水稻品种对稻田CH4和N2O排放的影响

稻田被认为是温室气体甲烷(CH₄)和氧化亚氮(N₂O)的重要排放源,推广种植较少温室气体排放的水稻品种是控制稻田温室气体排放的有效措施之一。选取在太湖流域推广种植较多的16个品种为对象,通过研究其CH₄和N₂O排放情况,筛选出该区域内最适宜种植的较低温室气体排放的品种。研究结果表明,水稻的产量与CH₄排放量存在显著的线性正相关关系。在常规灌溉条件下,不管是常规品种还是杂交品种,粳稻的CH₄、N₂O累积排放量和产量都要高于籼稻。与常规品种(粳稻或籼稻)相比,杂交品种的CH₄累积排放量和产量相对较高,但N₂O累积排放量相对较低。常规粳稻中的早玉香粳和秀水134、杂交粳稻中的花优14、秋优金丰和甬优9号以及杂交籼稻中的旱优113、天优华占均具有较高的产量和较低的温室气体排放强度,有较大的推广种植价值。早玉香粳、旱优8号和旱优113为节水抗旱稻,它们在水分缺少的环境下可能会表现出更大的优势。     

东北温带次生林和落叶松人工林土壤CH4吸收和N2O排放通量

2007年6月-2008年6月,在帽儿山用静态箱/气相色谱法测定了相邻次生林和落叶松人工林土壤CH₄和N₂O通量,结果表明:次生林转变为落叶松人工林后土壤年CH₄吸收和年N₂O排放通量均显著增加,分别为次生林的1.2倍和3.6倍。两林分CH₄和N₂O通量表现相似的季节动态,生长季土壤CH₄吸收通量和N₂O排放通量均高于非生长季。次生林和落叶松人工林土壤CH₄吸收通量与土壤温度均呈正相关关系,而与土壤含水量呈负相关关系。土壤N₂O排放通量与土壤温度和土壤铵态氮含量均呈正相关关系,而与土壤含水量没有明显相关性。次生林转变为落叶松人工林后,落叶松林地较厚的凋落物层改变了林地土壤水分的格局,影响了土壤的CH₄和N₂O通量。     

鸡粪好氧堆肥过程氨气与温室气体排放特征及协同减排机制

为研究畜禽粪便好氧堆肥过程氨气(NH₃)与温室气体的排放特征及协同减排机制,以鸡粪与蘑菇渣为原料,设置9组不同条件的好氧堆肥正交实验,并进行为期45 d的跟踪监测,了解好氧堆肥过程基本理化参数变化,分析NH₃和温室气体的排放规律及最佳减排条件,探究微生物群落与环境因子、气体排放通量之间的相关性。结果表明:含水率与碳氮比(C/N)变化影响整个堆肥进程,经45 d堆肥后,大多数处理组的堆肥均已经完全腐熟,且添加一定比例的椰壳生物炭与钙镁磷肥可以提高堆肥腐熟度。NH₃和4种温室气体(CH₄、N₂O、CO、CO₂)在堆肥前期(1~22 d)排放通量较高,人工翻堆会增加气体排放通量。NH₃和温室气体排放的影响因子和最佳减排条件各不相同,存在"此消彼长"的关系。对NH₃、CH₄、N₂O排放影响较大的因子是椰壳生物炭占比、钙镁磷肥占比和通风速率,有利于这3种气体协同减排的条件为含水率60%、椰壳生物炭0或5%、钙镁磷肥0或5%或10%、通风速率0.12 L·min^-1·kg^-1,其中含水率60%、椰壳生物炭占比5%、通风速率0.12 L·min^-1·kg^-1是NH₃和CH₄协同减排的最佳条件。整个堆肥过程中,门水平与属水平的微生物群落相对丰度均发生明显变化,C/N和温度是微生物群落变化的主要驱动因素;堆肥前期(22 d前),门水平的优势菌为Firmicutes、Actinobacteria、Bacteroidetes和Proteobacteria,其中Firmicutes对NH₃与温室气体的排放具有显著影响。研究表明,鸡粪好氧堆肥过程中影响NH₃和温室气体排放的因子很多,通风条件下进行调理剂种类及配比优选有望实现NH₃、CH₄和N₂O的协同排放。     

稻蟹共生系统温室气体排放特征及其影响因素

稻田是农业温室气体排放的重要来源。近年来，稻田综合种养模式发展迅速，但其对温室气体排放的影响具有较大争议。为明确我国东北地区典型稻田种养模式——稻蟹共生系统温室气体排放特征，在辽宁省盘锦市大洼区开展微区试验，设置持续淹水水稻单作、晒田水稻单作和稻蟹共生3种处理，开展了不同稻田生态系统下温室气体排放特征及其主要影响因素研究。结果表明：稻蟹共生能够降低稻田N₂O排放，与持续淹水水稻单作处理和晒田水稻单作处理相比，稻蟹共生处理N₂O排放量分别降低23.9%和16.7%。稻蟹共生对CH₄排放的影响则取决于水稻单作的水分管理模式。相比于持续淹水水稻单作处理，稻蟹共生处理使CH₄排放量降低13.5%；然而相比于晒田水稻单作处理，则使CH₄排放量增加34.0%。整体而言，与持续淹水水稻单作处理相比，稻蟹共生处理降低了13.6%的增温潜势；与晒田水稻单作处理相比，却增加了32.6%的增温潜势。冗余分析表明，在稻田生态系统中，温室气体排放主要受田面水溶解氧和pH以及土壤中NO₃^--N含量和pH的影响。综上，从温室气体减排潜力的角度看，与持续淹水水稻单作系统相比，稻蟹共生模式可以降低N₂O和CH₄等温室气体排放；而与晒田水稻单作系统相比，持续淹水的稻蟹共生模式会增加温室气体排放。     

不同水分对半干旱地区砂壤土温室气体排放的短期影响

为探明不同水分条件对土壤排放温室气体的短期影响,本研究以黑龙江省半干旱地区的砂壤土为对象,通过室内培养试验研究60%田间最大持水量（WHC）、100% WHC和淹水条件下土壤中N₂O、CO₂和CH₄的排放规律。结果表明：与60% WHC处理相比,土壤水分含量增加至100% WHC对净硝化速率没有显著影响,但显著促进了N₂O的排放,平均排放速率（0.109 mg N₂O-N·kg^-1·d^-1）是60% WHC处理（0.014 mg N₂O-N·kg^-1·d^-1）的7.8倍。淹水处理显著抑制了硝化作用的进行,但显著促进了N₂O的排放,平均排放速率（0.419 mg N₂O-N·kg^-1·d^-1）分别为60% WHC和100% WHC处理的29.9倍和3.8倍。60% WHC处理土壤CO₂和CH₄平均排放速率分别为9.92 mg CO₂-C·kg^-1·d^-1和2.99 μg CH₄-C·kg^-1·d^-1,土壤水分含量增加至100% WHC对CO₂和CH₄排放速率没有显著影响。淹水处理土壤CO₂和CH₄平均排放速率分别为12.7 mg CO₂-C·kg^-1·d^-1和5.14 μg CH₄-C·kg^-1·d^-1,显著高于60% WHC和100% WHC处理。研究表明,半干旱地区砂壤土应注意田间水分管理,避免短期淹涝,以减少温室气体排放。     

不同水旱轮作模式全生命周期温室效应及经济效益评价

以不同水旱轮作稻田为研究对象,对比分析不同轮作模式温室气体排放特征,挖掘关键影响因素,并将温室效应和成本-收益计量相结合,通过综合评价筛选环境友好、经济效益高的轮作模式。基于大田小区试验,设置休闲-水稻、紫云英-水稻、小麦-水稻、油菜-水稻、青饲小麦-水稻、蚕豆-水稻6种水旱轮作处理,采用静态箱-气相色谱法,于2020年6月—2021年5月进行CH₄和N₂O排放原位监测,通过结构方程模型挖掘影响CH₄和N₂O排放的关键因素,采用全球增温潜势和成本-收益计算方法,评价不同轮作制度的环境和经济效应。结果表明：不同水旱轮作模式CH₄累积排放量为95.6~173.3 kg·hm^-2,排放量与冬茬秸秆还田量和水稻产量有关;N₂O累积排放量为1.5~2.5 kg·hm^-2,受施氮量、冬茬秸秆还田量、水稻产量和土壤有机质含量影响。增加氮肥施用量不仅可增加N₂O排放量,而且会导致土壤有机质含量的降低;冬茬秸秆还田量、水稻产量的变化会导致CH₄和N₂O排放的此消彼长,即秸秆还田量和水稻产量与CH₄排放量呈正相关,而与N₂O排放量呈负相关。青饲小麦-水稻轮作模式的经济效益为10 139元·hm^-2,高于其他轮作模式。对比单位经济效益的温室气体排放量发现,尽管青饲小麦-水稻轮作模式周年N₂O排放量最高、土壤固碳量低,但其单位经济收益的温室气体排放量仍最低（0.41 kg CO₂e·元^-1）;紫云英-水稻轮作分别比油菜、小麦、休闲、蚕豆与水稻的轮作方式低51%、33%、20%和4%。不同水旱轮作方式下的稻田周年温室效应有显著差异,紫云英-水稻轮作的综合温室效应（3.1 t CO₂e·hm^-2）显著低于小麦-水稻轮作（5.4 t CO₂e·hm^-2）。研究表明,与其他轮作模式相比,紫云英-水稻和蚕豆-水稻轮作在保证较高经济收益的同时温室气体排放量相对较低,冬茬秸秆还田量、绿肥还田生物量是环境效应和经济效益协同的重要影响因素。     

施肥对板栗林地土壤N2O通量动态变化的影响

2011年6月-2012年6月期间, 在浙江省临安市典型板栗林地进行施肥对土壤N₂O通量变化影响的试验研究。目的在于探明不同施肥处理下板栗林地土壤N₂O通量的动态变化规律,并探讨土壤N₂O通量和土壤环境因子之间的关系。试验设置4个处理:对照(不施肥)、无机肥、有机肥、有机无机混合肥。采用静态箱-气相色谱法测定了板栗林地土壤N₂O通量,并测定了土壤温度、水分、水溶性有机碳(WSOC)和微生物量碳(MBC)含量。结果表明:板栗林土壤N₂O通量呈显著季节性变化,最大值出现在夏季,最小值出现在冬季;而且,施肥处理显著提高土壤N₂O年均通量和年累积量;在整个试验期间,无机肥、有机肥和有机无机混合肥处理下土壤N₂O的排放系数分别达到0.96%、1.45%和1.29%。此外,施肥也显著增加了土壤WSOC和MBC的含量(P < 0.05)。不同施肥处理条件下,土壤N₂O通量与土壤5 cm处温度、WSOC含量间均呈极显著正相关(P<0.01),但与MBC含量之间的相关性不显著。土壤N₂O排放与土壤含水量间除对照处理外均没有显著相关性。综上所述,施肥引起土壤WSOC含量的增加可能是施肥增加板栗林地土壤N₂O排放速率的主要原因之一。     

添加生物黑炭对茶园土壤CO2、N2O排放的影响

采用室内培养试验,研究了不同生物黑炭施用量对两种茶园土壤(红壤和黄壤)CO₂、N₂O排放特征的影响。生物黑炭用量设5个水平:H0(0 g·kg^-1)、H1(3.56 g·kg^-1)、H2(7.11 g·kg^-1)、H3(14.22 g·kg^-1)、H4(28.44 g·kg^-1).结果表明:红壤茶园土壤CO₂排放量显着高于黄壤,N₂O排放总量则低于黄壤;与H0处理相比,施用低量的生物黑炭(H1)对两种茶园土壤CO₂排放无显着影响;高量的生物黑炭处理(H3、H4)则显着增加土壤CO₂排放量,增幅为20%~47%(P<0.05).生物黑炭施用后(H2、H3、H4)明显降低两种茶园土壤N₂O释放速率及反硝化损失率,土壤N₂O排放总量降幅为37%~63%(P<0.05),反硝化损失量降幅22%~54%(P<0.05),且均随着生物黑炭施用量增加而增大。此外,从土壤pH值、无机氮含量和硝化率角度,探讨了生物黑炭影响茶园土壤CO₂和N₂O排放的因素。     

兴安落叶松天然林土壤N2O通量对土壤温度和湿度的响应

【目的】探究兴安落叶松天然林土壤N₂O通量、土壤温度、土壤湿度昼夜和不同月份的变化特征,进一步阐明土壤温度和湿度对土壤N₂O通量的调控机制。【方法】采用便携式N₂O/CO CM-919气体分析仪,于2021年生长季（6-9月）对兴安落叶松天然林土壤N₂O通量和不同土层（2,10,20 cm）的土壤温度和湿度进行定点连续观测,分析土壤N₂O通量对土壤温度和土壤湿度的响应。【结果】（1）兴安落叶松天然林土壤N₂O通量呈“夜大昼小”的日变化特征,8月中旬是土壤N₂O的“强排放”时期,月平均排放通量为7.67 μg/(m²·h)。（2）当土壤日均温高于15 ℃或昼夜温差较大（2.96~17.22 ℃）时,土壤温度对土壤N₂O日排放通量发挥重要影响。当土壤日均湿度低于20%时,土壤N₂O通量随湿度增加而增强;当土壤湿度处于20%~30%或增至30%以上时,对土壤N₂O通量的抑制作用较明显,湿润环境减弱了N₂O的排放。（3）土壤温度和湿度都是影响土壤N₂O通量月变化的主要环境因素,并存在显著的交互作用。【结论】在生长季内,兴安落叶松天然林土壤基本是N₂O的排放源,10 cm土层土壤温度和湿度对土壤N₂O月通量变化影响显著,2 cm土层土壤温度和20 cm土层土壤湿度对土壤N₂O日通量变化线性拟合解释率较高。     

外加碳氮对不同有机碳土壤N2O和CO2排放的影响

以两种有机碳含量不同的土壤为对象,采用室内培养试验方法,研究了外加可溶性碳氮对黄棕壤(高有机碳含量)和紫色土(低有机碳含量)N₂O、CO₂排放的影响。试验设置五种处理分别为:对照(CK),低氮(LN),高氮(HN),低氮配施碳(LNC)和高氮配施碳(HNC).结果表明,土壤有机碳含量较高的黄棕壤各处理N₂O与CO₂排放均高于紫色土。与对照相比,单施氮肥显着促进了两种土壤N₂O排放,紫色土HN处理N₂O排放最高,而黄棕壤LN处理最高;与单施氮肥相比,LNC和HNC处理均显着降低了紫色土N₂O排放,而黄棕壤仅LNC处理N₂O排放显着降低。外源碳的输入显着提高了两种土壤CO₂排放,但单施氮肥对CO₂排放影响不明显。黄棕壤N₂O排放通量与CO₂排放通量呈极显着正相关,而紫色土N₂O排放通量与CO₂排放通量没有相关关系。上述结果说明,外加可溶性碳氮源对土壤呼吸及硝化-反硝化强度有一定的激发效应。     

硝化/脲酶抑制剂对石灰性潮土N2O减排效果及氮素转化的比较

以华北平原石灰性潮土为对象,采用室内静态培养方法,在土壤中添加不同类型的抑制剂(硝化抑制剂、脲酶抑制剂),监测N_2O和无机氮随时间变化的特征,对比分析何种添加剂减排N_2O效果明显,为其在农业生产中的应用提供科学依据。试验设置7个处理:不施肥(CK);只施尿素(U);尿素和2-氯-6-三氯甲基吡啶(Nitrapyrin,由中化集团公司代理)同时施用(U+NP);尿素和推荐用量2-氯-6-三氯甲基吡啶(Nitrapyrin,由陶氏化学公司代理)同时施用(U+NPD);尿素和2倍推荐用量2-氯-6-三氯甲基吡啶(Nitrapyrin,由陶氏化学公司代理)同时施用(U+2NPD);尿素和双氰胺同时施用(U+DCD);尿素和N-丁基硫代磷酰三胺同时施用(U+n BPT),共培养56 d。在培养第1、2、3、5、7、10、14、19 d采气测定N_2O和CO_2,气体监测到培养第19 d为止;在培养的第0、1、3、7、14、21、28、42、56 d进行破坏性取样,监测土壤氮素转化。结果表明:供试硝化抑制剂能够降低87.4%~99.6%的N_2O排放,脲酶抑制剂降低30.0%N_2O排放;氮素转化过程中,硝化抑制剂处理只有0.03%~0.84%的铵态氮转化为N_2O,脲酶抑制剂处理有4.69%的铵态氮转化为N_2O。DCD和陶氏公司Nitrapyrin产品在抑制N_2O排放的效果上无显著差异,与推荐用量陶氏公司Nitrapyrin相比,施用2倍推荐量并没有显著降低N_2O排放。综上,供试硝化抑制剂能够显著降低石灰性土壤N_2O的排放,减排效果最好的处理为U+NP,陶氏公司Nitrapyrin产品按推荐用量施用即可。     

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。     

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。     

不同施肥措施对稻田土壤温室气体排放的影响

选取江西红壤性双季稻水稻土为研究对象,采用盆栽模拟试验研究了4种不同施肥措施即当地农民习惯施肥(FP)、较FP减施20%化肥氮且有机肥替代20%化肥氮(T1)、在T1基础上加施Si、Zn、S三种微肥(T2)和在T2基础上采用20%缓释氮肥替代普通化肥氮(T3)对稻田主要温室气体CO2、CH4和N2O排放的影响,并对土壤微生物量碳(SMBC)、土壤微生物量氮(SMBN)、水稻产量的影响进行了分析。结果表明:4种处理稻田土壤CO2的总排放通量均无显著性差异;稻田土壤N2O的总排放量与FP处理相比,T1、T2和T3处理均有显著性减少(P<0.05),分别减少了31.72%、27.17%和43.65%,T3较T2处理显著减少22.83%(P<0.05);稻田土壤CH4的总排放量与FP处理相比,T1、T2、T3处理分别高了13.06%、13.90%、21.97%,其中T3处理差异达到显著水平(P<0.05)。与FP处理相比,T1、T2、T3处理显著提高了SMBC和SMBN的含量(P<0.05),分别提高了18.91%、19.30%、20.07%和28.95%、31.66%、29.96%;T1、T2、T3处理对水稻产量均无显著性影响。稻田土壤CH4和N2O的排放与SMBC和SMBN存在显著的相关性(P<0.01)。总体看,T3处理在降低N2O的总排放量的同时对提升土壤SMBC和SMBN含量具有明显作用。     

添加生物炭对海南燥红壤N2O和CO2排放的影响

为探讨海南燥红壤N_2O和CO_2排放对生物炭添加的响应,通过室内培养试验分析生物炭加入后对土壤化学性质、NH_4~+-N和NO_3~--N含量以及N_2O和CO_2排放通量及累积排放量的影响。试验设置CK(不施生物炭)、B1(2%生物炭)、B2(4%生物炭)、B3(6%生物炭)4个处理。结果表明:添加生物炭后,土壤有机质、全氮和速效钾含量显著提高,较CK增幅分别为67.4%～246.6%、38.6%～90.9%和696.0%～1 764.7%。相比于CK,不同量生物炭添加后均导致了NH_4~+-N和NO_3~--N含量降低,总体上,不同处理NH_4~+-N浓度表现为CKB3B2B1,NO_3~--N含量表现为CKB1B2B3;随培养时间增加,各处理NH_4~+-N浓度呈下降趋势,NO_3~--N含量呈上升趋势。生物炭施用延后了N_2O排放通量出现峰值的时间。各处理之间N_2O和CO_2排放通量的变化过程大致表现出一致的趋势,即随培养时间延长,N_2O排放通量先升高后降低,CO_2排放通量先升高后趋于稳定。和CK相比,生物炭添加不同程度地促进了N_2O和CO_2排放,B1、B2和B3处理下N_2O累积排放量分别增加了399.2%、494.2%和194.5%,CO_2排放总量分别增加了87.6%、153.3%和147.6%。本研究结果显示,生物炭施用短期内促进了土壤N_2O和CO_2的排放通量。     

不同施氮方式对玉米产量及N2O排放的影响

通过3年定位试验,采用静态箱/气相色谱法对壤质草甸土区玉米生产进行了全生长季N₂O排放通量的观测,分析了不同施氮方式对N₂O排放总量、排放系数和玉米产量的影响。结果表明:减少氮肥用量20%的缓控释肥处理与秸秆还田配化肥处理产量居高,而且二者间差异不显著;秸秆还田促进了农田土壤N₂O排放,使得秸秆还田配化肥处理的年均N₂O季节排放总量最高,达到1.50 kg N·hm^-2;年均N₂O季节排放总量与施肥量之间相关系数达到了0.97;随着试验年限的增加,N₂O-N季节排放系数受施肥量的影响逐年增加,相关系数从2009年的-0.015增加到2011年的0.624。因此不同施氮方式对N₂O季节排放的影响需要通过多年定位来准确把握,同时在研究农田N₂O-N季节排放时要适当考虑植株生长过程中N₂O的排放。兼顾产量和减排2个因素,建议推广缓控释肥的减量施用。     

生物质炭的固碳减排与合理施用

近年来开展了大量短期一次性施用生物质炭对作物产量、土壤碳库和温室气体排放的研究。研究表明生物质炭能增加土壤碳库,但对作物产量、CH4和N2O排放的影响受生物质炭性质和土壤类型影响。生物质炭用在酸性土壤上比中性或碱性土壤上更能提高作物产量。草本或木本炭能减少N2O排放,但畜禽粪便炭不能减少N2O排放。在热带、亚热带地区生物质炭施用对N2O的减排作用小于温带地区。生物质炭的固碳减排效应除了受生物质炭类型、稳定性和施用区域影响外,还受制炭能耗和裂解气回收技术影响。在未来发展方向上,提出了亟需加强制炭技术、长期连续施用生物质炭效应和生物质炭性质与土壤类型互作研究。     

氮肥对宁夏地区水稻田N_2O排放的影响

为了摸清不同氮肥水平下水稻田N2O的排放规律,利用静态箱—气相色谱法,对宁夏地区水稻田N2O的排放进行田间原位观测。结果表明,氮肥的施入显著促进水稻田N2O的排放,不同氮肥水平间N2O的排放存在显著差异。在整个观测期内,不施氮肥处理无明显的N2O排放高峰,而施氮处理在水稻生长后期进行排水晒田时出现1个比较明显的峰值,其余时间N2O排放通量无明显变化趋势。施氮处理N2O的排放主要集中在水稻灌浆期,不施氮处理其排放主要集中于水稻返青期、拔节期、灌浆期和成熟后。随着施氮量的增加,水稻田以N2O形式损失的氮量减少。分析各处理水稻田间N2O的全球增温潜势(GWP),得出随着施氮量的增加其潜势逐步提高,对环境的影响不容忽视。