秸秆全量还田下施用过氧化钙对南方双季稻产量和稻田温室气体排放的影响

为探明秸秆全量还田条件下施用过氧化钙（CaO₂）对南方双季水稻产量和稻田温室气体排放的影响,设置不施CaO₂（CK）和早稻旋耕前一次性施用CaO₂ 2个处理,采用静态暗箱–气相色谱法监测稻田温室气体排放,以明确秸秆全量还田下施用CaO₂对双季稻产量、稻田温室气体排放、综合温室效应（GWP）和温室气体排放强度（GHGI）的影响。结果表明,与CK相比,施用CaO₂显著增加了2018和2019年晚稻产量,增幅分别为3.44%和2.65%,但对早稻产量无显著影响。施用CaO₂显著降低了早稻季CH₄累积排放量、GWP和GHGI,降幅分别为14.73%、14.74%和15.09%,但是对N₂O累积排放量无显著影响。施用CaO₂对晚稻季CH₄和N₂O排放均无显著影响。与CK相比,施用CaO₂显著增加了2018和2019年的周年产量,增幅分别为1.93%和2.58%;但对CH₄和N₂O累积排放量、GWP及GHGI均无显著影响。因此,施用CaO₂有助于协同实现双季稻增产和稻田温室气体减排。     

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。     

立式深旋耕作对马铃薯农田土壤温室气体排放的影响

为明确立式深旋耕作（VRT）技术对马铃薯全生育期农田温室气体（CO₂和N₂O）排放的影响,采用静态暗箱-气相色谱法,设置立式深旋松覆膜种植马铃薯（VRT-P）、旋耕覆膜种植马铃薯（TT-P）、立式深旋松露地无作物（VRT-FL）和旋耕露地无作物（TT-FL）4个处理,测定土壤含水量、温度和温室气体排放通量等,研究VRT对温室气体排放的影响及其机制。结果表明,VRT能显著提高0~30cm土层的土壤含水量,在现蕾期、始花期、盛花期和淀粉累积期,VRT-P处理较TT-P处理分别增加了9.8%、8.4%、14.6%和18.9%,VRT-FL处理较TT-FL处理分别增加了12.3%、9.1%、10.7%和26.8%;0~25cm土层土壤温度在现蕾期显著增加。农田土壤温室气体N₂O和CO₂排放通量呈现夏秋高而冬春低的季节性分布规律,在马铃薯生育期内VRT-P处理的N₂O和CO₂排放通量较TT-P处理分别提高39.9%和26.1%,在休闲季节分别提高11.2%和35.9%;VRT-FL处理的N₂O和CO₂排放通量较TT-P处理分别增加62.8%和4.4%,在休闲季节分别增加了41.5%和4.8%。种植作物对温室气体排放有显著影响,VRT-P处理的N₂O和CO₂排放通量较VRT-FL处理分别提高了78.2%和41.9%,TT-P处理的N₂O和CO₂排放通量较TT-FL处理分别提高了107.3%和24.1%,均达到显著差异。VRT提高了土壤温度和湿度,可显著提高土壤温室气体（N₂O和CO₂）排放通量。     

秸秆全量还田下晚稻季翻耕对双季稻田温室气体排放和产量的影响

翻耕有利于秸秆还田,为了探究秸秆全量还田下不同耕作措施对双季稻产量和温室气化排放的影响,在晚稻季设置浅旋耕和翻耕2个处理,采用静态暗箱–气相色谱法连续监测当季晚稻和第2年早稻季稻田温室气体排放,以阐明秸秆全量还田下晚稻季翻耕对稻田甲烷（CH₄）和氧化亚氮（N₂O）排放及产量的影响。与浅旋耕处理相比,晚稻季翻耕显著降低了当季晚稻CH₄累积排放量（19.04%）、综合温室效应（19.19%）和温室气体排放强度（22.02%）,而对N₂O累积排放量无显著影响。晚稻季翻耕对第2年早稻季稻田温室气体排放无显著影响。可见,翻耕的减排效应只体现在当季。此外,浅旋耕和翻耕处理对当季晚稻和第2年早稻产量及其构成均无显著影响。短期来看,秸秆全量还田下晚稻季翻耕有利于协同实现双季稻稳产和稻田温室气体减排。     

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。     

白洋淀湿地CH4和CO2排放特征及其影响因素初探

本研究旨在探索白洋淀湿地碳排放规律及影响因素,以期为制定该地区的碳管理决策提供技术支持。运用静态箱-气相色谱法,测定了白洋淀湿地不同时间、区域环境下甲烷(CH₄)和二氧化碳(CO₂)的排放通量。结果表明,5—10月CH₄和CO₂排放通量均呈现先增大后减少的变化趋势,其中7月CH₄和CO₂排放通量的日变化较大。在空间上,CH₄排放通量表现为水陆交错带芦苇>台地芦苇区>湖面区>陆地区;CO₂的排放通量呈现出与CH₄排放相反的结果。CH₄和CO₂排放通量均与温度和土壤TN含量显著正相关(P<0.05)。此外,多数情况下的CH₄和CO₂的排放存在显著正相关的关系(P<0.05)。综上所述,白洋淀湿地CH₄和CO₂的排放通量具有明显的时空变化规律,且受到气温、土壤N和植物生物量不同程度的影响。     

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。     

安徽省农业源温室气体排放特征研究

安徽作为农业大省,农业源温室气体排放量巨大,笔者旨在对其农业源温室气体排放特征进行研究。研究方法为省级温室气体清单编制方法《省级温室气体清单编制指南（试行）》。结果表明：安徽省2005、2010、2012、2014年的农业源温室气体排放量折合二氧化碳当量(CO₂ e)分别为3916.97万、3246.90万、3182.70万、3313.20万t,CH₄、N₂O各占一半左右;其中又以种植业为主,约占70%左右。种植业的排放量相对稳定,4个年度的上下变化约45.11万t,仅占2012年种植业排放量的1.85%,这是由于安徽省的种植业从种类、规模到产量处于基本稳定状态;养殖业排放量变化则非常大,2005年排放量显著高于其他3个年份,这是由于安徽省农业生产模式由畜力向机械化转变、耕牛存栏量大幅度减少造成。随着奶牛、肉牛存栏量的增加,养殖业的排放量呈增长趋势。综上,安徽省的农业源温室气体排放量可能发生较大的增加,有效措施应该采取起来以抑制畜牧业排放量的增长趋势。     

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。     

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。     

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.     

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。