农业土壤N_2O排放的研究进展

根据近几年国内外文献资料 ,综合分析介绍了农业土壤N2O排放的进展情况。提出农业土壤中N2O的产生是在微生物的参与下 ,通过硝化和反硝化作用完成。影响N2O产生与排放的主要因素包括土壤特性 (理化性质和水热条件 )、气候条件 (温度、降水、光照 )和农业技术措施 (肥水管理、作物类型 )。深入研究农业土壤N2O排放与这些因素间的数量关系 ,客观估计区域或全球农业土壤N2O的排放总量并提出切实可行的减排措施乃是未来的研究方向。     

福建省N_2O排放清单及其特征分析

通过核算福建省1980-2013年N_2O的排放清单,分析了N_2O的排放特征.结果表明:1980-2013年,福建省N_2O总排放量从19.2 Gg增加到37.6 Gg;在N_2O的排放源中,按照排放贡献比例从大到小排列依次为农用地、畜禽粪便管理、废水处理和能源消费活动;而按照增长速度从大到小排列依次为能源消费活动、废水处理、农用地和畜禽粪便管理.表明减少农田氮肥施用量是减少福建省N_2O排放的关键.     

施用生物炭对分次施氮砖红壤N_2O排放的影响

【目的】探讨添加生物炭对先后2次施氮砖红壤N_2O排放的影响,为生物炭还田施氮技术提供科学依据。【方法】利用室内培养试验,按砖红壤风干土质量的0、1%和2%水平添加生物炭,各处理先后2次施入等量氮,施氮后观测土壤N_2O排放及土壤理化性质变化。【结果】土壤pH、阳离子交换量(CEC)和土壤有机碳、速效磷、速效钾和全氮含量随着生物炭添加量的增加而增加。第1次施氮后,生物炭添加促进土壤硝化作用,显著降低施肥后土壤NH_4~+-N含量(P0.05),增加土壤NO_3~--N含量。相比对照,添加生物炭显著降低第1次施氮后N_2O排放(P0.05),降低幅度随生物炭用量增加而增加。第2次施氮,生物炭反而促进N_2O排放。综合2次施氮后N_2O的排放总量,相比对照,添加生物炭仍显著降低N_2O排放。【结论】施用生物炭显著改善土壤肥力,提高土壤保肥性能和减轻酸化程度。配合水分管理,可有效实现N_2O减排。     

农田土壤N_2O排放的影响因素

氧化亚氮是大气温室效应气体之一。本文概括论述影响农田土壤Ｎ_２Ｏ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。     

滇西北高原纳帕海湿地N_2O排放特征

选取纳帕海湿地典型沼泽、沼泽化草甸和草甸为研究对象,研究纳帕海湿地N_2O的排放特征及其影响因素,阐明湿地生态演替对N_2O排放的影响机制。结果表明,草甸N_2O的排放最多,沼泽的排放量最少。3种类型湿地N_2O的排放特性明显不同,草甸中N_2O的排放趋势为5、7、9月不断下降,到11月后略微上升。沼泽化草甸中N_2O的排放量随月份持续下降。沼泽中N_2O的排放在5月和9月各有一次排放高峰。环境因子对3种湿地类型N_2O的排放影响复杂。沼泽N_2O排放与土壤全氮含量呈显著负相关(P0.05),与土壤有机质、有机碳含量呈负相关但未达到显著水平,与土壤温度、含水率、C/N比、铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)、土壤容重相关性均不显著。沼泽化草甸N_2O排放与土壤20~30 cm含水率,土壤全氮、NO_3~--N呈正相关但未达到显著水平。草甸N_2O排放与所有环境因子相关性均不显著。研究时段内总的N_2O排放浓度为草甸沼泽化草甸沼泽。     

北方典型设施菜地土壤N_2O排放特征

为明确北方典型设施菜地N_2O的排放特征,在"中国蔬菜之乡"——山东省寿光市的秋冬茬设施番茄土壤上利用静态暗箱-气相色谱法,对不施氮肥(CK)、单施有机肥(OM)、农民习惯施肥(FP)和减氮优化施肥(OPT)4个处理下的N_2O排放通量进行了观测,并分析了其对N_2O排放量和蔬菜产量的影响。结果表明,施肥并灌溉后的一段时间内,会观测到N_2O的"脉冲式"排放,最高排放峰值出现在基肥+灌溉后,且排放高峰持续近20天,而由追肥引起的排放峰值小且持续时间仅3~5天。统计分析表明,温度和水分都是影响设施菜地N_2O排放的环境因素。各处理土壤N_2O排放总量差异显著,顺序依次为:FP(14.77 kg/hm~2)OPT(9.73 kg/hm~2)OM(6.84 kg/hm~2)CK(2.37 kg/hm~2),N_2O排放系数介于0.83%~1.10%之间,接近或超过IPCC 1.0%的推荐值。与FP处理相比,减少近60%化肥N的OPT处理下番茄产量增加2.2%。在目前管理措施下,合理减少有机肥和化肥施氮量是设施蔬菜地N_2O减排的有效途径。     

农田N_2O排放影响因素及减排措施

综述了影响农田N2O排放的主要因素,提出了符合中国特点的农田N2O减排策略,并展望了未来农田N2O排放的研究重点。     

DNDC模型对北京旱地农田N_2O排放的模拟对比分析

通过DNDC(Version 77)模型和田间原位观测,对北京地区大豆农田的N2O排放特征进行了模拟与对比分析。结果表明,DNDC模型能较好地模拟田间实测到的大豆生长期内N2O排放通量、气温和土壤地表温度的变化和N2O排放对每日降水的响应。但模型还存在一些问题：对于干旱期和非农业活动期农田的N2O排放反应灵敏度不够,模型低估了干旱期和非农业活动期农田的N2O排放通量。总的来说,在以生长期为时间尺度的计算上,模拟和实测值总量相差不大,在将来北京地区旱地农田N2O排放量估算上有很强的应用价值。为了进一步确定影响大豆生长期内N2O排放的主要因子,本文还进行了敏感性实验分析。结果表明,在一定范围内,在其他条件不变的情况下,N2O-N排放模拟值对土壤初始表面有机碳含量的变化较为敏感,随着土壤初始表面有机碳含量的增加,N2O-N排放模拟值也随着线性增加;另外,N2O-N排放模拟值对降雨中N素的含量变化也较为敏感,随着降雨中N素的含量的升高,N2O-N排放模拟值也随着非线性增加。     

不同灌溉模式和施氮量下稻田N_2O排放与有机氮组分的关系

为探讨不同灌溉模式和施氮水平下,稻田N_2O排放与有机氮组分的关系,通过2季水稻田间试验,研究了不同时期稻田N_2O排放通量和有机氮组分的变化。田间试验设3种灌溉模式(常规灌溉CIR、"薄浅湿晒"灌溉TIR、干湿交替灌溉DIR)和2种施氮处理(N1施氮量120 kg/hm~2、N2施氮量150 kg/hm~2)。TIR和DIR模式下,稻田N_2O平均排放通量较CIR模式提高;CIR和DIR模式下,N2处理稻田整个生育期N_2O平均排放通量高于N1处理。DIR模式土壤酸解氨态氮和氨基糖态氮含量均大于CIR模式,而土壤氨基酸态氮含量小于CIR模式;N2处理土壤酸解氨态氮和氨基糖态氮含量较N1处理显著增加。稻田N_2O排放通量与氨基糖态氮和酸解氨态氮含量之间呈显著正相关,与氨基酸态氮含量呈显著负相关。干湿交替灌溉和增施氮肥提高稻田N_2O排放通量、土壤酸解氨态氮和氨基糖态氮含量。此外,稻田N_2O排放通量受到氨基糖态氮、酸解氨态氮和氨基酸态氮含量的综合影响。     

蚯蚓对N_2O排放的影响及途径研究进展

土壤生态系统与温室气体排放关系密切。蚯蚓参与调控土壤的能量流动和物质循环过程,对土壤温室气体如N_2O的产生与排放产生重要影响。蚯蚓影响N_2O排放的关键酶基因,特别是反硝化过程中的Nir与Nos基因比,调控土壤硝化和反硝化作用进程,影响土壤N_2O排放。蚯蚓促进土壤氮素分解矿化过程,与氮素可利用性密切相关,显著影响了N_2O的产生和排放。秸秆残体还田处理是一种常见的农田管理方式,有助于培肥土壤。但不同C/N的秸秆、秸秆施加方式(混施、表施)在接种不同生态型蚯蚓后,对土壤N_2O排放量的影响差异很大。蚯蚓在取食、活动包括死亡后,都可能直接释放出N_2O,尽管直接排放的N_2O量在田间的比例相对较低,但这在微系统中仍然不容忽视。     

脱氮微生物脱氮性能及N_2O逸出量研究

[目的]研究具有好氧反硝化特性的异养硝化细菌NYMO和NYTE同时进行硝化和反硝化作用的能力及好氧反硝化菌HWTT的产物N2O逸出量情况。[方法]通过NH4＋-N和NO3--N的质量浓度的变化情况来分析细菌硝化作用和反硝化作用的能力,采用空气密封摇瓶培养和额外补充O2保证好氧条件的2种方式培养菌株HWTT。[结果]菌株NYMO和NYTE 2 d内NH4＋-N去除率为34.60%和35.08%,NO3--N去除率为33.40%和99.92%[结论]NYMO和NYTE具有异养硝化好氧反硝化能力。缺氧条件下,N2O逸出量最高值为0.15μmol,N2O/（N2O＋N2）低于0.15%;好氧条件下,N2O逸出量为35.71μmol,N2O/（N2O＋N2）为70%以上。     

西北地区旱田耕层土壤N_2O排放特征的研究

以冬小麦田耕作层原状土为研究对象，观测了小麦不同生长期、同一生长期不同温度下，耕层土壤N2O的释放特征。实验表明：温度对0～5cm土壤N2O释放的影响未达显著性差异；对0～10cm、0～15cm、0～20cm土层土壤N2O释放影响差异显著，且当温度增加到30℃时，温度变化对土壤N2O释放过程的影响效应强于25℃、20℃、15℃时。耕层中，不同层次土壤N2O的排放规律不同，30℃时，N2O主要产生于5～20cm土层，且表观值以5～10cm贡献最大占43％；而25℃时，以10～20cm土层贡献率最大；而20℃、15℃时，0～5cm土层排放大于5～10cm、10～15cm、15～20cm,，小麦生育期耕作层土壤N2O排放以孕穗期最大，且排放峰值提前，而小麦生长后期(开花期和成熟期)，N2O排放出现低谷，且峰值推后，反应物以土壤氮为主。     

菜地土壤N_2O排放及其氮素反硝化损失

采用培养试验方法,对南京郊区 3对菜地土和水稻土的 N2O排放和氮素反硝化损失进行了研究.不加乙炔培养测定土壤 N2O排放,加乙炔( 10% V/V)培养测定反硝化损失.菜地土为相同类型水稻土改种为蔬菜约 20年的土壤.结果表明,在培养 0～ 1 d期间 ,菜地土本身 N2O排放通量 (5.15～ 218.37 ng N· g-1soil· h-1)均高于相同类型的水稻土 (2.50～ 3.94 ng N· g-1soil· h-1). 3对供试土壤中, 2个菜地土培养 21 d排放的 N2O总量与反硝化损失总量均显著高于相同类型的水稻土( P<0.05). 3对供试土壤施尿素后反硝化损失均未显著增加.施肥和不施肥处理,土壤 N2O排放累积量和反硝化损失累积量随时间 t的变化均符合修正的 Elovich方程 y=bln(t)+ a.     

土壤质地对小麦和棉花田N_2O排放的影响

1994年—1995年在中国科学院封丘生态试验站通过小区试验研究了土壤质地对小麦和棉花田N2O排放量的影响。结果表明,土壤质地明显影响小麦和棉花田N2O排放量 ,壤质土壤排放的N2O高于砂质和粘质土壤 ,小麦和棉花生长期壤质、砂质及粘质土壤的平均N2O排放通量分别为37.93、23.81、12.90及70.39、45.87、27.85μg N2O -N/(m2·h)。黄淮海平原麦棉轮作土壤年平均N2O排放通量为19.37～51.97μg N2O -N/(m2·h)。     

氮肥对宁夏地区水稻田N_2O排放的影响

为了摸清不同氮肥水平下水稻田N2O的排放规律,利用静态箱—气相色谱法,对宁夏地区水稻田N2O的排放进行田间原位观测。结果表明,氮肥的施入显著促进水稻田N2O的排放,不同氮肥水平间N2O的排放存在显著差异。在整个观测期内,不施氮肥处理无明显的N2O排放高峰,而施氮处理在水稻生长后期进行排水晒田时出现1个比较明显的峰值,其余时间N2O排放通量无明显变化趋势。施氮处理N2O的排放主要集中在水稻灌浆期,不施氮处理其排放主要集中于水稻返青期、拔节期、灌浆期和成熟后。随着施氮量的增加,水稻田以N2O形式损失的氮量减少。分析各处理水稻田间N2O的全球增温潜势(GWP),得出随着施氮量的增加其潜势逐步提高,对环境的影响不容忽视。     

淹水条件下石灰对不同水稻土壤无机氮和N_2O排放的影响

秸秆还田和施用石灰是水稻种植的常用措施,目前对2种措施下土壤无机氮变化和N_2O排放情况了解得较少。选取5种理化性质差异较大的水稻土壤,加入玉米秸秆,设置添加、不添加石灰2种处理,于25℃室内淹水培养40 d,调查土壤无机氮含量及N_2O气体排放的变化。结果表明,添加秸秆淹水培养40 d后,5个水稻土壤铵态氮含量无显著差异,达到6.16~7.75 mg/kg。除淮安土壤外,整个培养过程中其他4个土壤硝态氮含量呈现显著降低趋势,培养40 d时降至10 mg/kg以下。硝态氮含量最高的淮安水稻土壤N_2O累积排放量达到48.9 mg/kg,显著高于其他4个土壤(12.3~18.6 mg/kg)。土壤N_2O排放集中在培养过程中的前5 d,约占总排放量的97.4%~99.1%。添加石灰没有明显改变土壤无机氮含量,但显著降低N_2O排放量,N_2O降幅达到25.3%~81.7%,随着土壤p H值提高呈降低趋势。     

长期施用有机肥与化肥氮对华北夏玉米N_2O和CO_2排放的影响

[目的]等施氮量条件下,比较有机肥与化肥田间施用后农田温室气体(CO2和N2O)的排放量及其增温潜势,正确认识有机肥与化肥在田间温室气体排放过程中的贡献,为制定田间合理的减排措施提供理论依据。[方法]在华北平原冬小麦-夏玉米种植制度下,以8年的长期定位试验为平台,利用静态箱-气相色谱法,于2014年6—10月,持续监测了化肥和有机肥在不同施肥水平下潮土玉米季土壤N2O和CO2的排放特征,并估算玉米季温室气体排放量及其产生的综合温室效应。[结果]施用有机肥与化肥农田土壤N2O的排放通量变化基本一致,施肥后出现短暂的排放高峰,之后逐渐趋于平稳;等氮条件下,化肥处理的N2O日排放通量明显高于有机肥处理,峰值过后的稳定期内有机肥处理的N2O排放通量略高于化肥处理。化肥的施用对农田土壤CO2的排放规律影响不明显,有机肥施用后CO2会出现持续的排放高峰。施用有机肥与化肥均会增加N2O的排放总量,且随施氮增加N2O排放总量显著增加;等氮量条件下,化肥处理的N2O排放总量显著高于有机肥。有机肥处理显著增加了农田土壤CO2的排放量,而化肥对CO2排放总量的影响不明显。施氮量为240kg·hm-2时,有机肥和化肥处理作物产量均达到较高水平,而温室气体的排放强度(GHGI)最低,分别为0.27、0.63 kg·hm-2,高于此施氮量,有机肥和化肥处理的GHGI均会明显增加。[结论]大量施用有机肥和化肥都会产生过多的温室气体。由于有机肥的固碳效应,化肥处理GHGI高于有机肥处理,适量施用有机肥是实现农田固碳减排的重要途径。     

生物炭连续施用对农田土壤氮转化微生物及N_2O排放的影响

【目的】研究连续添加生物炭6年后对农田土壤氮转化相关微生物功能基因的影响,揭示生物炭影响作物产量和N_2O排放的微生物学机制,并为生物炭的推广使用提供理论依据。【方法】通过在潮土农田设置0(BC0,对照)、2.25(BCL,低量)、6.75(BCM,中量)和11.25 t·hm~(-2)(BCH,高量)4个秸秆生物炭量处理的田间定位试验,采用田间观测、化学分析、荧光定量PCR(qPCR)技术,系统研究施用生物炭对氧化亚氮(N_2O)排放、氨单加氧酶(amoA)、亚硝酸还原酶(nir K、nir S)、氧化亚氮还原酶(nos Z)基因丰度及夏玉米产量的影响。【结果】与对照BC0处理相比,施用生物炭可显著提高夏玉米籽粒产量,且BCM处理籽粒产量达到最大值10 811 kg·hm~(-2),显著降低夏玉米生育期N_2O累积排放量,并以BCM处理减少N_2O排放效果最优。研究还发现,在夏玉米多个生育时期,与对照比较,生物炭施用可以显著提高耕层土壤无机氮储量和土壤含水量。此外,随着生物炭施用量增加,土壤氨氧化古菌(AOA)基因拷贝数在夏玉米大喇叭口期和成熟期均表现为先上升后下降趋势,且两个时期均以BCM处理最高,而氨氧化细菌(AOB)基因拷贝数在夏玉米大喇叭口期和成熟期分别为BCH处理和BCM处理最高。与对照相比,中、高量生物炭施用(BCM、BCH处理)可显著提高夏玉米大喇叭口期和成熟期土壤反硝化作用功能相关基因(nir K、nir S、nos Z)拷贝数。相关性分析表明,夏玉米成熟期土壤N_2O排放通量与土壤硝态氮、土壤含水量、AOA、AOB、nir K、nir S、nos Z呈显著负相关关系。【结论】施用生物炭通过增加土壤微生物氮转化功能基因丰度进而降低土壤N_2O排放,通过增加土壤耕层无机氮储量和土壤水分含量进而提高作物产量,并以中等用量(6.75 t·hm~(-2))施用效果最优。     

中国稻田水稻生长季N2O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。     

旱地农田生态系统N_2O排放对气温升高的响应

[目的]研究农作物N2O排放量对气温升高的响应。[方法]以安徽省淮北地区农田生态系统为研究对象,利用生物地球化学过程模型DNDC,研究12种农作物N2O排放量对气温升高的响应。[结果]旱地农作物对气温升高的响应可以分为3类。第一类农作物N2O排放量对气温升高不敏感,包括土豆、棉花、玉米和油菜,气温从升高0℃到升高3℃的情况下,N2O排放量变化不大,其中,当气温从升高0℃到升高1.5℃,排放量略微增大,从升高1.5℃到升高3℃,N2O排放量稍微下降。第二类作物N2O排放量对气温升高敏感,排放量随温度升高而下降,包括甘蔗、烟草、小麦、大豆和碗豆,当气温从升高0℃到升高3℃,N2O排放量下降8.1%。第三类农作物N2O排放量对气温升高敏感,排放量随温度升高而升高,包括水稻、蔬菜和果树,当气温从升高0℃到升高3℃,N2O排放量升高22.8%。[结论]该研究结果表明在气温升高的情况下,旱地农田生态系统N2O排放量并没有大幅增加。