小麦秸秆生物质炭添加对第四纪红壤CO_2和N_2O排放的影响

生物质炭具有含碳量高、吸附性强、不易分解等特点,农田施用生物质炭被认为是一种新型的土壤固碳和温室气体减排措施。本研究以第四纪红色粘土母质发育的红壤为对象,添加不同量的小麦秸秆生物质炭(0、0.5%、1%、2%和2.5%w/w),以不添加生物质炭处理为对照,在25℃恒温,保持田间持水量稳定的条件下,进行60 d的室内培养,通过测定培养期间土壤CO_2和N_2O排放与相关土壤性质,分析其动态变化,探讨生物质炭添加对红壤CO_2和N_2O排放的影响及其机制。结果表明,生物质炭添加极显著的影响CO_2和N_2O排放(P0.01)。在培养期的前15 d,尤其是前2 d,与对照相比,生物质炭添加促进了CO_2排放,且随着添加量的增加而增加,这与生物质炭本身含有的可溶性有机碳分解和无机碳释放有关。与CO_2排放相反,在培养期的前10 d,生物质炭添加较对照降低了N_2O排放。这是由于生物质炭吸附土壤中的NH4+-N,降低了硝化过程产生的N_2O排放所致。在培养期的15~60 d,与对照相比,各生物质炭处理均显著降低了CO_2的排放(P0.05),降幅达8.2%~18.4%。培养10 d之后,与对照相比,生物质炭增加了土壤N_2O排放。从整个培养期来看,与对照相比,生物质炭添加促进了CO_2(0.5%生物质炭处理显著降低,P0.05)和N_2O排放,增幅分别为-6.3%~18.7%和16.9%~58.5%。研究表明,在室内培养条件下小麦秸秆生物质炭添加促进了第四纪红壤的CO_2和N_2O排放,该结果可以为田间条件下应用生物质炭作为减排措施提供参考。     

广利灌区总干渠水质及氮磷污染初步评价

【目的】针对灌区绿色发展面临严峻挑战和水环境不断恶化等问题,探究广利灌区总干渠水质及氮磷污染现状及其对灌区水环境的影响,进一步提出灌区水环境问题解决建议。【方法】于2019年6—12月,在灌区内总干渠中选取具有代表性的6个断面,进行了6次水质监测,测定水体中的总氮(TN)、总磷(TP)、COD_Cr和BOD₅等反映水质和氮磷污染的基本指标。采用适用于我国河流水质综合评价的综合水质标识指数法和富营养化评价的对数型幂函数普适指数公式对河流水质及富营养化情况进行评价。【结果】①广利灌区86%的水体水质能满足Ⅴ类农业水域功能区的用水要求,且综合水质标识指数随时间和空间变化显著,7月66.7%水体处于劣Ⅴ类水标准,在三号闸和补源进水口取样点出现了黑臭水体。②广利灌区水体富营养化严重,灌区内水体100%处于富营养状态,富营养化评价综合指数(EI)峰值出现在7月补源进水口处(80.5),且41.6%的水体处于重富营养化状态。③TN平均质量浓度为5.30 mg/L,为地表水Ⅴ类水标准的2.65倍,TP平均质量浓度为0.156 mg/L,氮、磷比为33.97∶1,适宜藻类生长。【结论】广利灌区总体水质可满足农业功能区用水要求,但富营养化水平较高,尤其是氮污染严重,灌区内的原生态土渠和水生植物使河流具有良好的自净能力,能发挥其生态功能作用。因此,建议加强灌区内入河水体的污染控制尤其是氮磷污染的监测;同时渠道衬砌要考虑生态环境、配比生态衬砌和原生态土渠、河道搭配水生植物,进而对河水中的氮磷等污染物进行吸附,以改善灌区水环境。     

易利用态有机物质对水稻土甲烷排放的激发作用

为探讨外源有机物质对淹水稻田土壤CH4排放的激发作用,对比不同外源有机物质对土壤CH4排放的贡献差别,本研究选取3种标记的易利用态有机物(葡萄糖、乙酸和草酸)分别加入水稻土,进行了为期1个月的培养。结果表明:培养30 d后不同处理CH4的累计排放量差异显著(P0.05),其中,乙酸葡萄糖草酸对照;双因素方差分析结果显示,外源有机物质的添加加速了土壤易利用态有机质的矿化(即产生正激发效应);不同处理条件下激发作用产生的CH4分别占各处理CH4总累计排放量的73.3%(葡萄糖处理)、71.5%(乙酸处理)和40.9%(草酸处理),且CH4排放量与CH4激发效应之间极显著正相关关系说明土壤CH4排放主要要来自于土壤原有机质的分解,外源有机物质可能主要对土壤微生物活性及代谢途径有影响。     

稻秸的不同组分对水稻土微生物量碳氮及可溶性有机碳氮的影响

为探明稻秸(稻草)及其不同组分(腐解稻秸、可溶性有机物和去活稻秸)对红黄泥水稻土微生物量碳、氮(MBC、MBN)和可溶性有机碳、氮(DOC、DON)含量的影响。通过室内恒温培养试验,研究了长期淹水条件下,添加稻秸及其组分对MBC、MBN、DOC和DON的影响。结果表明,与对照(S处理)相比,添加稻秸(RS+S处理)、腐解稻秸(DRS+S处理)和去活稻秸(NARS+S处理)均提高了MBC,提高幅度分别为11.17%(p0.01),1.83%和6.25%(p0.05),添加可溶性有机物(DOM+S处理)处理降低了MBC,降低幅度为2.67%;RS+S处理提高了MBN,提高幅度为15.29%,DRS+S、DOM+S和NARS+S处理均降低了MBN,降低幅度分别为15.19%,3.09%和15.92%。与S处理相比,RS+S、DRS+S、DOM+S和NARS+S处理均极显著提高了红黄泥DOC(p0.01),提高幅度依次分别为13.33%,10.88%,6.81%和11.41%;RS+S、DRS+S和DOM+S处理均显著提高了红黄泥DON(p0.05),NARS+S处理极显著提高了红黄泥DON(p0.01),提高幅度依次分别为6.96%,10.84%,10.12%和13.41%。与S处理相比,DRS+S和NARS+S处理极显著提高了MBC/MBN,RS+S处理显著降低了MBC/MBN,DOM+S处理对MBC/MBN几乎没有影响;各处理对DOC/DON没有显著影响。稻秸及其不同组分对红黄泥水稻土MBC、MBN、DOC和DON含量的影响基本一致,但影响程度存在差异,稻秸和去活稻秸影响较大。结果可为稻秸及其不同组分对MBC、MBN、DOC和DON的影响机理提供基础数据,进一步揭示稻田土壤速效养分的来源与转化关系,为农业生产中秸秆的科学利用和稻田土壤肥力定向培育提供科学依据。     

畦灌与施肥时机对土壤硝态氮分布和冬小麦产量的影响

为探究不同畦田规格与施肥时机对土壤NO_3~--N分布规律及对冬小麦产量的影响,优化选择具有较高灌水施肥均匀度和储氮效率及产量的最佳灌溉施肥模式,于2017—2018年在冬小麦季选取畦宽、畦长和施肥时机3个试验因素,传统撒施灌溉作为对照,通过正交试验设计设置12个处理。结果表明:1)与灌水前相比,灌水后各处理土壤不同层次NO_3~--N浓度均增加,且随着土层深度的增加NO_3~--N浓度逐渐降低。在液施处理下NO_3~--N在有效根系层的累积较撒施处理高出0.27%～27.97%。2)畦宽、畦长和施肥时机显著影响NO_3~--N的分布。在返青期,畦长对灌水施肥均匀度的贡献率最高,为91.64%;施肥时机对储氮效率的贡献率最高,为44.22%。在扬花期,畦长对灌水施肥均匀度的贡献率最高,为92.67%;畦宽对储氮效率的贡献率最高,为53.6%。在60 m畦长条件下可以获得较高的灌水施肥均匀度。3)畦宽、畦长和施肥时机对作物产量的贡献率分别为37.2%、37.3%和23.9%,畦宽3.2 m、畦长60 m和全程液施的处理下达到了最高产量,为7 869.2 kg/hm~2。因此,液施可以提高土壤NO_3~--N分布均匀性,有利于NO_3~--N在小麦根系层的累积,减少氮素的淋溶损失;综合对土壤NO_3~--N分布均匀性、积累及作物产量来看,畦宽3.2m、畦长60m和全程液施的处理为该研究处理下最优模式。     

微灌砂石过滤器滤帽水力性能试验及内部流场模拟

微灌用砂石过滤器中,集水滤帽是进行过滤过程集水和反冲洗过程散水的关键部件。为了获得滤帽内部流阻特性,改善砂石过滤器水损较大弊端,该研究对国内市场上常用的梯形集水滤帽进行了室内模型试验,测定了滤帽在不同过滤和反冲洗速度下的压降特性,并采用Fluent(15.0)软件对滤帽过滤和反冲洗过程中的流场分布特征进行了数值模拟,研究了滤帽内外的压降分布规律。结果表明:滤帽压降模拟结果和试验测试结果吻合性较好,相对误差3.54%～6.53%。随着滤速升高,滤帽产生的水头损失较滤层水损增长更为显著,反冲洗过程中的滤帽水损要大于过滤状态;通过对滤帽内部流场分析,滤帽水损主要产生于近滤缝区域和芯柱区域,均是由于过水流道突然缩小导致,在滤层滤速为0.030 m/s时,滤缝和芯柱进口处滤速分别为2.57和4.01m/s。结合以上结果,设计了一种扁平球面滤帽结构,增加了滤缝面积,优化了芯柱结构,缩小了滤帽高宽比,通过数值模拟,表明扁平球面滤帽结构有助于改进过滤和反冲洗效果。研究结果可为滤帽选型和优化改进提供参考。     

生物质炭添加对农田温室气体净排放的影响综述

农田是温室气体的重要排放源,降低农田温室气体排放对减缓全球气候变化具有重要意义。生物质炭是生物质在缺氧条件下热解产生的固体物质,因其含碳量高、难于分解、比表面积大、疏松多孔等特性,已成为农田温室气体减排研究中人们关注和研究的热点。通过综述农田添加生物质炭对温室气体CO2、CH4和N2O排放的影响及其机制,以及对温室气体净排放[包括净增温潜势(NGWP)、温室气体净排放(NGHGE)和温室气体排放强度(GHGI)]的影响等方面的国内外研究进展,并结合目前国内外生物质炭的研究现状,提出了未来生物质炭在农田温室气体减排领域的研究方向,旨在为生物质炭在农田温室气体减排中的应用提供思路和参考。     

节水灌溉对农田土壤温室气体排放的影响

农田是温室气体的重要排放源,如何通过有效的管理措施降低农田温室气体的排放成为当前应对气候变化研究的热点之一。不同灌溉方式导致土壤水分差异较大,进而引起温室气体排放的差异。[目的]系统总结分析不同节水灌溉方式对温室气体排放的影响效果有助于对节水灌溉方式优化选择及未来研究方向的聚焦。[方法]在前人研究基础上,进行文献搜集和整理,综述分析了节水灌溉方式对稻田和旱作农田温室气体排放的影响。[结果]与长期淹水相比,现有的水稻节水灌溉方式增加了稻田土壤CO2排放,增幅为20.83%~104.00%,平均增加48.40%,对N2O排放的影响有增加也有降低,其影响率范围为-41.30%~3078.41%,平均增加269.10%,但却显著降低了CH4的排放,降幅为14.19%~78.92%,平均降低51.66%。综合考虑稻田的全球净增温潜势(GWP),节水灌溉较长期淹水降低了稻田的GWP。与漫灌/沟灌相比,滴灌可改变旱作农田CO2和N2O排放及对CH4的吸收,其变化率范围分别为-31.19%~2.81%、-46.51%~52.56%和-150.00%~43.39%,平均分别降低12.84%、18.63%和24.93%。综合考虑旱作农田的GWP,由于N2O是旱作农田的主要温室气体,因此,滴灌降低了旱作农田的GWP。[结论]节水灌溉在节水的同时,还可降低农田温室气体排放的全球净增温潜势。基于研究现状,亟须对不同节水灌溉方式的温室排放效应及其机制开展定量研究。     

水分管理和秸秆还田对稻田甲烷排放及固碳的影响研究进展

综述了水分管理对稻田甲烷产生、氧化和传输排放的影响以及秸秆还田对稻田甲烷排放和固碳的影响,并提出了今后中国稻田CH4排放应加强以下2方面的研究：（1）水分管理对稻田甲烷产生机理的研究;（2）秸秆还田对稻田甲烷排放和土壤固碳的综合影响研究,旨在为以后的水稻生产如何进行水分管理和秸秆还田提供参考和依据,以期充分发挥稻田的生态效益。     

猪粪化肥配施对双季稻稻田土壤活性碳氮含量及水稻产量的影响

以湖南省长沙典型红壤性水稻土为对象,采用田间定位试验,设置了不施氮(CK)、常规氮肥减半(50%N)、常规全量氮肥(100%N)、猪粪替代50%氮肥(50%N+PM)四个氮肥处理,研究猪粪部分替代化学氮肥对双季稻田土壤活性碳氮含量和水稻产量的影响。2012年结果表明,在早稻整个生长期和晚稻孕穗期以前,50%N+PM与100%N处理相比,其对土壤NH4+-N含量无明显影响,而在晚稻完熟期,50%N+PM处理土壤NH4+-N含量增加了65%。50%N+PM处理在早稻移栽期、晚稻孕穗期、早稻晚稻乳熟期和完熟期较100%N处理显著提高了土壤可溶性有机氮(DON)含量,增幅在50%-102%之间。在整个水稻季,50%N+PM处理与100%N处理相比,提高了土壤微生物生物量碳(MBC)和微生物生物量氮(MBM)含量,提高幅度为21.5%-22.8%和5.3%-7.1%,而对水稻产量差异不显著,但明显高于50%N和CK处理。与CK处理相比,猪粪化肥配施和100%N处理的年产量分别提高了47.0%和32.9%。表明猪粪化肥合理配施可以维持水稻产量和土壤无机氮水平,同时可提高土壤微生物生物量碳和微生物生物量氮,改善土壤肥力。