生物炭对稻田温室气体CH4和N2O排放的影响综述

稻田是大气CH4和N2O的重要排放源,减少稻田CH4和N2O排放对缓解全球气候变暖具有重要意义。生物炭具有含碳量高、难分解、比表面积大、疏松多孔等特性。利用生物炭可改善稻田土壤理化性质及微生物学性质,减少温室气体的排放,提高水稻产量。在现有相关研究的基础上,结合国内外研究进展,回顾了国内外生物炭的研究历史及特性,全面评述了生物炭影响稻田温室气体排放的作用机理,以及对稻田温室气体CH4和N2O排放、综合温室效应(GWP)、温室气体排放强度(GHGI)、净生态系统经济预算(NEEB)的影响等国内外研究进展,提出了未来生物炭在稻田温室气体排放方面的研究方向。     

生物炭对CH_4和N_2O排放的影响综述

稻田是大气CH4和N2O的重要排放源,减少稻田CH4和N2O排放对缓解全球气候变暖具有重要意义。生物炭具有含碳量高、难分解、比表面积大、疏松多孔等特性。利用生物炭可改善稻田土壤理化性质及微生物学性质,减少温室气体的排放,提高水稻产量。在现有相关研究的基础上,结合国内外研究进展,回顾了国内外生物炭的研究历史及特性,全面评述了生物炭影响稻田温室气体排放的作用机理,以及对稻田温室气体CH4和N2O排放、综合温室效应(GWP)、温室气体排放强度(GHGI)、净生态系统经济预算(NEEB)的影响等国内外研究进展,提出了未来生物炭在稻田温室气体排放方面的研究方向。     

秸秆还田对中国农田土壤温室气体排放的影响

为了更好地了解和掌握秸秆还田对中国农田土壤温室气体排放的影响,笔者根据历年国内相关文献,就秸秆还田对中国农田土壤CO2、N2O和CH4等主要温室气体排放的影响进行较全面的综述。研究表明：秸秆还田能增加农田土壤CO2和CH4的排放通量,对N2O排放通量的影响表现为不确定性,分析了秸秆还田对农田土壤温室气体排放的影响因素,探讨了该领域存在的问题及未来的研究方向。秸秆还田对中国农田土壤温室气体排放有一定影响,对各温室气体影响程度和影响机理不同。     

内蒙古典型草原土壤N2、N2O、NO和CO2排放的研究——土柱培养实验

为了进一步了解内蒙古典型草原生长季内主要温室气体氧化亚氮(N2O)、一氧化氮(NO)和二氧化碳(CO2)及反硝化终产物N2的排放。采用氦环境培养-气体同步直接测定法,在不同土壤温度(5℃和20℃)和不同土壤含氧量(10%和20%)条件下,关注不同放牧处理土壤N2、N2O、NO和CO2排放。结果显示:不同放牧处理土壤N2、N2O、NO和CO2排放速率分别为0.3~2.0μgN/(h.kg)、0.02~0.4μgN/(h.kg)、0.08~0.7μgN/(h.kg)和0.01~1.9 mg C/(h.kg),N2排放为N2O的8~17倍。由于较大的空间变异性,并未观测到不同放牧处理对土壤N2、N2O、NO和CO2排放的影响。土壤温度升高和湿度增加能促进N2、N2O、NO和CO2的排放,而土壤O2含量对其排放的影响不显著。     

干旱地区农田生态系统土壤温室气体排放机制

CO2、CH4和N2O是目前几种最主要的温室气体,在对全球气候变暖贡献中,农业作为重要的温室气体排放源对其有不可低估的作用。一般而言,旱地农田生态系统是大气CO2和N2O的排放源,黄土高原等旱地是CH4的吸收汇。CO2排放主要包括植物呼吸作用和土壤呼吸作用;CH4排放包括有机物的还原和氧化吸收两个过程;N2O排放包括硝化作用和反硝化作用两个过程。土壤微生物、土壤水分、土壤温度、土壤质地、施肥等均从不同角度影响着温室气体的释放与吸收。近些年,免耕、秸秆还田、地膜等保护性耕作技术在干旱地区农田生态系统中得到广泛应用。其中免耕可以减少CO2和N2O的排放量,增加土壤对CH4的吸收量;秸秆还田和覆膜对N2O排放的影响结果尚未统一,但秸秆还田促进CO2排 放抑制CH4吸收,而覆膜促进CH4吸收抑制CO2排放。加强且更深入更全面的研究旱地农田生态系统温室气体排放应该作为今后重点研究领域,为全球气候变暖提供更为准确的理论基础。     

保护性耕作对黄土高原旱地春小麦成熟期农田温室气体通量日变化的影响

为了预测农田生态系统中CO2、N2O、CH4的排放对全球气候变暖的响应,及其温度对温室气体排放日变化的影响,利用CO2分析仪、静态箱-气象色谱法,对黄土高原旱区农田生态系统传统耕作(T)和保护性耕作(NTS)措施下春小麦成熟期CO2、N2O、CH4气体通量日变化进行原位观测。结果表明：2种耕作措施下农田土壤均表现为大气CO2、N2O的源和CH4的汇。CO2、N2O、CH4都有明显的日变化特征,传统耕作措施下CO2排放通量明显高于保护性耕作。CO2日排放通量最高峰出现在12:00,最低峰出现在2:00。N2O日排放最高峰出现在16:00,最低峰出现在0:00。保护性耕作措施能增加农田土壤N2O通量的排放。2种耕作措施下CH4吸收通量的最高峰均出现在14:00,保护性耕作措施下CH4吸收通量的最低峰出现在22:00,传统耕作措施则出现在2:00。采取保护性耕作措施能促进农田土壤对CH4通量的吸收。地表温度,5 cm地温与CO2排放通量都有极显著的正相关关系,且都与CO2通呈指数函数关系。N2O与各个耕层的土壤温度都有极显著的正相关关系,且与N2O排放通量呈线性函数关系。2种耕作措施下,CO2通量与地表温度的相关系数最高,N2O与10 cm地温的相关系数最高。CH4与地表温度具有极显著的负相关关系。     

水稻田土壤N2O和CO2排放日变化规律及最佳观测时间的确定

采用静态箱（暗箱）-气相色谱法,对水稻田土壤中温室气体的排放进行了连续观测,以探索水稻田土壤N2O和CO2排放日变化规律,确定最佳观测时间。结果表明：氮肥的施用对N2O和CO2的排放具有显著的促进作用,各处理水稻田土壤N2O排放日变化规律有明显差异,而CO2排放的日变化规律差异不显著。在整个观测时期内（120 h）,对照处理水稻田土壤N2O的排放变化不大,且排放通量较低。施氮处理在施肥前24 h和施肥后24 h N2O的排放通量变化不明显,而在施氮肥后48~96 h内排放通量增大较显著,在96~120 h内,N2O的排放逐渐减少。各处理水稻田土壤CO2排放的日变化规律较相似,在施氮肥前,各处理水稻田土壤CO2排放无显著差异。在施氮肥后24~48 h、48~72 h、72~96 h和96~120 h观测时间段内,自当日15：00至次日9：00,各处理CO2的排放通量均呈现先减小后增大的趋势,且施氮处理CO2的排放通量显著高于对照处理。通过对120 h内水稻土壤N2O和CO2排放通量进行矫正分析,在9：00—11：00进行观测时,CO2和N2O的排放通量与一天的平均值最接近,能够代表一天温室气体排放通量。     

长期施肥下红壤旱地CO2、N2O排放特征

摘 要：基于中国农业科学院红壤实验站长期定位试验,采用静态箱/气相色谱法,研究红壤旱地小麦生长季节不同施肥处理(CK、NP、NPK、NPKM、1.5NPKM)下土壤CO2、N2O排放差异。结果表明,长期不同施肥处理形成不同的土壤肥力以及作物生长的差异是影响土壤呼吸CO2、N2O排放的重要因素,红壤旱地小麦季土壤呼吸CO2、N2O排放具有明显的季节变化特征;在小麦生长季,不同施肥处理之间土壤呼吸CO2、N2O排放通量差异显著,土壤呼吸CO2年累积排放量在8284.02 kg?ha-1～15863.48 kg?ha-1之间,N2O年累积排放量在0.37 kg?ha-1～2.04 kg?ha-1之间。各处理土壤呼吸CO2排放通量的大小变化：1.5NPKM>NPKM>NPK>CK>NP;土壤呼吸N2O平均排放通量大小顺序为1.5NPKM>NPKM>NPK>NP>CK;有机肥的施用显著增加了土壤呼吸CO2和N2O的排放(P<0.05)。土壤呼吸CO2与N2O排放分别与土壤温度和土壤水分显著相关性。     

生物炭对土壤微生物影响的研究进展

生物炭的施用改变了土壤的理化性质，刺激了土壤微生物的活动，从而影响土壤质量和植物生长。通过研究生物炭对土壤微生物的影响，可以更好地理解生物炭与土壤以及植物之间的相互作用具有重要的意义。然而，生物炭对土壤特性的研究比较多，但对土壤微生物的研究比较少。本文主要从以下几个方面进行相关介绍：（1）生物炭施用对土壤理化性质的影响；（2）生物炭施用对土壤微生物生长的影响；（3）生物炭施用对土壤微生物群落多样性的影响；（4）生物炭施用对土壤微生物酶活性、微生物活性和生态功能的影响。主要论述了生物炭对土壤微生物的研究进展，并对其应用前景进行了预测，为中国农田生态系统的建设和发展奠定了基础。     

设施土壤中连续施用生物炭对土壤磷形态及吸附与释放特性的影响

针对设施土壤中长期大量施用有机肥可能造成的土壤磷素过度积累及易流失等问题,本研究拟通过施用生物炭增加土壤中磷的吸附,从而减少磷流失。此外,目前关于在设施土壤中连续施用生物炭对土壤磷素形态和有效性的影响作用尚不清楚。为此,在辣椒大棚中通过长期定位试验,研究连续4茬施用生物炭对土壤有效磷、不同形态磷、磷吸附及释放的影响。结果表明：在每公顷施用15 t猪粪稻草有机肥基础上施用生物炭可显著增加土壤有机碳含量和土壤pH,并显著改变了土壤磷各组分含量,显著增加了NaHCO₃ P_i、NaHCO₃ P_o、Fe/Al-P_i和Ca-P_i含量,且显著降低了Ca-P_o含量。此外,连续4茬施用生物炭还增加了土壤对磷的吸附,从而降低土壤磷的释放。本研究结果说明,在设施土壤中长期大量施用有机肥下结合施用生物炭在保持土壤有效磷供应下可提高土壤磷的吸附,从而降低土壤磷素的流失风险。     

4种典型亚热带森林生态系统生长季地表N2O通量特征

为了探讨森林地表N2O通量特征,在湖南省大山冲森林公园选取4种典型的亚热带森林类型：杉木人工纯林(CL)、马尾松-石栎-南酸枣针阔混交林(PM)、南酸枣-豹皮樟-四川山矾-台湾冬青阔叶混交林(CA)、青冈-石栎-马尾松-南酸枣常绿阔叶林(CG),采用静态暗箱-气相色谱法测定4种森林类型的地表N2O通量,研究亚热带地区典型森林类型土壤N2O通量在生长季的变化特征。结果表明：在生长季除南酸枣-石栎林表现为N2O的汇外[-27.21 μg/(m2?h)],其余3种林分地表通量均表现为N2O的源,平均通量按从大到小的顺序为：马尾松-石栎林[34.61 μg/(m2?h)]>杉木纯林[30.48 μg/(m2?h)]>青冈林-石栎[5.82 μg/(m2?h)];从整个生长季来看,不同坡位马尾松-石栎林、杉木纯林、青冈林-石栎和南酸枣-石栎地表N2O通量的变化不明显;相关性分析表明,不同林分之间的N2O通量与土壤湿度、温度等理化性质有密切关系,土壤水分是影响该地区森林地表N2O通量的主要因子,温度通过影响土壤水分间接影响土壤N2O的释放量。     

Effects of Addition of Three Types of Biochar on the Soil Nitrogen Balance and Cotton Yield

The objective of this study was to determine the effect of biochar addition on the soil N balance and cotton yield in a drip-irrigated cotton field. The experiment included four soil amendments: control, cotton straw biochar, corn cob biochar, and poultry manure biochar. The biochar was applied at a rate of 4.5 t·hm^－2 except control. The results showed that all three types of biochar significantly reduced both the apparent soil N loss and the N surplus. The effect of cotton straw biochar treatment was most significant, relative to the control. Plant nitrogen uptake differed significantly between the different treatments, decreasing in the order cotton straw biochar > poultry manure biochar > corn cob biochar. Cotton yield also differed significantly between the different treatments, decreasing in the order poultry manure biochar > corn cob biochar, and cotton straw biochar.     

双季稻区冬季覆盖作物残茬还田对稻田甲烷和氧化亚氮排放的影响

研究冬季不同覆盖作物还田后稻田的甲烷(CH₄)和氧化亚氮(N₂O)排放特征,对合理利用冬闲稻田,发展冬季覆盖作物,以及科学评价不同种植模式具有重要意义。本研究采用静态箱-气相色谱法,对冬季不同覆盖作物处理(免耕直播黑麦草-双季稻、免耕直播紫云英-双季稻、翻耕移栽油菜-双季稻、翻耕稻草覆盖马铃薯-双季稻和冬闲-双季稻)的稻田进行监测,以分析不同覆盖作物残茬还田对稻田CH₄和N₂O排放的影响。结果表明,冬季覆盖作物还田后,各处理早、晚稻田CH₄排放量均明显高于冬闲-双季稻(对照)。早稻田CH₄排放量最高的为翻耕稻草覆盖马铃薯-双季稻和免耕直播黑麦草-双季稻,分别达20.713 g m^-2和16.068 g m^-2;晚稻田CH₄排放量最高的为翻耕稻草覆盖马铃薯-双季稻和翻耕移栽油菜-双季稻,分别为60.421 g m^-2和48.666 g m^-2。各处理早、晚稻田N₂O总排放量均显著高于冬闲-双季稻,免耕直播黑麦草-双季稻、免耕直播紫云英-双季稻、翻耕移栽油菜-双季稻和翻耕稻草覆盖马铃薯-双季稻处理的早稻田N₂O总排放量分别比对照增加265.00%、320.00%、275.00%和65.00%,晚稻田分别比对照增加157.89%、113.16%、134.21%和42.11%。稻田CH₄和N₂O综合温室效应总和表现为翻耕稻草覆盖马铃薯-双季稻>翻耕移栽油菜-双季稻>免耕直播黑麦草-双季稻>免耕直播紫云英-双季稻>冬闲-双季稻,冬季覆盖作物还田明显提高稻田CH₄和N₂O排放。     

覆膜滴灌对温室气体产生及排放的影响研究进展

CO₂、CH₄与N₂O作为全球气候变化贡献较大的温室气体日益受到重视,而覆膜滴灌作为一种节水的田间农艺措施也受到广泛关注。笔者就土壤温湿度对土壤温室气体产生及排放的影响、覆膜滴灌造成土壤温湿度的改变及其对土壤温室气体排放的作用进行了综述。目前的研究成果表明：（1）土壤温度、湿度都通过影响土壤微生物菌群数量和活性、调节气体传输速率,对土壤温室气体产生和排放起作用;（2）土壤CO₂排放速率与浅层地温正相关,CH₄与N₂O的产生都有一定的最适温度,而CH₄的氧化与温度的关系呈多样性;（3）土壤湿度对CH₄产生、氧化与N₂O产生的作用都大于土壤温度,CH₄氧化速率与土壤湿度呈负相关,而CO₂与N₂O的排放都有一个最佳的湿润范围;（4）覆膜良好的增温保湿效应、对气体传输的自然阻隔作用以及滴灌的局部湿润作用又会影响温室气体的产生和排放。最后总结提出了有待进一步展开和完善的几方面研究工作：如何确定和控制土壤湿润范围以减少温室气体排放,如何定量确定覆膜滴灌的综合效应,如何通过调控土壤CO₂的排放以调控作物的生长过程。     

N2O-Freisetzung auf gemähtem Dauergrünland in Abhängigkeit von Standort und N-Düngung

N₂O Emissions from True Meadows Dependent on Location and N Fertilization Agricultural production is thought to be a main anthropogenic emitter of nitrous oxide (N₂O), which contributes to global warming and the destruction of the ozone layer. There is still considerable uncertainty about the amount of N₂O emission, and the site‐specific parameters that affect N₂O emission. From October 1995 until March 1998 experiments were conducted at established field plots (true meadows) at three different sites, i.e. low mountain range (Eifel), lowland (Niederrhein), and moist meadows (Münsterland). Plots were fertilized with calcium ammonium nitrate (CAN) at nitrogen equivalents ranging from 0 to 360 kg N ha^–1. N₂O fluxes were measured throughout the whole year using the closed‐chamber method. In addition, data on temperature, water‐filled pore space and precipitation were collected. N₂O emission rates (mg N₂O‐N ha^–1 h^–1) were highest either after fertilizer application or in winter during frost, depending on the experimental site and N dosage. The annual amount of N losses due to N₂O emission was dependent on the experimental site and the type and dosage of fertilizer. Disregarding the 360 kg N ha^–1 level of the CAN treatments, the N losses in this experiment were less than 1.5 kg N₂O‐N ha^–1 yr^–1. At low fertilizer dosage there was no reliable correlation between the amount of N that was applied and the amount of N₂O that was emitted. However, with high fertilizer levels the N₂O emissions increased gradually. Finally, N₂O emissions were more influenced by the amount of CAN than by the site.     

不同类型生物炭混施对土壤磷素淋失的影响试验研究

[目的]研究旨在将竹炭和木炭混施入土壤,比较分析不同生物炭处理对土壤磷素淋失的影响,以期为寻求更高效的生物炭土壤改良技术提供新的思路。[方法]基于土柱淋洗模拟试验,设置CK(不施生物炭和磷肥)、P(单施磷肥)、1:0(施磷肥和木炭)、0:1(施磷肥和竹炭)和1:1(施磷肥和按1:1混合的木炭、竹炭)5组处理,以不同填装容重和淋洗间隔进行两轮实验,测定淋溶液中正磷酸盐含量及pH 值。[结果]两轮实验结果表明:施用生物质炭可显著增加土壤pH值,有效抑制磷素淋失20 %以上。竹炭抑制土壤磷素淋失的效果显著优于木炭,将木炭和竹炭以1:1的比例混施能够提高木炭对磷素淋失的抑制效果。[结论]不同类型生物炭混施技术在控制土壤磷素淋失方面具有良好的应用前景,为寻求更高效的生物炭土壤改良技术,应进一步加强对生物炭的性质、施用量、土壤类型和肥力状况等的综合试验研究。