不同施氮水平对农田黑土净氮转化速率和温室气体排放的影响

探讨不同施氮水平对农田黑土氮素转化和温室气体排放的影响,以期为农田合理施肥提供科学指导。以黑龙江省农田黑土为对象,采用室内培养试验,研究土壤净氮矿化速率、净硝化速率、N₂O和CO₂排放速率及累积排放量对不同施氮水平[0 mg N/kg (N0)、40 mg N/kg (N40)、60 mg N/kg (N60)、80 mg N/kg (N80)]的响应。结果表明,不施氮的N0处理土壤净氮矿化速率为0.03 mg N/(kg·d),而N40、N60和N80处理土壤净氮矿化速率分别为-0.71、-1.01、-1.27 mg N/(kg·d),均表现为对氮的净固定。施氮显著促进了土壤硝化作用,N0处理土壤净硝化速率为0.32 mg N/(kg·d),而N40、N60和N80处理土壤净硝化速率分别为N0处理的15.2、19.7、24.0倍。在0~60 mg N/kg施氮水平内,土壤N₂O排放速率随施氮水平的增加而显著增加,施氮水平增加至80 mg N/kg时,N₂O排放速率反而显著低于N60处理。N0处理的N₂O排放比例为8.11‰,施氮后N₂O排放比例显著降低,N40、N60和N80处理的N₂O排放比例分别为1.48‰、1.72‰和1.15‰,3个施氮水平间没有显著差异。与N0处理相比,施氮显著抑制了土壤CO₂的排放,但CO₂累积排放量不受施氮水平的影响。研究表明,施氮水平显著影响土壤净氮转化速率和温室气体排放,研究结果对加深农田黑土氮转化规律的理解及氮肥的合理施用具有实际意义。     

减量施氮对玉米-大豆套作系统土壤氮素氨化、硝化及固氮作用的影响

土壤氮素氨化、硝化及固氮作用是影响作物氮素吸收及氮肥损失的主要因素, 为揭示氮肥减量下玉米-大豆套作系统的土壤氮素转化特性及排放规律, 利用大田定位试验研究了3种模式(玉米单作MM、大豆单作MS、玉米-大豆套作IMS)和3种施氮水平(不施氮NN: 0; 减量施氮RN: 180 kg hm ^-2; 常量施氮CN: 240 kg hm ^-2)对土壤硝化作用、氨化作用、固氮作用及氨挥发、N₂O排放、NO₃ ^--N累积的影响。结果表明, IMS较相应单作提高了土壤硝化和氨化作用, IMS的氨挥发损失率和N₂O损失率较MM降低21.6%和29.7%; IMS下玉米土壤的NO₃ ^--N积累量显著高于MM, 而大豆土壤的NO₃ ^--N积累量显著低于MS。各施氮处理间, RN较CN降低了玉米土壤的氨化与硝化作用, 增加了大豆土壤的硝化和固氮作用。IMS下RN的玉米、大豆全生育期固氮作用较CN增加29.7%和32.0%, 年均氨挥发总量和N₂O排放量较CN降低37.2%和41.0%。玉米-大豆套作系统在减量施氮下通过提高土壤氮素氨化、硝化与固氮作用, 减少氮素排放损失, 增强耕层土壤NO₃ ^--N积累, 为作物氮素吸收提供了充足氮源。     

我国农田氧化亚氮排放的时空特征及减排途径

氧化亚氮（N₂O）是全球第三大温室气体,农田生态系统是人为N₂O排放的重要来源,约占全球人为排放的30%。明确我国农田N₂O的排放特征、关键过程与影响因子,有助于因地制宜制定减排技术途径及行动方案。氮肥施用是农田N₂O排放的关键因子,国家统计数据发现,我国农田氮肥用量在2001-2007年呈上升趋势,之后趋于稳定,2014年开始下降,其中华东地区用量最高;农田N₂O排放总量也于2015年达到最高点,之后出现下降态势,总体呈现南高北低的特征。文献综合表明,农田N₂O排放主要由土壤反硝化过程主导,人为氮素添加是决定排放高低的首要影响因子。基于上述结果,在选用氮高效作物品种降低土壤N₂O排放的前提下,华东等施肥量高的地区可采取优化施肥比例、增施缓控释肥等途径,实现氮肥增效减量减排;在设施农地和果园等田间设施条件较好的农田,可采用水肥一体化滴灌等增效减排措施;在作物多熟种植地区,除了氮肥减量减排外,还可增加豆科作物布局,采用禾豆轮作等减排措施。最后,对农田N₂O减排的科技创新和政策创设等方面提出了一些建议,包括完善农田N₂O减排理论、创新智慧农业及高效施肥技术、健全碳监测评价体系以及碳减排激励政策与机制等,助力尽早实现我国碳达峰与碳中和目标。     

茶园土壤N2O排放的影响因素及减排措施

茶园土壤通过微生物作用释放大量氧化亚氮(N₂O),因此需迫切了解茶园土壤N₂O产生机制及影响因素,以期为茶园土壤N₂O减排提供理论依据。从氮源、有机质、pH、水分、温度、质地等角度对茶园土壤N₂O排放的影响进行综述,提出相应的N₂O减排措施。对以上影响因素阐述发现：反硝化作用对茶园土壤N₂O排放的贡献较大;氮肥施用、土壤理化性质、气象因子等是茶园土壤N₂O排放的关键因素。施用缓释氮肥、氮肥深施、采用氮肥推荐施用量、养分有机替代技术能降低茶园土壤N₂O排放。     

冻融作用对土壤氮转化影响的研究进展

氮素是限制植物生长的重要营养元素之一,其在土壤中转化程度受多种因素影响,作为中、高纬度或高海拔地区土壤氮转化的重要驱动力,冻融作用对于土壤氮转化过程也存在极大影响。本文基于国内外已有研究成果,概述了土壤冻融循环次数、结冻持续时间以及结冻强度对于土壤氮转化过程的影响。总结出冻融格局的改变对土壤氮转化关系的一般规律：随着冻融格局的改变,均有利于土壤氮的矿化;冻融强度的增加可显著提高土壤硝态氮的含量;冻融格局的改变也会提高N₂O的排放。     

不同供氮水平对春玉米干物质积累及氮素吸收利用的影响

为了掌握玉米适宜施氮量,研究不同供氮水平对春玉米干物质积累和氮素吸收利用的影响。本研究采用田间小区试验的方法,设置0、120、240、360 kg/hm² 4个施氮水平,研究了玉米各器官干物质吸收积累、氮素吸收利用及产量的变化。结果表明,不同供氮水平下春玉米干物质积累和氮素吸收均符合Logistic方程[y=K/(1+ae^bx)],氮肥施用量可明显影响干物质最大积累速率和氮素最大吸收速率,各施氮水平下均表现为N₃₆₀＞N₂₄₀＞N₁₂₀＞N₀。玉米产量随施氮量的增加而增加,施氮量为360 kg/hm²时,玉米产量最高,达10081.5 kg/hm²,但相较N₂₄₀玉米增产效果并不显著,同时氮肥利用率较N₂₄₀降低15.5%。本试验条件下,综合考虑产量和氮素利用效率两因素,施氮量240 kg/hm²为玉米最佳氮肥用量。     

不同氮素形态对湿地小叶章氮吸收和N2O排放的影响

氮素生物地球化学循环和减缓温室气体排放已成为全球（气候）变化研究的热点问题,氮素有效性是调控全球变化反馈机制的重要因子。本研究以东北三江平原小叶章湿地为研究对象,采用¹⁵N示踪技术,通过野外原位控制实验,研究湿地植物小叶章对不同氮素形态(NH⁺₄、NO^-₃、NH⁺₄-NO^-₃)的吸收及小叶章N₂O排放通量特征。结果表明：(1)不同氮素形态处理下,小叶章叶生物量表现为处理A>NA>N>CK;A处理,茎生物量最大,比对照提高了35.7%;NA处理,地下生物量显著高于A和CK(P<0.05);NA处理,根冠比最大,是对照的1.82倍。(2)不同氮素形态处理下,小叶章叶、茎、地上以及根氮含量显著高于对照(CK)(P<0.05),不同处理之间氮含量差异不显著(P<0.05)。(3)不同氮素形态处理下,小叶章叶、茎以及地上部分Ndff和¹⁵N含量均表现为处理A>N>NA>CK,并且各处理极显著高于对照(P<0.01),各处理之间达到显著差异(P<0.05)。(4)不同氮素形态处理下,处理N湿地N₂O排放量最多,且显著高于处理A和处理NA(P<0.05),处理N、A、NA显著高于对照(CK)(P<0.05)。阐释了不同形态氮素在植物-土壤-大气系统中周转与分配策略,以及对N₂O排放的影响,为湿地氮生物地球化学和温室气体排放研究提供基础数据。     

限水下水氮运筹对小麦产量及水氮利用率的影响

为了探究限水下冀南地区中低产田水氮运筹对小麦产量及水氮利用率的影响。以‘邯6172’为试验材料,研究了起身期灌水(W₁)、拔节期灌水(W₂)2种灌水时期和不施氮肥(N₀)、氮肥基追比3:7(N₁)、氮肥基追比5:5(N₂)、氮肥基追比7:3(N₃)4种氮肥施用方式对小麦产量及水氮利用率的影响。灌水时期对小麦产量和水氮利用率影响显著,W1处理的小麦产量、灌水生产力、氮肥偏生产力较W₂处理的提高3.5%～18.7%、2.1%～7.0%、2.8%～7.5%,且在氮肥基施比例较低时提高显著。氮肥基追比对小麦产量和水氮利用率影响显著,N₃处理的小麦产量、籽粒、秸秆和植株氮素吸收量、氮肥表观利用率、氮肥偏生产力较N₁处理的显著提高5.7%～9.7%、5.0%～8.4%、6.7%～6.8%、5.5%～24.5%、6.8%～24.8%、5.7%～9.7%,而较N₂处理的提高但不显著。本...     

绿肥紫云英对稻田土壤系统氮素平衡的影响综述

为了系统了解稻田种植豆科填闲作物紫云英后氮素流通的变化情况,笔者综合阐述了紫云英对稻田土壤系统中氮素的输入、输出的影响,整体评价水稻-紫云英种植体系中氮素的平衡,结论主要包括：（1）紫云英能高效固氮并替代部分化肥、提高氮肥利用率;（2）通过提高水稻产量和氮含量,紫云英可以增加水稻收割携走氮量;（3）紫云英能够有效降低土壤氮素的径流损失;（4）紫云英可能具有降低土壤氮素淋溶损失的潜力,但是支撑数据较少;（5）紫云英能够显著减少稻田NH₃挥发,但是对N₂O的影响尚存争议。综上所述,紫云英在保障水稻产量的基础上,能够降低氮素损失所带来的环境风险,有效改善稻田土壤系统氮素平衡情况。     

UV-B辐射增强对陆地生态系统温室气体排放影响的研究进展

地表太阳紫外线-B（UV-B，波长：280~320 nm）辐射增强和气候变化均是当今重要的全球性环境问题。平流层臭氧层损耗以及大气CO₂、CH₄和N₂O等温室气体排放的增加，是驱动这两大全球性问题的主要因素。UV-B辐射增强会通过一系列的生物地球化学进程影响陆地生态系统碳氮平衡，改变CO₂、CH₄、N₂O等温室气体的排放，进一步对气候变化产生作用。笔者对UV-B辐射增强对陆地生态系统CO₂排放的影响途径（凋落物和土壤）和影响机制（有机物中难降解分子转化为可溶性有机碳、有机物非生物光化学降解以及光引发产生的微生物降解）进行了总结，阐述了UV-B辐射增强对CH₄和N₂O排放的影响途径（植株组织化学结构变化和根系分泌物组分变化），及其在不同生态系统中与环境要素相互作用下的排放规律。此外，气候变化背景下，一定范围内的温度升高和降水量减少可促进UV-B辐射增强产生的有机物光降解作用，进而促进温室气体的排放。目前，UV-B辐射增强对陆地生态系统的影响研究相对较缺乏，大都集中在干旱生态系统，且定量研究较少。今后需更多长期、大规模的野外实地研究，并结合模型来准确估计UV-B辐射增强对陆地生态系统温室气体排放的贡献。本论文可为全球变化背景下精准预测温室气体排放提供参考。     

耕作与秸秆还田方式对稻田N_2O排放、水稻氮吸收及产量的影响

保护性耕作是改善农田土壤肥力的重要举措,然而其对作物氮吸收与产量的作用尚不明确。为此,本试验于2016—2017年稻季在湖北省武穴市花桥镇,设置常规翻耕与免耕两种耕作方式以及前茬作物秸秆全量还田与不还田两种秸秆还田方法,研究耕作与秸秆还田方式对稻田土壤N_2O排放、根系酶活性、水稻氮吸收与产量的影响。结果表明,耕作方式显著影响土壤N_2O排放,但不影响根系硝酸还原酶与谷氨酰胺合成酶活性、水稻氮吸收与产量。与翻耕处理相比,免耕处理2016年和2017年土壤N_2O排放量分别显著提高了12.5%～18.2%和21.1%～38.6%。秸秆还田显著影响土壤N_2O排放量、根系酶活性、水稻氮吸收与产量。相对于秸秆不还田处理,秸秆还田处理2016年和2017年土壤N_2O排放量分别显著提高了38.5%～45.5%和13.1%～29.5%。秸秆还田处理相对于不还田处理根系硝酸还原酶与谷氨酰胺合成酶活性分别显著增加了6.7%～45.9%和9.0%～46.7%,水稻氮吸收量提高了12.5%～26.0%,产量增加了9.4%～12.6%。本文认为,虽然秸秆还田提高了水稻氮吸收与产量,但也促进了土壤N_2O的排放,因此在评估保护性耕作稻田温室效应时应加强对温室气体(CH4和N_2O)排放和土壤碳固定影响的长期监测,以期为发展低碳稻作提供理论依据和技术支撑。     

Long-term effect of tillage, crop rotation and N fertilization to wheat on gaseous emissions under rainfed Mediterranean conditions

A field study was conducted to assess the effect of N fertilizer application to wheat (Triticum aestivum L.), tillage system and crop rotation on total denitrification N losses, N₂O and CO₂ emissions under Mediterranean conditions in a long-term trial started 18 years ago on a Vertisol soil. The tillage system consisted of conventional tillage vs. no-tillage and the crop rotation system consisted of two different 2-years rotations: wheat–sunflower (Helianthus annuus L.) (WS) and wheat–faba bean (Vicia faba L.) (WF). Fertilizer rates were 0 and 100 kg N ha⁻¹ applied to wheat splitted in two amendments of 50 kg N ha⁻¹ each. Two different fertilization systems were studied. In the old fertilized plots system fertilizer had been applied for 18 years since the beginning of the trial, and in the new fertilized plots system fertilizer was applied for the first time when this experiment was started. Measurements were carried out after fertilizer applications.

In the long term, continued fertilizer application produced a higher soil total N content. Nevertheless, no increase in denitrification potential, N₂O + N₂ production by denitrification, N₂O or CO₂ emissions was observed either by the recent application of N or by the continued application during 18 years. The soil presented a higher potential to denitrify up to N₂ than up to N₂O. So, denitrification was probably occurring mainly in the form of N₂, while N₂O emissions were occurring in a great manner by nitrification, both denitrification and nitrification occurring simultaneously at soil field capacity (60–70%) expressed as water filled pore space (WFPS). Conventional tillage induced an increase in soil total N content and in the potential to denitrify up to N₂ with respect to no-tillage. This higher potential was translated into higher N₂O + N₂ production by denitrification presumably stimulated in the short time by the higher available carbon provided by decomposing roots and by the subsequent creation of soil anaerobic microsites. Contrarily, no effect of tillage was observed on N₂O emissions because of being produced in an important manner by nitrification, which does not depend on carbon availability. The wheat–faba bean rotation induced higher soil nitrate contents than the wheat–sunflower, although the effect in the long time was not observed regarding soil total N content. The same as for the fertilizer effect, this increase in nitrate content was not followed by a higher denitrification potential or higher N₂O + N₂ production by denitrification because of the lack of organic matter, while an increase was observed in N₂O emissions.     

秸秆还田及添加生物炭对黑土玉米生长季N2O排放的影响

为比较秸秆还田与添加生物炭对黑土氧化亚氮(N₂O)排放的影响,基于中国科学院海伦农业生态实验站建立的定位田间试验,设单施化肥(NPK)、秸秆还田配施化肥(NPK+SR)、生物炭配施化肥(NPK+BC) 3个处理,采用静态箱-气相色谱法测定黑土区玉米生长季N₂O排放通量。在试验进行的第3年,采集生长季土壤排放的气体,测定N₂O排放通量。结果表明：较单施化肥相比,NPK+SR处理N₂O累积排放量增加了83.1%,而NPK+BC处理降低了32.4%。尽管土壤N₂O排放通量与土壤温度的相关系数因不同处理而存在差异,但各处理均表现出显著正相关关系(P<0.05)。而土壤含水量与N₂O排放通量未呈现相关关系(P>0.05)。与单施化肥处理相比,秸秆还田和添加生物炭后玉米总产量增加了12.0%和34.3%。由此可见,玉米秸秆制成生物炭还田既增加玉米产量,又达到N₂O减排的目的,在本试验条件下,生物炭是玉米秸秆还田的有效方式。     

一次性减量施用缓控释肥对机采棉养分吸收和产量的影响

为探讨一次性减量施用缓控释肥对机采棉氮磷钾养分吸收和产量的影响,获得适宜安徽沿江棉区的机采棉最佳施肥量,根据“3414”肥料试验方案,以棉花品种‘中915’为材料,设计氮磷钾3因素4施肥水平的田间肥效试验。结果表明,各施肥处理棉花单株结铃数、单铃重等均高于不施肥对照(CK),各施肥处理皮棉产量为834.83~1443.35 kg/hm²,较CK增加了37.9%~138.4%,N₂P₂K₂处理(N 150 kg/hm²、P₂O₅ 75 kg/hm²、K₂O 120 kg/hm²)的皮棉产量最高。棉花单株氮累积量各施肥处理显著高于对照,增加了37.2%~79.4%,氮累积量随施氮量的增加先增后减,以N₂P₂K₂处理最大。棉花单株磷素累积量各施肥处理显著高于对照,增加了8.1%~53.5%,N₁P₁K₂处理(N 75 kg/hm²、P₂O₅ 37.5 kg/hm²、K₂O 120 kg/hm²)最大,N₂P₂K₂处理次之。棉花单株钾累积量施肥处理显著高于对照,增加了29.9%~97.0%,以N₂P₂K₃处理(N 150 kg/hm²、P₂O₅ 75 kg/hm²、K₂O 180 kg/hm²)最大,其次为N₂P₃K₂(N 150 kg/hm²、P₂O₅ 112.5 kg/hm²、K₂O 120 kg/hm²)、N₂P₂K₂。综合来看N₂P₂K₂的产量及相关性状表现最好。结合养分吸收和产量构成相关数据综合分析,推荐在安徽沿江棉区机采棉模式种植可采用缓控释肥一次性减量施用,氮肥纯养分施用量为N 150 kg/hm²、P₂O₅ 75 kg/hm²、K₂O 120 kg/hm²。     

小麦微喷（滴）灌水肥一体化高产优质高效生态栽培研究进展

高产优质高效生态栽培是现代农业的发展目标,水肥一体化技术是实现这一目标的有效手段,其为国家粮食安全和农业可持续发展做出了重要贡献。微喷（滴）灌水肥一体化技术在小麦栽培上可实现节水30%~40%、节肥20%~30%以及增产15%~30%,水分和肥料利用率分别提高40%~60%和30%~50%;同时可改善小麦籽粒品质,减少100cm以下土层NO₃^--N积累,降低氮肥淋失风险,以及缓解土壤中N₂O气体向大气排放。本文概述了水肥一体化技术及国内外发展现状,并对微喷（滴）灌水肥一体化技术对小麦产量、品质、水肥利用率及水肥运移规律、N₂O气体排放等方面的影响进行综述,为水肥一体化技术从“高端农业”走向普遍、从设施农业走向大田提供参考。     

不同施氮量对夏玉米农田生态系统净碳效应的影响

为探究华北地区夏玉米低碳生产的氮肥管理措施,以典型夏玉米田为对象,设置了不施氮(N0)、施氮100 kg/hm²(N1)、施氮150 kg/hm² (N2)、施氮200 kg/hm² (N3)4个处理,通过土壤温室气体排放、农事投入间接碳排放和作物固碳综合评估了不同施氮水平对夏玉米农田生态系统净碳效应的影响。结果表明,农田土壤CO₂、N₂O排放随施氮量升高而升高,CH₄吸收量随施氮量的升高而下降,N1、N2和N3处理土壤温室气体总排放的碳当量分别较N0提高14.91%、24.19%、29.67%;氮肥投入贡献了较高的间接排放,达到135.27~270.55 kg/hm²;施氮促进了作物固碳,N0、N1、N2、N3净初级生产力固碳量分别为1965.56、3125.68、4345.55、4663.64 kg/hm²。综合系统碳流来看,各处理均表现为碳汇,净碳效应分别为258.33、1034.99、2032.82、2192.16 kg/hm²,碳可持续指数分别为0.15、0.50、0.88、0.89。200 kg/hm²施氮量下能够以相对较低的碳耗换取较高的固碳率,表现出较高的净碳效应,可推荐为氮素适宜投入量。