添加秸秆及其生物质炭对淹水条件下砖红壤N2O和CH4排放的影响

为探讨添加秸秆及其生物质炭对淹水条件下砖红壤N₂O和CH₄排放的影响,以海南砖红壤为供试土壤,设置了玉米秸秆（Straw）、生物质炭（Biochar）、秸秆 + 生物质炭（Mix）和对照（CK）4个处理,探讨了等秸秆用量条件下添加不同秸秆形态对土壤氧化亚氮（N₂O）和甲烷（CH₄）排放的影响及形成强还原环境的可行性。结果表明:与CK处理相比,三个处理均可显著降低土壤N₂O累计排放量,但仅Straw处理可显著促进土壤CH₄排放、其它两个处理对土壤CH₄排放影响不显著,致使straw处理综合温室效应增加明显。与CK处理相比,与Mix处理5天内土壤氧化还原电位（Eh）显著下降,而Biochar处理土壤Eh变化不显著;三个处理均使土壤pH上升、但Straw与Biochar处理之间差异不显著,Mix处理土壤有机碳、全氮及速效钾含量显著增加。因此,玉米秸秆及其生物质炭的配合施用,既可有效降低淹水条件下海南砖红壤排放CH₄和N₂O的综合温室效应,还能改善土壤养分状况但易于形成强还原条件。     

秸秆还田种类对稻田N2O排放及硝化反硝化微生物的影响

以太湖流域典型单季稻田的原状土柱为研究对象,通过设置温室土柱试验,同步监测3种秸秆(水稻秸秆RS、小麦秸秆WS、玉米秸秆MS)施用下水稻各生长期N₂O排放、水稻产量和土壤理化因子,同时定量化分析多个N₂O排放相关菌群及功能基因的丰度,以阐明N₂O排放对不同种类秸秆施用引发的微生物响应机制,筛选控制单季稻田N₂O减排增效最佳的秸秆种类。结果表明：与对照相比,RS、WS和MS处理下水稻生长期N₂O排放量分别增加162.32%、107.11%和9.48%,其中RS处理显著高于MS处理。水稻生育期内,土壤氨氧化菌(AOA、AOB)和反硝化菌群落(nir S、nos Z)丰度均呈现先上升后下降的变化趋势。与对照相比,拔节期RS处理显著增加AOA、AOB、nirS和nosZ拷贝数,MS和WS处理对上述功能基因丰度均无显著影响。各生育期土壤NH₄⁺-N含量整体高于NO₃^–-N含量,二者均在水稻分蘖期达到峰...     

生物质炭添加对不同pH紫色土硝化作用及N2O排放的影响

生物质炭施用可能对土壤中氮素硝化过程和N₂O排放产生影响。本研究通过室内培养试验,研究铵态氮肥与玉米秸秆生物质炭施用量(0、1%、2%、5%、10%,m/m)对酸性(pH 5.10)和石灰性(pH 8.15)紫色土氮素硝化率、净硝化速率及N₂O排放特征的影响。结果表明:①酸性和石灰性紫色土生物质炭处理平均净硝化速率相比对照分别降低了33.7%～93.7%和7.5%～40.9%,生物质炭添加抑制了酸性和石灰性紫色土硝化作用,在酸性紫色土中生物质炭对硝化作用的抑制作用随施用量的增加而增强,在石灰性紫色土中无明显规律。②与对照相比,酸性紫色土N₂O累计排放量在1%生物质炭和2%生物质炭处理下降幅分别为15.9%和27.7%,在5%和10%生物质炭处理下增幅分别为60.1%和93.2%;石灰性紫色土生物质炭各处理N₂O累积排放量均显著高于对照。③综合考虑,在酸性紫色土中1%、2%生物质炭施用对硝化作用抑制和N₂O减排综合效果最好,但在石灰性紫色土中无明显抑制和减排效果。     

秸秆还田对灌溉玉米田土壤反硝化及N2O排放的影响

运用乙炔抑制技术研究了不同施氮水平下秸秆还田对灌溉玉米田土壤反硝化反应和氧化亚氮(N2O)排放的影响。结果表明,土壤反硝化速率及N2O的排放受氮肥施用、秸秆处理方式及其交互作用的显著影响。与秸秆燃烧相比,不施氮或低施氮水平时,秸秆还田可刺激培养初期反硝化反应速率及N2O排放,增加培养期间N2O平均排放通量;高施氮水平时,秸秆还田可降低反硝化反应速率及反硝化过程中的N2O排放。秸秆还田可降低反硝化中N2O/N2的比例。     

竹叶及其生物质炭输入对板栗林土壤N2O通量的影响

【目的】氧化亚氮(N2O)是温室气体的主要组成部分,其增温效应极强,陆地生态系统是N2O的主要排放源之一。人工林生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,但目前关于经营措施对人工林生态系统土壤N2O通量的影响研究较少。本文研究了竹叶及其生物质炭输入对板栗林土壤N2O排放通量的影响,为调控亚热带人工林土壤N2O排放通量提供理论基础与科学依据。【方法】定位试验于2012年7月~2013年7月在浙江省临安市三口镇典型板栗林区进行,设对照、输入竹叶、输入生物质炭3个处理,利用静态箱-气相色谱法测定板栗林土壤N2O通量的动态变化以及土壤温度、土壤含水量、水溶性有机碳(WSOC)、水溶性有机氮(WSON)、微生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN)、NH+4-N和NO-3-N含量。【结果】不同处理条件下,板栗林土壤N2O排放通量均呈显著的季节性变化特征,最高值出现在7月,最低值出现在1月。与对照相比,竹叶处理的土壤N2O年平均通量和年累积排放量分别增加了17.2%和12.8%,而生物质炭处理的土壤N2O年平均通量和年累积排放量分别降低了27.4%和20.5%。竹叶处理的土壤WSON、MBN、NH+4-N及NO-3-N含量增加12.4%、19.1%、8.3%和13%,而生物质炭处理的NH+4-N和NO-3-N含量分别降低了14.1%和18%。在对照、竹叶以及生物质炭处理条件下,板栗林土壤N2O排放通量与土壤温度(表层5 cm处)和WSOC含量均有显著相关性(P 0.05),与土壤MBC含量均无显著相关性。竹叶处理土壤N2O通量与NH+4-N、NO-3-N及WSON含量均有显著相关性(P0.05)。【结论】在不同处理条件下,板栗林土壤N2O排放通量均呈现明显的季节性变化特征,表现为夏季高、 冬季低。输入竹叶可显著增加板栗林土壤N2O排放通量,而输入生物质炭N2O排放通量显著降低;输入竹叶和生物质炭可能是通过影响土壤碳库与氮库特征而影响土壤N2O的排放通量。     

生物质炭对集约化菜地N2O排放和蔬菜产量的影响

【目的】 本试验评价了生物质炭对菜地土壤温室气体排放和产量的长期效应。 【方法】 田间试验在江苏省南京市集约化种植菜地进行。共设置4个处理,分别为对照 (CK)、单施氮肥处理 (N)、施用氮肥 + 新生物质炭 (NC_F,C_F在2016年6月施用) 以及施用氮肥 + 4年陈化生物质炭 (NC_A,C_A在 2012 年6月施用)。生物质炭施用量为40 t/hm2。2016年11月至2017年11月连续种植4季蔬菜,分别为小青菜、空心菜、苋菜、菠菜,并伴有休耕期。每季蔬菜施氮量均为N 240 kg/hm2,其中空心菜收获三茬,在第一茬收获后按照N 240 kg/hm2 追肥一次。采用静态暗箱–气相色谱法测定N₂O浓度。 【结果】 观测期内各处理菜地N₂O排放主要集中在第二季和第三季,其单位产量N₂O排放量分别为0.038～0.131 kg/t和0.107～0.482 kg/t,而第一季和第四季的单位产量N₂O排放量分别是0.033～0.209 kg/t和0.007～0.070 kg/t。土壤温度和矿质氮变化未显著影响土壤N₂O排放通量;整个观测期内土壤充水孔隙度 (WFPS) 介于37%～93%之间,土壤含水量变化显著影响 (P < 0.01) 土壤N ₂O排放通量。与N处理相比,整个轮作周期内NC_F和NC_A处理N₂O周年累积排放量和周年排放系数均显著降低,两个施生物质炭处理之间差异不显著;NC_F处理N₂O周年累积排放量和周年排放系数降幅分别为35.6%和46.2%,NC_A处理降幅分别达38.8%和49.9%。与N处理相比,NC_F和NC_A处理均增加了集约化菜地蔬菜产量,增幅分别为4.6%和17.9%,NC_A处理达到显著水平,两个施生物质炭处理之间差异不显著。此外,NC_F和NC_A处理分别显著降低单位产量N₂O排放量49.8%和41.3% (P < 0.01)。 【结论】 在集约化菜地土壤中经4年陈化后的生物质炭仍然具有较强的减排和增产能力。与新施入的生物质炭相比,施用4年后的生物质炭增产效果更显著;施用生物质炭对集约化蔬菜生态系统减排和改善作物生产具有长期效应。      

秸秆还田对关中地区麦玉轮作田N2O排放的短期效应

【目的】分析环境因子和土壤N₂O排放对短期秸秆还田的响应,以更准确地评价化肥施用下短期秸秆还田的增减排效益。【方法】于2020—2021年在关中地区开展了小麦–玉米轮作田间试验。采取双因素裂区设计,主处理为秸秆还田(W1)与不还田(W0),副处理为不施肥(W1、W0)、施氮肥(W1N、W0N)和施氮磷肥(W1NP、W0NP)。测定了土壤含水量、温度、NO3--N、NH4+-N、速效磷含量及N₂O排放通量,调查了作物产量,并探讨了土壤N₂O排放与环境因子之间的关系。【结果】相比W0,W1处理土壤含水量提高了1.1%～16.2%;W1N处理的土壤NO3--N含量峰值较W0N高17.6%～30.5%。4个施肥处理的土壤NO3--N和NH4+-N含量随生育时期推进先迅速上升,然后缓慢下降,施氮肥处理的土壤NO3--N峰值比施氮磷肥处理高17.0%～20.8%。W1NP与W0NP处理土壤的速效磷含量随生育期推进先上升后缓慢下降,平均速效磷含量显著高于处理W0、W1、W0N和W1N (P<0.05)。冬小麦季和夏玉米季分别在施...     

稻秆还田方式对麦田N2O排放的影响

通过田间试验研究了3种稻秆还田方式(表面覆盖、均匀混施和原位焚烧)对麦田N2O排放的影响.结果表明,不同稻秆还田方式麦田N2O排放量为:表面覆盖＞对照(不施稻秆)＞均匀混施＞原位焚烧.与对照相比,稻秆表面覆盖显著增加麦田N2O排放量,而均匀混施和原位焚烧显著减少N2O排放量.N2O排放通量与土壤温度无显著相关性,与土壤水分呈显著正相关.与对照相比,稻秆均匀混施使小麦产量显著增加,表面覆盖和原位焚烧对小麦产量无显著影响.     

节水灌溉对稻田N2O季节排放特征的影响

为了揭示节水灌溉对技术对稻田N2O排放的影响,采用静态暗箱-气相色谱法对稻田N2O排放进行了田间原位观测,分析了节水灌溉对稻田N2O季节排放特征的影响。结果表明,水稻全生育期节水灌溉稻田N2O平均排放通量为41.84 μg/(m2 ?h),较淹水灌溉稻田N2O平均排放通量增加了33.3%;节水灌溉稻田N2O排放总量为119.86 mg/m2,比淹水灌溉稻田显著增加了17.8%;节水灌溉稻田N2O排放通量呈现明显的季节变化规律,有两次较大的排放峰值,峰值主要出现在施肥后1周左右;节水灌溉稻田土壤的每次脱水过程均不同程度地加剧了N2O排放,复水后N2O排放通量有增有减但变幅不大,而淹水灌溉稻田在黄熟期落干阶段N2O排放出现反弹。由此可见,不同灌溉模式下的稻田土壤水分状况决定了N2O季节排放的差异,与淹水灌溉相比,控制灌溉显著增加了稻田N2O季节排放量。     

生物质炭对酸性菜地土壤N2O排放及相关功能基因丰度的影响

【目的】 生物质炭显著影响土壤氧化亚氮 (N₂O) 排放,但关于其相关微生物机理的研究相对匮乏,尤其是生物质炭对酸性菜地土壤N₂O排放的微生物作用机理。本文通过研究氮肥配施生物质炭对酸性菜地土壤N₂O排放以及硝化和反硝化过程相关功能基因丰度的影响,探讨酸性菜地土壤N₂O排放与功能基因丰度的关系,阐释生物质炭对酸性菜地土壤试验N₂O排放的微生物作用机理。 【方法】 在田间一次性施入生物质炭 40 t/hm2,试验连续进行了3年,共9茬蔬菜。设置4个处理:对照 (CK)、氮肥 (N)、生物质炭 (Bc) 和氮肥 + 生物质炭 (N + Bc)。在施用后第三年,采集土壤样品进行室内培养,应用荧光定量PCR技术检测硝化过程氨氧化古菌 (AOA)、氨氧化细菌 (AOB) 功能基因amoA和反硝化过程亚硝酸还原酶基因 (nirK、nirS) 以及N₂O还原酶基因 (nosZ) 等相关功能基因丰度,同时监测土壤pH值、无机氮 (铵态氮、硝态氮) 含量及N₂O排放。 【结果】 与CK相比,生物质炭 (Bc) 处理的土壤有机碳 (SOC) 提高了27.1%,总氮 (TN) 提高了8.2%,amoA-AOB基因丰度显著降低了11.0%,nosZ基因丰度增加了21.2% (P < 0.05),N ₂O排放没有显著变化 (P > 0.05)。与CK相比,施用氮肥 (N) 显著降低土壤pH ( P < 0.05),显著增加土壤无机氮含量、 nirK、nirS和nosZ功能基因丰度以及土壤N₂O累积排放量 (P < 0.05)。与N处理相比,生物质炭与氮肥联合施用 (N + Bc) 处理显著增加 amoA-AOA、amoA-AOB、nirK、nirS和nosZ基因丰度,增幅分别为68.1%、39.3%、21.1%、19.8%、48.4% (P < 0.05),但 ( nirK + nirS)/nosZ的比值降低,同时N₂O累积排放量显著降低33.3% (P < 0.05)。室内培养期间N ₂O排放峰出现在1～5 d,N和N+Bc处理排放速率分别为 N 1.70 × 103和1.76 × 103 ng/(kg·h)。相关分析结果显示,N₂O排放速率与氧化亚氮还原酶的标记基因nosZ基因拷贝数 (P < 0.05)、NH ₄+-N含量 (P < 0.01) 呈显著正相关,与pH呈显著负相关 ( P < 0.01)。 【结论】 在菜地生态系统中氮肥和生物质炭联合施用可以有效缓解菜地土壤酸化,减少菜地土壤N₂O排放,主要归因于反硝化作用nosZ基因丰度增加,(nirK + nirS)/nosZ比值降低。      

两种水分含量下生物质炭对黑土N2O排放及硝化反硝化基因丰度的影响

生物质炭对土壤结构改良、土壤肥力提升和农田温室气体排放具有重要意义。本研究以吉林省梨树县典型黑土为研究对象，通过培育实验，研究不同土壤水分含量（40%WHC和100%WHC）下，生物质炭种类（玉米秸秆生物质炭和稻壳生物质炭）和施加量（0%、1%和4%（w/w））对黑土N2O排放及硝化反硝化功能基因丰度的影响。结果表明，随着秸秆生物质炭施加量的增加，土壤N2O排放呈下降趋势，4%高量秸秆生物质炭添加下，土壤N2O排放量仅为1%低量秸秆生物质炭添加下的33.9%。同时土壤NO- 3-N也表现出一致性规律，4%高量生物质炭添加下土壤NO- 3-N含量显著低于1%低量生物质炭。在100%WHC土壤水分状况下，玉米秸秆生物质炭显著增加了土壤N2O排放，而稻壳生物质炭则显著降低了土壤N2O排放。高土壤水分显著促进了土壤N2O排放，进一步为实时荧光定量PCR结果所证实，高土壤水分通过增加nirS基因丰度进而促进了土壤反硝化作用过程，而4%高量稻壳生物质炭添加下nosZ基因丰度显著高于玉米秸秆生物质炭添加，表现出更强的N2O还原潜力。尽管amoA-AOA基因丰度在不同生物质炭添加量下并未发生显著变化，但amoA-AOB基因丰度在高量玉米秸秆生物质炭添加下显著下降。结果说明，土壤水分和生物质炭通过影响土壤硝化反硝化微生物的营养底物和代谢过程，进而影响土壤N2O排放特征。     

添加水铁矿对水稻土N_2O释放及反硝化微生物的影响

水稻土氧化还原状态的变化与N_2O的释放有密切关系。为揭示水稻土中Fe对N_2O释放及反硝化功能微生物的影响,本研究选取第四纪红壤发育的水稻土,设置3个水铁矿添加水平(Fe 0,10,40μmol g~(-1)土)和两个土壤质量含水量(50%,80%)进行土壤培养试验,利用实时荧光定量PCR(real time flourescent quantification polymerase chain reaction,q PCR)和末端限制性片段长度多态性(terminal-restricted fragment length polymorphism,T-RFLP)分析技术开展研究。结果表明,N_2O排放速率升至高峰期的过程中,外源铁处理尤其是添加高量铁(40μmol g~(-1))处理导致硝态氮含量显著高于对照,而N_2O排放速率却明显低于对照;然而,高峰期后添加高量铁处理却维持了较对照显著高的N_2O排放速率;与此同时,添加水铁矿对硝酸还原酶基因(narG)和氧化亚氮还原酶基因(nosZ)丰度的影响表现出与N_2O排放相同的趋势,即N_2O排放速率升至高峰期的过程中,外源铁处理明显抑制了反硝化微生物的生长与繁殖,而高峰期后外源铁对反硝化微生物的抑制作用不明显。因此,水稻土中添加Fe(Ⅲ)对N_2O释放影响的主要原因可能是前期抑制了反硝化功能微生物的种群数量,从而减少了硝酸根的还原和N_2O的产生,而后期由于反硝化微生物数量的恢复和NO_3~-等含氮化合物的残留,使得外源铁处理的N_2O释放量明显高于对照。     

生物质炭和腐殖质对稻田土壤CH4和N2O排放的影响

为探讨生物质炭与腐殖质单独施用与配合施用对稻田土壤CH₄和N₂O气体排放以及水稻产量的影响。以浙江临安潜育性水稻土的稻田系统为研究对象,设置2个水稻秸秆生物质炭添加水平(0,20 t/hm²)和3个腐殖质水平(0,0.6,1.2 t/hm²),共6个处理,分别为:(1)B0F0(对照,不添加生物质炭和腐殖质);(2)B0F1(腐殖质用量为0.6 t/hm²);(3)B0F2(腐殖质用量为1.2 t/hm²);(4)B1F0(生物质炭用量为20 t/hm²);(5)B1F1(生物质炭和腐殖质用量分别为20,0.6 t/hm²);(6)B1F2(生物质炭和腐殖质用量分别为20,1.2 t/hm²),研究生物质炭和腐殖质输入对水稻产量、稻田CH₄和N₂O气体排放的影响。结果表明:(1)与B0F0相比,单独施用生物质炭和腐殖质或生物质炭与腐殖质配施均降低了土壤CH₄累积排放量,但增加了土壤N₂O累积排放量;(2)生物质炭处理对GWP(global warming potential)和GHGI(greenhouse gas intensity)没有显著影响(P>0.05),腐殖质处理显著降低了GWP和GHGI(P<0.05),生物质炭和腐殖质对GWP和GHGI存在显著交互作用(P<0.05);(3)与B0F0相比,单独施用生物质炭和腐殖质或者生物质炭与腐殖质配施均能在一定程度上减少单位水稻产量的温室气体排放强度(GHGI),B0F2处理的GHGI最低,表明单施腐殖质处理(腐殖质用量为1.2 t/hm²)稻田土壤的减排效果和环境效应最好。研究结果为进一步探讨稻田土壤固碳减排提供数据支撑和理论依据。     

不同氮源及秸秆添加对菜地土壤N_2O排放影响

在饱和田间持水量WFPS(water-filled pore space)为75%、温度为25℃的条件下,用室内培养研究设施菜地土壤在不同氮肥种类(硝酸钙CN,碳酸氢铵AB,硫酸铵AS,尿素U,对照CK)和有无秸秆添加情况下N2O的排放特征。培养17天的结果表明,各种肥料类型中,对照和硝态氮肥处理最先出现N2O排放高峰,铵态氮肥处理出现较晚。无论有无秸秆,碳酸氢铵(AB)处理的累积排放量都最高,分别为4.206±0.899和2.159±0.256μg g-1干土,铵态氮肥处理N2O排放量明显高于硝态氮肥。添加秸秆后各处理N2O排放明显增加,比未施秸秆增加1倍多(CN处理除外)。不同处理(CK除外)的N2O累积排放量与时间的关系都可用y=aLn(x)+b表示(P<0.001)。实验还发现,施用氮肥会导致土壤酸化,添加秸秆可改善土壤酸化现象。     

生物炭对退化蔬菜地土壤及其修复过程中N_2O产排的影响

高氮投入的设施蔬菜地土壤易发生次生盐渍化、酸化、板结化等土壤退化现象,也会引起地下水污染、N_2O大量排放等环境后果,严重影响了蔬菜农业的可持续发展。强还原土壤灭菌(reductive soil disinfestation,RSD)作为新兴的退化设施蔬菜地土壤修复方法,能够有效缓解土壤退化,但也导致N_2O大量排放。本研究选用生物炭作为调节剂,评估不同生物炭施加量对退化设施蔬菜地土壤及其强还原修复过程中N_2O排放的影响,并测定反硝化功能基因(一氧化氮还原酶基因nor B和氧化亚氮还原酶基因nos Z)丰度来反映反硝化微生物活性。结果显示:RSD法显著降低了土壤硝酸盐含量、提高了土壤p H,缓解了土壤退化,但其N_2O累计排放量是非修复土壤的950倍以上;施加生物炭具有减排效果,其中施加5%的生物炭显著降低了退化设施蔬菜地土壤及其强还原修复过程中的N_2O排放,其减排量分别为68.7%和16.0%;Pearson相关分析显示,非强还原修复过程和强还原修复过程中土壤N_2O排放速率均与p H显著负相关,而在强还原修复过程中土壤N_2O排放速率还与NO_3~--N含量显著正相关;施加生物炭显著改变了土壤nor B和nos Z基因,线性回归分析表明,非强还原修复过程和强还原修复过程中土壤N_2O排放的微生物机理不同,前者显著受nos Z基因丰度影响,而后者显著受nor B基因丰度影响。在退化设施蔬菜地土壤中施加5%生物炭可有效减低退化设施蔬菜地土壤及其强还原修复过程中的N_2O排放。     

晚稻期间秸秆还田对早稻田CH_4和N_2O排放以及产量的影响

选取湖南双季稻田为研究对象,采用静态箱-气相色谱法对晚稻期间秸秆还田配施减量化肥(DNPK+RS)和施化肥(NPK)处理下后季早稻田(2009年)的CH4和N2O排放通量进行观测。结果表明,在早稻田等量化肥条件下,DNPK+RS比NPK增加早稻田CH4排放的81%,减少N2O排放的53%。早稻产量表明,DNPK+RS显著低于NPK(P<0.05)。晚稻期间以秸秆还田来代替部分化肥,会降低次年早稻的有效穗数和肥料增产效应。DNPK+RS处理的单位产量的全球增温潜势为NPK的2倍。秸秆还田应该重视与化肥的搭配比例,否则会降低水稻产量,同时增加下季早稻的温室效应。     

下辽河平原大豆田CO2和N2O排放通量及相关影响因素研究

采用静态箱/气相色谱(GC)法测定了2004年及2005年大豆田CO2和N2O排放通量。结果表明:在2年的观测期内,大豆田的CO2和N2O排放均具有明显的季节变化规律。在2个生长季的观测中,CO2和N2O的排放通量分别呈现出相似的变化趋势。大豆田在休闲期内基本没有CO2排放,冻融期有少量的N2O排放。分析相关影响因素得知,土壤温度和土壤水分是影响大豆田释放CO2和N2O的重要因素。大豆植株对于N2O的排放具有不可忽视的作用。2年观测中常规处理的N2O通量总量分别是无作物处理的2.28倍和1.80倍。