不同土地利用类型氨挥发氮同位素自然丰度特征

为了探讨不同土地利用类型下氨（NH3）挥发氮同位素自然丰度特征,采集3种土地利用类型（果园、菜地和林地）土壤,在可控条件下采用海绵吸收法开展了为期15d的室内培养试验,测定了不同土地利用类型下土壤NH3挥发全过程δ15N值及其变化规律。培养期间,3种土地利用类型下的土壤NH+4-N浓度均呈现先上升后下降的趋势;果园和菜...     

不同土地利用方式下三江平原东北部土壤有机碳和全氮分布规律

利用在全国采集的1400个典型农田剖面数据(其中在此研究区域有53个剖面),系统分析了不同土地利用方式下三江平原东北部土壤有机C和全N的分布规律。三江平原东北部典型农田0～20cm土壤有机C和全N的平均含量是22.7g/kg和1.84g/kg,20～100cm平均含量为13.0g/kg和1.08g/kg,不同土壤类型和种植作物下土壤有机C和全N分布没有显著性差异(p0.05)。与第二次土壤普查时三江平原东北部典型剖面土壤有机C和全N数据进行比较发现,0～20cm有机C和全N含量呈现下降趋势,而20～100cm呈现增加趋势。     

农业土壤氧化亚氮排放模型研究进展

农业土壤产生的氧化亚氮气体（N2O）是重要人为N2O源。农业土壤N2O排放模型众多,根据模型建立方法的不同,可分为过程机理模型和经验模型。为探讨产生N2O的具体过程（硝化过程和反硝化过程）和关键因子,着重介绍了DNDC、DAYCENT、Ecosys、WNMM等机理过程模型,指出尽管各个模型的N循环过程类似,但不同侧重因子造成N2O排放量不同,并列出不同模型的特点和应用现状。对目前应用得比较广泛的经验统计模型,如经验归纳模型、回归模型以及其他统计模型等,归纳了其特点并介绍了国内外研究进展。通过对比过程机理模型和经验统计模型的优缺点,指出前者参数较多、过程复杂,用于点位模拟准确度高,后者所需参数少,适用区域范围模拟,点位模拟结果不确定性差。在此基础上指出区域N2O模拟排放量和排放特性将是以后发展的重点方向,并提出区域模拟关键问题的解决方向。     

水稻低碳生产研究进展

 稻田是甲烷(methane,CH4)和氧化亚氮(nitrous oxide,N2O)的重要发生源。稻田中CH4和N2O的产生、消耗以及传输过程受稻田土壤类型、水分条件、肥料种类、施肥量及方法、耕作模式和制度、水稻品种等多种因素影响。CH4和N2O具有不同的排放特性,很多研究结果表明,水稻生长期间的中期排水烤田、后期干湿交替能显著降低CH4排放量,但同时也可能促进N2O的排放,因此,如何同时减少CH4和N2O的排放量是实现稻田低碳生产的关键要素;另一方面,稻田土壤的碳固定也是使稻田系统从源转变成汇的关键技术。从水稻生产过程中CH4排放、N2O排放、稻田土壤有机碳动态、减排措施四个方面综述了近年来水稻低碳生产相关研究状况,重点总结了国内外有关影响稻田CH4和N2O排放的关键影响因素、增加稻田土壤有机质含量的主要措施以及各种减排措施的全球增温潜势评价研究,并对水稻低碳生产研究作了展望。     

利用膜进样质谱仪测定水稻土几种厌氧氮转化速率

为了在同一体系下区分和测定水稻土反硝化、厌氧氨氧化(Anammox)和硝酸根异化还原成铵(DNRA)过程发生速率和相互关系,并获取近似原位情况下的净脱氮速率,本研究通过将~(15)NH_4~+化学氧化法测定DNRA速率和添加尿素模拟原位土柱测定净脱氮速率与膜进样质谱法(MIMS)进行联用,完善了一套基于膜进样质谱法(MIMS)的稻田硝态氮转化测定方法体系,利用该方法测定了5种典型的水稻土[辽宁营口(YK)、江苏宜兴(YX)、浙江金华(JH)、广西桂林(GL)和四川广安(GA)]的反硝化、Anammox、DNRA和净脱氮4种氮转化速率。结果显示:基于MIMS的方法体系可实现对水稻土中反硝化、Anammox、DNRA和净脱氮速率的测定,5种水稻土反硝化、Anammox、DNRA和净脱氮速率范围分别为(358.63±25.37)～(479.96±22.12)、(-14.81±0.22)～(5.29±1.22)、(25.76±12.71)～(109.87±3.88)g N·hm~(-2)·h~(-1)和(33.33±11.16)～(72.74±14.18)g N·hm~(-2)·h~(-1),相关结果与其他方法研究结果具有可比性。相关性分析显示:水稻土NO_3~-、可溶性有机碳(DOC)和土壤Fe~(2+)含量是反硝化过程的主要限制因素;NO_3~-是Anammox的关键限制因素;而土壤DOC和Fe~(2+)含量是DNRA过程的主要限制因素。基于MIMS的方法体系可以在短时间内(1周)测定水稻土四种厌氧氮转化速率,且所需样品量低、精确度高,在稻田或湿地土壤厌氧氮转化过程研究中有很好的应用前景。     

长江三角洲农田地下水反硝化对硝酸盐的去除作用

长江三角洲(简称"长三角")农田氮素投入量高,但是否像其他高氮投入农田一样在土壤剖面累积了大量硝酸盐尚不清楚。通过连续两年的野外观测结合室内培养实验,发现长三角地区3种不同类型的高氮投入农田1～4 m地下水硝态氮(NO_3~--N)剖面分布特征存在明显差异,水稻田地下水NO_3~--N浓度始终很低(1mg·L~(-1)),不同深度之间无差异。蔬菜地和葡萄园1 m处地下水NO_3~--N年平均浓度分别为5.6和17.5 mg·L~(-1),但是地下水NO_3~--N浓度随着深度增加急剧下降,至4m处,NO_3~--N浓度降至小于1 mg·L~(-1),与水稻田无差异。蔬菜地和葡萄园地下水高浓度NO_3~--N仅出现在施肥期间,非施肥期地下水NO_3~--N浓度较低,这表明长三角农田不存在明显的NO_3~--N累积。原状土柱培养实验结果表明,0～4 m土壤均存在较强的反硝化活性。通过对地下水中反硝化产物N2及N2O的直接定量测定,发现反硝化对地下水NO_3~--N的去除效率随着深度而增加,至4m处,反硝化对地下水NO_3~--N的去除效率分别为86%(水稻田)、93%(蔬菜地)和89%(葡萄园)。这表明反硝化能有效去除地下水NO_3~--N,是长三角地区农田土壤剖面未产生NO_3~--N累积的重要原因。反硝化产生的溶解性气态氮主要通过地下水流入临近水域,对于蔬菜地和葡萄园而言,溶解性气态氮流失量与NO_3~--N淋溶损失量相当,是一个重要的氮素去向,值得关注。     

气体扩散系数法估算水体反硝化速率

近年来基于经验系数或者机理过程的气体扩散系数法逐渐被应用于水体反硝化速率的估算,为了探究该方法的可靠性、适用性和不确定性,本研究在不同硝态氮浓度（0、1、2、4、6 mg·L^-1,以N计）静态水体条件下比较了密闭培养法和气体扩散系数法。结果表明： BO04、CL07和Xia21 3种气体扩散系数模型估算的反硝化速率与水体硝态氮浓度的关系均符合米氏方程（R²=0.994 6,P<0.01）。3种扩散系数法与密闭培养法测定的水体反硝化速率之间均有显著的线性关系（R²=0.776 7,P<0.05）,但斜率各不相同,其中CL07和Xia21模型的估算结果均与密闭培养法的测定结果较为接近,斜率分别为1.22和0.59。进一步应用蒙特卡洛分析法对CL07模型进行参数敏感性分析发现,风速、流速和水温是模型最为敏感的3个因子,其无偏百分比差异分别为12.13%、9.49%和9.42%。研究表明,气体扩散系数法可以较准确地估算水体反硝化速率,为大尺度原位开展水体反硝化估算和氮素循环提供方法基础,但是需要根据实地环境条件选择和标定模型。     

促根剂对太湖地区水稻生长、产量及氮素利用的影响

为研究一种促根剂对太湖地区水稻生长及氮肥利用的影响,设置添加促根剂和不添加促根剂两种处理,在5个施氮水平下分别测定水稻的生物量、产量和氮素利用率。结果表明:在相同施氮水平下促根剂可以增加水稻生物量,其中在施氮量150、200、250 kg/hm~2施肥水平下,抽穗期和灌浆期地上部生物量的增加幅度分别为17.95%、8.63%、11.09%和2.16%、12 13%、11.47%,存在显著性差异;促根剂明显增加了拔节期水稻根系干重,由低到高各施氮水平下的增幅依次为27.40%、8.52%、26.12%、6.85%、7.21%。促根剂有一定的增产效果,并且在氮肥用量大时效果更为明显。在250 kg/hm~2施肥水平,促根剂处理比不添加促根剂的处理增产5.79%,达到显著性差异水平。促根剂在一定程度上提高了水稻吸氮量、氮素农学利用率、氮素吸收利用率,高氮肥施用水平下表现明显,250 kg/hm~2下分别高出不添加促根剂的处理7.14%、33.26%、10.91%。     

中国农田氮淋失相关因素分析及总氮淋失量估算

通过对我国近 10 年 382 组农田 N 素淋失数据进行统计分析,发现水田的 NO3--N 淋失量与土壤体积质量、有机质、全 N（TN）、黏粒含量百分比显著负相关,与施 N 量、灌水量显著正相关;旱地中 NO3--N 淋失量与全 P（TP）、粉粒含量百分比、土层深度显著负相关,与土壤中 TN 含量、砂粒百分比含量、施 N 量、降雨量、灌溉水量显著正相关。水田中总 N 表观淋失率平均值为 2.19%,95% 的置信区间为 1.56% ~ 2.82%;旱地中总 N 表观淋失率平均值为 4.35%,95% 的置信区间 2.88% ~ 5.82%。根据 2008 年中国统计年鉴计算出 2007 年我国总 N 淋失量达到 0.644 Tg,约占我国总施 N 量的2.80%。     

中国粮食生产的温室气体减排策略以及碳中和实现路径

作为世界上最大的农业生产国和温室气体排放国,我国承诺力争到2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和。国家“双碳”目标给农业生产带来很大的减排挑战,因为农业源温室气体排放约占我国碳排放总量的14%。粮食生产是农业源非CO₂温室气体的主要排放源,归因于过量灌溉和施肥引起的稻田甲烷(CH₄)和土壤氧化亚氮(N₂O)排放。在碳达峰后,粮食生产温室气体的排放占比和减排重要性将越来越大。我国粮食生产究竟能否实现碳中和,以及如何实现碳中和仍不明确。本文综述了我国粮食生产碳排放的源汇效应和时空特征,总结了稻田CH₄和土壤N₂O减排以及农田土壤固碳的有效措施,解析了固碳减排之间的“此消彼长”效应和应对策略,明确了粮食生产实现碳中和的潜在路径,并对未来固碳减排的研究方向进行了展望。