旱地土壤温室气体排放影响因子及减排增汇措施分析

农田既是主要的温室气体排放源之一,也是潜在的碳汇。本文分析了影响农田土壤特别是旱地农田土壤中二氧化碳和氧化亚氮排放的主要影响因子,包括土壤温度、土壤水分、土壤特性以及施肥与耕作等人为因素;提出了施用有机肥、合理施用氮肥、保护性耕作、秸秆还田、使用抑制剂等农业土壤减排增汇的主要措施,并对其操作和实施的可行性进行了剖析。     

我国水稻品种更新与稻作技术改进对碳排放的综合影响及趋势分析

水稻是我国重要的口粮作物,稻田是全球第二大温室气体甲烷（CH₄）的最大排放源之一,水稻丰产与甲烷减排对保障国家粮食安全和实现农业领域碳中和目标意义重大。不同水稻品种和稻作技术的产量与碳排放差异显著,因此,掌握品种更新与技术改进的特征及发展趋势,可以为高产低碳稻作技术创新提供科学依据。为此,本文系统分析了1960s—2010s,我国水稻品种和稻作技术的演变特征及其对稻田温室气体排放的综合影响。总体而言,我国近50年来在品种不断更新和稻作技术显著改进及农用化学品大量投入下,水稻单产提高了37.0%,尽管单位面积碳排放增加12.2%,但是单位产量碳排放下降了18.1%,是一个增产减排的协同发展历程。基于情景分析,在保障国家粮食安全的条件下,综合水稻品种、灌溉方式、化肥减量以及稻作系统调整,以2010s为基线,我国2030s稻田温室气体总排放将下降17.0%以上,其中稻作技术改进和化学品增效减量的减排潜力最大。本研究可以为我国水稻产业可持续发展及农业领域“碳达峰碳中和”行动提供重要参考。     

不同灌溉模式和施氮处理下双季稻田N2O通量与土壤酶活性的影响

用田间试验的方法揭示了不同灌溉模式和施氮处理对双季稻田氧化亚氮（N₂O）通量和土壤酶活性的影响。田间试验设3种灌溉模式（常规灌溉CR、“浅湿晒”灌溉TR以及干湿交替灌溉DR）和3种施氮处理（FN1:120 kg hm?2:20%基肥、分蘖肥与穗肥各占40%,FN2:120 kg hm?2:50%基肥、分蘖肥与穗肥各占25%,FN3:90 kg hm?2:50%基肥、分蘖肥与穗肥各占25%）,通过定期测定双季稻田N₂O通量和土壤酶活性,探讨灌溉模式和施氮处理对稻田N₂O排放通量与土壤酶活性的影响,分析了N₂O排放通量与土壤酶活性的关系。结果表明:TR和DR模式稻田N₂O排放通量较CR模式分别提高92.82%和175.95%,FN3处理稻田N₂O排放通量较FN2处理降低39.7%。与CR模式相比,TR模式的土壤脲酶活性、DR模式的土壤羟胺还原酶和亚硝酸还原酶活性升高。双季稻田N₂O排放通量与土壤脲酶（晚稻田相关系数0.38;早稻田相关系数0.63）、硝酸还原酶（晚稻田相关系数0.33;早稻田相关系数0.61）和羟胺还原酶（晚稻田相关系数0.63;早稻田相关系数0.73）活性呈显著正相关。可见,不同灌溉模式和施氮处理显著影响土壤脲酶、硝酸还原酶和羟胺还原酶活性和双季稻田N₂O排放通量,在生产中应通过稻田水氮管理减少N₂O排放,以提高氮肥利用率。     

区分土壤中硝化与反硝化对N2O产生贡献的方法

土壤是产生N2O的最主要来源之一。硝化和反硝化反应是产生N2O的主要机理,由于硝化和反硝化微生物同时存在于土壤中,因而硝化和反硝化作用能同时产生N2O。N2O的来源可通过使用选择性抑制剂,杀菌剂以及加入的标记底物确定。通过对生成N2O反应的每一步分析,主要从抑制反应发生的催化酶和细菌着手,总结了测量区分硝化、反硝化和DNRA反应对N2O产生的贡献方法。并对15N标记底物法,乙炔抑制法和环境因子抑制法作了详细介绍。     

水肥管理对稻田土壤甲烷和氧化亚氮排放的影响

就稻田水肥管理以甲烷和氧化亚氮排放的影响研究进行了综述，文章分析表明，甲烷和氧化亚氮的排放条件存在明显的反位关系，即有利于甲烷排放的水分条件往往不利于氧化亚氮的排放，稻田温室气体的排放与水分管理的历史有明显的关系，不同的肥料施用对甲烷和氧化亚氮排放影响的机制不同。因此，要真正有效地控制温室气体的排放必须首先弄清甲烷和氧化亚氮在不同条件下的排放关系。     

长期施肥对土nirS型反硝化细菌的影响及其与N2O排放的关系

土壤反硝化作用是土壤N₂O产生的重要过程,亚硝酸盐还原酶(NIR)催化的亚硝态氮(NO^-₂)还原为一氧化氮(NO)是反硝化作用的关键环节,研究长期施肥对反硝化微生物的影响及其与N₂O排放的关系对于全面理解土壤反硝化过程具有重要意义。基于28年的旱作雨养长期施肥试验,通过常规监测、定量PCR和高通量测序等探讨了长期不同施肥(不施肥CK、偏施肥的单施氮肥N和氮钾配施NK、以及氮磷钾平衡施肥NPK)下土N₂O排放和nirS反硝化细菌群落特征及两者之间的关系。结果表明:长期化肥施用(N,NK和NPK)均显著提高了N₂O累积排放量,其中平衡施肥(NPK)最高。长期化肥施用对nirS基因丰度和nirS型反硝化细菌的α-多样性无显著影响,但长期平衡施用化肥提高了uncultured_bacterium_2303和Rhodanobacter_sp._D206a的相对丰度,降低了unclassified_k_norank_d_Bacteria和unclassified_p_Proteobacteria的相对丰度,从而改变了nirS型反硝化细菌的群落结构组成。雨养旱作条件下,土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、有效磷(AP)和pH等土壤性质是土nirS型反硝化细菌群落结构组成变化的主要影响因素。土nirS型反硝化细菌群落结构组成对土壤N₂O排放具有显著影响,而nirS基因丰度和nirS型反硝化细菌多样性并没有显著影响。     

基于稳定同位素自然丰度技术的土壤氧化亚氮产生与排放过程研究进展

氧化亚氮(N₂O)是主要的温室气体之一,并且对平流层臭氧层分解起到重要作用。土壤中N₂O的产生和排放过程复杂多样,对其进行精准溯源与过程区分有助于制定减排策略。稳定同位素自然丰度技术利用N₂O的同位素值δ15Nbulk(N₂O中15N在整体水平上的同位素特征值)、δ18O(N₂O中18O在整体水平上的同位素特征值)以及δ15Nsp(N₂O分子内15N的位点特异性同位素值),可以示踪N₂O来源、指示N₂O产生的微生物作用途径,在N₂O转化过程溯源中已取得重要进展。而同位素分馏效应是稳定同位素自然丰度技术应用的理论基础,其中微生物过程及其导致的同位素分馏是需要重点关注的问题。本研究概述了同位素分馏效应在N₂O的产生、排放过程中的研究进展及其主要影响因素,梳理了同位素特征值δ15Nbulk、δ18O和δ15Nsp在分析N₂O来源的研究进展,并且提出了影响准确区分过程的因素。因素包括单一产生路径的同位素特征值范围广、不同产生路径的同位素特征值范围的重叠、反应底物同位素组成的变化以及与N₂O还原相关的分馏因子的可变性等问题。明确了今后需加强δ15Nsp等N₂O同位素特征值分馏效应的测定,利用组合同位素特征值及先进手段进行全面的N₂O溯源研究。图2参80     

土壤N2O和NO产生机制研究进展

N2O和NO是大气中两种重要的活性氮气体,强烈影响着全球变化和生态环境。土壤是N2O和NO的重要排放源,生物和非生物途径均可产生N2O和NO。本文详细论述了自养硝化、异养硝化、生物反硝化、化学反硝化、硝化细菌反硝化和硝态氮异化还原成铵作用产生N2O和（或）NO的机制,并对研究中存在的一些问题进行了探讨。     

稻田水肥组合模式的CH4和N2O排放特征及其差异比较

利用大田小区试验,采用圆柱体静止箱/气相色谱分析法,测定了不同水肥模式下早晚稻在各生育时期甲烷和氧化亚氮的排放通量,比较了不同水肥组合模式累积排放量差异.结果表明:早晚稻甲烷排放均表现为单峰模式,早稻峰值出现在齐穗期,晚稻在分蘖期;早稻氧化亚氮排放通量随着水稻生长呈递增趋势,晚稻季节变化明显.淹水灌溉甲烷累积排放量高于间歇灌溉;早稻淹水灌溉施高氮甲烷排放量最高,间歇灌溉无氮肥处理甲烷累积排放量最低,极差为8.97 g,/m2;晚稻甲烷累积排放量以淹水灌溉施高氮最高,间歇灌溉施低氮肥最低,极差为13.11 g/m2;早稻氧化亚氮累积排放量以间歇灌溉施高氮最高,淹水灌溉不施氮最低,极差为40.6g/m2;晚稻间歇灌溉普遍高于淹水灌溉,极差为152.5g/m2.甲烷排放与5 cm、10 cm处土壤Eh值呈显著负相关,氧化亚氮与之相关性不显著.因此,间歇灌溉减少甲烷排放,促进了氧化亚氮排放,淹水灌溉有利于甲烷排放,但抑制了氧化亚氮排放;高氮肥施用有利于温室气体排放.