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。     

冬小麦/大葱轮作体系N_2O排放特征及影响因素研究

采用静态暗箱-气相色谱法研究了冬小麦/大葱轮作体系不同施肥处理下农田N2O排放特征及排放系数,分析了土壤湿度和土壤温度等环境因子对N2O排放的影响。结果表明,农田N2O排放高峰值主要出现在每次施肥＋灌溉或强降雨之后的一段时间,大葱生长季排放峰值高且出现的频率比小麦生长季密集;N2O排放通量变化范围为-3.85～507.11μg N·m-2·h-1,平均值为251.63μgN·m-2·h-1,对于不同施肥处理,其年度N2O排放总量介于1.71 kg N·hm-2到4.60 kg N·hm-2之间。整个轮作体系不同处理N2O排放系数介于0.31%到0.48%之间,均值为0.43%;相对比农民习惯（FP）处理,优化施肥（OPT）、优化减氮（OPT-N）以及秸秆还田（C/N）处理均能显著减少N2O的排放,秸秆还田处理和优化减氮处理N2O排放总量比优化处理分别减少了17%和10%。在10℃〈土壤温度（T）s〈20℃时,N2O排放随温度的升高而增加;整个小麦生长季N2O排放随土壤湿度的增加而增加,且达到0.05的显著水平;大葱生长季在20℃〈Ts〈30℃时,土壤水分含量成为主要限制因素,N2O排放与土壤孔隙含水量（WFPS）呈显著指数正相关关系。秸秆还田处理作物产量高于其他处理,是具有减排增产＂双赢＂效果的农田管理措施。     

中国农田秸秆还田土壤N_2O排放及其影响因素的Meta分析

农田N2O排放是全球人为温室气体主要的来源之一,了解农作措施对其排放的影响对中国农田减排具有重要的意义。该研究采用Meta分析方法,定量分析了秸秆还田对中国农田土壤N2O排放的影响,并对其影响因素进行解析。研究结果表明,在中国不同区域秸秆还田对土壤N2O排放有一定的差异,其中华东地区显著减排18.61%(P0.05),而华中和华北地区则分别显著增加排放62.3%和27.73%(P0.05)。同时,施氮量介于0~240 kg/hm2(以N计,下同)时,随着施氮量的增加,秸秆还田对土壤N2O影响的效应值逐渐由负值增加为正值;当施氮量介于241~300 kg/hm2时,秸秆还田有显著降低土壤N2O排放的趋势。当土壤p H值介于6.5~7.5时,秸秆还田对N2O排放影响的效应值为正值;当黏粒质量分数为15%~25%时,秸秆还田对N2O排放影响的效应值为正值,当黏粒质量分数15%时,秸秆还田显著降低土壤N2O排放。秸秆的碳氮比与秸秆还田量对N2O的排放也有不同程度的影响,另外,秸秆还田下不同的种植制度间N2O的排放也有差异。因此,秸秆还田下实施农田N2O减排措施应综合考虑区域农业资源特点、种植制度、土壤类型和水肥管理因素。研究可为科学管理秸秆与减少农田N2O排放提出理论支撑。     

作物生长对土壤N_2O排放影响的研究进展

N2O是一种重要的温室效应气体,不仅具有很强的温室效应,而且参与大气对流层和平流层的许多光化学反应,因而在全球变化的研究中受到广泛关注。综述了作物生长对土壤N2O排放影响的研究状况,为认识植物生长与土壤N2O排放的关系,调控和减缓土壤N2O排放提供依据。作物生长下的土壤N2O排放受植物类型、生长阶段、生长状况和人为管理等方面影响,植物通过引入光合产物到土壤,吸收利用土壤养分和水分改变土壤环境而影响土壤N2O排放,适当的人为管理措施可以调控和减轻土壤N2O排放。     

不同氮源及秸秆添加对菜地土壤N_2O排放影响

在饱和田间持水量WFPS(water-filled pore space)为75%、温度为25℃的条件下,用室内培养研究设施菜地土壤在不同氮肥种类(硝酸钙CN,碳酸氢铵AB,硫酸铵AS,尿素U,对照CK)和有无秸秆添加情况下N2O的排放特征。培养17天的结果表明,各种肥料类型中,对照和硝态氮肥处理最先出现N2O排放高峰,铵态氮肥处理出现较晚。无论有无秸秆,碳酸氢铵(AB)处理的累积排放量都最高,分别为4.206±0.899和2.159±0.256μg g-1干土,铵态氮肥处理N2O排放量明显高于硝态氮肥。添加秸秆后各处理N2O排放明显增加,比未施秸秆增加1倍多(CN处理除外)。不同处理(CK除外)的N2O累积排放量与时间的关系都可用y=aLn(x)+b表示(P<0.001)。实验还发现,施用氮肥会导致土壤酸化,添加秸秆可改善土壤酸化现象。     

免耕对农田土壤N_2O排放影响及作用机制研究进展

免耕在促进农业可持续发展和有效分馏大气碳的同时还可影响土壤N2O排放,但迄今为止关于免耕对农田土壤N2O排放影响的研究结果却不尽一致,正效应间或负效应都存在。本文综述了免耕条件下土壤理化性状和生物性状的变化及其对N2O排放的影响,并指出实施免耕后土壤反硝化强度变化程度的不同是导致免耕对N2O排放影响效应不同的主要原因,最后提出了一些有待研究的问题。     

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。     

水肥气耦合滴灌番茄地土壤N2O排放特征及影响因素分析

为了解水肥气耦合滴灌下不同水肥气调控措施对土壤N_2O排放的影响,该研究设置施氮量(低氮和常氮)、掺气量(不掺气和循环曝气处理)和灌水量(低湿度和高湿度处理)3因素2水平完全随机试验,通过静态箱-气相色谱法、q PCR技术和结构方程模型,系统研究了不同水肥气组合方案下温室番茄地土壤N_2O排放特征及其与相关影响因素之间的关系。结果表明,水肥气耦合滴灌下N_2O排放峰值出现在施氮后2 d内,其余时期N_2O排放通量较低且变幅较小。施氮量、掺气量和灌水量的增加可增加土壤N_2O排放通量和排放总量。其中,高湿度条件下N_2O排放总量较低湿度平均增加了30.14%,曝气条件下N_2O排放总量较对照平均增加了35.16%,常氮条件下N_2O排放总量较低氮平均增加了33.83%。施氮量、掺气量和灌水量的增加可提高温室番茄的产量和氮肥偏生产力。土壤NH4+-N和NO3--N含量对N_2O排放的总效应为0.60和0.79,是影响水肥气耦合滴灌下土壤N_2O排放的主导因子。综合考虑作物产量、N_2O排放总量和氮肥偏生产力,常氮曝气低湿度处理是适宜的水肥气耦合滴灌方案。     

无机氮添加对湿地土壤CO_2和N_2O排放影响

碳氮是陆地生态系统最为重要的两大元素,具有高度耦合性,通过生物地球化学过程影响全球环境。湿地是重要的陆地碳汇,特殊环境特点导致土壤有机碳大量积累,大气氮沉降和人类活动引起的土壤氮可利用性增加将严重影响湿地碳氮循环过程。然而,不同形态比例的无机氮添加对湿地土壤CO_2和N_2O排放变化影响还不清楚。本研究以三江平原小叶章季节性积水沼泽湿地和水稻田0～10 cm、10～20 cm土层土壤为研究对象,开展不同比例NH_4~+-N/NO_3~--N添加(1∶0、3∶1、1∶1、1∶3和0∶1,即T1、T2、T3、T4和T5)对CO_2和N_2O排放影响研究。结果表明,与对照不添加氮相比,不同比例NH4+-N/NO3--N添加后CO_2排放明显降低,其中小叶章湿地和水稻田0～10 cm土层CO_2排放分别降低了25. 6%(T1)～51. 0%(T5)、21. 2%(T3)～42. 6%(T4),10～20 cm土层则降低了4. 39%(T3)～34. 5%(T5)、20. 4%(T1)～33. 2%(T4),CO_2排放随NO3--N的增加而减少; NH_4~+-N/NO_3~--N添加后小叶章湿地不同土层N_2O排放变化没有明显规律,但水稻土N_2O排放显著增加(T5处理除外)。培养结束后,小叶章湿地和水稻土壤微生物量碳在不同无机氮添加处理、不同土层间表现出不同的变化特点。通过合理管理农业生产活动中无机氮肥种类搭配的使用可以促进湿地土壤碳固定,减缓N_2O排放,进而减缓全球变暖进程。     

玉米秸秆不同构件添加对土壤N_2O排放的影响

通过室内培养试验,研究玉米秸秆不同构件及按比例混合添加对土壤N_2O排放的影响。试验设置无枯落物土壤对照(CK)及四种枯落物添加处理:茎+土壤(CKS)、叶+土壤(CKL)、鞘+土壤(CKLS)、混合枯落物(茎∶叶∶鞘=5∶3∶2)+土壤(CKM)。结果表明:培养初期添加枯落物对土壤N_2O产生激发作用,培养6d之后趋于稳定,但各添加枯落物处理高于对照;培养结束各添加不同构件及混合枯落物土壤N_2O累积排放量都显著增加(p0.05),添加茎和混合枯落物土壤N_2O排放量显著高于添加叶和鞘枯落物(p0.05)。枯落物混合对土壤N_2O排放的影响在培养前期(10~28d)有一定的促进作用,培养后期不同枯落物之间无相互作用。培养结束后各枯落物全氮含量显著高于初始值,C/N显著低于初始值(p0.05)。枯落物混合培养结束后剩余质量实测值低于预测值,全氮含量实测值高于预测值,枯落物碳氮比实测值低于预测值,土壤N_2O累积排放量差异不显著,表明枯落物混合有利于枯落物分解和氮累积,但是对N_2O累积排放影响不大。     

不同施氮水平对菜地土壤N_2O排放的影响

通过大田试验研究了不同施氮水平对蔬菜地土壤N2O排放的影响。试验设置5个氮水平[0（N0）、430（N1）、860（N2）、1290（N3）、1640（N4）kgN.hm-2],2a试验期间种植的蔬菜有辣椒、萝卜、菠菜和小白菜。结果表明,施氮显著影响N2O排放通量,各施氮水平土壤N2O排放通量范围分别为-8~39、0.4~157、12~626、8.5~982、16~1342μg.m-.2h-1;同时,氮肥施用显著提高了N2O排放总量,各施氮处理（N0、N1、N2、N3和N4）试验期间土壤N2O平均排放总量分别为0.48、1.35、4.49、7.83、10.57kgN.hm-2,土壤N2O排放系数范围是0.33%~1.13%,且施氮水平与土壤N2O排放总量间呈显著的指数函数关系;不同季节蔬菜地土壤N2O排放总量差异很大,其中最大的是辣椒,最小的是菠菜;此外,土壤N2O排放通量季节变化除受施氮水平影响外,还受土壤温度的影响,排放高峰出现在高温的夏季。     

碳源和氧对设施菜田土壤N_2O排放的影响

利用在线自动监测培养系统(Robot系统),研究不同氧分压、碳源投入以及不同氧分压和碳源投入组合下,添加硝化抑制剂双氰胺(DCD)对设施菜田土壤N_2O排放的影响。结果表明:随着土壤氧分压的升高,N_2O排放量呈指数下降(P0.001),土壤氧分压大于等于3%O_2后,N_2O排放量不足于无氧和微量氧(1%氧)处理的30%。添加碳源降低了有氧条件下土壤N_2O和N_2产生量,显著增加了微量氧下异养反硝化途径对N_2O的贡献量(P0.01)。在微量氧和3%O_2下,与未添加DCD的处理相比,无碳源添加且施用DCD后,N_2O的排放分别降低了64.4%和88.8%,同时N_2排放分别降低了23.4%和18.6%。从微量氧至3%O_2,虽然无碳源添加的处理硝化细菌反硝化作用对N_2O排放的贡献从17.2%增加至42.6%,但由于排放总量的急剧下降,硝化细菌反硝化作用对设施菜田土壤N_2O排放的贡献较小。本研究所用土壤pH较高,且添加DCD的处理培养前后硝酸盐基本平衡,异养的同步硝化-反硝化过程可能很弱。总之,设施菜田土壤N_2O排放主要发生在无氧和微量氧条件下。异养反硝化菌对土壤N_2O排放的直接贡献最大,尤其是在碳源较为充足的条件下。     

炭输入及生化调控对设施菜田土壤N_2O排放的影响

本研究以河北永清蔬菜基地设施菜田土壤为研究对象,控制温度(25±1)℃和土壤含水量(70%WFPS),采用静态培养方法,通过监测培养期间土壤N_2O排放通量、无机氮含量及土壤中酶活性的变化情况,研究炭输入及生化调控对设施菜田N_2O排放及氮素转化的影响。结果表明,土壤添加尿素后,N_2O排放峰值达到644.11μg N·kg~(-1)·d~(-1),添加双氰胺(DCD)和石灰氮(CaCN_2)的土壤N_2O排放峰值分别为101.47μg N·kg~(-1)·d~(-1)和36.74μg N·kg~(-1)·d~(-1),对于N_2O减排效果好,且能有效抑制亚硝态氮的产生;施用控释尿素、添加黑炭或有机肥能减少N_2O排放,而添加石灰氮闷棚显著增加了N_2O排放。控释尿素、秸秆、黑炭、DCD和CaCN_2均对铵态氮向硝态氮的转化有一定抑制作用,施加石灰氮或有机肥有助于减少硝态氮向亚硝态氮的转化。相关分析表明,土壤中硝态氮和亚硝态氮含量增加,有助于反硝化过程的进行,增加了N_2O排放的风险。     

不同灌溉方式设施土壤N2O排放特征及其影响因素

为探明3种灌溉方式设施土壤N_2O排放特征及相关因素的影响,通过田间试验与室内分析相结合的方法,采用静态箱—气相色谱法与实时荧光定量PCR(Real-time PCR)技术分析不同灌溉方式(滴灌(D30)、渗灌(S30)、沟灌(G30))土壤N_2O排放特征的差异以及土壤温度、湿度、无机氮、反硝化细菌对土壤N_2O排放的影响。研究结果表明,灌溉后1~8d设施土壤会出现明显的N_2O排放高峰;整个番茄生长季沟灌处理土壤N_2O平均排放通量最大,分别较滴灌和渗灌处理高出52.74%和50.82%;与沟灌处理相比,滴灌处理和渗灌处理土壤N_2O排放总量分别降低了54.31%和53.30%。土壤N_2O排放与硝态氮含量(P0.05),土壤湿度呈极显著正相关(P0.01),与土壤温度、铵态氮含量之间关系不显著。不同灌溉方式土壤反硝化细菌丰度差异显著,表现为G30S30D30;土壤N_2O排放与反硝化细菌nosZ丰度呈极显著正相关(P0.01)。综上,土壤湿度、硝态氮、反硝化细菌nosZ是影响土壤N_2O排放的重要因素。与沟灌相比,滴灌与渗灌能够减少设施土壤N_2O排放量。     

硝态氮源及碳源有效性对土壤N_2O和CO_2排放的影响

以华北平原农田土壤为对象,通过室内静态培养系统研究NO_3~--N与不同碳源组合对土壤N_2O和CO_2排放的影响。结果表明,NO_3~--N作为氮源和不同碳源施入土壤,除NO_3~-+纤维素,其余土壤N_2O排放通量均高于对照组和只添加氮源土壤;NO_3~--N和不同碳源组合的CO_2累积排放量均高于对照和只添加氮源土壤。NO_3~-+果胶的N_2O排放量在第1 d达到最大值1 383.42μg N·kg~(-1)·d~(-1);NO_3~-+葡萄糖的CO_2排放量在第1 d达到最大值370.13 mg C·kg~(-1)·d~(-1),CO_2累积排放量顺序为:葡萄糖果胶秸秆纤维素淀粉木质素。土壤NO_3~--N含量与N_2O排放呈极显著正相关。总之,添加纤维素可以抑制N_2O的排放,促进CO_2排放,并增加土壤中NO_3~--N含量,添加其余碳源均会促进土壤N_2O和CO_2排放。     

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。     

水分和有机肥投入对设施菜田土壤N_2O,N_2和CO_2排放及产物比的影响

以设施菜田土壤为材料,利用Robot自动培养系统研究了有机肥施用和水分变化对N_2O排放和氮素气态损失的影响。结果表明:施用有机肥并灌水后显著增加了设施土壤N_2O和N_2的产生(P0.05),培养一周时N_2O和N_2的排放系数分别为2.23%和14.7%,且N_2O和N_2产生速率均与土壤孔隙含水量呈极显著正相关关系(P0.0001)。有机肥施用显著增加了土壤CO_2产生速率和O_2的消耗,且土壤呼吸速率与氮素气态(N_2O+N_2)产生速率呈极显著正相关关系(P0.001)。N_2O产物比在有机肥施用后显著增加,土壤水分含量和有机肥均对N_2O产物比有极显著影响,且二者对N_2O产物比有交互效应(P0.001)。由相对气体扩散系数(RD)和N_2的产生速率,可以初步判定在施用有机肥并灌水的3天内,土壤反硝化作用过程是N_2O排放和氮素气态损失的主导途径。     

农田土壤N_2O的产生机制及其影响因素研究进展

N2O是重要的温室气体,大气中N2O浓度的增加不仅加剧了全球的温室效应,而且间接破坏臭氧层,导致地表紫外线辐射增强。土壤是大气中最重要的N2O排放源。本文较为详细地介绍了国内外关于农田N2O排放的研究进展。对土壤N2O的产生机制和影响农田土壤N2O产生和排放的因素,如:土壤温度、土壤湿度、pH、有机无机氮肥、种植作物、土地利用变化和耕作方式等作了详细分析,并围绕《2006年IPCC指南》中对土壤温室气体排放清单编制标准的修改部分,结合国内外最新研究成果,重点对有机无机氮肥的施用、耕作方式和土地利用变化的影响做了详细论述,最后提出了目前农田土壤N2O排放研究中存在的一些问题。     

农田土壤N_2O排放过程及硝态氮淋失简述

氮素在生态环境中具有双重功能,一方面氮是植物生长所必须的营养元素,在农业生产中,当氮素不能满足作物生长时,需要施用化肥尤其是氮肥;另一方面过多施用的化肥氮素和废弃物中的氮素会污染环境,铵态氮素会被氧化为硝态氮素,硝态氮素会形成N2O,造成严重的环境问题。文章介绍了影响N2O的排放机理及影响土壤硝态氮淋失的主要因素,并对N2O排放及硝态氮淋失研究中需要加强的几个方面进行了展望。图1,参88。     

庐山毛竹扩张及模拟氮沉降对土壤N_2O和CO_2排放的影响

毛竹是我国南方广泛分布的一种典型的森林资源,其扩张已引发了多方面的生态问题,但是目前关于氮沉降背景下毛竹扩张引起的土壤N_2O和CO_2气体排放变化的研究甚少,且无原位观测数据。采用静态箱-气相色谱法,分析江西庐山毛竹纯林、毛竹扩张形成的毛竹-日本柳杉混交林及日本柳杉纯林3种林分土壤的N_2O和CO_2排放速率和累积排放量及其对模拟氮沉降的响应。结果表明:(1)混交林土壤的NH_4~+-N含量、NO_3~--N含量及pH分别为14.39mg·kg~(-1)、8.65mg·kg~(-1)、4.88,显著高于日本柳杉纯林的9.75 mg·kg~(-1)、5.58 mg·kg~(-1)、4.05,但是混交林土壤DOC含量(236.5 mg·kg~(-1))却显著低于日本柳杉纯林(382.0mg·kg~(-1))。(2)混交林土壤N_2O累积排放量(393.6mg·m~(-2))显著高于毛竹纯林(202.5mg·m~(-2))和日本柳杉纯林(192.8mg·m~(-2)),混交林土壤CO_2累积排放量(4 655 g·m~(-2))显著高于日本柳杉纯林(2 815 g·m~(-2))。(3)模拟氮沉降未对3种林分类型土壤的CO_2排放速率和累积排放量产生显著影响,但明显增加了混交林和日本柳杉纯林的N_2O累积排放量。本研究表明:毛竹扩张不同阶段土壤的理化性质、N_2O及CO_2排放表现出不同特征。毛竹扩张过程中一定程度上增大了土壤N_2O和CO_2的排放量,但是完全扩张后N_2O排放出现明显下降趋势,而CO_2的排放未发生显著变化。同时,氮沉降促进了毛竹未扩张和扩张初期土壤的N_2O排放,而对CO_2排放未产生显著影响。表明在未来气候变化条件下管理亚热带毛竹扩张时,必须明确考虑这些生态系统组成、结构和影响因子之间的影响。