我国农田氧化亚氮排放的时空特征及减排途径

氧化亚氮（N₂O）是全球第三大温室气体,农田生态系统是人为N₂O排放的重要来源,约占全球人为排放的30%。明确我国农田N₂O的排放特征、关键过程与影响因子,有助于因地制宜制定减排技术途径及行动方案。氮肥施用是农田N₂O排放的关键因子,国家统计数据发现,我国农田氮肥用量在2001-2007年呈上升趋势,之后趋于稳定,2014年开始下降,其中华东地区用量最高;农田N₂O排放总量也于2015年达到最高点,之后出现下降态势,总体呈现南高北低的特征。文献综合表明,农田N₂O排放主要由土壤反硝化过程主导,人为氮素添加是决定排放高低的首要影响因子。基于上述结果,在选用氮高效作物品种降低土壤N₂O排放的前提下,华东等施肥量高的地区可采取优化施肥比例、增施缓控释肥等途径,实现氮肥增效减量减排;在设施农地和果园等田间设施条件较好的农田,可采用水肥一体化滴灌等增效减排措施;在作物多熟种植地区,除了氮肥减量减排外,还可增加豆科作物布局,采用禾豆轮作等减排措施。最后,对农田N₂O减排的科技创新和政策创设等方面提出了一些建议,包括完善农田N₂O减排理论、创新智慧农业及高效施肥技术、健全碳监测评价体系以及碳减排激励政策与机制等,助力尽早实现我国碳达峰与碳中和目标。     

立式深旋耕作对马铃薯农田土壤温室气体排放的影响

为明确立式深旋耕作（VRT）技术对马铃薯全生育期农田温室气体（CO₂和N₂O）排放的影响,采用静态暗箱-气相色谱法,设置立式深旋松覆膜种植马铃薯（VRT-P）、旋耕覆膜种植马铃薯（TT-P）、立式深旋松露地无作物（VRT-FL）和旋耕露地无作物（TT-FL）4个处理,测定土壤含水量、温度和温室气体排放通量等,研究VRT对温室气体排放的影响及其机制。结果表明,VRT能显著提高0~30cm土层的土壤含水量,在现蕾期、始花期、盛花期和淀粉累积期,VRT-P处理较TT-P处理分别增加了9.8%、8.4%、14.6%和18.9%,VRT-FL处理较TT-FL处理分别增加了12.3%、9.1%、10.7%和26.8%;0~25cm土层土壤温度在现蕾期显著增加。农田土壤温室气体N₂O和CO₂排放通量呈现夏秋高而冬春低的季节性分布规律,在马铃薯生育期内VRT-P处理的N₂O和CO₂排放通量较TT-P处理分别提高39.9%和26.1%,在休闲季节分别提高11.2%和35.9%;VRT-FL处理的N₂O和CO₂排放通量较TT-P处理分别增加62.8%和4.4%,在休闲季节分别增加了41.5%和4.8%。种植作物对温室气体排放有显著影响,VRT-P处理的N₂O和CO₂排放通量较VRT-FL处理分别提高了78.2%和41.9%,TT-P处理的N₂O和CO₂排放通量较TT-FL处理分别提高了107.3%和24.1%,均达到显著差异。VRT提高了土壤温度和湿度,可显著提高土壤温室气体（N₂O和CO₂）排放通量。     

水肥一体肥料减量对大棚番茄产量、品质和氮肥利用率的影响

针对安徽省设施番茄生产中肥料施用量大、施肥方法不科学等问题,以安徽省芜湖县设施番茄为研究对象,探讨水肥一体化措施下减量施肥对番茄产量、产值、品质、养分吸收和氮肥利用效率的影响,以期为区域设施番茄合理水肥管理提供理论和技术支持。研究结果表明：与菜农习惯水肥管理相比,水肥一体氮肥减量20%-40%或氮磷钾肥各减量20%都能够提高番茄产量、产值和利润;影响番茄品质因子较多,在本试验施肥量下,水肥一体减量施肥番茄可溶性总糖、可溶性固形物含量下降,Vc含量增高,适当减少肥料用量有利于番茄红素含量的提高,减肥幅度过大,番茄红素含量下降;水肥一体减量施肥能提高氮肥当季利用率。综合番茄产量、品质和氮肥利用效率,在本试验条件下, N 240kg/hm₂、P₂O₅ 144 kg/hm₂、K₂O 240 kg/hm₂ 是较为合适的用量。笔者认为,尽管优化施肥、水肥一体化减量施肥能提高氮肥利用效率,但设施番茄的氮肥利用率仍较低,氮肥利用率的提高仍有一定的潜力。     

添加绿肥对中国农田土壤N2O和CH4排放的影响

本研究旨在探明添加绿肥对中国农田土壤温室气体(N₂O和CH₄)排放的影响,为绿肥科学施用、温室气体减排和作物增产提供理论依据。采用数据整合分析(Meta-analysis)方法,通过“中国知网”、“谷歌学术”和“Web of Science”等中英文数据库以“绿肥”、“农田”和“温室气体”等关键词进行检索,收集到国内外关于添加绿肥对农田土壤温室气体排放影响研究的有效数据137组,定量分析添加绿肥对中国农田土壤温室气体排放的影响及其主要影响因素。结果表明：与不添加绿肥相比,添加绿肥显著的促进N₂O、CH₄的排放和GWP、GHGI的提高,提升幅度分别为16.1%、45.8%和25.7%、12.9%。施用豆科和非豆科绿肥均显著增加N₂O和CH₄排放和GWP,施用非豆科绿肥对GHGI没有显著影响,豆科绿肥相比于非豆科绿肥能显著增加土壤N₂O的排放和GWP、GHGI。不同绿肥施用措施均显著增加N₂O和CH₄     

秸秆还田及添加生物炭对黑土玉米生长季N2O排放的影响

为比较秸秆还田与添加生物炭对黑土氧化亚氮(N₂O)排放的影响,基于中国科学院海伦农业生态实验站建立的定位田间试验,设单施化肥(NPK)、秸秆还田配施化肥(NPK+SR)、生物炭配施化肥(NPK+BC) 3个处理,采用静态箱-气相色谱法测定黑土区玉米生长季N₂O排放通量。在试验进行的第3年,采集生长季土壤排放的气体,测定N₂O排放通量。结果表明：较单施化肥相比,NPK+SR处理N₂O累积排放量增加了83.1%,而NPK+BC处理降低了32.4%。尽管土壤N₂O排放通量与土壤温度的相关系数因不同处理而存在差异,但各处理均表现出显著正相关关系(P<0.05)。而土壤含水量与N₂O排放通量未呈现相关关系(P>0.05)。与单施化肥处理相比,秸秆还田和添加生物炭后玉米总产量增加了12.0%和34.3%。由此可见,玉米秸秆制成生物炭还田既增加玉米产量,又达到N₂O减排的目的,在本试验条件下,生物炭是玉米秸秆还田的有效方式。     

根系分泌物对根际土壤关键氮转化过程的影响

根系分泌物是影响土壤氮素转化、N₂O排放和植株氮肥利用率的重要因素之一,也是土壤学、植物营养学、作物生理生态与耕作栽培学、环境科学等学科的重要关注点。为全面认识根系分泌物在土壤氮循环中的作用,综述了根系分泌物的种类和测定方法,介绍了根系分泌物影响土壤关键氮转化过程及N₂O排放的机理,根系分泌物对土壤硝化和反硝化过程及N₂O排放的抑制作用,并对该领域未来的研究方向进行了展望。为土壤氮素转化的土壤–植物–微生物互作机制研究提供一定参考,以进一步提高氮肥利用率,减少氮肥引起的环境污染。     

茶园土壤N2O排放的影响因素及减排措施

茶园土壤通过微生物作用释放大量氧化亚氮(N₂O),因此需迫切了解茶园土壤N₂O产生机制及影响因素,以期为茶园土壤N₂O减排提供理论依据。从氮源、有机质、pH、水分、温度、质地等角度对茶园土壤N₂O排放的影响进行综述,提出相应的N₂O减排措施。对以上影响因素阐述发现：反硝化作用对茶园土壤N₂O排放的贡献较大;氮肥施用、土壤理化性质、气象因子等是茶园土壤N₂O排放的关键因素。施用缓释氮肥、氮肥深施、采用氮肥推荐施用量、养分有机替代技术能降低茶园土壤N₂O排放。     

长江中下游地区不同避涝作物种植模式对农田温室气体排放的影响

通过田间原位试验,研究长江中下游地区不同避涝作物种植模式对农田温室气体排放的影响,为该地区低碳作物种植模式的选择提供依据。利用静态箱法研究水稻-小麦(WRR)、黄心乌-茭白(WZR)、黄心乌-毛豆-荸荠(WECR)、水芹-芹芽-水稻(CCRR)和莲藕(LR)种植模式下农田的N₂O、CO₂和CH₄等温室气体的排放规律。结果表明：N₂O、CO₂和CH₄的排放具有明显的季节性,CO₂排放呈现夏季＞秋季＞春季＞冬季,CH₄和N₂O排放呈现夏季＞秋季;WECR、WRR和CCRR种植模式土壤CO₂排放量差异不显著,但都显著高于WZR,LR模式;WRR、CCRR和LR种植模式土壤N₂O排放量极显著高于WZR和WECR模式;LR极显著高于CCRR种植模式土壤CH₄排放量,而WZR、WECR和WRR极显著低于LR和CCRR。不同种植模式综合温室效应大小WRR＞CCRR＞WECR＞LR＞WZR,可见黄心乌-茭白模式综合温室效应最低,是长江中下游易涝区域低碳农业的较佳生产模式。     

覆膜滴灌对温室气体产生及排放的影响研究进展

CO₂、CH₄与N₂O作为全球气候变化贡献较大的温室气体日益受到重视,而覆膜滴灌作为一种节水的田间农艺措施也受到广泛关注。笔者就土壤温湿度对土壤温室气体产生及排放的影响、覆膜滴灌造成土壤温湿度的改变及其对土壤温室气体排放的作用进行了综述。目前的研究成果表明：（1）土壤温度、湿度都通过影响土壤微生物菌群数量和活性、调节气体传输速率,对土壤温室气体产生和排放起作用;（2）土壤CO₂排放速率与浅层地温正相关,CH₄与N₂O的产生都有一定的最适温度,而CH₄的氧化与温度的关系呈多样性;（3）土壤湿度对CH₄产生、氧化与N₂O产生的作用都大于土壤温度,CH₄氧化速率与土壤湿度呈负相关,而CO₂与N₂O的排放都有一个最佳的湿润范围;（4）覆膜良好的增温保湿效应、对气体传输的自然阻隔作用以及滴灌的局部湿润作用又会影响温室气体的产生和排放。最后总结提出了有待进一步展开和完善的几方面研究工作：如何确定和控制土壤湿润范围以减少温室气体排放,如何定量确定覆膜滴灌的综合效应,如何通过调控土壤CO₂的排放以调控作物的生长过程。     

秸秆全量还田下施用过氧化钙对南方双季稻产量和稻田温室气体排放的影响

为探明秸秆全量还田条件下施用过氧化钙（CaO₂）对南方双季水稻产量和稻田温室气体排放的影响,设置不施CaO₂（CK）和早稻旋耕前一次性施用CaO₂ 2个处理,采用静态暗箱–气相色谱法监测稻田温室气体排放,以明确秸秆全量还田下施用CaO₂对双季稻产量、稻田温室气体排放、综合温室效应（GWP）和温室气体排放强度（GHGI）的影响。结果表明,与CK相比,施用CaO₂显著增加了2018和2019年晚稻产量,增幅分别为3.44%和2.65%,但对早稻产量无显著影响。施用CaO₂显著降低了早稻季CH₄累积排放量、GWP和GHGI,降幅分别为14.73%、14.74%和15.09%,但是对N₂O累积排放量无显著影响。施用CaO₂对晚稻季CH₄和N₂O排放均无显著影响。与CK相比,施用CaO₂显著增加了2018和2019年的周年产量,增幅分别为1.93%和2.58%;但对CH₄和N₂O累积排放量、GWP及GHGI均无显著影响。因此,施用CaO₂有助于协同实现双季稻增产和稻田温室气体减排。     

滴灌施肥对红毛丹产量、品质及经济效益的影响

为探索有利于提升红毛丹产量和品质、提高水肥料利用效率的大田滴灌施肥有效模式,田间小区试验以海南保亭当地主栽的‘保研7号’红毛丹(BR-7)为对象,设3个处理,不施肥(CK)、常规施肥(FP)和滴灌施肥(DF),研究不同灌溉施肥方式对红毛丹产量、果实品质以及经济效益的影响。与常规施肥比较,滴灌施肥处理红毛丹产量可达到5570.4 kg/hm²,增产率达24.84%。果实内在品质得到提高,可溶性固形物、Vc、固酸比分别为21.7%、44.66 mg/100 g、68.49,比常规处理分别提高9.60%、25.20%、31.21%;可滴定酸为0.36%,较常规处理降低13.19%。纯收益比常规处理提高14362元/hm²,增加76.32%;VCR(vario-cost ratio)值由1.91上升到2.81。N、P₂O₅、K₂O分别节省44.57%、21.89%、9.63%。滴灌施肥技术具有提升产量和品质、节省肥料和人工及促进增收的优势,是一项适于在红毛丹大田生产中推广应用的新型灌溉施肥技术。     

不同水肥组合对辣椒植株生长及养分吸收的影响

本研究旨在探明不同肥水组合对辣椒植株生长及养分吸收的影响效应。以‘苏椒五号’辣椒为试材,通过研究不同水肥组合对植株生长及养分吸收的影响,最终提出辣椒有机基质栽培水肥管理的最佳技术。结果表明,当每株辣椒施N量0.88 g、施P₂O₅ 0.40 g、施K₂O3.31 g和含水量63.53%时,辣椒植株生长最旺盛,当每株辣椒施N量0.88 g、施P₂O₅ 0.40 g、施K₂O 22.23 g和含水量63.53%时,植株茎粗最大。结合之前水肥耦合对产量的研究结果,辣椒基质生产中建议基肥中每株添加N 0.88g、P₂O₅ 0.40 g、K₂O 3.31 g和控制基质含水量63.53%;辣椒苗期吸收最多的为氮肥、钾肥次之、磷肥最少,从开花期至结果初期吸收最多的钾肥、氮肥次之、磷肥也最少;增加基质含水量和在一定程度上减少施肥总量可以增加植株株高、茎粗及植株干鲜重。本研究结果为进一步研究辣椒基质栽培的肥水精确管理奠定理论基础。     

基于GM(1,1)模型的不同措施下陕西省苹果园化肥消耗量预测分析

为了明确优化配置肥料资源和减少果园化肥消耗量的合理措施,本研究结合陕西省苹果园当前施肥情况及养分高效管理措施,利用GM(1,1)模型对陕西省苹果园化肥用量进行预测。结果表明：预计到2025年陕西省苹果使用化肥纯养分N、P₂O₅、K₂O的消耗量将分别达87.28万t、55.29万t、38.64万t,增长量为目前的74.3%。2025年所有苹果园实现推荐施肥的情况下,化肥N、P₂O₅、K₂O的节省总量将达36.21万t,节省的化肥总量占预测的当年苹果园肥料总消耗量的20%;水肥一体化实施面积比例占总种植面积的20%的情况下,则N、P₂O₅、K₂O总量可节省18.12万t,节省的化肥总量占预测的当年苹果园肥料总消耗量的10%。因此,在果园积极推行推荐施肥或水肥一体化,化肥消耗量均能明显降低,利于中国果园的可持续发展。     

耕作与秸秆还田方式对稻田N2O排放、水稻氮吸收及产量的影响

保护性耕作是改善农田土壤肥力的重要举措,然而其对作物氮吸收与产量的作用尚不明确。为此,本试验于2016—2017年稻季在湖北省武穴市花桥镇,设置常规翻耕与免耕两种耕作方式以及前茬作物秸秆全量还田与不还田两种秸秆还田方法,研究耕作与秸秆还田方式对稻田土壤N2O排放、根系酶活性、水稻氮吸收与产量的影响。结果表明,耕作方式显著影响土壤N2O排放,但不影响根系硝酸还原酶与谷氨酰胺合成酶活性、水稻氮吸收与产量。与翻耕处理相比,免耕处理2016年和2017年土壤N2O排放量分别显著提高了12.5%~18.2%和21.1%~38.6%。秸秆还田显著影响土壤N2O排放量、根系酶活性、水稻氮吸收与产量。相对于秸秆不还田处理,秸秆还田处理2016年和2017年土壤N2O排放量分别显著提高了38.5%~45.5%和13.1%~29.5%。秸秆还田处理相对于不还田处理根系硝酸还原酶与谷氨酰胺合成酶活性分别显著增加了6.7%~45.9%和9.0%~46.7%,水稻氮吸收量提高了12.5%~26.0%,产量增加了9.4%~12.6%。本文认为,虽然秸秆还田提高了水稻氮吸收与产量,但也促进了土壤N2O的排放,因此在评估保护性耕作稻田温室效应时应加强对温室气体(CH4和N2O)排放和土壤碳固定影响的长期监测,以期为发展低碳稻作提供理论依据和技术支撑。     

一次性减量施用缓控释肥对机采棉养分吸收和产量的影响

为探讨一次性减量施用缓控释肥对机采棉氮磷钾养分吸收和产量的影响,获得适宜安徽沿江棉区的机采棉最佳施肥量,根据"3414"肥料试验方案,以棉花品种'中915'为材料,设计氮磷钾3因素4施肥水平的田间肥效试验.结果表明,各施肥处理棉花单株结铃数、单铃重等均高于不施肥对照(CK),各施肥处理皮棉产量为834.83～1443....     

水肥一体化条件下肥料管理对黑塌菜产量品质的影响

为探求水肥一体化滴灌条件下适宜的肥料管理方式,提高苏南地区叶绿菜的产量与品质,以黑塌菜作为试验对象,于2020年通过大棚盆栽试验,以常规撒施复合肥作为对照,研究水溶肥种类、追肥量(450、300、150 kg/hm²)对黑塌菜生长、产量及品质的影响。相比于常规撒施,相同追肥量下滴灌水肥一体化提高单叶叶面积12.12%~20.40%,叶绿素含量提高3.55%~4.82%,最大根长增加9.67%,平均根直径无明显差异,增产最高达39.8%。滴灌水肥一体化条件下,随着追肥量的增加,黑塌菜单叶叶面积、最大根长明显提高,叶绿素含量、平均根直径、产量、干物质量与可溶性固形物含量随植株生长进程增加,后期趋于稳定,可滴定酸含量呈现上升趋势,还原糖含量先上升后下降。滴灌水肥一体化条件下,青上水溶肥最适合黑塌菜生长,单叶叶面积、最大根长、产量指标都处于最高水平,分别为66.07 cm²、31.3 mm、475 g/株。滴灌水肥一体化可明显提高水肥利用效率,且植株品质与产量均得到保障,考虑经济、品质、产量等因素,青上水溶肥追施量300 kg/hm²为黑塌菜适宜的肥料管理策略。     

Long-term effect of tillage, crop rotation and N fertilization to wheat on gaseous emissions under rainfed Mediterranean conditions

A field study was conducted to assess the effect of N fertilizer application to wheat (Triticum aestivum L.), tillage system and crop rotation on total denitrification N losses, N₂O and CO₂ emissions under Mediterranean conditions in a long-term trial started 18 years ago on a Vertisol soil. The tillage system consisted of conventional tillage vs. no-tillage and the crop rotation system consisted of two different 2-years rotations: wheat–sunflower (Helianthus annuus L.) (WS) and wheat–faba bean (Vicia faba L.) (WF). Fertilizer rates were 0 and 100 kg N ha⁻¹ applied to wheat splitted in two amendments of 50 kg N ha⁻¹ each. Two different fertilization systems were studied. In the old fertilized plots system fertilizer had been applied for 18 years since the beginning of the trial, and in the new fertilized plots system fertilizer was applied for the first time when this experiment was started. Measurements were carried out after fertilizer applications.

In the long term, continued fertilizer application produced a higher soil total N content. Nevertheless, no increase in denitrification potential, N₂O + N₂ production by denitrification, N₂O or CO₂ emissions was observed either by the recent application of N or by the continued application during 18 years. The soil presented a higher potential to denitrify up to N₂ than up to N₂O. So, denitrification was probably occurring mainly in the form of N₂, while N₂O emissions were occurring in a great manner by nitrification, both denitrification and nitrification occurring simultaneously at soil field capacity (60–70%) expressed as water filled pore space (WFPS). Conventional tillage induced an increase in soil total N content and in the potential to denitrify up to N₂ with respect to no-tillage. This higher potential was translated into higher N₂O + N₂ production by denitrification presumably stimulated in the short time by the higher available carbon provided by decomposing roots and by the subsequent creation of soil anaerobic microsites. Contrarily, no effect of tillage was observed on N₂O emissions because of being produced in an important manner by nitrification, which does not depend on carbon availability. The wheat–faba bean rotation induced higher soil nitrate contents than the wheat–sunflower, although the effect in the long time was not observed regarding soil total N content. The same as for the fertilizer effect, this increase in nitrate content was not followed by a higher denitrification potential or higher N₂O + N₂ production by denitrification because of the lack of organic matter, while an increase was observed in N₂O emissions.     

氮肥基追比和调亏灌溉对小麦水分利用效率和产量的影响

优化水肥管理对提高小麦生产效率,改善农业生态环境具有重要意义。在防雨棚下,采用桶栽土培法研究氮肥基追比和调亏灌溉对小麦水分利用效率、叶片光合速率的影响,为优化小麦水氮运筹模式提供依据。设置4种氮肥基追比（播前和拔节期施氮比例）处理,分别为10:0、7:3、5:5和3:7,记为N_10:0、N_7:3、N_5:5和N_3:7。2种水分处理:水分调亏（返青-拔节期）—复水—调亏（灌浆-成熟期）,记为D;全生育期正常供水,记为N。结果表明,拔节期追施氮肥显著提高小麦灌浆期的单茎叶面积;相同水分条件下,N_7:3、N_5:5和N_3:7灌浆期单茎叶面积递增且显著高于N_10:0处理。水分调亏显著降低拔节期N_10:0处理小麦最上部展开叶的光合速率,对其他氮肥处理小麦光合速率的影响则未达显著水平;相同水分条件下,N_5:5处理拔节期和灌浆期均具有较高的光合速率。随追氮比例的增加,小麦叶片光合速率和水分利用效率呈先升后降的趋势。氮肥基追比和水分调亏显著影响小麦产量和水分利用效率,且两者对小麦产量存在显著的互作效应。综合考虑产量和水分利用效率等因素,水分调亏配合氮肥基追比处理比例为5:5是最合理的水氮运筹模式。