耕作措施对华北农田CO_2排放影响及水热关系分析

为探讨不同耕作措施对农田土壤呼吸排放的影响及其与土壤温度、水分之间的关系,该研究利用长期定位试验研究翻耕、旋耕、免耕3种耕作措施下冬小麦、夏玉米生育期农田CO2的排放通量及其季节变化规律,并通过农田土壤温度、水分对CO2的排放通量进行回归统计分析.结果表明:不同耕作措施下农田CO2排放通量具有明显的季节排放规律,冬小麦、夏玉米生育期农田CO2排放通量:翻耕>旋耕>免耕,且处理间差异都达到显著或极显著水平.不同耕作措施对农田土壤温度及土壤含水率具有显著的影响,免耕条件下农田各层土壤温度最低,冬小麦季免耕农田土壤水分含量高于其他两处理.各处理条件下农田CO2排放通量与土壤温度具有显著的相关性,其中翻耕处理的CO2排放通量与10 cm土温相关性最高,旋耕和免耕则均与20 cm土温相关性最高.当土壤温度高于10℃时CO2排放通量与5 cm土壤含水率具有显著的相关性,此时土壤水分成为CO2排放的主要影响因素.     

不同通量计算方法对静态箱法测定农田N2O排放通量的影响

通过观测冬小麦拔节期施肥后1周内N2O排放,研究了采用静态箱技术时,线性回归（LR）、Quad回归和HM计算方法对N2O排放通量的影响,同时分析了施肥（Nc）和不施肥（CK）对N2O气体交换的影响。结果表明：通过LR、Quad和HM方法处理相同数据得到的N2O排放通量及其特征确实存在较大的差异,由3种方法得到的通量变异系数最高可达到71%;未采用TFU技术校正前,3种计算方法之间的变异系数平均为29%,而校正后则降低到13%;同时还发现,这3种技术均在一定程度上低估了N2O的排放通量,与校正后的排放通量相比,施肥处理中LR、Quad和HM的N2O排放通量分别偏低了14%～31%、5%～48%和3%～62%,对照则分别偏低了14.9%～16.0%、15.5%～35.2%和8.4%～57.2%。因此,采用TUF校正方法不仅可定量分析不同计算方法之间的差异,同时也降低了N2O排放通量的误差。     

稻田CO2排放对大气CO2浓度升高的响应

利用FACE (free-air carbon dioxide enrichment)平台,采用静态暗箱-气相色谱法,研究了大气CO2浓度升高对稻田土壤CO2通过土壤-大气(土气)和植被-大气(植气)界面排放的影响.在整个水稻生长季中,土气界面CO2排放通量与土壤表面水层深度指数负相关,且在中期烤田和收获前排水阶段出现较大值;而植气界面CO2排放通量与根系生物量的变化趋势基本一致.在低氮(N 125 kg/hm2)和常氮(N 250 kg/hm2)水平上,高浓度CO2(对照大气CO2浓度+200 μmol/mol)有提高水稻生物量、降低土气和植气界面CO2累积排放量的趋势.在水稻的拔节、抽穗和成熟期,较高的施氮量显著增加水稻地上部分生物量,促进植气界面CO2的排放.研究结果表明,未来大气CO2浓度升高的环境下,稻田生态系统有增加CO2的固定(增加水稻生物量),减少CO2的排放(土气和植气界面CO2的排放)的趋势,可能发挥着碳汇的作用.     

干湿交替对新疆绿洲农田土壤CO2排放的影响

[目的]分析不同土壤水分变化及干湿交替对土壤CO_2排放的影响,为绿洲农田土壤碳循环提供科学依据。[方法]选取新疆绿洲棉田土壤,通过室内控制模拟试验,以及用气相色谱仪分析CO_2浓度。[结果](1)与60%WFPS(土壤充水孔隙度)相比,40%WFPS对土壤CO_2排放起到了显著的抑制作用(p0.05),而80%WFPS对土壤CO_2排放无显著性影响(p0.05)。培养结束时,与60%WFPS的土壤CO_2累积排放量相比,40%WFPS的土壤CO_2累积排放量降低26%(p0.05),而80%WFPS的土壤CO_2累积排放量仅增加0.04%(p0.05)。(2)多次干湿交替循环后,干湿交替处理下的土壤CO_2累积排放量显著低于恒湿处理。在不同干旱强度处理中,重度干旱(SD)处理对土壤CO_2排放速率响应程度大于适度干旱(MD)处理,但多次干湿交替循环后,SD处理下的土壤CO_2累积排放量却显著小于MD处理。随干湿交替循环次数的增加,干湿交替对土壤CO_2排放速率的影响显著降低,特别是对土壤CO_2排放速率最高值的影响最大。[结论]在新疆绿洲棉田土壤中,干湿交替能降低土壤CO_2排放量,降低量随干旱强度的增大而增大。     

灌溉方式和秸秆还田对设施番茄田CO2排放的影响

中国北方下沉式设施菜田表层土壤缺失,以及高温高湿的环境条件,导致耕层土壤有机质含量低、矿化快。如何减缓土壤有机质矿化,是该文所关注的焦点问题。该研究采用二因素试验设计,主因素为灌溉方式（传统畦灌施肥、滴灌施肥）,副因素为秸秆（含C量为0、3 500 kg/hm2）。测定了48 h内每3 h的CO2排放通量,以及全生育期CO2日排放通量、土壤温度。结果表明：1）08:00−09:00测定的土壤CO2排放通量与CO2日均排放通量不存在显著差异,二者呈极显著线性正相关关系,其决定系数为0.987;而其他时段测定值与日均值均存在显著差异。2）与传统畦灌相比,无论是否添加秸秆,滴灌处理均显著降低了CO2累积排放量。3）CO2排放高峰出现在定植后8～15 d,随后逐渐降低并趋于平稳;定植后40 d内能检测到处理间CO2日排放通量的差异,此后处理间差异不显著。4）CO2累积排放通量和土壤积温呈显著正相关关系。综上所述,滴灌施肥栽培体系可显著降低土壤CO2排放量,有利于设施菜田土壤有机质的积累。     

干旱区3种林地生态系统土壤CO2的排放特征

以新疆三工河流域的梭梭、柽柳及云杉3种林地为监测对象,对不同林地生态系统土壤CO,排放特征进行对比研究,结果表明：1）梭梭林土壤呼吸速率的日变化曲线8月份为双峰曲线,而6月和10月份为单峰曲线。梭梭林地土壤SO2日释放量表现为8月（4．34g／（m^2.d））〉6月（1．86g／（m^2·d））〉10月（1．17g／（m^2·d））。6月、10月土壤呼吸速率均白天高于夜间,而8月则正好相反。2）8月份几种林地类型的土壤SO2日释放量表现为云杉林（21．71g／（m^2·d））〉梭梭林（4．34g／（m^2·d））〉柽柳林（1．84g／（m^2·d））。8月份云杉、柽柳土壤呼吸日变化曲线与梭梭林地的双峰曲线不同,均为单峰曲线。云杉林、柽柳林的土壤呼吸速率均白天高于夜间,而梭梭林则正好相反。3）云杉林地土壤SO2释放速率与土壤温度呈显著正相关,而梭梭林地生态系统土壤SO2释放速率与空气相对湿度成显著正相关。     

退耕还林坡地土壤CO_2排放的空间变化:地形的控制作用

【目的】退耕还林还草引起地表植被盖度变化不仅能有效控制坡耕地的土壤侵蚀,而且会显著增加土壤有机碳储量。但目前关于退耕坡地人工恢复植被后土壤CO2排放的空间变化及其控制机理却较少研究,增大了定量估算退耕还林工程土壤碳循环效应的不确定性。本文以黄土丘陵典型退耕还林坡地为对象,研究了土壤CO2排放的空间变化及其控制机理,为进一步认识黄土高原有机碳库周转和估算陆地生态系统碳收支提供科学依据。【方法】为了确定人工林山坡土壤CO2排放空间变异及其影响因素,将人工林全山坡划分为峁顶、峁坡、坡上部、坡中部和坡下部5个坡位,并按照从峁顶到坡下部沿顺坡断面每间隔10 m确定一个研究小区,利用点测法测定不同植被类型盖度,利用原状根钻采集土壤剖面样品用于测定根系密度、土壤有机碳(SOC)含量和137Cs面积含量,并利用LI-8100碳通量自动测量仪原位测定土壤CO2排放速率的季节变化,同时测定土壤水分和表层土壤5cm深度的温度,利用相关回归分析法确定影响土壤CO2排放空间变化的主要因素。【结果】试验期间,不同坡位土壤CO2排放速率均表现为夏季秋季春季。与春季相比,人工林全山坡土壤CO2排放速率的平均值在夏、秋季分别增加了48%和9%。研究期内人工林坡地土壤CO2排放速率在春、夏、秋三个季节具有相同的空间分异特征,其平均值的大小为峁顶(参考点)[2.51±0.07μmol/(m2·s)]峁坡[2.19±0.17μmol/(m2·s)]坡下部[1.88±0.12μmol/(m2·s)]坡中部[1.71±0.09μmol/(m2·s)]坡上部[1.62±0.12μmol/(m2·s)]。与峁顶参考点相比,坡上部和坡中部的137Cs面积含量分别减少了46%和29%;峁坡和坡下部的137Cs面积含量分别增加了88%和52%,这说明研究区人工林山坡的坡上部发生了严重土壤侵蚀,坡中部发生了轻度土壤侵蚀,而峁坡和坡下部则发生了土壤堆积,尤以峁坡的土壤堆积最为显著。人工林坡地土壤CO2排放的空间变化与地形坡度、137Cs面积含量(土壤侵蚀指标)均呈显著相关关系(P0.01),与土壤水分、土壤温度和SOC储量只在夏季有显著相关(P0.01),在其它季节无显著相关性;人工林坡地土壤CO2排放的空间变化与植被根系密度无明显相关性。【结论】地形坡度变化驱动的土壤侵蚀和堆积过程是控制黄土丘陵区人工林坡地土壤CO2排放空间分异的主要因子,应在定量评价退耕还林工程的土壤固碳效应时予以考虑。     

大气CO_2浓度升高对陆地生态系统土壤固碳的可能影响

陆地生态系统碳循环是全球碳循环的重要组成部分,在全球碳收支中占主导地位。大气CO2浓度升高直接或间接地影响土壤碳的固定,碳在土壤的不同固定机理反映了碳的稳定性和周转过程,本文综述了影响碳固定的物理、化学和生物学机理,土壤碳固定的不同状态发生的主要机理不同;受大气CO2浓度升高影响时间长短不一,主要过程有所侧重,但三种机理相互影响。     

SO_2排放对葫芦岛地区土壤的影响

在葫芦岛地区 ,由于锌厂常年 (尤其是近期 )排放SO2 已使该区土壤性质受到了严重的影响 .测定结果 :土壤表层 ( 0～ 2 0cm)有效S提高 1～ 5倍 ,全S含量提高 2 1 .38%～ 87.86% ,在严重影响区 pH值已下降至 5 .0 5～ 5 .0 3.锌厂排放的SO2 所形成的酸雨危害不可忽视     

肥料增效剂对碳氮淋溶和CO_2排放量的影响

为了调控肥料养分在土壤中的转化、减少养分损失,研制和合理使用肥料增效剂具有重要意义。研究采用土柱模拟试验的方法,探讨添加不同数量肥料增效剂对土壤碳(C)、氮(N)养分淋失数量以及土壤呼吸强度的影响,从减少肥料损失、保护环境角度明确增效剂的最佳施用量,为增效剂的合理施用提供科学依据。结果表明:施用增效剂对N和C的淋洗损失和二氧化碳(CO_2)排放损失量具有显著的影响,该影响主要发生在肥料施用后的前60天左右。当增效剂按肥料投入总量的6‰和8‰加入时,淋洗液中无机氮的累积淋洗量降幅达到13%～41%(P<0.05);而淋洗的无机N以硝态氮(NO_3~--N)为主,NO_3~--N淋洗总量是NH_4~+-N淋洗总量的20倍左右。增效剂的添加对可溶性有机C无显著影响,但显著增加了土壤CO_2的排放,增幅达到14%～64%(P<0.05)。淋洗结束后,与不施增效剂处理相比,增效剂添加量为6‰和8‰处理能够显著增加土壤NH_4~+-N、NO_3~--N、全氮(TN)和可溶性有机碳(DOC)含量,而土壤有机碳(SOC)含量基本保持不变。说明肥料增效剂能够减缓肥料氮素水解速率,又能抑制NH_4~+-N转化为NO_3~--N过程,加之土壤和增效剂对NH_4~+-N的强吸附特性,致使氮素迁移总量降低,可有效减轻对地下水造成污染的风险。综合以上结果,从减少土壤C、N淋洗和保持、提升土壤C、N含量角度考虑,增效剂的最佳施用量应大于肥料投入总量的6‰。     

大气CO_2浓度升高对粳稻稻米物性及食味品质的影响

在2009和2010年利用独特的稻/麦轮作系统FACE（Free Air CO2 Enrichment,开放式空气CO2浓度增高）平台,以武运粳21、扬辐粳8号、武香粳14和武粳15为供试材料,研究了高浓度CO（2比大气背景CO2浓度高200 μmol·mol-1）对粳稻蒸煮米的硬度、粘性、香气、光泽、完整性、味道和口感等的影响。物性分析仪测定结果表明,高浓度CO2环境下粳稻熟米的硬度和粘性总体呈增加趋势,其中扬辐粳8号两指标的增幅均达显著水平。食味计测定结果显示,高浓度CO2对蒸煮稻米香气、光泽度、完整性、味道和口感等食味品质指标均没有影响。相关分析表明,CO2与品种的互作对米饭硬度和粘性有显著影响,但对食味品质参数均没有影响。CO2与年度、CO2与年度和品种间的互作对所有测定参数均无显著影响。两年数据一致表明,未来高浓度CO2环境下粳稻蒸煮米的硬度和粘性将呈增加趋势,增幅因品种而异,但米饭食味品质无显著变化。     

自由大气CO2浓度升高对稻田CH_4排放的影响研究

采用FACE田间试验,对高CO2浓度影响稻田CH4排放规律进行了观测分析,并利用δ13C技术初步分析了土壤CH4的排放来源。结果显示,植株和土壤的CH4排放速率在高CO2浓度处理大于对照18%以上,其增加幅度为土壤大于植物,CH4排放速率可能受田间水分条件影响较大。与对照比较,高CO2浓度条件下植物和土壤部分CH4累积排放总量增加,且变化幅度随生长期而降低,前期（54d）常规氮处理（NN）高于低氮处理（LN）,后期LN高于NN;但是行间裸土CH4累积排放总量在前期（54d）增加和之后降低的幅度均为NN高于LN。土壤排放CH4δ13C值从移栽到第102d,高CO2浓度处理LN和NN水平下土壤对照（CK）仅分别升高9.0%和8.3%,种水稻则降低8.8%和8.1%;但是在对照CO2浓度条件下土壤对照降低17.2%和112.5%（P=0.047）,种水稻降低40.3%和105.9%（P=0.023）,表明高CO2浓度下有更多C4来源的碳释放,对照CO2浓度条件下有更多C3来源的碳释放。水稻不同生长期与土壤对照比较,种水稻土壤排放CH4δ13C值降低的幅度总和在高CO2浓度条件LN和NN水平下分别为114.8%和72.7%,对照CO2浓度条件下分别为41.9%和72.8%,表明在种有植物的情况下更多当季的碳分解释放,LN水平下高CO2浓度促进来源于当季碳的CH4排放,NN水平下没有发现CO2浓度的影响,可能与作物生物量和它的间接产物（根系分泌物）的影响有关。     

施氮量对海南燥红壤和砖红壤N2O/CO2排放的影响

利用室内培养实验,分析燥红壤和砖红壤中分别施加N0（不添加氮素）、N1（氮添加量为100mg·kg⁻¹）、N2（氮添加量为200mg·kg⁻¹）和N3（氮添加量为300mg.kg⁻¹）4个水平氮后对土壤性质及N₂O、CO₂排放的影响。结果表明：氮肥添加显著降低了土壤pH和有机碳含量。相较于N0,燥红壤N1、N2和N3处理pH和有机碳降幅分别为8%～18%和4%～12%,砖红壤降幅分别为5%～23%和3%～15%;添加氮肥后各处理土壤全氮含量显著增加,燥红壤和砖红壤分别增加15%～54%和13%～52%。氮施入增加了土壤NH₄⁺−N和NO₃⁻−N含量,各处理土壤铵态氮和硝态氮含量均表现为N3>N2>N1>N0。氮添加促进土壤N₂O和CO₂排放,相较于N0,燥红壤N₂O和CO₂累积排放量分别增加1176%～2425%和124%～281%,砖红壤分别增加1054%～1887%和138%～256%。施氮量和土壤类型是影响农田土壤N₂O和CO₂排放的重要因素。土壤N₂O和CO₂排放与施氮量呈线性显著相关,减少施肥是降低土壤N₂O排放最直接和最有效的措施。与砖红壤相比,燥红壤N₂O和CO₂排放对氮素添加的响应更敏感。     

CO_2浓度升高对土壤微生物及土壤酶影响的研究进展

概述了大气CO2浓度条件下,土壤微生物生物量C、土壤微生物区系、土壤细菌群落结构以及土壤酶的变化等方面的研究进展。并提出在CO2浓度升高条件下,根际微生物的优势种群的变化趋势和根系分泌物与根际微生物之间相互影响的研究是今后的研究趋向。     

Effect of soil CO2 concentration on microbial biomass

The effect of increasing soil CO₂ concentration was studied in six different soils. The soils were incubated in ambient air (0.05 vol.% CO₂) or in air enriched with CO₂ (up to 5.0 vol.% CO₂). Carbon dioxide evolution, microbial biomass, growth or death rate quotients and glucose decay rate were measured at 6, 12 and 24 h of CO₂ exposure. The decrease in soil respiration ranged from 7% to 78% and was followed by a decrease in microbial biomass by 10–60% in most cases. High CO₂ treatments did not affect glucose decay rate but the portion of C_gluc mineralized to CO₂ was lowered and a larger portion of C_gluc remained in soils. This carbon was not utilized by soil microorganisms. Received: 30 August 1996     

外加可溶性碳氮对不同热量带土壤N2O排放的影响

在室内条件下研究了外加可溶性碳、氮对不同热量带经长期施肥的3种农田土壤：黑土、潮褐土和红壤N2O排放的影响。结果表明,在单施氮肥和可溶性碳配施氮条件下,不同热量带土壤N2O排放量从高到低分别为潮褐土（0．868、3．07μg·g^-1）,红壤（0．511、0．731μg·g^-1）,黑土（0．221、0．294μg·g^-1）,且添加可溶性碳显著促进了土壤N2O排放量。在黑土、潮褐土和红壤长期不同施肥土壤中,单施氮肥和可溶性碳配施氮后N2O排放量均表现为化肥＋有机肥土壤〉化肥土壤〉无肥土壤,且与无肥土壤相比,红壤的化肥土壤N2O排放量增加254％,潮褐土化肥土壤增加49．5％,黑土化肥土壤增加1．74％,说明在有效积温越高的土壤上长期施肥对土壤N2O损失的贡献越大。研究结果还表明,外加可溶性碳、氮后,潮褐土铵态氮含量的减少幅度和硝态氮含量的增加幅度均显著高于黑土和红壤,说明潮褐土中氮素损失潜能大。     

长期大气CO2浓度升高对稻田CH4排放的影响

大气CO2浓度升高可直接或间接影响稻田CH4排放。深入研究长期大气CO2浓度升高对稻田CH4排放及其相关微生物的影响,对评估和应对未来气候背景下稻田CH4排放的响应具有重要意义。为探明长期大气CO2浓度升高对稻田CH4排放的影响及其机制,依托连续运行10年以上的中国稻田FACE（free-air CO2 enrichment）平台,观测2016—2017年正常大气条件（ACO2）和大气CO2浓度升高200 μmol?mol-1条件（ECO2）下稻田CH4排放通量、产甲烷菌和甲烷氧化菌群落丰度,并采用Meta分析方法定量研究CO2熏蒸年限对稻田CH4排放及其相关微生物群落丰度的影响。结果表明：对比ACO2处理,长期ECO2处理使稻田CH4排放降低28%（P<0.05）,产甲烷菌群落丰度降低39%（P<0.05）,同时甲烷氧化菌群落丰度增加21%（P>0.05）。Meta分析结果发现,随着CO2熏蒸年限的增加,大气CO2浓度升高对稻田CH4排放和产甲烷菌群落丰度的促进作用逐渐减弱,对甲烷氧化菌群落丰度的促进作用却逐渐增大。因此,未来气候条件下,长期大气CO2浓度升高会降低稻田CH4排放,这对缓解水稻种植带来的温室效应具有重要意义。     

高CO2浓度和土壤干旱对贝加尔针茅C,N积累和分配的影响

贝加尔针茅是我国内蒙古草原和东北松嫩平原草地生态系统中的主要植物群落。本文通过模拟大气中CO2浓度升高和土壤干旱研究了贝加尔针茅C，N的积累及分配的影响。结果表明：CO2浓度升高使根和叶的生物量显著增加，土壤干旱使根和叶的生物量显著减小；C，N含量随土壤湿度的增加而显著增加，且在高CO2浓度下的C，N含量高于环境CO2浓度下的含量；从C，N的分配看，在叶中的含量显著高于在根中的含量。大气中CO2浓度升高对C，N积累量的增加减轻了大气的温室效应，且这种作用随着土壤湿度的增加而加大。在高CO2浓度下，贝加尔针茅根和叶的C／N比随土壤湿度的增加而减小，但在当前环境CO2浓度下并未表现出这种变化趋势；贝加尔针茅叶的C／N比远小于根的C／N比，叶的营养价值更高。     

不同农作措施对棕壤玉米田N2O排放及碳足迹的影响*2

于2014年5-9月在辽河平原棕壤地区春玉米地设置不施氮肥（对照,CK）、常规施肥（F）、吡啶尿素包衣（FP）、常规施肥加生物黑炭（FC）以及常规施肥加秸秆半量还田（FS）5个试验处理,每处理3次重复,在玉米整个生育期观测N2O的排放情况,对比分析5种农作措施对农田土壤N2O排放及玉米生产过程中碳足迹的影响效果。结果表明：（1）施肥对N2O排放有明显影响,其排放通量主要受施肥时间和施肥量的影响,施肥后排放通量较高,其中基肥和追肥阶段排放的N2O分别占全生育期N2O累积排放量的24.3%～27.3%和32.0%～38.2%;（2）各施肥处理中 N2O 的排放量均高于 CK 处理,但与 F 处理（常规施肥）相比较,FP、FC和 FS处理N2O累积排放量分别降低了30.2%、22.7%和9.4%,其中FP的减排效果最好;（3）各施肥处理碳足迹均显著大于CK。除CK外,FP和FC处理的碳足迹较低,分别较F处理降低了19.5%和14.8%;FP 处理的碳强度最低、碳效率最高,与其它农作措施相比,是高产低排效果最优的措施;（4）施用氮肥的直接 N2O排放占玉米生产全周期中碳排放的最大份额,其占比为74.9%～89.0%,其次是化肥生产过程的碳排放,其占比为13.4%～17.8%。因此,适当减少氮肥用量,提高氮肥利用率是降低玉米生产过程碳足迹的关键,本研究中,吡啶尿素包衣处理（FP）是棕壤区春玉米生产过程碳足迹管理的最优措施。