秸秆还田对免耕稻田温室气体排放及土壤有机碳固定的影响

秸秆还田影响免耕稻田土壤固碳潜力,相应地改变了温室气体的排放,从而影响秸秆还田后稻田土壤固碳减排对减缓全球变暖的贡献。通过研究不同油菜秸秆还田量(0、3000、4000kg·hm-2和6000kg·hm-2)对免耕稻田温室气体(CO2、CH4和N2O)排放和土壤碳固定的影响,评估秸秆还田后温室气体增排的综合增温潜势对稻田固碳减缓全球变暖的贡献的抵消作用。结果表明,秸秆还田显著提高CO2和N2O排放,降低CH4排放,显著提高土壤有机碳含量,有效地提高土壤碳固定,从而有效地提高稻田土壤碳固定对温室气体增排的温室效应抵消作用。随着秸秆还田量的增加,稻田土壤固碳减缓全球变暖的贡献相应增加,因此必须考虑免耕稻田秸秆还田量的问题,以有效发挥免耕稻田秸秆还田的固碳潜力和降低温室气体的排放。     

保护性耕作农田固碳减排效应分析——以陕西户县、大荔和临渭区为例

为了分析保护性耕作的固碳减排效应,以陕西省关中平原麦玉两熟区为研究对象,选取西安户县、渭南大荔和临渭区3个具有代表性的地区进行调查研究,从土壤有机碳固定、土壤温室气体排放、物资投入造成的温室气体排放和避免秸秆焚烧造成的温室气体减排4个方面对该地区保护性耕作措施的固碳减排效应进行综合分析和估算。结果表明:与传统耕作相比,保护性耕作提高了土壤有机碳密度,每公顷农田每年碳固定量增加3 467.28kg CO_2当量,占总减排量的64.21%,对温室气体减排贡献最大;因减少物资投入和避免秸秆焚烧所产生的减排量分别为68.04kg·hm~(-2)·a~(-1)和1 864.65kg·hm~(-2)·a~(-1) CO_2当量;因秸秆还田产生的N_2O抵消了5.67%的温室气体减排量。保护性耕作措施下每公顷农田每年可减少温室气体排放4 739.76~5 364.30kg CO_2当量,整个保护性耕作项目区每年产生的减排量约为2.0×10~4t CO_2当量。因此,保护性耕作技术在关中平原具有巨大的固碳减排能力,是一项经济且对环境友好的生产技术。     

秸秆还田对农田土壤碳库和温室气体排放的影响研究进展

农田土壤是十分活跃的有机碳库,也是温室气体排放的源和汇。秸秆是农业活动的必然产物,研究秸秆还田对农田土壤碳库和温室气体排放的影响对于增加土壤碳库、缓解全球变暖具有重要意义。本文综述了秸秆还田对农田土壤固碳、土壤有机碳含量、CH_4和N_2O排放的影响,并从系统和经济的角度探究了其对全球综合增温潜势和作物产量的影响。     

晋南县域农田生态系统土壤碳氮时空变化特征

气候变化背景下,对农田土壤有机碳和氮的研究是陆地生态系统碳、氮循环的热点之一。利用第2次山西省和县级土壤普查资料,通过野外调查、采样和分析不同土壤类型,探讨1980—2010年晋南农田土壤C,N的时空变化规律。结果表明,1980,2010年土壤有机碳的平均值分别为7.13,6.62 g/kg,全氮的平均值分别为0.70,1.01 g/kg,2个时期的C/N的平均值分别为10.19和7.12。30 a间,土壤有机碳、C/N都有所下降,而全氮含量有所增加,主要由于长期耕作和秸秆焚烧造成农田生态系统土壤有机碳的大量损失,使农田成为温室气体的一个排放源。近年来,通过推广免耕、秸秆还田、合理施肥等农田管理措施,促使农田土壤有机碳提高,并将其成为温室气体的吸收汇。     

基于土壤有机碳密度变化率的畜禽粪便农田承载力估算

为完善面向土壤固碳的畜禽粪便承载力估算方法研究,以北大荒集团和新疆生产建设兵团种养业生产系统为研究对象,根据种养业生产现状与农田土壤固碳机制,以静稳态模型为基础,构建基于土壤有机碳密度变化率的畜禽粪便农田承载力模型;设定土壤有机碳密度变化率目标值,估算每hm²农田适宜施用畜禽粪便有机肥量与畜禽承载量。结果表明：1）当农田土壤有机碳密度维持当前水平,北大荒集团和新疆生产建设兵团农田可承载的畜禽养殖量以猪当量计分别为180.5~832.1和14.7~327.6头/hm²。2）考虑土壤固碳需求,两地畜禽养殖业未来发展潜力大。本研究成果可为区域种养结合与绿色低碳发展提供参考资料。     

旱作条件下轮作模式和秸秆还田对土壤碳平衡的影响

为稳定农田土壤碳库,减少土壤碳元素流失,在西北农林科技大学校内试验基地开展为期2a的田间定位试验,研究麦豆轮作及秸秆覆盖量对土壤碳平衡影响。以麦闲轮作秸秆不还田(S0)、秸秆全量还田(S1)、秸秆半量还田(S1/2)为对照,设置麦豆轮作S0、S1、S1/2等处理,采用GXH-3010E1型便携式红外线分析仪及重铬酸钾加热法分别测定土壤碳排放通量和土壤有机碳质量分数。结果表明,2a试验期间,单位空间土壤(1m3)有机碳储量均发生变化,麦闲轮作土壤有机碳储量提升0.92×105 kg·m-3,麦豆轮作提升2.11×105 kg·m-3。其中,麦闲轮作S1/2处理增加1.64×105 kg·m-3,S1处理增加3.63×105 kg·m-3;麦豆轮作S1/2处理增加0.45×105 kg·m-3,S1处理保持稳定。观测期内麦闲地土壤碳排放通量最高值为9 000kg·m-2·h-1,麦豆地最高值为6 000kg·m-2·h-1;与麦闲区相比,麦豆轮作区碳排放总量降低了1.36×103 kg·m-2,S1/2处理碳排放总量最低。在黄土旱区实行少耕麦豆轮作半量秸秆还田有助于稳定土壤碳库减少土壤碳排放。     

田间管理对华北平原冬小麦产量土壤碳及温室气体排放的影响

选取华北平原冬小麦为研究对象,针对(1)秸秆移除;(2)秸秆表覆;(3)免耕;(4)秸秆深施;(5)施农家肥这5种典型的田间管理,使用农田自动温室气体测定系统对冬小麦农田全生育期进行了原位长期观测,并采用(13)~C自然丰度法对土壤碳的转化进行了监测,同时对冬小麦产量及生物量、土壤有机碳的变化进行了监测.结果表明,冬小麦产量及生物量高低顺序为施农家肥、秸秆深施、秸秆表覆、秸秆移除和免耕,而且土壤有机碳的更新也有同样的趋势;施农家肥能显著增加土壤有机碳而秸秆移除和免耕则会导致土壤有机碳的轻微下降;冬小麦甲烷的排放或吸收只占总增温潜势的不到1%,在进行统计总排放当量时基本可以忽略,N_2O在总排放当量中的比例在2.55%～11.62%范围内;N_2O的大量排放主要来自于拔节期及开花期,秸秆移除、施农家肥和秸秆深施会导致N_2O排放在总当量中的份额增加至10%左右,而秸秆覆盖和免耕N_2O排放在总排放当量中的份额只有3%左右,冬小麦农田总的温室气体排放88%以上来自于CO_2的排放,特别是秸秆表覆和免耕95%以上来自土壤碳的损失而释放的CO_2.总体来看,秸秆深施能保证较高的产量,减少碳的损失,增加土壤碳并产生相对较少的总温室气体排放量,是较好的固碳减排方式.     

旱作农田种植碳排放主要因素 及减排措施研究

农业生产是温室气体排放第二大排放源,降低农业生产的碳排放具有意义重大。本文梳理了种植生产过程中碳排放相关的文献,发现种植过程产生碳排放的主要因素之一是化肥的生产和使用。通过优化秸秆和肥料利用模式成为化肥减施和替代的重要途径,综合考虑了农田碳排放和土壤固碳,为进一步研究旱作农田减排措施提供参考。     

湖北省农作物秸秆焚烧释放碳量的估算

为明确湖北省主要农作物秸秆露天燃烧碳排放强度,根据2009—2017年湖北省的主要农作物产量、草谷比,估算了主要农作物的秸秆产量,结合秸秆露天焚烧比例计算了湖北省2009—2017年主要农作物秸秆露天焚烧量,进一步依据相关排放因子得出CO和CO2的排放量及碳排放总量。结果表明,湖北省农作物年平均秸秆产量达到32.65×106t;农作物秸秆露天焚烧量平均为7.01×106t,约占作物秸秆总量的21.47%,其中水稻秸秆露天焚烧量占到农作物秸秆露天焚烧量的49.37%;农作物秸秆露天焚烧排放的CO和CO2总量平均每年分别为0.72×106t和9.74×106t;排放的总碳量平均每年为2.96×106t,其中水稻、小麦、玉米和油菜秸秆露天焚烧释放的总碳量分别为1.47×106、0.50×106、0.52×106和0.48×106t。     

旱作农田种植碳排放主要因素及减排措施研究进展

农业生产是温室气体排放第二大排放源,降低农业生产的碳排放具有意义重大。本文梳理了种植生产过程中碳排放相关的文献,发现种植过程产生碳排放的主要因素之一是化肥的生产和使用。通过优化秸秆和肥料利用模式成为化肥减施和替代的重要途径,综合考虑了农田碳排放和土壤固碳,为进一步研究旱作农田减排措施提供参考。     

新疆生产建设兵团农牧业温室气体排放的脱钩与驱动效应分析

为系统性探究区域农牧业温室气体排放特征及驱动因素,以新疆生产建设兵团农牧业生产系统为研究对象,核算农牧业温室气体净排放量,采用Tapio脱钩分析法评估温室气体净排放量与产值、产量的关联程度,运用LMDI分解法解析温室气体净排放量的驱动因素。结果表明:1)2011—2020年新疆生产建设兵团农业和畜牧业温室气体净排放量均呈现“增长—平稳波动”趋势,至2020年农业和畜牧业温室气体净排放量分别为1.02×10¹⁰ kg和1.34×10⁹ kg(以CO₂计)。2)农牧业温室气体净排放量与产值处于脱钩状态,而与产量逐渐脱钩。3)生产机械化水平、水利现代化水平对农业温室气体净排放量的效应值为-14.87×10⁶、58.25×10⁸ hm²,分别起抑制作用和促进作用。畜禽良种化水平对畜牧业温室气体净排放量的效应值为-4.55×10⁶,起抑制作用;生产机械化水平对畜牧业温室气体净排放量从促进作用转向抑制作用。本研究成果可为新疆生产建设兵团农牧业绿色低碳发展提供参考资料。     

基于农田土壤抗生素生态风险值的畜禽粪污农田承载力估算

针对有机肥施用中,畜禽粪便中抗生素造成农田土壤生态风险的问题,对抗生素在养殖业-种植业生产系统中的流动与降解过程进行分析,建立基于农田土壤抗生素生态风险值的畜禽粪污农田承载力估算模型,以黑龙江农垦和新疆生产建设兵团的养殖业-种植业生产系统为研究对象,计算获得相应的畜禽粪污农田承载力。结果表明:1)黑龙江农垦和新疆生产建设兵团每hm2农田可承载的猪当量分别为58和66头。2)在畜禽粪便有机肥施用过程中,黑龙江农垦和新疆生产建设兵团农田土壤抗生素生态风险防范应以磺胺嘧啶和恩诺沙星等高生态风险抗生素为主。建议黑龙江农垦和新疆生产建设兵团未来设立地方标准,严控畜禽粪便中抗生素残留量,尤其高生态风险的抗生素种类;增强畜禽舍的环境调控,保障动物生长环境健康;优选畜禽粪便处理工艺,配套处理设施设备。     

秸秆基生物天然气工程的温室气体减排估算

为准确定量秸秆基生物天然气工程的温室气体减排量,首先参考 UNFCCC方法学和IPCC国家温室气体清单指南,基于农作物秸秆自然腐解基准线,构建秸秆基生物天然气工程的温室气体减排量计量方法;后以河北省临漳县秸秆基生物天然气工程为例,采用构建的温室气体减排量计量方法进行实证研究。结果表明:基于农作物秸秆自然腐解基准线,利用CDM方法学和排放因子法构建了秸秆基生物天然气工程温室气体的基准线排放量、项目运行排放量、工程泄漏排放量及净减排量计量方法。运用该计量方法计算出2019年河北省临漳县秸秆基生物天然气工程基准线排放量(以CO₂计)1.25×10⁵ t,项目排放量1.21×10⁴ t,泄露排放量为10.24 t,净减排量1.13×10⁵ t,相当于约4.19×10⁴ t标准煤的CO₂排放量。因此,本研究构建的以秸秆自然腐解为基准线的秸秆基生物天然气工程温室气体减排计量体系,对于完善生物天然气工程的温室气体减排估算方法学体系,全面评价生物天然气工程温室气体减排效果具有重要意义。     

基于农田土壤重金属污染风险筛选值的畜禽粪污农田承载力估算

针对有机肥施用中,畜禽粪便中重金属造成农田土壤污染的问题,对重金属在养殖业-种植业生产系统中的流动过程进行分析,建立基于农田土壤重金属污染风险筛选值的畜禽粪污农田承载力估算模型,以黑龙江农垦和新疆生产建设兵团的养殖业-种植业生产系统为研究对象,计算获得相应的畜禽粪污农田承载力。结果表明:1)在水稻、玉米和大豆种植情况下,黑龙江农垦每hm2农田可承载的猪当量分别为37、21和21头;在棉花、小麦和玉米种植情况下,新疆生产建设兵团每hm2农田可承载的猪当量均为67头。2)在畜禽粪便有机肥施用过程中,黑龙江农垦和新疆生产建设兵团农田土壤重金属污染风险防控应以Cd、Cu和Zn为主。建议未来注重防控农田土壤酸化和以磷肥途径的Cd输入,并根据各自实际畜禽养殖生产现状与农田土壤重金属本底值,建立地方标准控制畜禽粪便有机肥中Cu和Zn的质量分数。     

畜禽粪便堆肥过程中碳氮损失及温室气体排放综述

堆肥是畜禽粪便资源化利用的重要技术,但堆肥过程中碳氮损失会降低产品的农用价值并造成温室气体排放。堆肥过程中的污染气体排放受多种因素影响,本文综述了堆肥原料类型、辅料类型、初始C/N、含水率和通风速率对畜禽粪便堆肥过程碳氮损失和温室气体（CH₄、NH₃、N₂O）排放的影响。结果发现：48.7%的C和27.7%的N在堆肥过程中损失,其中CH₄-C损失平均占初始总碳的0.5%,NH₃-N和N₂O-N损失分别占初始总氮的18.9%和1.1%。不同种类粪便堆肥碳氮损失差异明显,猪粪和鸡粪堆肥的温室气体排放量高于牛粪和羊粪。选择富含C的辅料与畜禽粪便联合堆肥均可促进有机物降解,其中以稻草或锯末为辅料时的温室气体排放量较低。初始C/N对堆肥过程N损失影响较大,总氮、NH₃和N₂O的损失均随C/N的增加而降低,其中C/N为20~25时最适宜N素保留。初始含水率显著影响CH₄和N₂O的排放,其排放量随含水率的增加呈显著上升趋势,以含水率为60%~65%最为适宜。通风速率（以堆肥干基计）为0.1~0.2 L·kg^-1·min^-1时,CH₄排放和总碳损失较低;通风速率为0.1~0.3 L·kg^-1·min^-1时,N₂O、NH₃和总氮损失较低。因此,为降低畜禽粪便堆肥过程碳氮损失和温室气体排放量,建议采用的工艺参数为：通风速率0.1~0.3 L·kg^-1·min^-1、含水率60%~65%、C/N为20~25。     

Driving factors of direct greenhouse gas emissions from China’s pig industry from 1976 to 2016

Livestock cultivation is a significant source of greenhouse gas (GHG) emissions, accounting for 14.5% of the total anthropogenic emissions. China is responsible for a considerable share of the global livestock emissions, particularly caused by pork production. We used the Kaya identity and the logarithmic mean Divisia index (LMDI) to decompose the national annual GHG emissions from enteric fermentation and manure management in pig farming in China from 1976 to 2016. We decomposed the sources of the emissions into five driving factors: (1) technological progress (e.g., feed improvement); (2) structural adjustment in the livestock sector; (3) structural adjustment in agriculture; (4) affluence; and (5) population growth. The results showed that the net GHG emissions from the pig sector in China increased 16 million tons (Mt) of carbon dioxide equivalents (CO₂eq) during the study period. The decomposition analysis revealed that structural adjustment in agriculture, growing affluence, and population growth contributed to an increase of the GHG emissions of pork production by 23, 41, and 13 Mt CO₂eq, respectively. The technological progress and structural changes in animal husbandry mitigated emissions by –51 and –11 Mt CO₂eq, respectively. Further technological progress in pig production and optimizing the economic structures are critical for further reducing GHG emissions in China’s pig industry. Our results highlight the dominant role of technological changes for emission reductions in the pig farming.     

贮存高度和锯末覆盖厚度对猪粪NH3和温室气体排放量及其增温潜势的影响

为研究贮存高度和锯末覆盖厚度对猪粪NH3和温室气体排放量及其增温潜势的影响,以猪粪为贮存材料,锯末为覆盖材料,试验设2种猪粪贮存高度(20 cm和40 cm)和3种锯末覆盖高度(0、10 cm和20 cm),共6个处理,每个处理3个重复。通过动态箱技术对猪粪贮存过程中NH3和温室气体排放进行不间断测试,每小时测量一次进气口和排气口NH3、N2O、CH4和CO2的质量浓度,进而计算增温潜势,共测量42 d。结果表明:猪粪便的贮存高度对各种气体排放量均有显著影响,与20 cm贮存高度的猪粪相比,40 cm贮存高度猪粪的NH3、N2O和CO2排放量显著降低,而CH4排放量显著增加。锯末覆盖降低了猪粪贮存过程中NH3和CO2的排放量,但是增加了CH4的排放量;锯末覆盖对不同贮存高度猪粪N2O排放量影响不同,锯末覆盖增加了20 cm贮存高度猪粪N2O排放量,却降低了40 cm贮存高度猪粪N2O排放量。各处理组单位质量猪粪排放的总温室气体增温潜势为36.62～62.83 g·kg-1(CO2基础)。覆盖可以减少猪粪贮存过程中总温室气体增温潜势11.59%～23.61%,但差异不显著。与20 cm贮存高度的猪粪相比,40 cm贮存高度显著降低了猪粪总温室气体增温潜势达36.26%～41.48%。研究表明,增加猪粪贮存高度可以减少猪粪贮存过程中总温室气体的增温潜势。     

我国保护性耕作对农田温室气体排放影响研究进展

农业生产过程是大气温室气体(Greenhouse gas,GHG)一个重要的排放源。20世纪30年代以来,为了防止土壤侵蚀和沙尘暴,许多国家和地区发展并推广了保护性耕作(简称保耕)。近年来,越来越多的研究开始关注保耕对土壤GHG排放和固碳的影响。本文综述了我国近期发表的文章,重点分析了我国保耕措施对农田GHG(CO2、CH4、N2O)排放、固碳以及综合全球增温潜势的影响。结果表明:保耕措施中秸秆还田能促进土壤呼吸,如果将秸秆制成生物炭则对CO2排放影响很小,免耕能减少土壤呼吸;水稻田秸秆还田促进了CH4的排放,提高程度从10%~400%,并随着还田量和年限增加而增加,大部分研究也表明水稻田采用免耕降低了CH4排放;秸秆还田和免耕对土壤N2O排放具有复杂影响,与还田的秸秆量及其碳氮比、还田方式、气候条件和土壤环境等有关;秸秆还田提高了土壤有机碳含量,而免耕更多是改变了有机碳分布,使更多有机碳聚集于土壤表层;分析评价全球增温潜势时,如果考虑固碳作用,保耕措施将能减少GHG排放甚至使农田转变成碳汇。因此,保耕对全球增温潜势的影响评估应该考虑土壤固碳作用,推广保耕整套技术体系应因地制宜,同时与其他推荐措施相结合,从而实现生态效益和经济效益的双赢。     

湖北省畜牧业温室气体排放潜力

根据湖北省2007-2014年畜禽饲养量,按照《省级温室气体清单编制指南(试行)》要求,评估了湖北省2007-2014年畜禽养殖过程中的温室气体(GHG)排放潜力,并比较了2010年湖北省各地区的温室气体排放潜力以及各畜禽肠道甲烷(CH_4)、粪便CH_4、粪便氧化亚氮(N_2O)的排放状况。结果表明:(1)2007-2014年湖北省温室气体排放潜力总体呈现上升趋势,2014年达1 535.01万t CO2-eq,增幅11.50%;(2)2010年湖北省襄阳、孝感、黄冈和恩施的畜牧业温室气体排放潜力最大,占全省的58.81%;(3)非奶牛、水牛对肠道CH_4排放的贡献率最大,分别为43%、31%;猪是粪便CH_4和N_2O排放的主要来源,分别占粪便CH_4和N_2O排放潜力的83%和39%。因此,湖北省各地区应在保证畜牧业持续发展的同时,积极采取温室气体减排措施;针对不同畜禽种类、不同地理区域,应当有的放矢,因地制宜。     

不同施肥条件对稻田温室气体排放特征的影响

采用静态箱-气相色谱监测体系研究了上海郊区3种不同施肥条件下稻田系统温室气体(GHGs)排放特征及其全球增温潜能(GWP)。研究结果表明:施肥能显著增加稻田系统CO2的排放通量,但不同施肥条件对其影响差异不显著;施用有机肥能显著增加稻田系统CH4的排放通量,同时也能显著降低稻田N2O排放通量。整个水稻生育期,不施肥CK处理的GWP最低,为14 852 kg CO2·hm-2。相较于CK处理,施用尿素的CT处理、有机无机混施的MT处理和施用有机肥的OT处理分别增加了86.9%、111.5%和134.3%的稻田GWP,表明施肥会增加稻田土壤GHGs的GWP。