广州地区晚季稻田CH4,N2O排放研究初报

采用广州地区农民常用施肥施类型和灌溉方式，研究晚季稻田ＣＨ４，Ｎ２Ｏ排放规律及排放量。试验初步表明，在一定的施肥量及气候条件下，灌溉水管理是决定ＣＨ４、Ｎ２Ｏ排放量的较主要因素，而这一因素对ＣＨ４、Ｎ２Ｏ排放量的影响互为相反，发即施肥稻田处于灌溉淹水状态有利于ＣＨ４排放而不利于Ｎ２Ｏ排放；     

淹水稻田甲烷产生和排放的研究现状

大气中温室气体如ＣＯ＿２、ＣＨ＿４和Ｎ＿２Ｏ等增加，导致全球气候变暖。ＣＨ＿４虽浓度相对较低，但其捕获热量的效率却比ＣＯ＿２高２０─３０倍，并以每年１％的速度增加。本文阐述了淹水稻田ＣＨ＿４排放过程及数量，稻田土壤类型、栽培措施对ＣＨ＿４产生与排放的影响，ＣＨ＿４排放与水稻生长关系。同时讨论了控制和缓解稻田ＣＨ＿４排放的途径。     

广州地区早稻田施肥对N2O排放影响的初步研究

研究了广州地区华南农业大学早季稻实验田在农业管理措施和肥效基本相同的情况下，施用不同肥料对稻田Ｎ２Ｏ排放通量的影响。试验初步表明：早季稻稻田Ｎ２Ｏ排放规律是施纯化肥稻田Ｎ２Ｏ排放集中在施肥后４ｄ￣１８ｄ，施有机肥加化肥稻田Ｎ２Ｏ排放集中在施肥后第５ｄ￣１０ｄ，施猪粪肥几乎无Ｎ２Ｏ排放，施肥期稻田处于灌溉干湿状态有利于Ｎ２Ｏ排放。稻田处于灌溉淹水状态不利于Ｎ２Ｏ排放，稻田表层土壤温度高有利地Ｎ２Ｏ排     

土壤 Eh 和温度对稻田甲烷排放季节变化的影响

通过温室盆栽试验研究了土壤Ｅｈ和温度对稻田甲烷（ＣＨ４）排放季节变化的影响。结果表明,当水稻生长期土壤Ｅｈ处于适宜ＣＨ４产生的水平时,土壤Ｅｈ对ＣＨ４排放季节变化没有显著影响,这时土壤温度却显著影响ＣＨ４排放季节变化;当水稻生长期相当一段时间土壤Ｅｈ处于抑制ＣＨ４产生的水平时,土壤Ｅｈ的季节变化与ＣＨ４排放季节变化间存在显著相关性,而土壤温度却没有。     

阴阳离子混合表面活性剂浓度变化对表面活性的影响

辛基苯基聚氧乙烯醚硫酸钠Ｃ＿８Ｈ＿（１７）Ｃ＿６Ｈ＿４（ＯＣ＿２Ｈ＿４）＿（１０）ＳＯ＿４Ｎａ（Ｃ＿８Ｅ＿（１０）Ｓ）和十二烷基７聚氧乙烯基醚硫酸钠Ｃ＿（１２）Ｈ＿（２５）（ＯＣ＿２Ｈ＿４）＿７ＳＯ＿４Ｎａ（Ｃ＿（１２）Ｅ＿７Ｓ）与溴化十二烷基三甲铵Ｃ＿１２Ｈ＿（２５）Ｎ（ＣＨ＿３）３Ｂｋ（Ｃ＿（１２）ＮＭ３）不仅能在水溶液中形成透明的均匀溶液，而且混合体系的临界胶团浓度（ｃｍｃ）和γ＿（ｃｍｃ）比单一组份的低。在Ｃ＿８Ｅ＿（１０）Ｓ中引入Ｃ＿（１２）ＮＭ＿３的量小于１０％时，Ｃ＿８Ｅ＿（１０）Ｓ—Ｃ＿１２ＮＭ＿３的润湿能力不变；大于１０％时，润湿能力增加；超过２０％时，润湿能力下降。润湿力随浓度的增加而增加，在约１．３ｍＭ时，出现１个转折点。混合比改变时，Ｃ＿８Ｅ＿（１０）Ｓ—Ｃ＿（１２）ＮＭ＿３对煤油的乳化能力出现两个极大值１个极小值。乳化力随浓度的增力。而增加，在浓度为０．５５ｍＭ时，体系的乳化明显增加而出现１个转折点。     

稻田甲烷（CH4）排放研究

稻田甲烷（ＣＨ_４）排放研究甲烷（ＣＨ４）是仅次于ＣＯ２的重要温室气体。最近２００年来，大气中ＣＨ４浓度提高了１倍多，由０．７ｐｐｍ增加到１．７ｐｐｍ（按体积计，以下同）。从绝对量上考虑，ＣＨ４浓度还大大低于ＣＯ２（约为３６０ｐｐｍ），但是一个ＣＨ４?..     

烷基聚氧乙烯基醚硫酸钠和阳离子表面活性剂混合体系的表面活性

辛基苯基聚氧乙烯醚硫酸钠Ｃ＿８Ｈ＿（１７）Ｃ＿６Ｈ＿４（ＯＣ＿２Ｈ＿４）＿（ｌ０）ＳＯ＿４Ｎａ（Ｃ＿８Ｅ＿（１０）Ｓ）和十二烷基７聚氧乙烯基醚硫酸钠Ｃ＿（１２）Ｈ＿（２５）（ＯＣ＿２Ｈ＿４）＿７ＳＯ＿４Ｎａ（Ｃ＿（１２）Ｅ＿７Ｓ）与溴化十二烷基三甲铵Ｃ＿（１２）Ｈ＿（２５）（ＣＨ＿３）＿３Ｂｒ（Ｃ＿（１２）ＮＭ＿３），不仅能在水溶液中形成透明的均匀溶液，而且混合体系的临界胶团浓度和γｃｍｃ比单一组分的低。Ｃ＿（１２）Ｅ＿７Ｓ－Ｃ＿（１２）ＮＭ＿３和Ｃ＿８Ｅ＿（１０）Ｓ－Ｃ＿（１２）ＮＭ＿３对极性物的加溶，随混合比的变化呈“Ｖ”型，而对非极性物的加溶呈“”型。混合比改变时，Ｃ＿（１２）Ｅ＿７Ｓ－Ｃ＿（１２）ＮＭ＿３和Ｃ＿８Ｅ＿（１０）Ｓ－Ｃ＿（１２）ＮＭ＿３溶液的粘度出现１个极大值（在１：１附近）。在Ｃ＿８Ｅ＿（１０）Ｓ中引入Ｃ＿（１２）ＮＭ＿３的量小于１０％时，Ｃ＿８Ｅ＿（１０）Ｓ－Ｃ＿（１２）ＮＭ＿３的润湿能力不变；大于１０％时，润湿能力增加，超过２０％时，润湿能力下降。混合比改变时，Ｃ＿８Ｅ＿（１０）Ｓ－Ｃ＿（１２）ＮＭ＿３对煤油的乳化能力出现两个极大值和１个极小值。     

温室气体与土壤

云、水蒸汽、ＣＯ＿２、ＣＨ＿４、Ｎ＿２Ｏ、Ｏ＿３等大气中的主要成分（温室气体）可减少从地表逸出的红外辐射的损失，而使地球表面大体保持恒温（温室效应）。当氯氟烃、ＣＨ＿４、Ｎ＿２Ｏ的浓度增大时，可破坏平流层中的Ｏ＿３，使较多的紫外辐射到达地表，危害活细胞并引起地球变暖（增强温宝效应）。平流层中的Ｏ＿３经反应可形成激发态氧原丁，与Ｈ＿２Ｏ、ＣＨ＿４、Ｎ＿２Ｏ分子反应产生具有活性的ＮＯ，ＯＨ及ＣＨ＿３自由基，它们可氧化由地球逸出的一些气体形成Ｈ＿２ＳＯ＿４、ＨＮＯ＿３、ＰＡＮ等。ＣＨ＿４、Ｎ＿２Ｏ、氯氟烃还可在平流层直接与Ｏ＿３反应使之损耗而出现臭氧空洞。值得注意的是，许多研究证明除氯氟烃外，土壤是其它温室气体的“源”，而且是Ｎ＿２Ｏ及ＣＨ＿４的主要“源”     

辛基苯基聚氧乙烯醚硫酸钠与溴化烷基吡啶的相互作用研究

利用表面张力法和紫外光谱法研究了辛基苯基聚氧乙烯醚硫酸钠Ｃ＿８Ｈ＿（１７）Ｃ＿６Ｈ＿４（ＯＣ＿２Ｈ＿４）＿（１０）ＯＳＯ＿３Ｎａ与嗅化烷基吡啶ＣｎＨ＿（２ｎ＋１）ＮＣ＿５Ｂｒ（Ｃｎｐ＿ｙ，ｎ＝１２，１４，１６）的相互作用。结果表明，具有很高的表面活性，二者是由的硫酸头与ＣｎＰｙ的吡啶头间的相互作用引起的。但其硫酸头与吡啶头间未发生电性中和，这可能是形成均相水溶液的原因之一。     

不同水分管理及耕作制度对广州地区稻田CH4排放的影响

１９９４年利用密闭箱法观测了广州地区早稻和晚稻ＣＨ４的排放，结果ＣＨ４平均排放通量早稻为０。２２－３．８１ｍｇ／ｍ＾２．ｈ，晚稻为０．３６－１７．６３ｍｇ／ｍ＾２．ｈ。常规ＣＨ４排放明显低于国内其服稻区，对其原因进行了初步分析。     

地下水位与有机肥及水分管理对稻田甲烷排放的影响

采用长期定位模拟试验研究了地下水位，有机肥、水分管理对稻田甲烷排放的影响。结果表明，不同有机肥用量条件下，早委高量绿肥低水位处理稻田甲烷排放速率高于常量绿肥低水位处理，晚稻则相反；不同地下水位条件下，早稻高量绿肥低水位处理稻田甲烷排放速率高于高量绿肥高水位处理，晚稻相反；但是间歇排灌处理无论是排放速率还是排放总量都大大低于正常灌溉处理，且在所有处理中也是最低的。可见，干湿交替的水分管理方式是控制稻田甲烷排放的有效方法。     

种植杂交稻对甲烷排放及土壤产甲烷菌的影响

经早稻、中稻、晚稻三季２４ ｈ 稻田甲烷监测结果表明,种植杂交稻没有明显增进稻田甲烷排放的作用。在三季种植中,甲烷释放总量除连晚杂交稻田比常规稻高外,早稻、单季稻都是杂交稻田低于常规稻。稻田甲烷每周日平均释放量在水稻生长前期（ 移栽后５ ～７ 周） 杂交稻高于常规稻,孕穗至收获则杂交稻低于常规稻。温度对甲烷释放影响十分明显,在不同种植季,稻田甲烷释放模式不同。在三个水稻种植季中,除个别值外杂交稻田的土壤水溶甲烷含量基本都低于常规稻田。经测定,杂交稻田的土壤产甲烷细菌数量及土壤产甲烷潜力明显高于常规稻田,其中产甲烷细菌数可相差数倍乃至２ 个数量级。     

不同水稻品种甲烷排放与土壤酶的关系

为明确不同水稻品种甲烷（CH₄）排放差异形成与根际土壤过氧化氢酶、脲酶活性的关系，选取早稻晚稻各3个品种为大田供试材料，采用密闭静态暗箱法收集CH₄气体，监测早稻晚稻不同品种CH₄排放动态，以及不同品种在主要生育时期根际土壤的过氧化氢酶、脲酶活性，并对不同水稻品种CH₄排放与两种酶活性进行了线性回归分析。结果表明：双季稻品种CH₄排放差异显著，晚稻CH₄累积排放量明显高于早稻，早稻品种中CH₄累积排放量以湘早籼24号最高，株两优819最低，相差31.78%；晚稻以湘晚籼17号最高，Y两优1号最低，相差17.31%。双季稻品种在不同生育期根际土壤的过氧化氢酶、脲酶活性存在差异，早稻过氧化氢酶活性在孕穗期最高，晚稻过氧化氢酶、双季稻脲酶活性均在分蘖期最高；双季稻田CH₄排放与脲酶正相关，达到极显著水平（P<0.01），与过氧化氢酶正相关，达到显著水平（P<0.05）。综上，双季稻品种甲烷排放与水稻根际土壤过氧化氢酶、脲酶关系密切，降低水稻品种根际土壤的过氧化氢酶、脲酶活性有利于稻田CH₄减排。     

再生稻和双季稻田CH4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CH₄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CH₄排放动态和稻田生态系统CH₄季节性累积排放规律以及评估了单位产量稻田CH₄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CH₄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—1.30 μmol·m ^-2·s ^-1）要高于再生稻的排放范围（- 0.01—0.70 μmol·m ^-2·s ^-1）;从稻田CH₄季节性累积排放来看,双季稻CH₄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—251.29kg·hm ^-2,晚稻季节累积排放范围在为10.74—321.59 kg·hm ^-2。双季稻CH₄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CH₄累积排放B-C段>A-B段>C-D段,且全生育期CH₄累积排放为609.74 kg·hm ^-2,即相比对照双季稻,再生稻CH₄累积排放降低了33.89%;最后通过评估单位产量CH₄排放可知,早稻单位产量CH₄排放为0.069 kg·kg ^-1,头季单位产量CH₄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CH₄排放为0.061 kg·kg ^-1,再生季单位产量CH₄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CH₄排放为0.065 kg·kg ^-1,再生稻单位产量CH₄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CH₄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。     

不同灌溉模式和施氮量条件下稻田甲烷排放及其与有机碳组分关系

通过田间试验,研究不同灌溉模式和施氮量下早晚稻不同生育期土壤有机碳(SOC)和易氧化有机碳(LOC)含量、微生物量碳(MBC)和甲烷氧化菌(MOB)数量的变化,以及水稻生育期内稻田甲烷排放通量变化情况,并分析当日稻田甲烷排放通量与土壤SOC、LOC、MBC和MOB的关系,以期获得稻田甲烷减排的灌溉模式和施氮量。两季试验均设3种灌溉模式,即常规灌溉(C)、"薄浅湿晒"灌溉(T)和干湿交替灌溉(D);2种施氮量,即120 kg·hm~(-2)(N1)和150 kg·hm~(-2)(N2)。结果表明,N1时D模式土壤SOC含量在晚稻乳熟期和早稻孕穗期较高,N2时早、晚稻4个时期SOC含量均以D模式最高;早晚稻土壤LOC含量以D模式较低,土壤MOB数量均以C模式较低,而MBC则以C模式较高。N2处理稻田MOB、SOC、LOC和MBC含量均高于N1处理。稻田甲烷排放量在分蘖期和乳熟期较高,而在孕穗期和成熟期较低。D模式早、晚稻全生育期甲烷排放通量和累计排放量均显著低于T和C模式,而N2处理这些指标均高于N1。稻田甲烷排放通量受土壤MOB、LOC和MBC的直接影响和SOC含量的间接影响,在干湿交替模式和施氮量120 kg·hm~(-2)下稻田甲烷排放量最低。     

人为补水对扎龙芦苇湿地甲烷排放的影响

为研究人为补水对芦苇湿地甲烷排放的影响,分别在补水前5 d、补水后10、20和30 d测定了扎龙芦苇湿地淹水区RH和未淹水区RA的甲烷排放通量。结果表明,补水后30 d RH水深由20 cm上升至120 cm,甲烷排放通量由3.13 mg/(m2·h)增至9.60 mg/(m2·h),是对照组CH的1.62倍;RA在补水后30 d水深达到10 cm,甲烷排放通量由2.80 mg/(m2·h)上升至18.96 mg/(m2·h),为对照组CA的5.31倍。补水期间,RH的水深增加刺激了芦苇生长,从而为甲烷产生提供了更多底物,并增强了厌氧条件,导致甲烷排放增大;RA淹水后,大量有机质分解为甲烷产生提供了碳源以及通气状况的改变是促进其甲烷大量排放的原因。研究表明人为补水过程促进了淹水区和非淹水区的甲烷排放,建议在评估湿地甲烷排放时应考虑人为补水因素。     

稻田土壤氧化态有机碳组分变化及其与甲烷排放的关联性

稻田土壤有机碳是甲烷排放的关键底物之一,不同研究者由于采取的有机碳研究方法不同而得出稻田甲烷排放与土壤有机碳关系的结论不一。为明确影响稻田甲烷排放的土壤有机碳组分,设计了稻田施用不同外源有机碳(稻草还田、鸡粪和猪粪)的田间试验,对稻田甲烷排放和土壤有机碳组分的动态变化及其关联性进行监测和分析。结果表明,猪粪处理的甲烷排放与化肥处理无显著差异,而鸡粪和稻草2个处理的甲烷排放分别比化肥增加1.67倍(P<0.05),2.69倍(P<0.05);甲烷排放量与土壤易氧化有机碳含量显示相同顺序:稻草>鸡粪>猪粪>化肥;通径分析表明,土壤易氧化有机碳组分1(被33 mmol/L KMnO₄氧化的有机碳)与甲烷排放直接相关,其他有机碳组分仅通过组分1间接作用于水稻生育后期甲烷排放,且排放量较低。由此推断,易氧化有机碳组分1是甲烷排放的主要底物,通过有效措施降低肥源中易氧化态有机碳组分1是减排甲烷的关键技术之一。     

水稻生物学特性对稻田甲烷排放的影响

为了阐明水稻品种与稻田甲烷排放的关系,为培育低甲烷水稻品种提供科学依据。本研究从水稻植株形态特征和生物学特性等方面,论述水稻植株与甲烷排放的关系。水稻根系主要通过根系分泌物和根系泌氧能力二个方面影响甲烷气体的生成和氧化;水稻分蘖特性主要影响甲烷气体的排放;水稻叶片则通过光合作用和蒸腾作用二个方面分别影响甲烷气体的产生和排放;水稻籽粒的灌浆特性主要通过与根系争夺碳水化合物而影响甲烷的产量。这些因素既相互独立又相互协调影响水稻稻田的甲烷排放。     

爽水性稻田甲烷排放特点

通过田间小区试验 ,观测研究了不同施氮水平和前茬是否施用稻草的爽水性稻田的甲烷排放情况。结果表明 ,爽水性稻田甲烷排放通量有明显的规律性 ,烤田前甲烷排放量较大 ,烤田期间甲烷排放并不明显减少 ,但烤田后甲烷排放下降显著 ;前茬覆盖稻草对稻田甲烷排放有明显的促进作用 ;水稻整个生育期稻田的氧化还原电位与甲烷排放通量有一定的相关性 ;爽水性稻田甲烷排放出现两种类型的日变化 ;尿素用量对甲烷排放量没有明显的相关性 ;水稻产量高低与甲烷排放之间有一定的相关性。     

水稻物质生产对稻田甲烷排放的影响

以研 究水稻 物质生产 对稻田 甲烷排 放影响为 目的的 大田与 盆栽 试验于１９９４ —１９９５ 年在美国德克萨斯州进行。对同期观测的稻田甲烷排放量与水稻干物质积累资料的分析表明, 在类似的气候、土壤及水稻栽培管理条件下, 稻田甲烷排放的季节总量随水稻生产力水平的提高而增加; 甲烷日排放通量与水稻干物质积累呈正相关;水稻生长中、后期的物质生产对甲烷排放的贡献大于前期。