the nitrate production was mainly from heterotrophic nitrification in the acid forest soil. In the upland soils, streptomycin reduced autotrophic nitrification by 94%, whereas cycloheximide had no effect on autotrophic nitrification, indicating that autotrophic nitrification was mainly driven by bacteria. However, the opposite was true in another agricultural soil (paddy), indicating that fungi contributed to the oxidation of NH₄⁺ to NO₃^?. In the acid forest soil, cycloheximide, but not streptomycin, inhibited heterotrophic nitrification, demonstrating that fungi controlled the heterotrophic nitrification. The conversion of forest to agricultural soils resulted in a shift from fungi-dominated heterotrophic nitrification to bacteria- or fungi-dominated autotrophic nitrification. Our results suggest that land-use and management practices, such as the application of N fertilizer and lime, the long-term waterflooding during rice growth, straw return after harvest, and cultivation could markedly influence the relative contribution of bacteria and fungi to specific soil nitrification processes.     

水分状况对水田土壤N2O排放的影响

通过室内培养试验,研究了不同水分含量下水稻土的Ｎ２Ｏ排放,结果表明,在水分含量相当于田间持水量时,土壤具有最大的Ｎ２Ｏ排放速率,当水分含量在田间持水量之上时,反硝化作用是Ｎ２Ｏ的主要来源。水分含量在田间持水量之下时,尽管硝倾作用强烈,但Ｎ２Ｏ排放量较小。通过温室盆栽试验研究了不同水分管理措施下,水稻土Ｎ２Ｏ和ＣＨ４的排放,同常规水分管理方式相比,长期淹水显著增加ＣＨ４的排放而减少了Ｎ２Ｏ的排放。相反,湿润灌溉的处理在整个水稻生长期内没有明显的ＣＨ４排放,但其Ｎ２Ｏ排放对水分状况敏感,出现数次峰值,从而总排放量远高于其它两处理。     

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。     

农田土壤N2O排放的关键过程及影响因素

一氧化二氮 (N₂O) 作为重要的温室气体之一,在全球气候变化研究中引人关注。随着氮肥使用量的增加,农田土壤N₂O排放已经成为全球关注和研究的热点。人们普遍认为土壤硝化、反硝化过程是N₂O产生的两个主导途径,而诸如施肥、灌水等农田管理措施以及土壤pH、温度等环境因子均会影响农田土壤N₂O产生和排放。本文系统论述了土壤N₂O产生的各主要途径,并综述了氮源、碳源、水分含量、氧气含量、土壤pH和温度以及其他调控因子对N₂O排放的影响,旨在阐明各过程对N₂O排放的产生机制及主要环境因子的影响,以期为后续研究提供参考和理论依据。农田土壤硝化过程本身对N₂O排放的直接贡献较小,N₂O产生的主要来源是包含硝化细菌的反硝化、硝化–反硝化耦合作用在内的生物反硝化过程。真菌反硝化和化学反硝化在酸性土壤以及硝酸异化还原成铵过程在高有机质和厌氧土壤环境中对N₂O排放具有重要作用。未来研究可从农田土壤N₂O的产生和消耗机制、降低N₂O/N₂产物比、N₂O的还原过程及相关影响因素进行深入研究。此外,利用新技术方法,探究土壤物理、化学和生物学因素对氮素转化过程的影响,重点关注N₂O峰值排放及相关联微生物的响应,并构建土壤氮素平衡和N₂O排放模型,可进一步加深对农田土壤N₂O排放机制和影响因素的理解。