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。     

玉米生长过程中施肥对土壤呼吸和微生物量碳的影响

为了阐明玉米生长中土壤呼吸和微生物生物量碳的变化规律与施肥和土壤类型间的关系,运用盆栽试验研究了玉米生长和施肥处理对中国南北典型土壤（黑土和红壤）的土壤呼吸和微生物生物量碳的影响。结果表明,施肥条件下,黑土的土壤全氮、有机质、土壤呼吸在玉米的各生长期都没有明显差异,微生物生物量碳含量随着玉米的生长呈增长趋势,且大喇叭口期达到最大;而红壤的土壤全氮、有机质、土壤呼吸和微生物生物量碳都随着玉米的生长呈增长趋势,且大喇叭口期达到最大。在玉米的不同生长期,有机肥处理增加了黑土和红壤的土壤呼吸和微生物生物量碳,而无机肥处理则没有显著影响。另外,在玉米生长的过程中,施用有机肥降低了土壤的微生物的呼吸熵,而施用无机肥则提高了土壤呼吸熵。总之,土壤呼吸速率和微生物生物量碳的含量不仅受到作物生长和施肥的影响,也同样受土壤质地和类型的影响。     

水、热对土壤CO2排放影响的研究

为了研究旱地土壤CO2产生与排放的特征以及水热等因素对其的影响,在甘肃省马铃薯大田内,采用静态箱-气相色谱法检测CO2排放通量,同时观测了土壤5,10,15,20,25 cm深度处的CO2浓度,研究不同灌水、覆膜方式下水、热因素对CO2排放的影响。结果表明：灌水后,CO2产生和排放量显著增加;在24 h内,CO2通量以及土壤中CO2浓度日变化因受到气温的影响而呈现出明显的昼高夜低趋势;灌水周期内,水分为影响CO2产生和排放的主要因素,CO2通量和土壤不同深度处浓度随着土壤水分的降低总体呈下降趋势。     

免耕的固碳效应研究进展

免耕是一种保护性耕作,可显著地增强土壤的固碳能力。土壤有机碳的获得或者损失取决于生物或有机质剩余的碳增加量与作物收割、微生物化或者分解过程中的碳丢失量这二者的比率。农田耕地的废除恰好可以使作物残茬分解速率降低、土壤有机碳增加。而与土壤耕地有关的几个因素加速了残茬的分解。秸秆还田的手段通过微生物分解的方式提高了对损失碳的利用。免耕提高了农业可持续性能力和抵消人为因素的温室气体排放。总CO2释放量的50%发生在夏季。研究中CO2平均年释放数据表明NT释放量低于常规耕种系统,表层碳积累量明显高于常规耕种系统。除了提高土壤的固碳能力以外,免耕对土壤质量参数产生好的影响,改善了土壤结构,提高了土壤渗透率,减少了流失和侵蚀,这些提高很大程度上是土壤表层有机质积累的结果。文中指出,中国应加土壤固碳能力的研究,并适度的推广免耕政策。     

施肥对不同品种麦田CO2通量的影响

为探讨施肥对小麦田间CO2释放量的影响，设计以四个不同施肥水平为主处理，以三个不同年代的主栽品种碧玛1号、烟农15号、山农11号为研究对象，采用封闭式静态暗箱技术，应用LI-6400型便携式光合测定仪（美国）在作物生长期测定土壤CO2释放量和光合速率。同时测定了作物的生理生化指标（株高、叶绿素含量、旗叶叶面积）和生物量以及环境影响因素土壤温度和水分等。研究结果表明：（1）施肥有利于增加土壤CO2释放量，且中氮处理水平释放量最多。（2）土壤温度和水分对土壤CO2释放量有一定的影响，土温越高，水分越大，CO2释放越多。     

增施生物有机肥对水稻产量和土壤肥力的影响

采用田间小区试验,研究生物有机肥对水稻生长、碳氮代谢、水稻产量和土壤肥力的影响。结果表明：增施生物有机肥,能够促进水稻的生长,增加农艺性状和生物量,增强碳氮代谢能力,提高根系活力,增加水稻产量,提高耕地肥力;生物有机肥含有大量的有机质和功能微生物,能够使土壤容重降低,土壤中细菌、真菌、放线菌数量增加;土壤容重与微生物群落数量呈极显著负相关,与细菌、真菌、放线菌的相关系数分别为-0.96、-0.94、-0.97;土壤有机质含量与微生物群落数量呈显著正相关,与细菌、真菌、放线菌的相关系数分别为0.83、0.90、0.85;土壤有机质含量与水稻产量呈显著正相关,相关系数为0.85。     

稻田生态系统CO2通量的日变化特征

研究稻田生态系统与大气间CO2交换通量的变化特征及规律可以为准确估算和评价稻田生态系统碳源/汇强度提供科学依据。采用涡度相关技术对中国亚热带稻田生态系统CO2交换通量进行了连续监测,并对CO2通量的日变化规律进行了分析。结果表明,稻田生态系统CO2通量具有明显的日变化特征。白天以吸收CO2为主,夜间表现为排放CO2;CO2通量的日变化模式有单峰型、双峰型和不规则型。稻田CO2通量日变化强度受水稻生长状况影响,水稻生长旺盛期白天CO2吸收通量、夜间排放通量以及日净吸收CO2通量均高于生长前期和成熟期;且早稻与晚稻间有明显差别。     

东平湖湖滨带不同植被类型下春季土壤CO2通量研究

为了准确揭示湖滨带不同植被类型的土壤呼吸差异,并为湿地生态系统碳收支研究提供基础理论依据,采用LI-8100A开路式土壤碳通量测量系统,测定东平湖湖滨带3种典型植被类型（香蒲、芦苇、人工杨树林）的春季土壤CO2通量特征。结果表明：（1）3种植物群落中,人工杨树林的土壤有机质明显要高于其他2个原生湿地土壤;（2）3种植物群落的土壤CO2释放速率日变化趋势都均为单峰曲线;土壤碳通量速率最高值在12:00-14:00,最低值出现在6:00。以人为扰动过的土壤,即杨树林群落土壤呼吸速率最大,日平均值达到2.26 μmol/(m2?s);（3）土壤CO2释放速率与近地面大气温度的相关性要高于与土壤温度相关性。分析表明,同一气候区相同环境因子对不同植物群落土壤呼吸的影响作用不同,且因其自身具有明显的日变化,从而导致对土壤呼吸的调控作用也具有明显的日变化模式。     

岩溶区板栗树下旱季和雨季土壤CO2浓度的研究

为了研究岩溶区种植板栗树以后土壤CO2浓度的变化,以广西隆安县岩溶区板栗树下和相同地质条件下非板栗树下（草地）为研究对象,分别测定了旱季与雨季时10 cm、20 cm、40 cm、60 cm、80 cm的土壤pH和CO2浓度等,并且做了比较分析。结果表明：在相同的条件下板栗树下的土壤pH比非板栗树下的低且显弱酸性;雨季土壤pH比旱季土壤低;板栗树下的土壤CO2浓度比非板栗树高,而雨季比旱季CO2浓度高。土壤pH与土壤CO2浓度相关性分析表明,土壤CO2的浓度与土壤的pH成显著负相关关系,土壤CO2浓度与降雨量、温度等有很大的关系。     

陆地生态系统有机碳储量和碳排放的研究进展

陆地生态系统土壤有机碳储量和土壤呼吸的微小变化,会引起大气CO2浓度的巨大变化以及全球碳循环的明显改变,从而引起全球气候的巨大变化。提高SOC储量、减少土壤CO2排放对减缓大气CO2浓度升高具有重要意义。笔者根据国内外文献数据资料,综合分析陆地生态系统土壤有机碳储量和土壤呼吸的研究进展,并对最近土壤呼吸影响因素的研究热点因子,如土壤温度、土壤水分、大气降水和耕作等进行分析讨论,指出陆地生态系统碳循环研究中应重点加强土壤呼吸的机理、土壤呼吸影响因素、土壤呼吸模型、土壤固碳措施、减排对策的研究。     

基于改进的CTGC系统下不同CO2浓度对水稻生长发育的影响

为探索二氧化碳肥效作用对作物生长发育产量形成的长期影响及其在气候变化背景下的综合影响，验证改进后二氧化碳与温度梯度系统（CTGC）的精确性与可靠性，开展了水稻全生育期二氧化碳和温度梯度处理试验，测定了水稻生长发育及产量形成的反应，分析了环境因素对水稻生长发育的影响，并就试验系统原理和功能的改进做了说明。研究表明，处理小区水稻的籽粒灌浆增长和灌浆速率、干物质增长和增长速率显著增加，产量和生物产量显著增加，并且表现为随二氧化碳浓度与温度增高而增加的趋势。生物量增加尤以营养生长中后期旺盛表现最为明显，并使得水稻发育期略显延迟；处理小区水稻的经济系数比对照小区明显降低。表明二氧化碳与温度处理增加了水稻的生物量，二氧化碳肥效作用对水稻籽粒产量的提高具有潜力。     

北方森林细根对氮沉降和二氧化碳浓度升高的响应

北方森林是全球第二大生物群区,约占全球森林面积的30%,尽管其细根生物量仅占森林生态系统很小的一部分,但其周转率更快,更易分解,因此,其对土壤碳循环和大气CO_2通量贡献很大。笔者综述了氮沉降和CO_2浓度升高的背景数据,总结了细根对二者变化的响应,主要从细根的形态特征、解剖结构和生理功能方面入手,探讨了其对氮沉降和CO_2浓度升高的响应。结论如下:(1)大气氮沉降量一直处于上升状态,与人类活动密切相关的有机氮量所占比例逐渐加大,而无机氮中NH_4~-N和NO_3~-N的变化趋势表现不同;(2)大气CO_2浓度一直呈上升趋势,细根形态特征、解剖结构和生理功能对其表现出明显的响应;(3)树种、年龄、土壤类型等都会改变细根形态、解剖结构和生理功能对氮沉降和CO_2浓度升高的响应结果,但改变的程度不同。研究结果可为北方森林乃至温带森林生态系统功能对氮沉降和CO_2浓度升高的响应提供参考依据和数据支持。     

不同利用方式对紫色水稻土微生物量碳的影响

通过研究西南大学试验农场包括不同的耕作、轮作和施肥的综合利用方式对经14年28茬的中性紫色水稻土壤微生物量碳的差异，探究利用方式对紫色水稻土生物活性的影响。结果表明：耕层土壤微生物量碳主要介于200~600mg/kg，除垄作耕翻（稻油）处理外，基本随深度增加而降低。长期垄作免耕并实行稻油轮作的利用方式使其土壤微生物量碳在0~10cm土层与其他利用方式相比明显增加，并且差异显著；而水旱轮作（稻油）的利用方式不利于增加微生物量碳，说明微生物量碳可用作利用方式影响紫色水稻土土壤质量变化的生物学评价指标。从提高土壤生物活性与有机碳含量的角度来看，垄作免耕（稻油）的利用方式最适合于紫色水稻土。     

土壤水分和CO2浓度增加对小麦、玉米、棉花蒸散、光合及生长的影响

通过在大型人工气候室内的试验、设计了350和700μl/L,两种C02浓度水平和高、中、低三种土壤水分处理,其土壤含水率范围分别为85%-100%, 65%-85%和45%-65%(占田间持水量的百分数),分析了土壤水分条件和大气CO2浓度增加的共同作用对小麦、玉米、棉花等作物蒸发蒸腾、光合速率、生长状况与干物质积累、水分利用效率的影响。     

南方稻田生态系统产量形成期co2通量的研究

通过稻田生态系统3a CO2通量的日内变化、逐日变化趋势、CO2通量水平与产量高低的分析,以了解稻田生态系统产量形成期CO2通量特征、对产量的影响。将稻田CO2通量与光合有效辐射、气温进行回归分析,以掌握两者对水稻CO2同化消耗的影响。结果认为,水稻抽穗期、齐穗-乳熟CO2通量日变化呈较深“U”型,乳熟-成熟“U”型较浅;产量形成期白天CO2通量的逐日均值呈“√”型;抽穗期、齐穗-乳熟水稻处生长旺盛阶段,其白天CO2通量水平与产量高低基本一致;水稻对CO2的同化吸收与光合有效辐射、气温有极显著相关关系;南方稻作区对CO2的同化消耗强于三江平原等稻作区。     

干旱区绿洲棉田土壤CO2通量变化特征及温湿度影响分析

为了研究不同管理模式下干旱区绿洲棉田土壤CO2通量差异以及与土壤温湿度间的关系,可以为评价绿洲棉田生态系统对大气CO2的源/汇贡献提供参考依据。采用Li-8100土壤碳通量测量系统对天山北坡中段绿洲棉田土壤CO2通量进行动态测定,分析了土壤CO2通量的日、月变化特征及温湿度的影响。结果表明：在2009年5-10月土壤CO2通量日变化和月变化过程均为单峰型。滴灌地、漫灌地、弃耕地的土壤CO2通量（晴天）日均值分别为3.45、3.37、1.63 μmol/(m2?s);峰值出现在15:00-20:00,谷值出现在4:00-6:00,6、7月土壤CO2通量高于其他月份;土壤CO2通量与温度呈不同程度的指数正相关性,气温、5 cm地温较好地解释土壤CO2通量的变异量。土壤CO2通量与土壤湿度的相关性随着深度的变化表现不一;降水、灌溉等湿润事件对土壤CO2通量具有促进作用,多元回归分析模型可以解释67.4%的棉田、79.6%弃耕地土壤CO2通量受温度和湿度的共同控制。     

不同制炭材料与温度对水稻生长发育影响

旨在找到适合南通地区秸秆生物质炭还田的最适条件。在南通科技职业学院试验基地，设7 组不同处理CK、3SD、4SD、5SD、3YM、4YM、5YM。测定生物质炭施用后稻田土壤的物理性状、养分含量、酶活性以及微生物群落结构的变化状况，采用水稻产量以及多指标的冗余分析评价不同制炭条件与生物质炭施用量对水稻生长发育的影响。结果表明，5SD 与5YM均能使水稻增产，分别为28.01%和29.86%，5SD对水稻增产效果更高；在成熟时期5SD与CK相比，对水稻生物量具有增产的效果增幅为65.99%；对稻田土壤微生物总量具有增幅效果为243.90%。而稻田土壤微生物量碳、微生物量氮、土壤酶脲活性、土壤蔗糖酶活性均会降低，降幅为-41.01%、-82.78%、-48.92%、-57.29%。在本实验条件下施加500℃、水稻秸秆制成的生物炭对水稻的增产效果最好，而且还能改善土壤理化性质以及土壤酶活性。