不同秸秆还田模式与氮肥施用量对土壤N2O排放的影响

以山东省桓台县为试验地点，分析在高产条件下，不同秸秆还田模式和氮肥施用量对农田N2O排放的影响。试验结果表明，氮肥施用量与秸秆还田模式都是影响土壤N2O排放的重要因素；小麦秸秆还田可以大大降低土壤N2O的排放，施用有机粪肥是影响N2O排放的另一重要因素。     

丘陵区稻田N2O排放的特点

１９９３－１９９４年在中国科学院红壤生态试验站通过田间试验研究了丘陵区稻田Ｎ２Ｏ排放的特点。结果表明,稻田Ｎ２Ｏ排放主要集中在水分落干期间,淹水状态下几乎没有Ｎ２Ｏ排放。由于早稻稻草还田、晚稻稻田Ｎ２Ｏ排放量即使在水分离落干期间也不高。稻田Ｎ２Ｏ排放量随地形降低而逐渐增加,１９９３－１９９４年两年中坡底、坡腰和坡顶稻田水稻生长期平均Ｎ２Ｏ－Ｎ排放通量分别为１０．９０、５．６０和２．１１μｇ／（ｍ＾     

施肥对稻田N2O排放的影响

肥料施用是影响稻田N20排放的重要因素之一。以国内外相关文献为基础,综述了肥料的种类、施用量、施用方式和施用时间对稻田N2O排放的影响,指出了有待研究的内容：加强对土壤N2O排放机理的研究;进一步研究肥料施用对稻田N2O排放的影响;进一步研究施肥管理措施对稻田温室气体（CH4和N2O）排放的交互影响,寻求科学合理、切实可行的减排措施。     

不同秸秆还田模式与氮肥施用量对土壤N2O排放的影响

以山东省桓台县为试验地点,分析在高产条件下,不同秸秆还田模式和氮肥施用量对农田N2O排放的影响.试验结果表明,氮肥施用量与秸秆还田模式都是影响土壤N2O排放的重要因素;小麦秸秆还田可以大大降低土壤N2O的排放,施用有机粪肥是影响N2O排放的另一重要因素.     

秸秆覆盖旱作对稻田甲烷排放和水稻产量的影响

为较全面评价秸秆覆盖旱作水稻栽培模式的生态意义,采用田间试验研究了常规淹水（F）、秸秆覆盖旱作（NF-M）和无覆盖旱作（NF-ZM）3种栽培模式稻田甲烷排放、水稻产量及土壤养分的变化规律。结果表明：3种水稻栽培模式的甲烷排放均集中在水稻生育期的前20d;在水稻生育期内,秸秆覆盖旱作稻田甲烷的排放总量为11.12g·m^-2,显著高于常规淹水稻田的7.78g·m^-2和无覆盖旱作稻田的4.23g·m^-2。秸秆覆盖旱作稻田的水稻产量为8.60t·hm^-2,与常规淹水处理没有显著差异,但二者均显著高于无秸秆覆盖旱作处理的6.78t·hm^-2;与常规淹水处理相比,秸秆覆盖旱作还可以提高水稻单株生物量10g以上。秸秆覆盖旱作还可以显著提高稻田表层土壤有机质含量,维持和改善表层土壤养分状况,对实现农业可持续性有重要意义。因此,在水资源缺乏地区,秸秆覆盖旱作是一种值得考虑的替代传统淹水栽培的水稻栽培模式,同时秸秆覆盖旱作还田也是一种值得推广的稻田秸秆管理技术。     

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.     

覆膜栽培及抑制剂施用对稻田N2O排放的影响

采用静态箱-气相色谱法研究脲酶抑制剂氢醌(Hydroquinone, HQ)与硝化抑制剂双氰胺(Dicyandiamide, DCD)配合施用(HQ/DCD)对常规栽培和水稻覆膜节水高产栽培下四川丘陵地区稻田的N2O排放的影响。结果表明,水稻生长期,常规栽培和水稻覆膜节水高产栽培稻田N2O排放总量分别为41.8 mg/m2 和506.9 mg/m2。HQ/DCD施用减少常规栽培与水稻覆膜节水高产栽培稻田N2O季节总排放,降幅分别为25.2% 和48.5%。常规栽培和水稻覆膜节水高产栽培N2O季节总排放占施氮量的0.3% 和3.4%,施入HQ与DCD后,其N2O季节总排放分别降为施氮量的0.2% 和1.7%,HQ/DCD施用对水稻覆膜节水高产栽培下的N2O减排更为有效。各处理N2O排放与5 cm土壤温度、土壤Eh无显著相关性。     

秸秆条带状覆盖对稻田CH_4和N_2O排放的影响

采用3种秸秆还田方式(对照、秸秆均匀混施和秸秆条带状覆盖)进行田间试验,观测稻田CH4和N2O的排放通量,以探讨秸秆条带状覆盖对稻田CH4和N2O排放的影响。结果表明:秸秆条带状覆盖的CH4排放量是对照的2.7倍,二者的N2O排放量无明显差异;秸秆条带状覆盖的稻田CH4排放量较秸秆均匀混施减少32%,其N2O排放量是后者的5.1倍;稻田排放CH4和N2O的全球增温潜势(GWP)为:秸秆均匀混施秸秆条带状覆盖对照,且差异显著;秸秆条带状覆盖的水稻产量分别较对照和秸秆均匀混施增加27%和17%。秸秆条带状覆盖是值得推荐的稻季秸秆还田方式。     

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。     

有机资源等氮替代化肥对免耕稻田N2O排放及水稻产量的影响

试验设置两种稻田免耕模式［常规免耕（C）、粉垄免耕（F）］,两种免耕模式下各设置四种施肥方式,绿肥与化肥配施（C3、F3）、蚕沙与化肥配施(C4、F4）,同步设置不施肥的空白对照（C1、F1）,施全量化肥的常规对照（C2、F2）处理,采用分离式静态箱−气象色谱法测定双稻季水稻生育期内稻田N₂O排放通量,并测定水稻收获期干物质量、产量和根冠比等,以探讨集约化稻作下有机氮替代化学氮对稻田N₂O排放及水稻产量的影响,为稻田有机资源与化肥配施提供科学依据。结果表明：（1）有机资源替代化学氮肥能够显著降低稻田N₂O累计排放量。C3、C4、F3、F4的N₂O累计排放量较C2、F2在早稻季分别降低69.1%、86.3%、69.9%和63.4%,晚稻季分别降低7.3%、67.2%、38.5%和60.4%;（2）免耕稻田下绿肥替代化肥利于水稻稳产。粉垄免耕下F3较F2产量提升0.6%～10.0%,F4较F2产量下降1.7%～6.6%;常规免耕下C3较C2产量降低1%～1.1%,C4较C2产量下降1.1%～8.4%。（3）有机资源等氮替代化肥影响水稻根系生长,显著提高植株干物质量、有效穗数和穗粒数。早、晚稻生长季C3、F3的植株干物质量较C2、F2分别提高22.6%和5.4%;有效穗数和穗粒数分别提高6.3%～13.5%和0.3%～6.2%。稻田免耕下两种有机资源替代化学氮肥均能有效降低N₂O排放,粉垄免耕下绿肥替代化学氮肥显著提高水稻干物质量及根系活力,能够维持水稻产量稳定并减少稻田N₂O排放,采用绿肥等氮替代化肥可作为一种集约化稻作可持续生产调控技术。     

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。     

外源氮添加对湿地土壤N_2O排放量的影响

为搞清湿地土壤驱动N2O排放的关键氮源类型,有效减少湿地N2O的排放,本文通过室内控制温湿度,用气相色谱法分析不同外源氮素对湿地N2O排放的影响。结果表明:外加氮源组总是高于对照组N2O排放量(4.4 mg·m-3)。在设定的剂量范围内,单独添加尿素或尿素与硝酸铵1∶1配合时N2O排放量呈现先增后减的单峰分布趋势,峰值分别为10.6 mg·m-3和229.0 mg·m-3;单独添加硝酸铵时N2O排放量(32.6~111.0 mg·m-3)随着氮素添加量增加呈现持续上升趋势。单独添加尿素或硝酸铵、尿素与硝酸铵1∶1配合均促进N2O的排放,但硝酸铵尿素混合添加对N2O排放量的贡献单独添加硝酸铵单独添加尿素。这为预测内蒙古高原区农牧交错带湿地氮素输入可能带来的温室效应和有效减排提供科学依据。     

稻麦轮作条件下机插水稻CH_4和N_2O的排放特征及温室效应

于2008年采用静态暗箱-气相色谱法对人工手插和机插2种水稻种植方式下CH4和N2O排放进行田间观测,研究稻麦轮作条件下机插水稻CH4和N2O的排放特征及其温室效应。结果表明,水稻生长季CH4排放通量人工手插水稻和机插水稻均呈先升高后降低的变化趋势,N2O仅在水稻搁田期间有明显排放,机插和人工手插水稻CH4平均排放通量分别为4.68、4.39 mg.m-2.h-1,N2O平均排放通量为92.80、111.33μg.m-.2h-1。与人工手插水稻相比,机插水稻增加CH4排放总量14%,减少N2O排放总量11%,使稻季排放CH4和N2O所产生的全球增温潜势（GWP）和＂单位产量的GWP＂分别提高8%和10%。在稻麦轮作条件下采用机插水稻种植方式,水稻生长期间排放的CH4和N2O所形成的温室效应有提高的趋势。     

中国稻田水稻生长季N_2O排放估算

由于土壤水分状况的不同,水稻生长季土壤N2O排放量明显不同于旱地作物。基于多元统计模型,通过多点代面的方法进行尺度扩展,并应用蒙特卡洛方法模拟影响因素的变异程度,模拟了中国稻田水稻生长季的N2O排放情况。所模拟的378个点的水稻生长季N2O排放通量为6.0～74.3μgN.m-2.h-1,其均值接近于原始观测结果;378个点位的N2O排放通量空间分布不均,排放量较高的点位于北纬20°到30°之间;378个点中单季稻、稻-旱轮作中的水稻和双季稻的生长季N2O平均排放量分别占年总排放量的53%、34%和59%。多点代面的尺度扩展结果显示2008年中国稻田水稻生长季N2O排放量均值为22.48Gg,其95%的概率区间为20.5～24.8Gg;化肥氮的N2O排放系数为0.27%,与IPCC缺省值0.3%接近。用秩相关关系表征影响因子对中国稻田水稻生长季N2O排放量的不确定性的贡献,结果表明水分管理类型、有机肥类型、土壤属性、氮用量等对结果均有显著影响。     

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。     

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。     

减氮和施生物炭对华北夏玉米-冬小麦田土壤CO2和N2O 排放的影响

2013年6月-2014年6月,在河南省新乡夏玉米-冬小麦试验田设置四种处理即农民常规施肥（F处理,250kg·hm^-2）、减氮20%（LF处理,200kg·hm^-2）、减氮20%+黑炭（LFC）,以不施肥处理为对照（CK）,采用静态箱-气相色谱法,对夏玉米-冬小麦生长季土壤CO_²和N_²O排放通量动态进行测定。结果表明：（1）夏玉米-冬小麦田的土壤CO₂排放通量为21.8～1022.7mg·m^-2·h^-1,土壤CO_²排放通量主要受土壤温度和水分的影响,在夏玉米季受土壤水分的影响更为显著,而在冬小麦季则为5cm土层处的温度对其影响更为突出。减施氮肥20%处理和减氮加生物黑炭共同作用使土壤CO_²累积排放量显著降低,小麦生长季的减排作用尤为显著。（2）施肥和灌溉是影响土壤N_²O排放的最主要因素,施肥期间N2O排放量分别占夏玉米季和冬小麦季累积排放量的73.9%～74.5%和40.5%～43.6%;施肥量主要影响排放峰的强度,灌溉主要影响排放峰出现时间的早晚且会影响不同措施的减排效果。在每季作物250kg·hm^-2施氮水平下减施氮肥20%使夏玉米季和冬小麦季的N₂O累积排放量分别降低15.7%～16.8%和18.1%～18.5%,是高产集约化农田减排N₂O的有效措施。在适宜施氮水平（200kg·hm^-2）下施用生物黑炭,短期内对土壤N₂O排放无显著影响。（3）夏玉米-冬小麦田农民常规施肥水平的N₂O排放系数为0.60%,减氮施肥的N₂O排放系数为0.56%。在华北平原高产集约化农田适当减氮施肥不仅能降低农田土壤温室气体排放,且对作物产量无影响,是适宜的温室气体减排措施。     

氮素形态和光照强度对水稻表土及根际 N2O 排放的影响

【目的】 稻田生态系统是 N₂O 的重要排放源,本研究旨在探讨氮素形态和光照对水稻根际、叶际 N₂O 排放作用及其机制。 【方法】 试验采用水培方法,在小型光控培养箱内进行,供试作物为水稻。将水稻地上部和地下部严格分隔在试验装置内室和外室,用气相色谱法测定水稻根、叶界面排放的 N₂O 量。首先进行了弱光 (8:00～18:00, 4000 Lux;18:00～22:00, 0 Lux) 和供氮量一致条件下 (N 90 mg/L),NO₃–-N、NH₄NO₃ 和 NH₄+-N 3 种氮素形态对水稻根、叶界面 N₂O 排放的影响的试验。在此基础上,进行了不同光照条件下 [弱光 (8:00～18:00, 4000 Lux; 18:00～22:00, 0 Lux)、强光 (8:00～18:00, 8000 Lux; 18:00～22:00, 0 Lux) 和自然光]不同氮素形态对水稻根、叶界面 N₂O 排放的影响的试验。 【结果】 1) 相同供氮水平、弱光条件下,NO₃–-N、NH₄NO₃、NH₄+-N 处理的水稻分蘖期叶际及根际 N₂O 排放速率分别为 6.37、5.03、0.46 μg/(pot·h) 和 16.30、15.71、1.31 μg/(pot·h),开花结实期及成熟衰老期亦获得相似的结果。NO₃–-N、NH₄NO₃ 处理水稻根际、叶际 N₂O 排放量显著高于 NH₄+-N ( P < 0.05)。 2) 弱光照条件下,NO₃–-N、NH₄NO₃ 和 NH₄+-N 处理的水稻开花结实期叶际 N₂O 平均排放速率分别为 10.47、3.70、0.26 μg/(pot·h),强光照条件下分别为 20.83、10.82、2.08 μg/(pot·h),两种光照条件下 3 种氮源处理之间 N₂O 平均排放速率差异显著,自然光照条件下 NO₃–-N 与 NH₄NO₃ 处理间水稻叶际 N₂O 排放差异不显著。 3) 在弱光条件下,NO₃–-N、NH₄NO₃ 和 NH₄+-N 处理的水稻根际 N₂O 排放速率分别为 27.76、5.19、0.30 μg/(pot·h),强光条件下分别为 32.83、16.41、1.27 μg/(pot·h),自然光条件下分别为 16.49、20.21、1.74 μg/(pot·h)。NH₄NO₃ 处理水稻根际 N₂O 排放随光照增强而增加,自然光条件下 NO₃–-N 与 NH₄NO₃ 处理间水稻根际 N₂O 排放差异不显著,但弱光条件下差异显著; 4) 叶际 N₂O 排放速率 ( Y) 与根际 N₂O 排放速率 ( X) 间呈极显著正相关, Y = 1.963 + 0.444 X ( R2 = 0.661, P < 0.01)。 【结论】 不论光照条件强弱,供应 NO₃–-N 均显著提高水稻根、叶界面的 N₂O-N 排放,NH₄NO₃ 次之。光照越强,排放就越明显。叶际 N₂O 排放可以反映出根际的排放,因此,水稻施肥应尽量选用铵态氮肥,避免使用硝态氮以及含有硝态氮的肥料。      

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。