农田土壤N_2O排放研究进展

农田土壤的N2O排放主要是在微生物的作用下通过硝化和反硝化作用产生的。土壤中多变的理化性质影响各种微生物的生长,因而硝化和反硝化过程中产生N2O的途径也不同,尤其以硝化过程的研究进展最快。影响N2O的生成和排放有:土壤含水量、温度、O2以及土壤结构和质地等物理因素,pH和氮肥等其它因素。本文详细地阐述旱地和水田土壤中这些影响因子与N2O的作用机理的差异,及农田土壤中的N2O排放估计的方法。区分硝化和反硝化作用中生成N2O的贡献可用15N标记法和不同浓度的乙炔抑制法。     

农田土壤硝化—反硝化作用与N2O的排放

在北京潮土上研究了冬小麦夏玉米轮作体系下土壤硝化反硝化作用以及N2O排放情况。结果表明，小麦生育期土壤温度及含水量降低，无论是反硝化损失氮量还是土壤的N2O生成排放量均不高。土壤的N2O生成排放量与反硝化氮量相当或低于反硝化氮量。玉米生育期土壤温度升高以及孔隙含水量的较大的改善，反硝化损失氮量、N2O生成排放量有明显上升。通常情况下土壤反硝损失氮量与N2O排放氮量基本处于同一水平。在玉米十叶期追肥后的较短时间内，N2O总排放量明显高于反硝化损失氮量，说明至少在这一阶段中，硝化作用在北方旱地土壤N2O的排放中发挥了主要作用。在评价北方旱地农田土壤氮素硝化反硝化损失中，硝化作用的氮素损失是不可忽视的重要方面。     

保护地土壤N2O排放通量特征研究

为研究保护地土壤N2O排放通量特征,于2009年8～12月,在河北辛集不施氮（N0）、当地习惯施氮（N900）及减量施氮（N675）处理下的秋冬季番茄保护地土壤上使用静态箱采集、气相色谱仪检测的方法测定了土壤N2O排放通量。得到以下研究结果:灌溉施肥后,各处理N2O平均排放通量与表层土壤硝态氮含量呈极显著正相关关系。灌溉施肥后7 d内是施氮处理土壤N2O主要排放期,其排放量占当季总排放量的55.9%~59.8%;高峰值一般出现在第3～5 d,此时的土壤含水量对硝化、反硝化作用都较适宜。8～10月份由于温度较高,N2O排放通量明显高于较冷的11～12月。8～10月份施氮是影响保护地土壤N2O排放的主导因素,减少施氮量显著降低了N2O排放量;之后温度是主导因素,此时N2O排放量受追施氮量的影响较小。经估算,保护地秋冬季番茄不同施氮处理N2O总排放量的大小顺序为:N900（N 5.304 kg/hm2）N675（N 3.616 kg/hm2） N0（N 0.563 kg/hm2）,差异显著,减量施氮比习惯施氮处理降低了31.8%的N2O排放量;N675和N900处理的N2O排放系数分别为0.45和0.53。     

农田土壤N2O排放的影响因素

氧化亚氮是大气湿室效应气体之一。本文概括论述影响农田土壤Ｎ２Ｏ排放的氧气、温度、土壤湿度和水分、有机质、土壤ｐＨ、微生物、土壤质地以及施肥等因素。     

三峡库区农业发展现状及农田CH_4和N_2O排放与减排对策

全球气候变暖的主要原因在于大气中的温室气体含量的急速增加。以低碳为特征的新发展模式成为目前减少温室气体排放、应对全球气候变暖的根本途径。农业生态系统作为最大的人工生态系统,成为温室气体的第二大来源。因此,农业活动与气候变暖关系密切。以三峡库区为例,在分析了库区农业发展面临的问题的基础上,初步估算了库区水田CH4及耕地(含水田和旱地)N2O温室气体的排放量。2008年库区水田CH4及农田N2O的排放量分别为5.5×104~6.5×104 t、8500~10000 t,提出推广免耕等保护性耕作法、改变传统种植模式,合理施肥、改进稻田生产管理技术、对稻田生产系统的时间和空间差异进行管理。     

温度对旱田土壤N2O排放的影响研究

以南方亚热带代表性旱田土壤—贵州玉米 -油菜轮作田、大豆 -冬小麦轮作田和休耕地为研究对象 ,同步观测了整个轮作期土壤N2 O排放通量和温度的季节变化。同时 ,采用DNDC模型定量探讨了未来气温变化对土壤N2 O排放的潜在影响。结果表明 ,温度是土壤N2 O排放通量规律性日变化的最主要控制因素 ;除大豆地外 ,其他作物生长季节和休耕地的N2 O排放通量季节变化与温度之间均存在一定程度的正相关性 ,其中冬春季休耕地的N2 O排放通量与温度间存在弱指数函数关系。模型检验结果表明 ,除大豆地外 ,其余试验地的N2 O排放通量均随年均气温升高而升高 ,在冬春季 ,土壤N2 O排放通量对气温变化的敏感性强于夏秋季 ,尤其以冬春季休耕地受气温变化的影响最为显著。     

中国农田N2O排放通量原位观测研究的汇总分析

通过对已有文献资料的调研和整理,分析了1990--2008年间有关中国农田N2O排放通量田间原位观测的分布特征。结果表明,1990--2008年间中国农田N2O排放通量原位观测研究呈不断发展趋势,2002年后进入快速增加期。通量原位观测位点的空间分布不平衡,主要集中在长江中下游、华北和西南地区,东北、西北、华南地区观测位点较少;农田N2O排放通量原位观测在作物类型间差异明显,对稻田的研究占到数据组总数的36％,其次为小麦和玉米田,分别占24％和21％,紫云英田仅为0．2％。针对农田N2O排放通量原位观测研究的现状,建议今后需进一步关注西北和东北典型农田生态系统N2O排放观测研究;在测定大宗作物系统N2O排放的基础上,重点加强典型菜地N2O通量的原位观测;强调温室气体CO2、CH4和N2O的同步观测与同位素示踪等技术相结合,以寻求农业增产、增效与温室气体减排的系统机制与实现途径。     

菜地土壤CO2与N2O排放特征及其规律

为了解不同集约化类型菜地土壤CO2和N2O排放特征及影响因子,选取京郊20年露地老菜地(OV20)、3年菜地种植历史的露地新菜地(OV3)、3年大棚菜地(GV3),以及相邻的当地典型粮田玉米地(Maize)4个类型地块,研究了春黄瓜生育期间土壤CO2和N2O排放特征及影响因子。结果表明:1)春黄瓜生育期间的土壤CO2排放通量主要受土壤5 cm处温度(指数关系)和土壤水分(对数关系或二次抛物线关系)影响;期间玉米地土壤CO2平均排放通量为(346.8±56.5)mg.m-2.h-1,20年露地菜地、3年露地菜地有机肥处理、3年露地菜地配施处理、3年大棚菜地的土壤CO2平均排放通量分别是玉米地的1.38、1.21、1.39和1.56倍。2)土壤N2O排放通量与施肥活动密切相关,排放高峰都出现在氮肥施用后,并受土壤温度和水分的影响。基肥后土壤温度低(15～20℃),排放峰出现在第5 d,排放峰持续时间(长达20 d)与施肥量相关;追肥后土壤温度高(>20℃),排放高峰发生早(追肥后第3 d),但因追肥用量低,因此持续时间短(仅一周)。3)黄瓜生长期内玉米地N2O累积排放量为N(1.95±0.10)kg.hm-2,20年老菜地、3年大棚菜地和3年新菜地N2O累积排放量分别是同期大田玉米地的1.67、1.95和1.99倍。4)本实验中春黄瓜生长季菜地土壤化肥氮N2O排放系数在1.86%～4.71%之间,显著高于IPCC旱地排放缺省值1%。其中,新菜地排放系数高于老菜地,设施菜地排放系数高于露地菜地;但有机肥氮的N2O排放系数则远远低于化肥氮的排放系数,仅为0.11%。     

长期定位施肥对农田土壤温室气体排放的影响

采用静态箱/气象色谱法,研究长期不同养分配施(CK,NK,NP,PK和NPK)后的农田土壤温室气体排放差异。结果表明,不同处理条件下,土壤CO2排放呈相似的变化趋势,受土壤温度和水分的共同影响,土壤CH4和N2O的时间变化在不同处理间存在差异,和温度水分的关系不明显。平均排放通量的分析表明,长期不同肥料配合施用后形成的不同肥力的土壤以及作物生长的差异是影响土壤温室气体排放的一个重要因素,土壤CO2平均排放通量顺序依次为CK相似文献   

土壤温度对北京旱地农田N2O排放的影响

在作物生长期内,通过田间自动采样系统的测定和室内温湿模拟实验,对北京地区麦豆轮作生态系统的N2O排放进行了初步研究。结果表明:在10~30℃范围内,随着土壤表层温度的升高,麦豆轮作生态系统的N2O排放通量在不同程度上有一定的增加,但不呈明显的线性相关关系。     

农田土壤N2O排放的连续自动测定方法

本文介绍了农田N2O排放连续自动测定系统的方法原理、系统整体构造和气路配置,并通过对华北平原旱地土壤夏玉米季N2O排放的连续观测,比较了连续自动测定方法与传统手动间歇取样测定方法的差异。结果表明,夏玉米季N2O排放具有明显的日排放规律,且在三叶期和十叶期施肥后存在明显的释放高峰;通过选取7:20、8:30、9:40、10:50、12:00、13:20、14:30、15:40、16:50和18:00不同采样时间的测定结果,分别模拟了间隔为3d和6d的排放总量,结果表明,间隔取样的累积排放结果与连续观测结果的差异,与采样当天中具体的采样时间紧密相关,间隔估算结果随着采样时间的延后具有先升高后降低的趋势,与N2O的日排放规律相一致。本研究中,不同时间间隔对估算结果影响不明显。     

硝化抑制剂和通气调节对土壤N2O排放的影响

采用室内培养方法,研究了土壤水分含量和温度对硝化反应速度、N2O排放及施用硝化抑制剂(N-Serve)和土壤掺砂对N2O排放的影响。结果表明,硝化反应速度随温度升高而加快,30℃时反应进行最快;水分对硝化反应速度的影响不显著。N2O排放通量随温度和水分含量升高而加大,最高排放通量出现在水分含量28.5%,20℃或30℃时。30℃、低水分(14.2%)时,N2O排放量较低,15d累积排放量为126.4.mg/kg,且主要来自硝化反应,施用N-Serve可使总排放量减少65.0%;水分含量增加到28.5%,反硝化反应发生,N2O排放量急剧增加,15d累积排放量达764.4.mg/kg;施用砂子或N-Serve,总排放量分别减少82.9%、62.1%。因此,低水分时,施用N-Serve可抑制硝化反应;高水分时,施用砂子或砂子与N-Serve配合,可有效抑制N2O排放。     

Biochar mitigates N2O emissions by promoting complete denitrification in acidic and alkaline paddy soils

Biochar is an efficacious amendment for mitigating nitrous oxide (N₂O) emissions in soils. Nevertheless, the underlying mechanisms responsible for reduced N₂O emissions by biochar in paddy soils remain inadequately elucidated. Here, using two typical paddy soils with contrasting pH values (5.40 and 7.56), the N₂ and N₂O fluxes and the associated functional genes were investigated in soil amended with varying amounts of biochar (0%, 0.5%, and 5%, weight/weight) via soil slurry incubation integrated with the N₂/Ar technique and qPCR analysis. The results showed that N₂O fluxes were significantly (p < 0.05) reduced by 0.65–3.64 times following biochar amendment, concomitant with a significant (p < 0.05) increase in N₂ fluxes (5.47–46.14%) in both acidic and alkaline paddy soils. As a result, the N₂O/(N₂O + N₂) ratios were significantly (p < 0.05) reduced by 1.53–4.65 fold in both soil types. In acidic paddy soils, the enhanced denitrification rates and the decreased N₂O/(N₂O + N₂) ratios exhibited a strong correlation with increased pH values. In alkaline paddy soil, these changes were ascribed to the enhanced nosZ Clade I gene abundance and nosZ/(nirS + nirK) ratio. Our findings reveal that biochar primarily mitigates N₂O emissions in paddy soils by promoting its reduction to N₂.     

Effect of cattle slurry application techniques on N2O and NH3 emissions from a loamy soil

We determined N₂O fluxes from an unfertilized control (CON), from a treatment with mineral N‐fertilizer (MIN), from cattle slurry with banded surface application and subsequent incorporation (INC), and from slurry injection (INJ) to silage maize (Zea mays, L.) on a Haplic Luvisol in southwest Germany. In both years, amount of available N (total N fertilized + N_min content before N application) was 210 kg N ha^?1. In the slurry treatment of the 1^st year, 140 kg N ha^?1 were either injected or incorporated, whereas 30 kg N ha^?1 were surface applied to avoid destruction of the maize plants. In the 2^nd year, all fertilizers were applied with one single application. We calculated greenhouse gas emissions (GHG) on field level including direct N₂O emissions (calculated from the measured flux rates), indirect N₂O emissions (NH₃ and ${\mathrm{NO}}_3^{-}$ induced N₂O emission), net CH₄ fluxes, fuel consumption and pre‐chain emissions from mineral fertilizer. NH₃ losses were measured in the 2^nd year using the Dräger‐Tube Method and estimated for both years. NH₃ emission was highest in the treatment without incorporation. It generally contributed less than 5% of the greenhouse gas (GHG) emission from silage maize cultivation. The mean area‐related N₂O emission, determined with the closed chamber method was 2.8, 4.7, 4.4 and 13.8 kg N₂O‐N ha^?1 y^?1 for CON, MIN, INC, and INJ, respectively. Yield‐related N₂O emission showed the same trend. Across all treatments, direct N₂O emission was the major contributor to GHG with an average of 79%. Trail hose application with immediate incorporation was found to be the optimum management practice for livestock farmers in our study region.     

不同氮水平下黄瓜-番茄日光温室栽培土壤N_2O排放特征

为探讨日光温室黄瓜—番茄种植体系内N2O排放动态变化及其对不同氮水平的响应规律,采用密闭静态箱法,研究了常规氮量(黄瓜季1 200 kg/hm2,番茄季900 kg/hm2)、比常规氮量减25%(黄瓜季900 kg/hm2,番茄季675 kg/hm2)、减50%(黄瓜季600 kg/hm2,番茄季450 kg/hm2)以及不施氮对日光温室土壤N2O排放的影响。结果表明,温度是影响日光温室土壤N2O排放强度的重要因素,4-10月(平均气温为27.4℃)的N2O排放通量最高达818.4μg/(m2·h);而2-3月(平均气温15.1℃)以及11-12月(平均气温14.7℃)期间的N2O排放通量最高仅为464.5μg/(m2·h),比4-10月的N2O排放峰值降低了43.2%。N2O排放峰值在氮肥追施后5 d内出现,N2O排放量集中在氮肥施用后7 d内,可占整个监测期(271 d)排放量的64.7%~67.8%。施氮因增加了土壤硝态氮含量而引起N2O排放爆发式增长,0~10 cm土壤硝态氮含量与N2O排放量呈指数函数关系(P0.01)。日光温室黄瓜—番茄种植体系内的N2O排放量为0.99~9.92 kg/hm2,其中75.6%~90.0%由施氮造成。与常规氮用量相比,氮减量25%和50%处理的N2O排放量分别降低了40.4%和59.3%,总产量却增加4.9%和7.4%。综上所述,合理减少氮用量不仅可显著降低日光温室土壤N2O排放,而且不会引起产量的降低。该研究为日光温室蔬菜生产构建科学合理的施氮技术及估算中国设施农田温室气体排放量提供参考。     

城市污水的微生物-植物联合修复对水体N_2O、N_2和O_2释放的影响

针对城市河道污染水体治理这一问题,采用自主研发的自然水体原位收集装置对微生物和微生物-植物联合修复过程中气体N_2O、N_2及O2释放的特征进行野外原位监测。结果表明:微生物菌剂和微生物-植物联合净化期间水体氧化亚氮(N_2O)释放速率均值分别为10.68、5.91μmol·m~(-2)·h~(-1),与对照比,降幅分别为16.37%和53.86%;氮气(N_2)释放速率均值分别为1.49、0.87 mmol·m~(-2)·h~(-1),降幅分别为5.70%和67.54%;氧气(O_2)释放速率均值分别为1.14、0.69 mmol·m~(-2)·h~(-1),降幅分别为14.93%和72.06%;微生物菌剂及微生物-植物联合净化期间,目测水体透明度转好,藻类含量降低,水体溶氧由超饱和状态(17.17 mg·L~(-1))降至正常水体溶氧水平(9.49 mg·L~(-1)),降幅达到50%,可能是水体氧气释放速率降低的原因。因此,微生物-植物联合净化能显著降低水体N_2O、N_2及O_2的释放速率,推测是由于微生物和水生植物对水体养分的同化作用产生营养竞争,抑制了微生物反硝化作用产生N_2O、N_2并抑制藻类生长产生O_2及增加水体溶氧的原因。     

不同施肥方式对农田土壤CO2和N2O排放的影响

采用静态箱/气相色谱法研究不同施肥方式以及环境因子对农田土壤CO2和N2O排放通量的影响,结果表明,不同施肥方式对农田土壤CO2排放的季节模式无明显影响,但是影响了N2O排放的季节模式。不同施肥方式对土壤CO2排放通量影响不明显,主要影响土壤N2O排放,整个小麦、玉米生长季,分两次施肥的F2与分四次施肥的F1相比,土壤N2O排放量增加,化肥配合有机肥施用(MF)的土壤N2O通量大于单纯的化肥处理,秸秆还田降低了土壤N2O的排放。相关分析结果表明,土壤CO2排放与大气温度、地表温度、土壤温度和土壤水分均呈显著正相关关系(P<0.01)。由于肥料施用的影响,土壤N2O排放和土壤温度、水分的相关分析并不显著。土壤N2O排放受土壤硝态氮和铵态氮变化的影响。