晚稻施氮量对冬种紫云英生长季温室气体排放与土壤碳库的影响

研究水稻栽培过程中的施肥对冬种紫云英生长季温室气体排放和土壤碳库的影响,对于进一步认识施肥对温室气体排放以及冬季绿肥对土壤碳库的影响具有重要的参考价值。以晚稻季不施氮前提下的冬闲为对照,以晚稻季不同施氮量下的冬种紫云英为研究对象,研究晚稻季施氮对后茬紫云英产量、温室气体排放的影响以及冬种紫云英后的土壤碳库特征。结果表明:晚稻季施氮225 kg/hm~2处理下的紫云英产量最高,达18 388.97 kg/hm~2,与其他处理间差异显著(P0.05);晚稻季施氮增加了紫云英生长季N_2O、CH_4、CO_2的排放量以及全球增温潜势(GWP);与冬闲处理相比,冬种紫云英显著提高土壤有机碳和土壤碳库管理指数;紫云英产量与N_2O、CH_4排放呈显著正相关(P0.05),与CO_2的排放量、全球增温潜势(GWP)、活性有机碳、碳库管理指数呈极显著正相关(P0.01)。晚稻季施氮会增加紫云英生长季的N_2O、CH_4、CO_2排放量,增强紫云英生长季温室气体排放潜势。因此,在不降低水稻产量的前提下,减少水稻季氮肥用量可在一定程度上降低后茬紫云英生长季温室气体排放量。     

紫云英还田对早稻直播稻田温室气体排放的影响

为研究早稻直播条件下冬种紫云英翻压还田对稻田CH_4与N_2O排放的影响。选取南方双季稻区稻田为研究对象,采用静态暗箱-气相色谱法监测冬闲-双季稻,不施氮肥(CK);冬闲,早晚稻每季施氮200 kg·hm~(-2)(N_(200));冬种紫云英全量还田,早晚稻均不施氮(CMV);冬种紫云英半量还田,早晚稻每季施氮100 kg·hm~(-2)(CMV+N_(100))等4个处理的CH_4与N_2O排放速率及其全球增温潜势(GWP)与单位粮食产量温室气体排放强度(GHGI)。结果表明,各处理CH_4排放峰主要在水稻种植初期至分蘖末期,早稻与晚稻出现最大峰值的处理分别是CMV(105.6 mg·m~(-2)·h~(-1))和CMV+N_(100)(52.94 mg·m~(-2)·h~(-1));N_2O排放峰主要出现在田间水稻种植初期至分蘖及田间水分干湿交替阶段,早稻晚稻最大峰值均为N_(200),分别为717.7μg·m~(-2)·h~(-1)和1 065.57μg·m~(-2)·h~(-1);与N_(200)相比,CMV+N_(100)增加了CH_4累积排放量,减少了N_2O的排放,且早稻季CH_4排放量低于晚稻季。与CK相比,施肥对于稻田GWP并无显著影响,其中CH_4对GWP的贡献可达90%以上;与N_(200)相比,CMV+N_(100)增加了早稻季GHGI,降低了晚稻季GHGI,而对双季稻GHGI并无显著影响。综上,早稻直播条件下紫云英还田配施氮肥虽然增加了稻田CH_4排放,但降低了N_2O排放,可降低晚稻田GHGI。     

不同再生稻栽培模式对稻田温室气体排放和产量的影响

为研究再生稻对稻田温室气体排放和产量的影响,于2017年在潜江广华农场,设置常规栽培与优化栽培两种再生稻种植模式,研究其对稻田N_2O与CH_4排放、头季与再生季水稻产量的影响。结果表明,栽培模式显著影响N_2O排放、CH_4排放和全球增温潜势(GWP)。与常规栽培模式相比,优化栽培模式N_2O累计排放量在头季、再生季和全生育期分别显著增加了82.0%、45.3%和64.0%,CH_4累计排放量分别降低了55.0%、260.0%和34.9%,GWP分别降低了52.7%、218.6%和31.9%。同时,与常规栽培模式相比,优化栽培模式头季产量、再生季产量和总产分别提高了23.8%、30.0%和25.4%。研究表明,优化栽培模式相对于常规栽培模式在降低全球增温潜势的同时还能提高头季与再生季水稻产量,是一项低碳高产的再生稻栽培模式,值得在湖北省稻区推广。     

巢湖圩区再生稻田甲烷及氧化亚氮的排放规律研究

为明确巢湖圩区再生稻田甲烷(CH_4)及氧化亚氮(N_2O)的排放规律,采用静态箱-气相色谱法对比观测了巢湖圩区2019—2020年再生稻田(RR)和稻麦轮作田(SW)的CH_4和N_2O排放通量,测定了土壤氧化还原电位(Eh)、土壤溶解性有机碳(DOC)、土壤铵态氮(NH_4~+-N)和硝态氮(NO_3~--N)。研究结果表明:SW处理在水稻返青期和分蘖期出现较大CH_4排放峰,RR处理的CH_4排放峰不仅出现在中稻季返青期和分蘖期,还出现在成熟期和再生季前期。SW处理N_2O排放峰主要出现在麦季降雨之后、稻季烤田及排水落干时,而RR处理N_2O排放峰主要出现在促苗肥施用后。与SW处理相比,RR处理的全年CH_4排放量、N_2O排放量、总温室气体排放量(TGHG)和温室气体排放强度(GHGI)分别降低了22.3%、86.5%、36.3%和15.9%(P0.05)。RR处理无小麦产量,但水稻产量增加了16.2%(P0.05)。稻季CH_4排放通量与土壤Eh呈显著负相关(P0.01),但与土壤DOC含量无显著相关性(P0.05)。RR处理的稻季N_2O排放通量与土壤NH_4~+-N浓度呈显著正相关(P0.05)。综合来看,在巢湖圩区种植再生稻不仅能提高水稻产量,还大幅减少总温室气体排放量和温室气体排放强度。     

秸秆还田模式对稻麦两熟农田麦季CH_4和N_2O排放特征的影响

为了探讨不同秸秆还田模式下稻麦两熟农田麦季CH_4和N_2O的排放规律,以江苏省南部地区稻麦两熟农田为研究对象,进行了8年不同秸秆还田模式[即仅麦季稻秸秆还田处理(R)、仅稻季麦秸秆还田(W)和稻麦季秸秆均还田(RW)]的田间定位试验,采用静态箱-气相色谱法分析各处理麦季田间CH_4和N_2O的排放特征。结果表明,与秸秆不还田对照(CK)相比,秸秆还田可增加麦季CH_4和N_2O的排放通量。各处理间CH_4的累积排放量大小为R处理RW处理W处理CK对照,麦季N_2O的累积排放量大小为W处理R处理RW处理CK对照。各秸秆还田模式(R、W、RW)下,麦季CH_4和N_2O的全球增温潜势(GWP)分别为1 225.5 kg/hm~2,CO_2-eq、1 250.9kg/hm~2,CO_2-eq和1 214.5 kg/hm~2,CO_2-eq,均显著(P0.05)高于秸秆不还田的1 068.5 kg/hm~2,CO_2-eq。各处理间的单位产量GWP表现为RW处理W处理R处理CK对照,稻麦秸秆均全量还田对气候变化的影响最大。N_2O对总增温潜势的贡献率大于95%,是麦季减排的主要对象。从对气候变化影响的角度考虑,建议秸秆单季还田时采用稻秸秆全量还田。     

喷涂吡啶尿素对夏玉米/冬小麦轮作体系温室气体排放的影响

过量施用氮肥增加农田温室气体的排放,通过监测农田温室气体排放量寻求合理的氮素减排措施对农业生产有重要作用。本研究设置3个不同梯度喷涂吡啶尿素水平(N1-3)及不施氮肥(N0),在夏玉米和冬小麦生长期间采用静态箱法收集气体,研究土壤CO_2、CH_4和N_2O的排放特征,定量评价不同用量喷涂吡啶尿素的综合增温潜势。结果表明:不同喷涂吡啶尿素用量下的温室气体排放具有明显的季节性变化特征。玉米和小麦季土壤CO_2排放通量具有明显的季节性排放规律。CO_2平均排放通量小麦季明显低于玉米季,而CO_2累积排放量小麦季则高于玉米季;各施氮处理玉米和小麦季基肥和追肥后均出现显著的N_2O排放峰。整个轮作季,随喷涂吡啶尿素用量的增加,土壤对大气CH_4的交换通量有所降低,而土壤排放CO_2和N_2O的量有所增加。CO_2的综合增温潜势(GWP)对轮作系统总GWP贡献最大,而CH_4很小。玉米和小麦季各喷涂吡啶尿素处理的总GWP均高于对照;玉米季各处理的净GWP均为正值,是温室气体排放的一个源;而小麦季各处理的净GWP均为负值,是温室气体排放的一个汇。说明玉米/小麦轮作体系的综合增温潜势随施氮肥量的增加而增加,合理减施氮肥可以有效降低大气增温效应。     

优化施氮对宁夏引黄灌区稻田CO2、CH4和N2O通量的影响

针对宁夏引黄灌区稻田施氮严重过量现象,在宁夏引黄灌区的青铜峡稻田,采用静态箱-气相色谱法,通过田间试验研究常规施氮(N300)、优化施氮(N240)和不施氮(N0)对水稻不同生育期CO_2、CH_4和N_2O通量以及稻田增温潜势(GWP)的影响。结果表明:CO_2排放主要在水稻灌浆和成熟期,CH_4排放主要发生在水稻孕穗期,而N_2O排放关键期在水稻的分蘖和拔节期。与N0处理相比,施氮能显著增加稻田CO_2、CH_4和N_2O排放通量以及稻田GWP;常规施氮处理中CO_2、CH_4和N_2O的累积排放量分别为18 446.87、146.57 kg C·hm~(-2)和2.93 kg N·hm~(-2);为期一年的优化施氮没有显著增加水稻生育期内稻田CO_2排放,但使灌区稻田CH_4和N_2O排放分别显著降低了24.42%和36.28%。总的来看,为期一年的优化施氮使宁夏引黄灌区稻田GWP显著降低了26.70%。未来应结合土壤有机碳氮形态和含量变化以及土壤微生物技术,分析长期优化施氮对土壤温室气体通量的影响机制。     

基于不同类型秸秆制备的生物炭对稻田土壤温室气体排放的影响

为了探究不同种类生物炭配施化肥对土壤温室气体CO_2、CH_4、N_2O排放的影响,本研究采用盆栽和大田试验,以小麦秸秆炭(WBC)、水稻秸秆炭(RBC)、玉米秸秆炭(CBC)为试验材料,在配施化肥的条件下,对各处理的土壤温室气体CO_2、CH_4、N_2O排放量和土壤pH值进行分析。结果表明:与施用常规肥料(CK)相比,在盆栽试验中添加生物炭可以显著降低土壤中CH_4、N_2O的排放量,增加CO_2排放量,WBC、RBC和CBC处理的CH_4排放量分别降低了46.05%、44.82%和39.62%,N_2O排放量分别降低了17.20%、27.96%、26.88%,CO_2排放量分别增加了22.04%、17.83%和25.29%,大田试验结果与盆栽试验结果总体相似。与CK相比,添加生物炭可以显著降低全球变暖潜能值(GWP),降低温室效应的影响。同时添加生物炭可以提高土壤的pH值,水稻生育前期增幅尤为明显。     

东北季节性冻融农田土壤CO2、CH4、N2O通量特征研究

为了评估季节性冻融交替对土壤温室气体排放的影响,采用静态暗箱-气相色谱法,监测了东北松嫩平原两种典型农田生态系统(稻田和玉米田)非生长季土壤CO_2、CH_4和N_2O通量变化。研究表明:三种温室气体排放在土壤冻结期、覆雪期、融雪期和解冻期具有明显的季节动态特征。冻结期和融雪期对温室气体排放贡献最大,这两个时期内稻田和玉米田CO_2排放量分别占非生长季总累积排放量的74.9%和68.6%,稻田CH_4排放占非生长季总排放的95.7%,尽管玉米田土壤CH_4以吸收为主,但在融雪过程中存在明显释放峰,短暂的融雪期内N_2O呈集中爆发性释放,稻田和玉米田N_2O通量峰值分别是冻结前的40倍和99倍,排放量占到总累积排放量的73.9%和80.7%,覆雪期土壤CH_4和N_2O存在弱的吸收。另外,土壤温室气体排放存在土地利用方式间的差异,表现在稻田土壤比玉米田(非生长季)具有更高的温室气体排放潜力。稻田土壤CO_2、CH_4和N_2O累积排放量均高于玉米田,表现为净排放(源),而玉米田土壤CH_4通量表现为净吸收(汇);稻田土壤CO_2和CH_4平均排放速率显著高于玉米田;除覆雪期外,其他时期内三种温室气体平均通量在两类农田之间也存在显著差异。总之,在评价季节性冻土区温室气体排放时需要重视土壤冻结和融化过程,同时需要考虑不同土地利用方式间的差异。     

再生稻和双季稻田CH_4排放对比研究

【目的】为了探索生态可持续的稻作模式,对比研究了长江中下游地区双季稻和再生稻稻作模式的产量潜力和CH_4排放特征,以此为选取绿色、生态经济可持续的稻作模式提供科学依据。【方法】于2017—2018年依托湖南省益阳市大通湖区宏硕生态农业农机合作社科研基地,设置了双季稻和再生稻2种模式,对比分析了产量潜力、稻田生育期间CH_4排放动态和稻田生态系统CH_4季节性累积排放规律以及评估了单位产量稻田CH_4排放。【结果】试验期间,从产量方面来看,双季稻早稻产量为7.37 t·hm~(-2),再生稻头季产量为8.84 t·hm~(-2),头季相比早稻增产19.95%。双季稻晚稻产量为6.82 t·hm~(-2),再生稻再生季产量为3.39 t·hm~(-2),再生季相比晚稻减产50.29%。综合两季,双季稻总产量为14.19 t·hm~(-2),再生稻总产量为12.22 t·hm~(-2);从生育期间CH_4排放动态来看,双季稻在分蘖期和齐穗期左右排放较强峰值,再生稻除了在分蘖期和齐穗期有较强的排放以外,其在施用促芽肥时也出现了小峰值。但总体双季稻的排放范围(-0.06—1.30μmol·m~(-2)·s~(-1))要高于再生稻的排放范围(-0.01—0.70μmol·m~(-2)·s~(-1));从稻田CH_4季节性累积排放来看,双季稻CH_4累积排放要高于再生稻。再生稻头季累积排放范围在23.90—266.59kg·hm~(-2),再生季累积排放范围在0.00—46.14 kg·hm~(-2)。双季稻早稻季节累积排放范围在为35.57—251.29 kg·hm~(-2),晚稻季节累积排放范围在为10.74—321.59 kg·hm~(-2)。双季稻CH_4季节累积排放A-B(两叶一心至分蘖后期)段B-C(分蘖后期至齐穗期)段C-D(齐穗期至成熟期)段,且全生育期双季稻累积排放达922.35 kg·hm~(-2)。再生稻CH_4累积排放B-C段A-B段C-D段,且全生育期CH_4累积排放为609.74 kg·hm~(-2),即相比对照双季稻,再生稻CH_4累积排放降低了33.89%;最后通过评估单位产量CH_4排放可知,早稻单位产量CH_4排放为0.069 kg·kg~(-1),头季单位产量CH_4排放为0.062 kg·kg~(-1),头季相比早稻减少了10.14%;晚稻单位产量CH_4排放为0.061 kg·kg~(-1),再生季单位产量CH_4排放为0.018 kg·kg~(-1),再生季相比晚稻降低了70.49%。综合两季,双季稻单位产量CH_4排放为0.065 kg·kg~(-1),再生稻单位产量CH_4排放为0.050 kg·kg~(-1),再生稻相比双季稻降低了23.08%。【结论】从单位产量下CH_4排放角度来看,在长江中下游双季稻的主产区扩大种植再生稻是为良策。