农业微环境对土壤温室气体排放的影响

二氧化碳(CO     

绿肥压青粉垄保护性耕作对稻田土壤温室气体排放的影响

2016-2018年,在广西农业科学院试验田设置粉垄耕作与常规耕作2种耕作模式,并设不施肥、常规施用化肥、单倍绿肥压青+化肥和双倍绿肥压青+化肥4种施肥处理开展连续田间定位实验,2018年早稻插秧5d后开始采用分离式静态箱-气象色谱法连续对稻田温室气体排放通量进行测定,研究绿肥压青下不同耕作模式和施肥处理稻田主要温室气体排放特征及其定位累积效应,分析温室气体累积排放量和增温潜势,以期为粉垄保护性耕作方式和施肥管理模式提供参考依据。结果表明：粉垄耕作模式下常规施用化肥处理中CO2排放通量是常规耕作模式下的2.3倍,施用双倍绿肥处理稻田CH4排放峰值是化肥处理中的2.5～3.9倍。各处理中,粉垄耕作下单倍绿肥加化肥处理稻田CO2和N2O累积排放量均最少,分别为1469.29kg·hm-2和36.61g·hm-2。两种耕作模式下施用单倍绿肥加化肥CH4累积排放量均低于双倍绿肥加化肥的处理。可见,合理配施绿肥加化肥对粉垄耕作下水稻温室气体CO2和N2O减排有一定积极作用,稻田CH4排放量与绿肥压青量相关,温室气体的增温潜势也相应受到影响。在一定时间尺度上,绿肥压青下粉垄保护性耕作是一种减少和遏制农业温室气体排放的有效措施。     

田间管理对华北平原冬小麦产量土壤碳及温室气体排放的影响

选取华北平原冬小麦为研究对象,针对（1）秸秆移除;（2）秸秆表覆;（3）免耕;（4）秸秆深施;（5）施农家肥这5种典型的田间管理,使用农田自动温室气体测定系统对冬小麦农田全生育期进行了原位长期观测,并采用^13C自然丰度法对土壤碳的转化进行了监测,同时对冬小麦产量及生物量、土壤有机碳的变化进行了监测。结果表明,冬小麦产量及生物量高低顺序为施农家肥、秸秆深施、秸秆表覆、秸秆移除和免耕,而且土壤有机碳的更新也有同样的趋势;施农家肥能显著增加土壤有机碳而秸秆移除和免耕则会导致土壤有机碳的轻微下降;冬小麦甲烷的排放或吸收只占总增温潜势的不到1％,在进行统计总排放当量时基本可以忽略,N2O在总排放当量中的比例在2．55％-11．62％范围内;N2O的大量排放主要来自于拔节期及开花期,秸秆移除、施农家肥和秸秆深施会导致N2O排放在总当量中的份额增加至10％左右,而秸秆覆盖和免耕N2O排放在总排放当量中的份额只有3％左右,冬小麦农田总的温室气体排放88％以上来自于CO2的排放,特别是秸秆表覆和免耕95％以上来自土壤碳的损失而释放的CO2。总体来看,秸秆深施能保证较高的产量,减少碳的损失,增加土壤碳并产生相对较少的总温室气体排放量,是较好的固碳减排方式。     

农业微环境对土壤温室气体排放的影响

二氧化碳（ＣＯ２）、氧化氮（Ｎ２Ｏ）、甲烷（ＣＨ４）等气体排放量的增加所引进的温室效应是全球变暖的主要促动因素。同时各种温室气体的产生和排放量也同样受其所处环境状况的影响与反馈作用研究各环境要素对土壤温室气体排放的主要影响机制是调节气候变化与温室气体排放循环反馈过程的关键环节,对减少温室气体排放、减缓全球变暖真挚具有较强的现实意义。阐述了土壤排放Ｎ２０、ＣＨ４对环境因素的影响,并提出温室气体减排措     

施用秸秆和接种蚯蚓对土壤温室气体排放的影响

通过施用秸秆并接种蚯蚓于微系统实验研究发现,在 21 天的培养期内,蚯蚓活动显著增加土壤C02和N20的排放速率,与对照处理相比,单接种蚯蚓处理与单施加秸秆的处理导致CO2排放量分别增加了60%和1.35倍,相应的N2O .排放量增加了1.06倍和3.94倍.另一方面,与单施加秸秆的处理相比,接种蚯蚓配合施加秸秆的处理导致C02和N20排放分别增加了41%和45%.施用秸秆显著提高了土壤微生物生物量C含量,而单接种蚯蚓处理的土壤相比对照处理反而降低.接种蚯蚓显著提高了土壤N03--N和NH4 -N含量,秸秆处理土壤并不显著增加土壤中的NH4 -N含量.     

减量施氮与大豆间作对蔗田土壤温室气体排放的影响

采用静态箱 气相色谱法对常规施氮(N2, 525 kg·hm^-2)y和减量施氮(N1, 300 kg·hm^-2)处理下甘蔗与大豆按行数比1∶1(SB1)和1∶2(SB2)间作、甘蔗单作(MS)、大豆单作(MB)种植模式下蔗田土壤CO₂、N₂O、CH₄排放通量及土地当量比(LER)进行观测和对比分析, 以探讨不同间作模式及施氮水平下甘蔗//大豆间作农田土壤温室气体排放的动态变化规律及对作物产量的影响, 为制定农田温室气体减排措施提供合理的依据。研究结果表明, 减量施氮处理甘蔗//大豆(1∶2)间作模式(SB2-N1)农田土壤CO₂排放总量较甘蔗单作(MS)显著降低35.58%, N₂O累积排放总量较甘蔗单作降低56.36%, CH₄累积排放总量较甘蔗单作升高7.02%; 不同种植模式和施氮处理蔗田土壤均表现为CO₂和N₂O的排放源, CH₄吸收汇, 追施氮肥后土壤对CH₄的吸收速率降低, 但CO₂和N₂O的排放速率增加。MS-N1、SB1-N1、SB2-N1、MS-N2、SB1-N2、SB2-N2和MB处理土壤CO₂年累积排放总量(kg·hm^-2·a^-1)分别为5 096.89、6 422.69、3 283.20、4 103.29、4 475.84、4 775.31和4 780.35, 土壤N₂O年累积排放总量(kg·hm^-2·a^-1)分别为4.61、5.11、2.15、3.13、3.72、5.60和3.11, 土壤CH₄年累积排放总量(kg·hm^-2·a^-1)分别为 13.68、 21.78、 12.72、 5.53、 11.36、 4.77和 9.97。甘蔗//大豆间作系统2009-2012年土地当量比(LER)均大于1, 且减量施氮水平下, 甘蔗//大豆(1∶2)间作模式优势最明显。     

施肥对板栗林土壤活性碳库和温室气体排放的影响

在浙江省临安市典型板栗林试验地,利用静态箱-气相色谱法测定了不同施肥条件下板栗林土壤CO2和N2O排放速率,同时测定了土壤水溶性有机碳（WSOC）和微生物量碳（MBC）含量。初步探讨了施肥对板栗林土壤活性碳库与温室气体排放速率的影响,以及土壤温室气体排放速率与活性碳库之间的关系。本试验设置不施肥（CK）、 无机肥（IF）、 有机肥 （OF）和有机无机混合肥（OIF,1/2无机肥和1/2有机肥）4个施肥处理。结果表明, 施肥1个月后,与不施肥（CK）处理相比,无机肥（IF）、 有机肥（OF）和有机无机混合肥（OIF）处理下土壤CO2排放速率分别增加了87%、 38%和61%, N2O排放速率分别增加了101%、 67%和95%; 而施肥6个月后,与CK处理相比,IF、 OF和OIF处理下土壤CO2 排放速率分别增加了51%、 43%和64%,N2O排放速率分别增加了21%、 29%和47%。同时,施肥显著增加板栗林土壤WSOC和MBC含量（P＜0.05）。此外,土壤CO2和N2O排放速率与WSOC含量均呈显著正相关（P0.05）,而与MBC含量没有显著的相关性。因此,施肥引起板栗林地土壤WSOC含量增加可能是导致板栗林地土壤温室气体排放增加的重要原因之一。     

施氮水平对稻田土壤温室气体排放的影响

该研究以江西稻田为研究对象,设置了不施氮对照(N0)、减氮40%(N1)、常规施氮(N2)、增氮50%(N3)等4个处理,采用静态箱-气相色谱法研究了稻田温室气体(N_2O、CH4、CO_2)的排放通量和速率,并计算了温室气体排放强度及全球增温潜势。结果表明:在晚稻栽培过程中,N_2O和CO_2的排放通量均出现3次峰值,且都表现为增施氮肥处理高于其他处理,而CH4排放通量仅出现一次峰值;N0、N1、N2的N_2O和CO_2的总排放量无显著差异(P0.05),但N3处理下的N_2O和CO_2的排放量显著高于其他处理(P0.05);与对照比,N1、N2和N3的CH4总排放量分别提高了58.70%、69.63%、96.15%,净增温潜势分别增加了22.34%、25.34%、52.92%;N3的温室气体排放强度最高,达1.12kg/kg,显著高于N1和N2。     

硝化抑制剂与尿素配施对旱地土壤温室气体排放及硝化微生物的影响

为明确施肥措施对旱地土壤温室气体排放的综合效应及微生物机理,采集典型麦田土壤进行室内微宇宙培养,研究了双氰胺(DCD)和烯丙基硫脲(ATU)分别与尿素配施对旱地土壤氮素转化及N₂O、CO₂和CH₄排放的影响,同时监测了不同类型微生物群落的动态变化。结果表明氨氧化细菌(AOB)主导了施氮麦田土壤硝化过程及N₂O排放。单施尿素促进AOB迅速繁殖,使N₂O排放总量提高235%,同时促进了细菌生长,CO₂排放量增加18.5%。DCD与尿素配施极大程度抑制了AOB的生长,显著降低了N₂O排放(59.4%),但促进了细菌的生长并提高了CO₂的排放总量(50.6%)。而ATU与尿素配施同时抑制了真菌、细菌和AOB的生长,对反硝化细菌的影响则相反,使CO₂和N2O排放分别下降28.4%和35.2%。与不施肥相比,氮肥及与两种硝化抑制剂配施均显著降低了CH4的排放量。3种温室气体的综合温室效应在处理间差异显著...     

稻田秸秆还田的土壤增碳及温室气体排放效应和机理研究进展

秸秆还田是水稻生产中普遍采用的一项措施,具有固碳和促进养分元素循环、减少生产中的化肥施用等生态环境功能,但亦存在温室气体排放问题。鉴于秸秆还田对稻田产生固碳和温室气体增排的双重效果,本文综述了稻田生态系统秸秆资源利用现状,探讨了秸秆还田的土壤增碳效应,总结了秸秆还田下的温室气体(CO2、N2O和CH4)排放过程及其微生物过程机理。提出了应加强秸秆还田增碳过程中的物理–化学过程与微生物过程的耦合机理及其对固碳功能的作用机理、稻田温室气体产生机制与控制途径的研究,以实现稻田土壤固碳减排增汇和增产的共轭双赢作用。     

Tillage and crop straw methods affect energy use efficiency,economics and greenhouse gas emissions in rainfed winter wheat field of Loess Plateau in China

Data from a field experiment conducted in China's Loess Plateau (2013–2015) were used to determine the energy balance of winter wheat (Triticum aestivum L.) as affected by tillage and straw treatments. Tillage treatments included chisel plow, no tillage, and mouldboard plow. Crop straw levels included straw returning and straw removed. The energy balance was evaluated by comparing the following parameters: net energy, energy profitability, energy use efficiency, and energy intensity. The yield parameters were significantly influenced by the tillage treatments and revealed that the chisel plow entailed fewer field operations and lower energy requirements with a higher yield than mouldboard plowing tillage. The highest proportion of energy input came from a nitrogen fertiliser, followed by diesel fuel. The total energy input applied per hectare increased with an increase in the tillage intensity, and the lowest energy input was required for the no tillage case with the straw returning treatment, and the highest for the case of mouldboard plow with the straw returning treatment. The lowest average energy intensity was recorded for the no tillage case, followed by the case of chisel plow tillage in both cropping seasons. Moreover, in the case of mouldboard plough tillage, the maximum energy intensity was recorded in both cropping seasons. In the cases of the chisel plow tillage and the no tillage, we observed the maximum energy gain, while in the no tillage case, we observed the maximum energy use efficiency. The net return and the benefit/cost ratio were higher in the case of straw returning than those in the case of no straw treatment. We concluded that no tillage and chisel plow tillage with straw returning could improve the energy use efficiency and the benefit/cost ratio of winter wheat production systems.     

不同装袋量下麦秆和毛叶苕子混合腐解特征

掌握不同装袋量下麦秆、毛叶苕子混合的腐解过程,对青海东部农业区秸秆还田和培肥土壤具有重要意义。通过尼龙袋填埋试验,设置物料类型和装袋量两个因素,完全随机组合共9个处理。物料类型设麦秆(W)、毛叶苕子(H)、混合物料(WH)3个水平,装袋量设16、28、44 g 3个水平,研究3种物料类型在不同装袋量下的腐解特征。研究结果表明,各处理下有机物料腐解呈现前期快-中期慢-后期加快的变化规律,至腐解结束,物料类型对累计腐解率有显著影响(P<0.05),麦秆、毛叶苕子、混合物料的累计腐解率平均为45.27%、76.75%、62.25%,表现为毛叶苕子>混合物料>麦秆。装袋量对累计腐解率有显著影响(P<0.05),装袋量分别为16、28、44 g时,平均累计腐解率分别为62.84%、63.32%、58.11%,装袋量28 g下腐解最快。双库指数衰减模型能较好地拟合物料腐解过程中腐解残留率与积温的关系,方程的决定系数均>0.88,预测腐解残留率与实测腐解残留率的MPE、RMSE、nRMSE分别为8%、2.47、7.85%。麦秆、毛叶苕子和混合物料的腐殖化系数平均分别为54.05%、31.32%、41.90%。物料混合显著提高了干物质量的易分解比例(P<0.01),装袋量为16、28、44 g时,混合效应值分别提高了13.27%、15.06%、8.61%,装袋量为28 g时混合效应最高。物料混合显著提高了干物质易分解比例,腐解速率加快。麦秆和毛叶苕子混合能加快物料的腐解,当装袋量为28 g时(相当于麦秆、毛叶苕子还田量分别为5490、3393 kg·hm-2)效果最好,该研究结果可为青海东部农业区秸秆还田提供理论和技术     

青藏高原小麦秸秆和箭筈豌豆混合腐解规律和养分释放特征

掌握麦秆、绿肥混合腐解和养分释放规律,对于青藏高原东部农区的地力培育和减肥增效具有重要意义.该研究在田间设置麦秆、箭筈豌豆、低量和高量麦秆与箭筈豌豆混合4个处理,研究有机物料的腐解和养分释放规律.结果表明,各处理下有机物料的腐解呈现前期快后期慢的变化规律,至腐解结束,麦秆、箭筈豌豆、低量和高量麦秆与绿肥混合处理的累积腐...     

Contrasting effects of wheat straw and its biochar on greenhouse gas emissions and enzyme activities in a Chernozemic soil

Biochar produced from plant biomass through pyrolysis has been shown to be much more resistant to biodegradation in the soil as compared with the raw biomass, such as cereal straw that is routinely shredded and discharged on to farm fields in large amounts. Biochar application to soil has also been reported to decrease greenhouse gas (GHG) emissions, although the mechanisms are not fully understood. In this study, the emissions of three main GHGs (CO₂, CH₄, and N₂O) and enzyme activities (urease, β-glycosidase, and dehydrogenase) were measured during a 100-day laboratory incubation of a Chernozemic soil amended with either straw or its biochar at rates of 0.67 and 1.68 % (based on the amount of C added) for the low and high rates, respectively. The biochar application dramatically reduced N₂O emissions, but CO₂ or CH₄ emissions were not different, as compared with the un-amended soil. At the same C equivalent application rate, CO₂ and N₂O emission rates were greater while CH₄ emission rates were lower in straw than in biochar application treatments. The activities of both the dehydrogenase and β-glycosidase significantly declined while that of urease significantly increased with the biochar as compared with the straw treatment. We conclude that pyrolysis of cereal straw prior to land application would significantly reduce CO₂ and N₂O emissions, in association with changed enzyme activities, while increasing the soil C pool through the addition of stable C in the form of biochar.     

不同生物质炭输入水平下旱作农田温室气体排放研究

在陇中黄土高原干旱半干旱区,采用小区定位试验,对不同生物质炭输入水平下春小麦农田土壤温室气体(CO_2、N_2O和CH_4)的排放通量进行全生育期连续观测,并分析其影响因子。结果表明:6个生物质炭输入水平处理下[0 t·hm~(-2)(CK)、10 t·hm~(-2)、20 t·hm~(-2)、30 t·hm~(-2)、40 t·hm~(-2)、50 t·hm~(-2)],旱作农田土壤在春小麦全生育期内均表现为CH_4弱源、N_2O源和CO_2源。全生育期各处理CH_4平均排放通量依次为:0.005 7 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.0047 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.003 6 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.003 3 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.002 7 mg·m~(-2)·h~(-1)和0.000 4 mg·m~(-2)·h~(-1),N_2O平均排放通量依次为:0.230 5 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.144 1 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.135 3 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.098 9 mg·m~(-2)·h~(-1)、0.125 0 mg·m~(-2)·h~(-1)和0.151 3mg·m~(-2)·h~(-1),CO_2平均排放通量依次为:0.449 2μmol·m~(-2)·s~(-1)、0.447 0μmol·m~(-2)·s~(-1)、0.430 3μmol·m~(-2)·s~(-1)、0.391 4μmol·m~(-2)·s~(-1)、0.408 0μmol·m~(-2)·s~(-1)和0.416 4μmol·m~(-2)·s~(-1)。土壤CH_4排放通量随生物质炭输入量的增加而减小;当生物质炭输入量小于30 t·hm~(-2)时,土壤N_2O、CO_2排放通量随其输入量增加而显著减小,但当其输入量超过30 t·hm~(-2)时,N_2O、CO_2排放通量则呈显著增大趋势。各处理在5~15 cm土层平均土壤温度差异显著(P0.05),在5~10 cm土层平均土壤含水量差异显著(P0.05),土壤温度及含水量受生物质炭影响明显;且CK处理不同土层的土壤温度及含水量波动最大,生物质炭输入可在一定程度上降低不同土层土壤的水热变化幅度;N_2O、CO_2排放通量与10~15 cm土层土壤温度呈显著性负相关,与20~25 cm土壤温度呈显著性正相关;CH_4平均排放通量与5~10 cm土层土壤温度呈显著性负相关,与其含水量呈显著性正相关;N_2O平均排放通量与15~20 cm土层土壤温度呈显著性正相关;CH_4、N_2O、CO_2平均排放通量与0~5 cm土层土壤水分呈显著性负相关。生物质炭的输入能够减小温室气体的排放,且会因其输入量的不同而异,因此适量应用生物质炭有利于旱作农田生育期内增汇减排。     

生物炭及生物硝化抑制剂添加对黄土区设施菜地土壤温室气体排放的影响

通过室内培养试验研究生物炭及生物硝化抑制剂添加对黄土区设施菜地土壤N2O和CO₂排放的影响,并与化学合成硝化抑制剂作对比。试验设置6个处理:不施肥(CK)、施氮(N)、施氮+生物炭(N+BC)、施     

中国农业源温室气体排放与减排技术对策

农业是重要的温室气体排放源。该文通过对文献资料和大量研究结果进行分析,得出中国农业活动产生的甲烷和氧化亚氮分别占全国甲烷和氧化亚氮排放量的50.15%和92.47%,农业源占全国温室气体排放总量的17%;通过改善反刍动物营养可降低单个肉牛甲烷排放15%～30%;推广稻田间歇灌溉可减少单位面积稻田甲烷排放30%;一个户用沼气每年最大可减少温室气体2.0～4.1 t二氧化碳当量;推行缓释肥、长效肥料可减少单位面积农田氧化亚氮50%～70%。该文建议尽快开展减排技术示范,对减排技术的适应性和经济性进行评价。     

西北小麦与豆科绿肥间作体系箭筈豌豆和毛叶苕子生物固氮效率及氮素转移特性

  【目的】  箭筈豌豆、毛叶苕子与春小麦间作是西北地区推广的新型种植制度。利用15N自然丰度法,研究小麦间作对该系统中豆科绿肥的生物固氮量及其向小麦的氮素转移量,以期为该系统养分管理提供科学依据。  【方法】  在青海西宁和甘肃武威两地分别进行盆栽试验,供试绿肥包括箭筈豌豆和毛叶苕子,设置小麦单作、绿肥单作、小麦||绿肥间作等共5个处理,所有处理不施用氮肥,利用15N自然丰度技术,分析箭筈豌豆、毛叶苕子的生物固氮量及其向小麦的氮素转移量,调查了不同种植模式下小麦和绿肥作物的生物量,分析了影响绿肥生物固氮的因素。  【结果】  与单作相比,间作处理明显降低两地小麦和豆科绿肥的地上部干物质量,但间作系统中地上部干物质量土地当量比均大于1。间作后,小麦和箭筈豌豆、毛叶苕子的氮素积累量显著下降 (西宁小麦除外),但绿肥单作、小麦||绿肥间作模式下总氮素积累量均明显高于小麦单作。与单作相比,间作豆科绿肥的生物固氮效率无明显改变,但固氮量显著降低 (武威毛叶苕子除外),其中,西宁、武威两地间作箭筈豌豆的生物固氮量 (0.24、0.48 g/pot) 较单作 (0.88、0.78 g/pot) 分别显著降低了82.1%和38.5%,西宁间作毛叶苕子的生物固氮量 (0.38 g/pot) 较单作 (0.81 g/pot) 显著降低了51.2%。西宁毛叶苕子的生物固氮效率和生物固氮量均显著高于武威;两地箭筈豌豆的生物固氮效率差异不大,间作下的生物固氮量在武威较高。间作条件下,两种豆科绿肥生物固定的氮素均可向小麦转移,西宁、武威两地箭筈豌豆氮素转移量分别为0.13、0.19 g/pot,分别占间作小麦吸氮量的31.6%和24.7%;毛叶苕子的氮素转移量分别为0.09、0.06 g/pot,分别占间作小麦吸氮量的23.8%和11.4%。路径分析结果表明,地上部干物质量是影响生物固氮量和氮素转移量的最主要因素。  【结论】  在不施氮肥条件下,间作小麦对豆科绿肥生物固氮效率无明显影响,但显著降低豆科绿肥的地上部生物量,进而降低总的生物固氮量。间作春小麦吸氮量的11.4%～31.6%来自于豆科绿肥,箭筈豌豆向小麦的氮素转移能力强于毛叶苕子。品种和生长环境都会影响豆科绿肥的总生物固氮量,因此,还需进一步研究与小麦间作的豆科绿肥的种类和品种,以提高间作绿肥对小麦的氮素转移效率。     

微生物菌对集沟小麦秸秆温室气体的固碳减排影响

针对农田生态系统中秸秆直接还田导致温室气体(CO2、CH4、N2O)增加的问题,在稻麦轮作、秸秆集沟还田模式下,利用外加微生物秸秆腐解菌的催腐特性在分解秸秆的同时会显著地改变秸秆的C/N及微生物生命活动的特点,考察该措施对秸秆还田固碳减排的效果.主要试验处理设置为液体菌剂作用下的秸秆集沟还田(LM+ST)、粉末菌剂作用...     

50份毛叶苕子品种(系)在青海作秋绿肥的能力评价

[目的]毛叶苕子是重要的肥饲兼用绿肥作物.分析不同品种毛叶苕子产草量及氮(N)、磷(P)、钾(K)吸收能力,以期筛选出适宜青海地区绿肥栽培的品种(系).[方法]在田间条件下,分析了50份毛叶苕子品种(系)分枝期和初花期地上部生物量和N、P、K累积量,及土壤速效养分含量变化.运用主成分分析和聚类分析评价不同毛叶苕子N、P...