硅胶管气样原位采集技术研究土壤N_2O浓度及通量变化

箱法被广泛用于监测土壤N_2O排放通量,但在原位采集高浓度土壤N_2O、全天候监测N_2O通量变化、动态研究土壤剖面N_2O的行为等方面存在弊端.本研究通过室内模拟硅胶管对N_2O的通透性,探索硅胶管用于原位采集土壤气样的理论可行性.田间试验设施用铵态氮肥(NH_4~+)、施用硝态氮肥(NO_3~-)及施用硝态氮肥加葡萄糖(NO_3~-+C)等3个处理,同时安置硅胶管和采样箱,验证硅胶管法在原位采集高浓度土壤N_2O气样、监测土壤N_2O浓度以及排放通量的实际效果,并与箱法进行比较.结果表明,硅胶管内外的N_2O气体经2.9 h达到95%的平衡,完伞能满足大田采样要求;用硅胶管法原位采集高浓度土壤N_2O气样的效果显著优于箱法采样.其浓度变化表现出明显的时间规律,浓度梯度法计算的N_2O排放通量与箱法测定结果呈显著正相关,但数值偏低;偏低的程度取决于采样位置和土壤中N_2O产生位置的匹配程度.建议采用埋于土壤表层的硅胶管计算地面N_2O排放通量,或在不同土层埋人硅胶管研究土壤剖面N_2O行为的时空变异.     

农田土壤中N_2O释放的水温特征研究

室内模拟研究不同水热条件下土壤中N2O的释放特征,有助于阐明N2O释放的水热效应机理。本文通过室内试验研究了西北地区的典型耕种土壤土娄土中N2O在不同水温变化下的释放特征,借助化学反应动力学理论对其释放机理进行了初步的探讨。结果表明:10℃和30℃下,不同含水量的土壤中N2O的浓度变化随着培养时间的延长呈"S"型曲线。可用方程C=1/[A+Bexp(-t)]来描述。随着温度的升高(10℃到30℃),N2O释放的快速期,减速期,稳定期的启动时间明显提前。在较低的土壤湿度范围内(27%至58%wfps),土壤中N2O释放的稳定浓度与土壤湿度呈正相关;田间持水量(58%wfps)时,N2O释放的稳定浓度达到最大;超过田间持水量时,其逐渐变小。当土壤湿度从27%-42%wfps增加时,30℃下土壤中N2O释放的稳定浓度大于10℃下的;当土壤湿度等于或大于田间持水量(58%wfps)时,30℃下土壤中N2O释放的稳定浓度小于10℃下的。低温下(10℃)的风干土壤(8%wfps)存在吸收N2O的现象。不同水热条件下土壤硝化和反硝化过程中N2O释放的表观化学反应速率常数和对应活化能的大小决定了土壤中N2O的释放量及难易程度。     

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。     

氮肥施用对西南地区紫色土冬小麦N_2O释放和反硝化作用的影响

N2O是重要的温室气体之一,由此引起的全球变暖和臭氧层破坏是当今重要的环境问题。采用遮光密闭箱和气相色谱法研究了氮肥施用对小麦地N2O释放和反硝化作用的影响。结果表明,小麦生长季节里,高氮、中氮以及不施氮处理N2O平均排放通量分别为2.71、2.42、1.97 gN.hm-.2d-1;尿素、硫酸铵、硝酸钾3种氮肥品种处理下,平均N2O排放通量分别为2.42、2.14、3.13 gN.hm-2.d-1。小麦生长季节里,高氮、中氮以及不施氮处理平均反硝化速率分别为4.91、4.50、1.67 gN.hm-.2d-1;尿素、硫酸铵、硝酸钾3种氮肥品种处理下,平均反硝化速率分别为4.50、3.68、5.29 gN.hm-.2d-1。氮肥施用明显促进了土壤-植物系统中N2O排放通量和反硝化作用,氮肥施用量水平和N2O排放通量、反硝化作用呈正相关。硝酸钾对N2O排放通量和反硝化作用贡献最大,硫酸铵最小。研究还表明,小麦地N2O释放和反硝化作用与季节有一定相关性,温度较高季节排放量及反硝化作用明显,反之则较弱。     

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N2O排放和减排措施的研究进展

氧化亚氮(N2O)是一种受人类活动影响的重要温室气体。农业土壤是其主要的排放源之一,土壤中硝化和反硝化作用是N2O产生的主要过程。N2O的排放受多种因素的影响,农业活动尤其是施用化学氮肥是农田N2O排放量增加的主要因素。提高氮肥利用率,使用硝化抑制剂等措施将有助于减少N2O的排放量,更有效的减排措施还有待进一步的研究与应用。     

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。     

铵态氮源和碳源对土壤N_2O、CO_2释放的影响

在田间持水量WFPS为70%、温度为20℃的条件下,通过室内静态培养方法研究铵态氮源与不同碳源结合,对华北平原典型小麦-玉米轮作体系土壤N_2O、CO_2释放的影响。其中,碳源种类分别为葡萄糖、果胶、淀粉、纤维素、木质素和秸秆。结果表明添加葡萄糖和果胶有效促进了土壤N_2O的释放,并在第1 d达到最大值,分别为4 039.85μg N_2O-N·kg~(-1)·d~(-1)和2 533.44μg N_2O-N·kg~(-1)·d~(-1);添加纤维素和只施秸秆处理降低了N_2O释放。施入碳源增加了CO_2释放,顺序为纤维素淀粉葡萄糖果胶秸秆木质素。培养结束后土壤中铵态氮几乎消耗完全,除添加葡萄糖处理外,其他施碳土壤的硝态氮含量均有所增加。在培养前3d,土壤NH~+_4和NO~-_3总含量与N_2O释放量显著相关。     

N2O,CO2温室气体与土壤DNDC模型

本文对Ｎ２Ｏ，ＣＯ２两种温室气体的工作进行了评述，重点介绍了土壤脱氮－分解模型的起始原由，发展过程及其结构，并通过对模型在不同国家和地区的灵敏度检验。表明与实测结果非常吻合，得出了非常重要的结论，这一模型不仅对Ｎ２Ｏ，ＣＯ２等温室气体的全球研究有重要意义，面对对土壤农业耕作实践也有指导作用，但这些结论有待于进一步的详细研究。     

不同施氮方式对玉米产量及N 2O排放的影响

通过3年定位试验,采用静态箱/气相色谱法对壤质草甸土区玉米生产进行了全生长季N2O排放通量的观测,分析了不同施氮方式对N2O排放总量、排放系数和玉米产量的影响。结果表明：减少氮肥用量20%的缓控释肥处理与秸秆还田配化肥处理产量居高,而且二者间差异不显著;秸秆还田促进了农田土壤N2O排放,使得秸秆还田配化肥处理的年均N2O季节排放总量最高,达到1.50 kg N·hm-2;年均N2O季节排放总量与施肥量之间相关系数达到了0.97;随着试验年限的增加,N2O-N季节排放系数受施肥量的影响逐年增加,相关系数从2009年的-0.015增加到2011年的0.624。因此不同施氮方式对N2O季节排放的影响需要通过多年定位来准确把握,同时在研究农田N2O-N季节排放时要适当考虑植株生长过程中N2O的排放。兼顾产量和减排2个因素,建议推广缓控释肥的减量施用。     

综合产量和土壤N2O排放的马铃薯施氮量分析

施氮可提高作物产量,但同时也增加温室气体N_2O的土壤排放量。研究施氮量与产量和土壤N_2O排放的关系,对保障作物产量并兼顾环境效应的农业生产实践具有重要指导意义。该研究设置N0(0)、N1(67.5 kg/hm~2)、N2(125 kg/hm~2)、N3(187.5 kg/hm~2)4个施氮水平,采用静态箱-气相色谱法对土壤N_2O排放进行田间原位测定,研究施氮量对马铃薯产量、土壤N_2O排放的影响,分析综合产量与土壤N_2O排放的合理施氮量。结果表明:施氮显著增加马铃薯产量和土壤N_2O累积排放量,较不施氮(N0)处理,N1、N2和N3处理马铃薯产量增加78.5%、93.1%和95.6%;生育期N1、N2和N3处理马铃薯土壤N_2O累积排放量分别是N0处理的2.3、4.4和6.7倍。同时,随施氮量增加,N_2O排放系数、硝态氮强度和单产N_2O排放量均显著增加。在低氮处理(N0、N1)时,土壤N_2O排放通量与土壤温度、湿度显著正相关,而在高氮水平时,土壤N_2O排放通量与土壤硝态氮含量显著正相关。施氮67.5 kg/hm~2可确保研究区马铃薯产量并有效降低土壤N_2O排放。     

不同灌溉模式下寒地稻田CH_4和N_2O排放及温室效应研究

为了研究寒地稻田CH4和N2O排放特征,选取黑龙江省寒地稻田为研究对象,采用静态箱—气相色谱法对控制灌溉、间歇灌溉、浅湿灌溉及淹灌四种水分管理模式等4个处理的CH4和N2O排放通量进行观测。结果表明,不同灌溉模式下的CH4和N2O排放高峰均出现在水稻生长旺季,而休闲期内排放较少。相对于淹灌,浅湿灌溉稻田CH4累积排放量降低了27.2%,控制灌溉处理的降低了34%,间歇灌溉处理的降低了48.2%。长期淹灌稻田N2O排放量比间歇灌溉稻田减少0.41kg/hm2,比控制灌溉稻田增加0.38kg/hm2,比浅湿灌溉稻田增加0.37kg/hm2。总体温室效应分析,节水灌溉模式能有效抑制温室气体的排放并显著地降低CH4和N2O的总温室效应。水稻生育期内,CH4排放量减少时期,N2O排放量有增加趋势,综合考虑CH4和N2O排放的消长关系,才能有效减缓稻田温室气体的排放。     

施氮方式对玉米氮吸收及土壤养分、N2O排放的影响

通过3年定位试验,研究不施氮肥、农民传统施氮、比传统施氮减量20%、减氮20%配合秸秆还田、减氮20%施用包膜尿素处理对玉米年际产量、植株氮吸收、土壤养分变化及N2O排放的影响。结果表明:包膜尿素处理产量最高,比空白处理增产18.50%,比产量次高的秸秆还田处理仅增产0.51%,二个处理间产量差异不显著;包膜尿素处理和秸秆还田处理可增加植株氮的吸收固定;秸秆还田处理的肥料利用率和植株总氮积累量高于包膜尿素处理,但其氮收获指数最低,为0.606,从注重品质角度,包膜尿素处理的效果略好于秸秆还田处理;各施肥处理都比空白处理提高了土壤主要养分含量,但从有机质、全氮、有效磷和速效钾含量提升综合评价,包膜尿素处理和秸秆还田处理对土壤的培肥作用好于农民习惯施肥处理;秸秆还田处理的N2O-N季节排放总量和排放系数都最高,分别为N 1.50 kg·hm-2·季-1和0.27。因此,从保产稳产、培肥地力、提升品质、减少N2O排放综合考虑,建议推广比农民习惯施肥量减少氮量20%的包膜尿素一次性施入在玉米生产中的应用。     

不同灌溉模式和施氮处理下稻田 CH4 和 N2O 排放

【目的】研究不同灌溉模式和施氮处理稻田 CH₄ 和 N₂O 的排放规律、综合增温潜势和综合排放强度,以期获得降低稻田 CH₄ 和 N₂O 排放的灌溉模式和施氮管理。【方法】2015～2016 年在广西南宁市灌溉试验站进行晚稻和早稻大田试验,两次试验均设 3 种灌溉模式:常规灌溉 (CIR)、“薄浅湿晒 ”灌溉 (TIR) 和干湿交替灌溉 (DIR)。 2 种尿素-N 和猪粪-N 比例:100% 尿素-N (FM1),50% 尿素-N + 50% 猪粪-N (FM2)。共设 CIR-FM1、TIR-FM1、DIR-FM1、CIR-FM2、TIR-FM2 和 DIR-FM2 6 个处理,用静态箱–气相色谱法测定了水稻生育期内稻田 CH₄ 和 N₂O 排放通量,分析了早晚稻生育期内 CH₄ 和 N₂O 累积排放量和综合增温潜势,并结合产量分析了 CH₄ 和 N₂O 综合排放强度。【结果】DIR 下 FM2 处理早稻产量和两季总产量比 FM1 处理分别提高 18.8% 和 17.7%,FM2 下 TIR 和 DIR 模式早稻产量分别比 CIR 模式提高 20.9% 和 37.4% 以及 DIR 模式两季总产量比 CIR 模式提高 21.5%。不同处理早晚稻生育前期 CH₄ 排放通量较高,生育中后期 CH₄ 排放通量较低。水稻生育期内 TIR 和 DIR 模式 CH₄ 累积排放量低于 CIR 模式,FM1 处理 CH₄ 累积排放量低于 FM2 处理。不同处理早晚稻生育前期 N₂O 的排放通量为负值或者较低,N₂O 排放主要集中在晒田完成复水之后及成熟期稻田水分落干时,DIR 模式 N₂O 累积排放量显著高于 CIR 模式,FM2 处理 N₂O 累积排放量高于 FM1 处理。不同处理稻田 CH₄ 和 N₂O 的排放彼此间存在消长关系。CH₄ 对综合增温潜势的贡献率达 99% 以上,而 N₂O 的贡献率不足 1%。3 种灌溉模式下 FM1 处理 CH₄ 或 N₂O 增温潜势、CH₄ 和 N₂O 综合增温潜势和排放强度均低于 FM2 处理,2 种施氮处理下 TIR 和 DIR 模式 CH₄ 和 N₂O 综合增温潜势和排放强度低于 CIR 模式。【结论】与常规灌溉相比,“薄浅湿晒”灌溉水稻产量和 N₂O 排放有所提高,但是降低 CH₄ 排放量及 CH₄ 和 N₂O 综合增温潜势和排放强度;干湿交替灌溉增加水稻产量和 N₂O 排放,但是降低 CH₄ 的排放量及 CH₄ 和 N₂O 综合增温潜势和排放强度,因此,“薄浅湿晒”和干湿交替灌溉模式是有效降低稻田 CH₄ 和 N₂O 综合增温潜势和排放强度的两种灌溉模式。在这两种灌溉方式下,与猪粪尿素配施相比,单施尿素显著降低 CH₄ 和 N₂O 综合增温潜势和排放强度。     

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。     

成都平原水稻—油菜轮作系统油菜季N_2O排放通量的研究

利用静态箱—气相色谱法测定了成都平原2004年11月至2005年5月水稻—油菜轮作系统油菜季N2O排放通量。结果表明,油菜地N2O排放通量在0.018 mg m-2h-1~0.521 mg m-2h-1之间波动,其平均通量为0.168 mg m-2h-。在油菜整个生长周期内,地下5?土壤温度与N2O排放通量之间呈指数函数关系。土壤湿度与N2O排放通量之间呈负相关。油菜地土壤N2O排放受温度、水分等因素协同作用的影响。     

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%。