稻田CO2排放对大气CO2浓度升高的响应

利用FACE (free-air carbon dioxide enrichment)平台,采用静态暗箱-气相色谱法,研究了大气CO2浓度升高对稻田土壤CO2通过土壤-大气(土气)和植被-大气(植气)界面排放的影响.在整个水稻生长季中,土气界面CO2排放通量与土壤表面水层深度指数负相关,且在中期烤田和收获前排水阶段出现较大值;而植气界面CO2排放通量与根系生物量的变化趋势基本一致.在低氮(N 125 kg/hm2)和常氮(N 250 kg/hm2)水平上,高浓度CO2(对照大气CO2浓度+200 μmol/mol)有提高水稻生物量、降低土气和植气界面CO2累积排放量的趋势.在水稻的拔节、抽穗和成熟期,较高的施氮量显著增加水稻地上部分生物量,促进植气界面CO2的排放.研究结果表明,未来大气CO2浓度升高的环境下,稻田生态系统有增加CO2的固定(增加水稻生物量),减少CO2的排放(土气和植气界面CO2的排放)的趋势,可能发挥着碳汇的作用.     

生物质炭引起的土壤碳激发效应与土壤理化特性的相关性

生物炭因含有丰富的惰性碳元素而被看作是一种极富应用前景的固碳材料，将其施入土壤后可以增加土壤稳定性碳库，减缓全球气候变化。前人研究表明，生物炭添加到土壤中后，将增加（正激发效应）或者减缓（负激发效应）土壤原有机碳的矿化速率。然而，生物炭对不同土壤的激发效应以及土壤性质与生物炭激发效应之间的关系还不明确。因此，本研究利用13C 稳定性同位素标记的小麦秸秆制作成生物炭，分别将等碳量的生物炭和标记秸秆添加到四种不同性质的土壤中，室内培养一年，测定生物炭及秸秆中的碳元素在不同土壤中的降解量及其对土壤原有机碳的激发效应量。研究结果表明：生物炭在黑土水稻土以及下位砂姜土水稻土中引发了显著的负激发效应，激发效应量分别为-284 mg/kg和-157 mg/kg，而在红壤水稻土以及低肥力红壤水稻土（长期定位不施肥的红壤水稻土）中引发正激发效应，激发效应量分别为33.3 mg/kg和58.0 mg/kg；秸秆在四种土壤中引发的激发效应量不同，均为正激发效应，正激发效应量远大于生物炭。生物炭激发效应量与土壤的Ec（r= -0.884）以及pH（r= -0.824）成极显著的负相关关系。生物炭-碳在不同土壤上的累积降解量存在显著差异，黑土水稻土中为15.6 mg/kg，红壤水稻土中为14.2 mg/kg，下位砂姜土以及低肥力红壤水稻土中相似，分别为10.4 mg/kg和9.92 mg/kg；秸秆-碳的累积降解量远大于生物炭-碳，其在低肥力红壤水稻土中的降解量显著低于其他三种土壤。生物炭添加在黑土水稻土中碳净损失量最低，下位砂姜土水稻土中次之，低肥力红壤水稻土中最高。研究表明，生物炭在土壤中的固碳效果不仅受到生物炭-碳自身降解速率的影响，还会受到生物炭引发的土壤碳激发效应量的影响。     

利用15N2直接标记法研究水稻种植对稻田固氮量和固氮活性的影响

稻田固氮对土壤维持肥力有着重要的作用,但水稻种植与固氮菌及其活性之间的关系尚不清楚。本试验利用~(15)N_2直接标记法测定了下位砂姜土发育的简育水耕人为土在种水稻和不种水稻条件下的生物固氮量,及其在土壤不同层次(0～1、1～5、5～15 cm)和水稻中的分配,并通过实时荧光定量PCR技术测定了土壤中固氮菌nifH DNA及RNA基因数量。结果表明:种水稻处理显著提高了土壤各层固氮量,尤其提高了1～5 cm和5～15 cm土层土壤固氮量对总固氮量的贡献;种水稻处理的总固氮量是不种水稻处理的10.3倍;水稻植株中生物固定的氮占总固氮量的31.48%;在0～1 cm土层,种水稻处理显著提高了nifH RNA基因数量,而对nifH DNA基因数量的增加不显著。可见,水稻种植没有增加固氮菌的数量,稻田固氮量的增加是因为水稻种植极大地促进了固氮菌nifH基因的表达,提高了固氮菌的固氮活性。     

长期连续施用生物质炭对土壤肥力、小麦产量和微生物群落结构的影响

摘 要：基于始于2010年的长期田间试验，研究了每年6 t/hm2 玉米秸秆还田(Straw)，每年2.4 t/hm2 (BC1)、6 t/hm2 (BC3)和12 t/hm2 (BC5)玉米秸秆生物质炭添加对土壤肥力、小麦产量和微生物群落结构的影响。结果表明：与不添加玉米秸秆及其生物质炭的处理（CK）相比，BC5处理显著提高了小麦产量，三个剂量生物质炭处理平均增加小麦产量15%。经过11年的连续添加，土壤容重（BD）从CK的1.06 g/cm3降低至BC5处理的0.73 g/cm3，总碳（TC）从CK的14.9 g/kg 增加至BC5处理的83.8 g/kg。土壤有效氮（AN）、速效钾（AK）和有效磷（AP）均随施用量增加而增加，表现为BC5 > BC3 > BC1 > Straw ≥ CK。本研究中，长期连续施用玉米秸秆及其生物质炭没有显著改变细菌群落多样性，而BC5处理略微增加真菌群落多样性。PICRUSt2功能预测表明生物质炭处理显著增加了碳固定相关功能基因丰度，而降低碳降解相关功能基因丰度。     

长期连续秸秆还田和生物质炭施用对稻田N2O排放的影响

为了评估麦季多年连续秸秆还田和生物质炭施用对稻麦轮作系统下稻田N₂O排放的影响，于2010年麦季开始开展了为期11 a的麦季秸秆还田和生物质炭施用定位试验。试验共包括5个处理：无玉米秸秆还田和生物质炭施用(CK);6 t/(hm²·a)玉米秸秆还田(CS);2.4 t/(hm²·a)生物质炭施用(BC1);6 t/(hm²·a)生物质炭施用(BC2)和12 t/(hm²·a)生物质炭施用(BC3)。结果表明，BC2和BC3处理较CK均显著提高了土壤碱解氮、有效磷、速效钾、易氧化碳、可溶性有机氮和土壤微生物生物量氮含量。CS、BC1和BC2处理水稻生长季N₂O总排放量与CK没有显著差异，但是BC3处理的N₂O总排放量比CK提高了245.31%，并显著高于其他处理。BC3处理的N₂O总排放量和施氮肥后N₂O排放高峰期的累积排放量分别比CK提高了3.84 kg/hm²和3.3...