农田甲烷产生的微生物生态学机理研究进展

农田土壤主要通过微生物厌氧发酵、植物呼吸向大气中排放甲烷,土壤的甲烷主要来自于湿地、稻田和垃圾填埋场等,其排放量占每年全球甲烷产生量的50%左右。笔者主要针对土壤甲烷产生的微生物学过程进行分析,揭示了农田中甲烷产生菌和甲烷氧化菌的作用机理、两者数量与甲烷排放量的相关关系,综合分析了甲烷产生的影响因素等,总结了农田甲烷产生的微生物学机理,对研究甲烷减排(全球变暖)及完成全球碳循环、保护人类生存的生态环境,具有重要的意义。     

磷对稻田甲烷排放的影响及其可能机制

目前关于磷对稻田甲烷排放的影响研究较少,为此,本文检索了已发表的磷对稻田甲烷排放的相关文章,并对文献数据进行了再挖掘分析,总结归纳了磷对甲烷产生和氧化的可能影响,并对未来需要进一步探究的问题进行了讨论。分析发现磷对稻田甲烷排放的调控主要受种植系统和其他施肥情况的影响,一季中稻下大都表现为磷肥施用降低甲烷排放,降幅受其他土壤养分情况影响而不同。磷通过影响水稻根系及其分泌物进而影响土壤碳的有效性,直接影响土壤磷的有效性,并改变土壤产甲烷菌和甲烷氧化菌的丰度和群落组成来调控甲烷的产生及氧化过程,最终影响甲烷的排放。     

夏季互花米草植物体介导的甲烷排放日进程特征

利用悬管装置,在夏季对闽江河口湿地外来入侵种互花米草植物体介导的甲烷传输排放途径日进程气样进行采集,气相色谱测定甲烷浓度,同时利用静态箱+气相色谱法测定了互花米草沼泽湿地甲烷排放通量的日进程动态。结果表明：在夏季一个日进程中互花米草植物体介导的甲烷传输排放量呈动态变化,在18:00达到相对高峰值。互花米草植株0～20 cm部位甲烷传输释放能力最强,占整株甲烷传输排放量的50%以上,上半株甲烷排放能力最弱;各测定时刻互花米草植物体甲烷传输排放量对于相应时刻互花米草沼泽湿地甲烷排放通量的贡献率呈波动变化,变化范围分别为5.41%～21.08%,平均为10.42%;针对互花米草沼泽湿地,甲烷排放通量平均值为52.31 mg/（m2·h）。     

水稻对稻田甲烷排放的影响。

研究水稻对稻田甲烷排放的影响对有效控制或减少大气甲烷含量、保护大气环境等具有非常重要的意义.笔者从水稻根系对稻田甲烷产生的影响、水稻对稻田甲烷的传输影响和水稻根系的氧化能力对稻田甲烷排放的影响三个方面,对国内外水稻植株影响稻田甲烷排放的研究做一综述,并且分析了未来需要加强的研究内容.     

农田甲烷排放研究进展（英文）

甲烷是一种重要的温室气体,而农田是甲烷的重要排放源之一。因此,对农田甲烷排放进行研究具有重要的意义。该文从农业生态系统甲烷排放、土壤甲烷排放的影响因子,比如土壤含水量、土壤性质以及施用肥料的种类及肥料施用方法等方面综述了稻田甲烷的研究进展。探讨了缓解农田甲烷排放的管理措施,尤其是减缓稻田甲烷排放的措施。提出了未来开展稻田甲烷的研究方向,以期为进一步控制稻田甲烷排放提供一定参考。     

农田甲烷排放研究进展

甲烷是一种重要的温室气体,而农田是甲烷的重要排放源之一.因此,对农田甲烷排放进行研究具有重要的意义.该文从农业生态系统甲烷排放、土壤甲烷排放的影响因子,比如土壤含水量、土壤性质以及施用肥料的种类及肥料施用方法等方面综述了稻田甲烷的研究进展.探讨了缓解农田甲烷排放的管理措施,尤其是减缓稻田甲烷排放的措施.提出了未来开展稻田甲烷的研究方向,以期为进一步控制稻田甲烷排放提供一定参考.     

长期施肥下稻田甲烷排放的研究进展

综述了国内外长期施肥条件下稻田甲烷排放的研究概况以及环境因素对甲烷排放的影响,并就产甲烷菌、甲烷氧化菌的研究进展进行阐述。     

有机肥对水稻产量和温室气体排放影响的研究进展

水稻是我国最主要的粮食作物,稻田是农业温室气体的重要排放源。在水稻种植和研究中,有机肥因其有机质含量高、养分全面、肥效稳定等特性被广泛应用。有机肥能够改善稻田土壤的理化性质,改变土壤微生物的活性和群落结构,进而直接或间接影响稻田温室的气体排放。然而,有机肥种类繁多,不同类型有机肥对稻田土壤的作用机理及影响温室气体排放的机制存在一定的复杂性。本文以有机肥对土壤理化性质的影响为出发点,系统综述有机肥对水稻根系、地上部生长、产量及其构成因素的影响,阐述有机肥通过改变土壤碳氮比以及土壤产甲烷菌、甲烷氧化菌等微生物活性等途径,直接或间接影响稻田甲烷和氧化亚氮排放的生理机制,并阐述不同类型有机肥对稻田甲烷、氧化亚氮排放的影响。结合国内外研究进展,对不同类型有机肥增减排稻田甲烷、氧化亚氮能力的文献进行梳理,提出未来有机肥对水稻生产和稻田温室气体排放关系的研究方向,以期为更好地揭示有机肥对水稻产量形成、稻田温室气体排放的作用机制及为稻田温室气体减排提供理论依据。     

稻-鸭复合系统中灌水深度对甲烷排放的影响

以稻田养鸭和稻田蓄水2项经典农作技术为背景,研究了稻-鸭复合系统中不同灌水深度对甲烷排放的影响以及深水灌溉下土壤氧化还原特性对甲烷排放的影响．结果表明,灌水20,10cm与灌水5,2cm处理之间甲烷排放通量差异显著;4个处理全生育期CH4排放总量分别为6．28,6．36,7．23,7．30g／m^2,灌水处理期间CH4排放量分别为1．19,1．24,2．31,2．37g／m^2,灌水20cm的CH4排放量分别是其他处理的95．9％,51．5％,50．2％．深灌导致土壤氧化还原电位略降低,灌水20cm土壤氧化还原电位比2cm处理低8．2mV．相关分析表明,甲烷排放通量与土壤氧化还原电位相关性不显著,与还原物质总量、活性还原物质总量呈正相关．     

草海湿地湖滨带不同类型土壤甲烷产生与氧化潜力的研究

采用室内模拟培养技术,研究了草海湿地湖滨带不同类型土壤甲烷产生及氧化潜力规律。结果表明,草海湿地表层土(0～5 cm)为甲烷产生潜力最大区域。甲烷产生潜力大小排序为沼泽草甸草甸原生沼泽耕地,分别为10.448、3.188、0.741、0.042μg/(g·d)。甲烷氧化累积潜力大小排序为沼泽草甸草甸耕地原生沼泽,分别为0.155 7、0.079 6、0.011 9、0.003 7μg/(g·d)。随着土层深度的增加,各类型土地甲烷产生潜力明显下降。草海湿地各类型土壤氧化潜力均低于产生潜力,即草海高原湿地湖滨地土壤不具有从大气中吸收甲烷而使得大气中甲烷减少的潜力。     

土壤利用管理对土壤甲烷氧化的影响*

 甲烷(CH₄)是重要的温室气体之一，对全球变暖的贡献值约为20%，仅次于CO₂。近年来大气中CH₄含量的迅速增加，主要是由于CH₄的产生和消耗不平衡。好气性土壤是大气CH₄重要的汇之一，虽然其氧化的绝对量较小，但土壤若丧失对CH₄的氧化能力，大气中CH₄的浓度会以目前增长速率的1.5倍的速度增加。农业生产活动对土壤的理化性质有着极为强烈的影响，因而显著地影响土壤对大气CH₄的氧化能力。大量的研究表明森林土壤对CH₄的氧化速率要比草地和耕地高得多，其主要原因是森林在开垦耕作后，改变了土壤的物理化学性质和土壤中的微生物区系的结构和组成，从而使土壤对CH₄的氧化能力发生了改变。作物生长本身对通气性好的土壤CH₄的氧化并没有什么影响，但是在种植过程中，如不同农药的使用、土壤pH值的改变、不同的耕种方式等对土壤CH₄氧化能力产生一定的影响。     

水分和秸秆管理减排稻田温室气体研究与展望

水稻生产过程是人为源温室气体甲烷(Methane,CH4)和氧化亚氮(Nitrous oxide,N2O)的重要排放源,稻田中CH4和N2O的产生与排放受农事管理与环境因素影响,尤其是水分管理和秸秆还田措施,直接影响稻田土壤氧化还原状况和土壤中易分解有机质的含量,对稻田CH4和N2O的排放具有显著的影响效果。很多研究结果表明,控制灌溉、干湿交替等节水灌溉措施能显著降低CH4排放量,但同时也可能促进N2O的排放,因此如何同时减少CH4和N2O的排放量是实现稻田温室气体减排的关键所在;另外,秸秆还田在改良土壤肥力的同时也增加了外源性有机质的输入,促进了稻田CH4的排放。如何优化秸秆还田措施,并耦合水分管理以达到土壤改良和温室气体减排的双重效益对稻田系统的可持续利用至关重要。本文从水分管理、秸秆管理、以及水分和秸秆协同管理等几个方面综述了近年来稻田温室气体减排的研究进展,重点总结了国内外通过水分管理减排稻田温室气体的效果、水分与施肥耦合的减排效果、秸秆还田措施以及水分管理与秸秆还田耦合对稻田温室气体排放的影响,并对今后稻田温室气体减排的研究方向作了展望。     

我国农田土壤温室气体减排和有机碳固定的研究进展及展望

作为世界上最大的水稻生产国以及氮肥消耗国,我国农业生产过程排放了大量温室气体甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)。因此,减少农田土壤CH4和N2O排放以及提高土壤碳库储量(简称“固碳减排”)对于缓解全球气候变暖以及确保粮食安全至关重要。近20年来,我国在农田土壤固碳减排方面进行了大量研究,总结出了一系列行之有效的固碳减排措施。本文综述了我国目前针对农田土壤温室气体减排以及土壤有机碳固定的有效措施,并对未来农田土壤固碳减排方向进行了展望。     

华南稻区不同施肥模式下土壤CH4和N2O排放特征

通过田间试验研究了不同施肥模式对华南稻田CH4和N2O排放的影响。研究结果表明:水稻生育期内,CH4排放呈单峰曲线,不同水稻季CH4排放峰出现的时间和峰值不同,晚稻CH4排放峰出现的时间早于早稻,且峰值明显高于早稻。由三季水稻观测数据可知:稻田CH4排放通量范围分别为-0.29~14.83、-6.09~31.54、-0.11~22.87 mg·m-2·h-1,而不同生长季N2O排放数据表明稻田N2O排放通量非常小且N2O排放规律不明显;稳定性氮肥结合甲烷抑制剂(SN)处理CH4季节排放总量最低,与农民习惯施肥处理(FP)相比,SN处理均能明显降低CH4季节排放量,降幅分别达34.1%、28.4%和7.7%。分析单位产量CH4和N2O增温潜势可知,两季水稻SN处理较FP处理全球增温潜势分别降低了31.0%和17.8%。综上认为,华南稻-稻连作种植体系下,CH4气体是稻田全球增温潜势增加的主要温室气体,SN施肥模式可作为该区域稻田温室气体减排的一项重要措施。     

Effects of Chinese Milk Vetch (Astragalus sinicus L.) Residue Incorporation on CH4 and N2O Emission from a Double-Rice Paddy Soil

Methane (CH₄) and nitrous oxide (N₂O) emissions from paddy soils have seldom been estimated when leguminous green manure is applied as a nitrogen source. In this paper, gas fluxes were measured by using a pot sampling device combined with a static chamber method to estimate the effects of Chinese milk vetch (Astragalus sinicus L., CMV) on CH₄ and N₂O emissions and their integrated global warming potentials (GWP) in a double-rice cropping system. Four treatments (no nitrogen fertilizer, NF; urea as chemical fertilizer, CF; CMV incorporation, MV; 50% CMV incorporation and 50% urea, MVCF) were established. CH₄ flux peaked on the 15th d after treatment application. Total season CH₄ emission was increased by MV and MVCF by 370 and 209%, 152 and 66%, when compared with NF and CF, respectively. Most of the increased CH₄ was emitted in the first two months after incorporation of CMV. N₂O emission from CF was 17- and 5.6-fold higher than that from MV and MVCF, respectively. Application of CMV restricted N₂O emission caused by the application of urea. Improved CMV residue management was needed to minify CH₄ emission induced by the input of organic material. Despite the highest GWP being found in MV, we recommend CMV, when applied as an N source in paddy fields, as a potential mitigation tool for greenhouse gas emissions.     

蔗田滴灌施肥土壤甲烷排放通量与活性有机碳含量的关系

【目的】研究蔗田滴灌施肥对土壤活性有机碳含量和甲烷排放通量的影响,探讨蔗田滴灌施肥土壤甲烷排放通量与土壤活性有机碳含量之间的关系。【方法】2018年3—12月在南宁市灌溉试验站开展不同滴灌灌水、施肥的田间试验,试验设4种施肥水平:常规施肥(F100,N 250 kg·hm~(-2)、P_2O_5 150 kg·hm~(-2)、K_2O 200 kg·hm~(-2))、增量施肥1(F110,在F100基础上增加10%)、增量施肥2(F120,在F100基础上增加20%)和减量施肥(F90,在F100基础上减少10%),以及2种滴灌灌水水平:W180(180 m~3·hm~(-2))和W300(300 m~3·hm~(-2))。用常规法测定不同生育时期蔗田土壤甲烷排放通量和土壤活性有机碳含量,用Pearson法分析土壤甲烷排放通量与土壤活性有机碳含量的关系。【结果】在分蘖期,W300F120处理土壤可溶性有机碳(DOC)含量较W300F100提高了156%,而土壤CH_4排放通量较其他处理低。在成熟期,W300F120处理土壤DOC含量较W300F110增加了114%,微生物量碳(MBC)较W300F110增加了49.6%。蔗田土壤CH_4排放通量仅与土壤DOC含量呈显著正相关,相关系数为0.38。【结论】土壤DOC含量显著影响蔗田土壤甲烷排放通量。W300F120处理可以提高分蘖期和成熟期蔗田土壤可溶性有机碳含量、减少分蘖期蔗田土壤CH_4排放。     

稻草还田和冬种绿肥对华南双季稻产量及稻田CH4排放的影响

以常规稻合丰占为材料,开展田间裂区试验,主因素设稻草不还田和全部稻草还田2种处理,副因素设冬闲和冬种绿肥并全部还田2种处理,研究稻草还田和冬种绿肥及其互作对华南双季稻产量和稻田CH4排放的影响,以期为华南双季稻低碳高产栽培提供指导。结果表明:稻草全量还田显著提高水稻产量,平均增产4.8%,主要原因是稻草还田促进水稻的干物质积累,增加了每穗粒数,但稻草还田极显著增加稻田CH4排放量,平均增幅为41.8%;冬种紫云英绿肥显著提高水稻产量,平均增产3.6%,同时稻田CH4排放量也增加,但差异没有达到显著水平。无论是对水稻产量还是稻田CH4排放,稻草还田和冬种绿肥处理之间的互作效应均不显著,表明二者的作用是相互独立的。综合考虑水稻产量和CH4排放的表现,冬种紫云英绿肥可作为华南双季稻低碳高产栽培的重要措施。     

不同堆高奶牛粪便长期堆积过程中温室气体和氨排放特点

为定量评价牛粪长期堆积对大气环境的影响,分别采用静态箱-气相色谱和通气法测定了不同堆体高度(堆高)奶牛粪便41周堆积过程中CH_4、N_2O和NH33种气体的排放量,分析了堆高对3种气体累积排放量以及温室效应和PM2.5的影响。结果表明,堆高对温室气体和NH3累积排放量的影响差异显著。堆高25 cm的CH_4和N_2O累积排放量显著低于堆高50 cm,但堆高对NH3累积排放量的影响正好相反。奶牛粪便长期堆积过程中CH_4对温室效应贡献最大,贡献率为61.41%~63.97%,其次是N_2O,贡献率为32.71%~33.70%,NH3对温室效应的贡献很小,仅为2.33%~5.88%。堆高25 cm的堆体温室效应显著低于堆高50 cm。堆高25 cm的堆体对PM2.5的影响显著高于50 cm。     

增氮对青藏高原东缘高寒草甸土壤甲烷吸收的早期影响

研究大气氮沉降对青藏高原高寒草甸土壤CH₄吸收的影响,对于揭示氮素调节土壤CH₄吸收的机制和评价氮沉降增加背景下大气CH₄收支平衡至关重要。通过构建多形态、低剂量的增氮控制试验,测定土壤CH₄净交换通量和相关土壤理化性质,分析高寒草甸土壤CH₄通量变化特征及其主要驱动因子。研究结果表明:自然状态下高寒草甸土壤是大气CH₄汇,CH₄平均吸收量为(35.40±1.92)μg·m^-2·h^-1。土壤CH₄吸收主要受水分驱动,其次为土壤NH₄⁺-N和NO₃^--N含量。NH₄⁺-N抑制CH₄吸收,NO₃^--N促进CH₄吸收;不同剂量氮素输入对土壤CH₄吸收影响也不尽相同,低氮处理促进土壤CH₄吸收,而中氮和高氮处理抑制土壤CH₄吸收。结果显示青藏高原高寒草甸土壤是重要的大气CH₄汇,在未来大气氮沉降加倍的情景下CH₄汇功能增强,但当氮沉降量增加两倍以上时CH₄汇功能将会减弱。     

稻田土壤氧化态有机碳组分变化及其与甲烷排放的关联性

稻田土壤有机碳是甲烷排放的关键底物之一,不同研究者由于采取的有机碳研究方法不同而得出稻田甲烷排放与土壤有机碳关系的结论不一。为明确影响稻田甲烷排放的土壤有机碳组分,设计了稻田施用不同外源有机碳(稻草还田、鸡粪和猪粪)的田间试验,对稻田甲烷排放和土壤有机碳组分的动态变化及其关联性进行监测和分析。结果表明,猪粪处理的甲烷排放与化肥处理无显著差异,而鸡粪和稻草2个处理的甲烷排放分别比化肥增加1.67倍(P<0.05),2.69倍(P<0.05);甲烷排放量与土壤易氧化有机碳含量显示相同顺序:稻草>鸡粪>猪粪>化肥;通径分析表明,土壤易氧化有机碳组分1(被33 mmol/L KMnO₄氧化的有机碳)与甲烷排放直接相关,其他有机碳组分仅通过组分1间接作用于水稻生育后期甲烷排放,且排放量较低。由此推断,易氧化有机碳组分1是甲烷排放的主要底物,通过有效措施降低肥源中易氧化态有机碳组分1是减排甲烷的关键技术之一。