稻草还田下添加DCD对稻田CH4、N2O和CO2排放的影响

为研究秸秆还田下硝化抑制剂的效应,本研究借助温室盆栽,设置5个处理:不施肥(CK)、传统施肥(CF)、传统施肥配施硝化抑制剂双氰胺DCD(CF+DCD)、传统施肥稻草还田(CF+S)、传统施肥稻草还田配施DCD(CF+S+DCD),探讨秸秆还田下施用DCD对水稻整个生育期土壤CH_4、N_2O和CO_2排放的影响。结果表明:整个生育期,CH_4和CO_2排放量以CF+S最高,CF+S+DCD次之,而CK最低;N_2O排放量以CF最高,CF+DCD次之,而CF+S+DCD最低。与CF和CF+S相比,施用硝化抑制剂后CH_4和N_2O减排效果显著,而CO_2减排不显著。就水稻产量、综合温室效应(GWP)、温室气体强度(GHGI)和净生态系统经济预算(NEEB)而言,秸秆还田和硝化抑制剂施用,都可显著提高水稻产量和NEEB,而降低GWP和GHGI;与CF和CF+S相比,施用硝化抑制剂后,CF+DCD和CF+S+DCD分别增产9.5%和10.0%,NEEB增加16.8%和20.1%;GWP分别降低23.7%和21.0%,GHGI降低23.7%和21.1%。可见,无论稻草还田与否,硝化抑制剂对温室气体排放及水稻产量的影响效应比较稳定。因此,稻草还田配施DCD(即CF+S+DCD处理)在保证水稻产量的基础上,显著降低稻田土壤CH_4和N_2O排放,是一种经济可行的温室气体减排措施。     

优化施氮对宁夏引黄灌区稻田CO2、CH4和N2O通量的影响

针对宁夏引黄灌区稻田施氮严重过量现象,在宁夏引黄灌区的青铜峡稻田,采用静态箱-气相色谱法,通过田间试验研究常规施氮(N300)、优化施氮(N240)和不施氮(N0)对水稻不同生育期CO_2、CH_4和N_2O通量以及稻田增温潜势(GWP)的影响。结果表明:CO_2排放主要在水稻灌浆和成熟期,CH_4排放主要发生在水稻孕穗期,而N_2O排放关键期在水稻的分蘖和拔节期。与N0处理相比,施氮能显著增加稻田CO_2、CH_4和N_2O排放通量以及稻田GWP;常规施氮处理中CO_2、CH_4和N_2O的累积排放量分别为18 446.87、146.57 kg C·hm~(-2)和2.93 kg N·hm~(-2);为期一年的优化施氮没有显著增加水稻生育期内稻田CO_2排放,但使灌区稻田CH_4和N_2O排放分别显著降低了24.42%和36.28%。总的来看,为期一年的优化施氮使宁夏引黄灌区稻田GWP显著降低了26.70%。未来应结合土壤有机碳氮形态和含量变化以及土壤微生物技术,分析长期优化施氮对土壤温室气体通量的影响机制。     

异化铁还原对水稻土CH4,CO2及N2O形成的抑制

采用厌氧泥浆恒温培养实验,测定了4种不同水稻土及添加外源氧化铁后土壤中CH4,N2O和CO2分压及Fe()浓度的变化,探讨了影响温室气体产生的土壤化学及生物学因素。结果表明:不同土壤中甲烷产生量有很大差异,其产甲烷能力的顺序表现为四川水稻土>江西水稻土>吉林水稻土>广东水稻土,添加氧化铁可显著抑制土壤中甲烷的形成。培养过程中不同土壤产生的CO2浓度相近,变化趋势也基本相同,添加氧化铁后均可导致CO2浓度显著降低。广东水稻土中N2O气体分压显著大于其他土壤,并且释放高峰期持续时间长,不同水稻土N2O产生能力的顺序为广东水稻土>四川水稻土>江西水稻土>吉林水稻土。添加Fe(OH)3后,江西、四川和吉林水稻土中N2O气体分压明显降低,而广东水稻土表现为释放高峰期推后。吉林、四川和江西水稻土中铁还原比较迅速,而广东水稻土中铁还原有明显滞后现象。添加乙酸盐和H2对广东水稻土中甲烷生成有明显的促进作用,证实了乙酸盐及H2浓度是限制广东水稻土甲烷生成的重要条件,添加氧化铁可有效抑制外源乙酸盐及H2的产甲烷过程。     

干湿交替频率对不同土壤CO2和N2O释放的影响

干旱、半干旱和地中海气候区,乃至一些湿润地区,由干湿交替引起的土壤碳、氮的短暂脉冲式释放很大程度上决定着长时间尺度温室气体释放的总量,是土壤碳、氮温室气体释放的关键过程.选择我国降雨梯度下的森林、农田、草地和荒漠生态系统,采集土样进行实验室统一控制条件下的多重干湿交替循环,对比探讨不同生态系统土壤干湿交替频率对CO2和N2O释放的影响模式.结果表明:(1)干湿交替能够显著的激发土壤中CO2和N2O的释放,森林、农田、草地和荒漠土壤CO2和N2O释放速率对干湿交替的响应模式基本一致,其响应强度与土壤本底中碳和氮的含量有关;(2)在一定培养时间内,随着干湿交替频率的增加,土壤再湿润阶段CO2释放速率降低,但是,气体释放的总量较之于恒湿对照组有所增加.(3)不同土壤N2O的释放总量对于湿交替频率的响应模式表现出很大的差异,其中农田和荒漠土壤响应模式类似.     

淡水养殖系统温室气体CH4和N2O排放量研究进展

2016年全球鱼类产量达到1.71亿t,对动物蛋白消费量的贡献率为17%。淡水养殖是鱼类产品的重要来源,贡献率为30%,大量投喂饲料强烈影响着水体CH4和N2O排放。本文综合分析了淡水养殖系统CH4和N2O排放的特征,稻田转变为具有曝气增氧系统的养殖塘降低了CH4排放,而转变为普通(粗放型)养殖塘则显著提高了CH4排放。稻鱼共作改变了稻田系统CH4和N2O排放,促进了深水层(>11.5 cm)稻田CH4和N2O排放,相反却降低了浅水层(<11.5 cm)稻田CH4和N2O排放;整合全球数据,稻鱼共作稻田在不同类型淡水养殖系统中具有较高的CH4和N2O排放系数,降低水层深度是减缓稻鱼共作稻田温室气体排放的重要途径。与粗放型养殖相比,集约化淡水养殖系统虽然N2O排放系数较高,但是CH4排放量和综合温室效应很低,是淡水养殖发展的方向。全球淡水养殖系统CH4排放量初步估计为6.04 Tg,N2O排放量为36.7 Gg。提升淡水养殖系统集约化水平是提高饲料转化系数、减缓温室气体排放和削减对水体环境负荷的重要途径,是实现可持续发展的关键。     

沼泽湿地生态系统CO2、CH4和N2O排放通量的相互关系研究

利用静态暗箱/气相色谱法连续两个生长季(2003 -2004年)对三江平原小叶章草甸和毛果苔草沼泽CO2、CH4和N2O的排放通量进行野外原位观测.结果表明:两种类型湿地的生长季均为温室气体的排放源,三种温室气体排放通量之间的关系是,CO2和CH4、CO2和N2O、CH4和N2O排放通量之间均为正相关,但显著性水平视不同湿地类型以及不同年份而异.表明它们之间的相互关系受湿地类型以及环境因素的影响,本研究结果迸一步证明了植物在沼泽湿地温室气体排放中的关键性作用.     

CH4和N2O的辐射强迫与全球增温潜能

目的水稻根系分泌物是调控稻田土壤CH₄排放的重要因素,通过对稻田土壤厌氧培养,探究水稻根系分泌物对稻田CH₄排放的影响规律。方法设置添加水稻根系分泌物中可溶性糖(Sr)与草酸(O)、琥珀酸(S)和苹果酸(M)及其组合,测定土壤酶活性、土壤活性有机碳组分含量和CH₄排放量。结果(1) 添加Sr和有机酸会显著影响土壤酶活性,但各组分对不同酶活性的影响不同;其中,S、OSM、SrO、SrS和SrOSM处理的多酚氧化酶和脱氢酶活性显著增加(P<0.05),S、M、Sr和SrOSM处理的蔗糖酶和纤维素酶活性显著降低(P<0.05),所有处理的过氧化氢酶活性均显著降低(P<0.05)。(2) 添加Sr和有机酸对土壤微生物量碳和可溶性有机碳含量影响显著,O、S、M、OSM、Sr、SrO和SrM处理的微生物量碳和可溶性碳含量以及SrO处理的易氧化有机碳含量显著增加(P<0.05),O和OSM处理的易氧化有机碳含量显著降低(P<0.05)。(3) SrM、M、SrO、O、SrS和SrOSM处理的CH₄累积排放量和排放通量显著增加(P<0.05)。(4) 土壤可溶性有机碳含量与过氧化氢酶活性呈极显著负相关(P<0.01),与脱氢酶和多酚氧化酶活性呈极显著正相关(P<0.01);微生物量碳含量与CH₄排放通量呈显著正相关(P<0.05)。结论添加可溶性糖和有机酸会改变稻田土壤活性有机碳含量和碳转化酶活性,增加CH₄排放;碳总输入量为0.3 mg/(g·d)时,同时加入可溶性糖与苹果酸处理的CH₄排放增量最大。     

生物炭及与秸秆联用对我国热带地区稻田土壤CH4和N2O的影响

为了研究添加生物炭、秸秆、生物炭与秸秆联用对热带地区稻田温室气体排放的影响,通过盆栽培养试验,设常规施肥(CK)、常规施肥配施40 t·hm^-2椰糠生物炭(B)、常规施肥配施3 t·hm^-2水稻秸秆(C)、常规施肥配施40 t·hm^-2椰糠生物炭加3 t·hm-2水稻秸秆(B+C)4个处理,采用静态箱-气相色谱法监测整个水稻种植季CH₄和N₂O排放,估算全球增温潜势(GWP)并测定收获后作物产量。结果表明,相比CK处理,B、C和B+C处理的N₂O累计排放量分别降低21.43%、21.89%和14.77%;B处理的CH4累计排放量降低38.21%,而C和B+C处理的CH4累计排放量分别增加14.63%和19.85%;C和B+C处理显著增加GWP,而B处理显著降低GWP;单独添加生物炭减排效果最佳。与CK相比,B、C处理的单株水稻产量分别增加5.22%、8.76%,而B+C处理的单株水稻产量降低18.39%(P<0.05)。因此,在我国热带地区稻田,单独...     

猪粪沼液施用对稻田CH4和N2O排放及温室效应的影响

为解决规模养殖废弃物超排引起环境污染严重且资源大量浪费的问题,采用静态箱-气相色谱法,研究猪粪、沼液替代化肥条件下稻田CH4和N2O排放特征,并运用全球增温潜势(GWP)的方法对稻田CH4和N2O排放的温室效应进行估算。研究结果表明:与常规施肥相比,尽管猪粪替代化肥措施均显著(P<0.05)降低稻田N2O排放,但以100%或50%猪粪替代化肥处理仍显著(P<0.05)增加了稻田GWP及单位产量的GWP,分别提高了385.5%、218.2%和422.4%、228.4%,主要是由于猪粪替代化肥处理不仅改变了CH4排放规律,还显著增加了(P<0.05)稻田CH4排放。而采用100%或50%沼液替代化肥措施减少了稻田GWP及单位产量的GWP,分别降低了27.8%、15.4%和29.5%、18.8%,主要是由于沼液替代化肥处理显著降低了(P<0.05)稻田N2O排放。就综合温室效应而言,采用沼液替代化肥能够有效降低养殖排泄物稻田施用产生的温室效应。     

东北温带次生林和落叶松人工林土壤CH4吸收和N2O排放通量

2007年6月-2008年6月,在帽儿山用静态箱/气相色谱法测定了相邻次生林和落叶松人工林土壤CH₄和N₂O通量,结果表明:次生林转变为落叶松人工林后土壤年CH₄吸收和年N₂O排放通量均显著增加,分别为次生林的1.2倍和3.6倍。两林分CH₄和N₂O通量表现相似的季节动态,生长季土壤CH₄吸收通量和N₂O排放通量均高于非生长季。次生林和落叶松人工林土壤CH₄吸收通量与土壤温度均呈正相关关系,而与土壤含水量呈负相关关系。土壤N₂O排放通量与土壤温度和土壤铵态氮含量均呈正相关关系,而与土壤含水量没有明显相关性。次生林转变为落叶松人工林后,落叶松林地较厚的凋落物层改变了林地土壤水分的格局,影响了土壤的CH₄和N₂O通量。     

Nitrous oxide emissions following seasonal freeze-thaw events from arable soils in Northeast China

Seasonal soil freeze-thaw events may enhance soil nitrogen transformation and thus stimulate nitrous oxide(N_2O)emissions in cold regions.However,the mechanisms of soil N_2O emission during the freeze-thaw cycling in the field remain unclear.We evaluated N_2O emissions and soil biotic and abiotic factors in maize and paddy fields over 20 months in Northeast China,and the structural equation model(SEM)was used to determine which factors affected N_2O production during non-growing season.Our results verified that the seasonal freeze-thaw cycles mitigated the available soil nitrogen and carbon limitation during spring thawing period,but simultaneously increased the gaseous N_2O-N losses at the annual time scale under field condition.The N_2O-N cumulative losses during the non-growing season amounted to 0.71 and 0.55 kg N ha~(–1) for the paddy and maize fields,respectively,and contributed to 66 and 18%of the annual total.The highest emission rates(199.2–257.4μg m~(–2) h~(–1))were observed during soil thawing for both fields,but we did not observe an emission peak during soil freezing in early winter.Although the pulses of N_2O emission in spring were short-lived(18 d),it resulted in approximately80%of the non-growing season N_2O-N loss.The N_2O burst during the spring thawing was triggered by the combined impact of high soil moisture,flush available nitrogen and carbon,and rapid recovery of microbial biomass.SEM analysis indicated that the soil moisture,available substrates including NH_4~+and dissolved organic carbon(DOC),and microbial biomass nitrogen(MBN)explained 32,36,16 and 51%of the N_2O flux variation,respectively,during the non-growing season.Our results suggested that N_2O emission during the spring thawing make a vital contribution of the annual nitrogen budget,and the vast seasonally frozen and snow-covered croplands will have high potential to exert a positive feedback on climate change considering the sensitive response of nitrogen biogeochemical cycling to the freeze-thaw disturbance.     

不同遮阴处理下施肥对稻田CH4和N2O排放的影响

太阳辐射减弱是气候变化的主要特征之一。太阳辐射减弱下不同肥料种类和施用量对水稻生产、稻田甲烷（CH₄）和氧化亚氮（N₂O）排放的影响尚不明确。通过田间模拟试验研究了不同生育期遮阴条件下施用氮磷钾复合肥和硅肥对水稻产量、稻田土壤CH₄和N₂O排放的影响。采用3因素3水平正交试验设计,遮阴设3水平,即不遮阴（S₀,遮阴率为0）、水稻开花-成熟遮阴（S₁,遮阴率为64%）和分蘖-成熟遮阴（S₂,遮阴率为64%）;氮磷钾复合肥设3水平,即100 kg·hm^-2（F₁）、200 kg·hm^-2（F₂）和300 kg·hm^-2（F₃）;硅肥设3水平,即不施硅（R₀）、钢渣200 kg·hm^-2（R₁）和钢渣400 kg·hm^-2（R₂）。结果表明,遮阴明显降低水稻产量,与S₀相比,S₁和S₂分别降低了43.33%和48.51%。遮阴极显著降低CH₄累积排放量,与S₀相比,S₁和S₂分别降低了7.46%和57.71%;氮磷钾复合肥可显著提高CH₄和N₂O累积排放量,与F₁相比,F₂和F₃ CH₄累积排放量分别增加了48.34%和57.03%,N₂O累积排放量分别增加了85.81%和192.98%;施钢渣硅肥显著影响CH₄累积排放量,与R₀相比,R₁降低了20.42%,R₂增加了17.56%。所有处理CH₄增温潜势占总温室效应的比例均高于91%,稻田CH₄排放在稻田总温室效应中起主导作用。研究表明,太阳辐射减弱背景下,保证产量的同时控制氮磷钾复合肥和钢渣硅肥施用量可有效降低CH₄和N₂O综合温室效应和排放强度,最适组合为复合肥100 kg·hm^-2（F₁）和钢渣硅肥400 kg·hm^-2（R₂）。     

稻鸭共作中CH4和N2O排放规律及影响因素

稻鸭共作是目前稻田种养中的一种典型模式,其主要特点是利用鸭子在稻田内的活动,实现经济效益和生态效益的双赢。鸭子的存在丰富了生物多样性,充分利用了稻田生态位。鸭子的持续运动、觅食、排泄等活动会影响稻田温室气体甲烷(CH_4)和氧化亚氮(N_2O)的排放和全球增温潜势(GWP)。本文结合稻鸭共作中鸭子对稻田环境的扰动行为,从水体、土壤、CH_4和N_2O转化功能菌及种植技术等角度,总结探讨了稻鸭共作中温室气体CH_4和N_2O产生、输送和释放的过程与机理。针对当前稻鸭共作温室气体排放研究中存在的问题,提出了一系列建议和展望,以期为稻田种养温室气体减排的研究提供参考。     

硝态氮源及碳源有效性对土壤N2O和CO2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NO₃^--N与不同碳源组合对土壤N₂O和CO₂排放的影响。结果表明,NO₃^--N作为氮源和不同碳源施入土壤,除NO₃^-+纤维素,其余土壤N₂O排放通量均高于对照组和只添加氮源土壤;NO₃^--N和不同碳源组合的CO₂累积排放量均高于对照和只添加氮源土壤。NO₃^-+果胶的N₂O排放量在第1 d达到最大值1383.42μg N·kg^-1·d^-1;NO₃^-+葡萄糖的CO₂排放量在第1 d达到最大值370.13 mg C·kg^-1·d^-1,CO₂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NO₃^--N含量与N₂O排放呈极显著正相关。总之,添加纤维素可以抑制N₂O的排放,促进CO₂排放,并增加土壤中NO₃^--N含量,添加其余碳源均会促进土壤N₂O和CO₂排放。