施用生物炭对农田土壤N2O的减排效应

生物炭作为一种土壤改良剂,在农田土壤氮素转化和温室气体减排等方面发挥着重要作用。本实验对不同施氮量的农田土壤添加生物炭,研究了其对N₂O的减排潜力,为生物炭的固氮减排提供理论依据。于2015年6月18日至9月25日,利用盆栽实验研究了施用生物炭对农田土壤在不同氮肥用量下N₂O排放的影响,实验共设4个处理：对照（CK）为不施氮处理、N1（200 kg·hm^-2）、N2（400 kg·hm^-2）和N3（600 kg·hm^-2）,各处理均施用土壤质量15%（W/W）的等量生物炭。结果表明,随着施氮量的增加,土壤N₂O的累积排放量逐渐增加,N2和N3处理差异不显著,N₂O排放系数逐渐降低,N1、N2、N3的排放系数分别为1.33%、1.27%、0.90%。Pearson相关分析表明,土壤孔隙含水量（WFPS）、土壤pH、土壤NO₃^--N和土壤微生物量氮（MBN）含量是影响N₂O排放最主要的因素,其中土壤WFPS、土壤NO₃^--N和MBN含量与N₂O排放通量之间呈极显著的正相关关系,土壤pH与N₂O排放通量之间呈极显著负相关关系。生物炭的施用对农田土壤N₂O具有巨大的减排潜力,并且生物炭与氮肥配施对土壤氮素有很好的固持作用。     

氮磷添加下施用保水剂对油茶林土壤氧化亚氮排放的影响

  目的  化肥施用导致土壤氧化亚氮(N₂O)排放增加,加剧了全球气候变化。在干旱和降水分配不均地区,土壤含水量是影响土壤N₂O排放的关键因子,施用保水剂(如聚丙烯酰胺)可能影响土壤N₂O排放。本研究目的是探究氮(N)与磷(P)肥添加下施用聚丙烯酰胺对土壤N₂O排放的影响。  方法  以油茶Camellia oleifera林土壤为研究对象,设置不同处理,包括不同肥料添加[N、P、N+P、不施肥(ck)],不同聚丙烯酰胺用量(C₀:0 g·kg?1,C₁:1.0 g·kg?1,C₂:2.0 g·kg?1)以及两者交互处理,利用静态箱-气相色谱法测定油茶苗生长期内土壤N₂O排放。  结果  ①施用聚丙烯酰胺显著提高了油茶林土壤含水量(P＜0.05),且土壤含水量随保水剂施用量的增加而增加。与C₀相比,C₁和C₂土壤的含水量分别增加47.1%和57.4%,但施用聚丙烯酰胺不会促进土壤N₂O排放(F=2.75,P＞0.05)。②施磷肥显著提高土壤N₂O累积排放量(P＜0.05),相较于ck增加13.3%。③与只添加聚丙烯酰胺的土壤相比,1.0 g·kg?1聚丙烯酰胺分别与N、P、N+P肥混施处理的土壤N₂O排放通量分别显著增加56.0%、61.7%、40.7% (P＜0.05);2.0 g·kg?1聚丙烯酰胺与P、N+P肥混施处理的土壤N₂O排放通量分别显著增加38.7%、58.1% (P＜0.05)。  结论  施用聚丙烯酰胺不仅能有效提高油茶土壤保水能力,而且还不会促进油茶土壤N₂O排放,有利于发展高效节水林业和缓解全球气候变化。图5表1参35     

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。     

生物质炭对旱作春玉米农田N2O排放的效应

通过田间试验,采用密闭式静态暗箱-气相色谱法研究不同生物质炭添加量(0、10、20、30t·hm-2)对黄土旱塬旱作春玉米农田N2O排放的影响。结果表明:生物质炭添加降低了施氮农田春玉米生长季N2O排放通量峰值和排放总量,添加30、20、10 t·hm-2生物质炭的三个处理N2O排放总量比不添加生物质炭的处理分别降低19.24%、9.89%、3.40%,其中添加30 t·hm-2生物质炭处理降低显著(P0.05),但添加20 t·hm-2的生物质炭未对不施氮农田N2O排放通量和总量产生显著影响。无论添加生物质炭与否,生长季不施氮处理的N2O排放通量和总量均显著低于施氮处理。添加生物质炭不同程度提升了农田0 cm和10 cm土壤温度,减少了施氮处理0~20cm土壤NH+4-N和NO-3-N含量,但对农田0~20 cm土层土壤含水量影响不显著。相关分析表明,试验农田N2O的排放通量与0~20 cm土层土壤NO-3-N和NH+4-N含量、含水量均呈极显著正相关关系(P0.001),与0 cm与10 cm土壤温度呈负相关关系。添加生物质炭后矿质氮含量的减少可能是旱作春玉米农田N2O排放减少的主要原因。     

水旱轮作系统中土壤CH4和N2O排放研究进展

农田是温室气体的重要排放源之一,而水旱轮作是显著影响稻田温室气体排放的重要因素之一。本文分析了水旱轮作对甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)两种主要温室气体产排的影响,从水肥管理和不同轮作方式等方面论述其对水旱轮作系统中土壤CH4和N2O排放的影响,并根据温室效应等因素,综合性地提出了推行稻季节水灌溉、规范作物施肥管理和优化轮作模式3种减排措施,以期为水旱轮作稻田温室气体减排提供参考。     

不同施氮措施配合硝化抑制剂对滴灌棉田土壤NH3挥发和N2O排放的影响

为了研究不同施氮措施配合硝化抑制剂双氰胺（DCD）对滴灌棉田土壤NH₃挥发和N₂O排放的影响。通过田间试验,设置不施氮肥（N0）、农民习惯施肥（TN300）、农民习惯施肥+硝化抑制剂（TN300+DCD）、酸性液体肥+硝化抑制剂（LN300+DCD）和酸性液体肥减氮20%+硝化抑制剂（LN240+DCD）共5个处理。测定土壤NH₃挥发、N₂O排放以及棉花产量和氮肥利用率。结果表明：施用氮肥显著增加滴灌棉田土壤N₂O排放,配施DCD可以降低N₂O排放量。TN300+DCD、LN300+DCD和LN240+DCD处理N₂O排放积累量较TN300分别降低12.78%、19.21%、31.55%。氮肥配施DCD显著增加NH₃挥发,TN300+DCD和 LN300+DCD处理NH₃累积挥发量较TN300分别增加24.79%和15.97%,氮肥气态净损失量较TN300处理增加1.12~1.61 kg/hm。与TN300+DCD相比,酸性液体肥配施DCD有利于降低氮肥的气态损失。配施DCD显著提高棉花产量和氮肥利用率, LN300+DCD处理棉花产量和氮肥利用率较TN300+DCD和 TN300分别增加9.28%、22.16%和8.10%、45.20%。综上所述,氮肥配施DCD显著减少N₂O排放,提高棉花产量和氮肥利用率。虽然NH₃挥发有所增加,但酸性液体肥可降低氮肥气态损失,以酸性液体肥减N 20%配施DCD效果最佳。     

中国茶园N2O排放及其影响因素

茶叶作为一种广受欢迎的天然饮料在中国经济和文化方面具有重要作用,但高氮肥投入的茶园种植系统也引起了一系列的环境问题,如土壤酸化和温室气体氧化亚氮(N2O)排放。迄今为止,尽管在茶园生态系统中已开展了一些田间观测研究,但对于中国茶园N2O排放总量及其影响因素仍缺乏全面的评估和量化。本研究基于田间观测研究的文献数据(共收集70个数据,其中包括45个常规施肥处理和25个不施肥处理)荟萃(Meta)分析,定量分析了基于环境因子(气候和土壤性质)和管理措施影响条件下中国茶园N2O年排放和直接排放系数(EFd)的变化特征。结果表明,中国茶园平均N2O年排放量为9.55 kg N·hm^-2·a-1(95%置信区间为7.54~11.9 kg N·hm^-2·a^-1),高于我国粮食作物农田的排放;茶园的平均EFd为1.92%(95%置信区间为1.49%~2.39%),约是IPCC建议的全球农田N2O排放系数默认值1%的两倍。综合分析茶园N2O排放的影响因子表明,氮肥施用量是土壤N2O年排放量的关键驱动因素,且二者呈显著线性正相关关系。而EFd则主要受土壤C/N和黏粒含量的协同影响,且与二者呈显著负相关关系。基于中国茶园种植总面积(仅占<2%的中国农田总面积)和主要茶区的年平均氮肥施用量以及本研究的EFd,估算出2018年我国茶园N2O排放总量为28 Gg N·a^-1,约占中国农田总排放量的15%。可见,茶园在中国农田种植系统中是大气N2O的强排放源。本研究进一步分析表明,茶园施用有机无机复混肥或新型肥料(如缓控释肥或添加生物炭),可有效地提高茶树的氮肥利用率并减少土壤N2O排放。     

不同盐碱程度土壤氧化亚氮(N2O)排放途径的研究

选取内蒙古河套灌区4种不同盐碱程度土壤(极度盐土、盐土、重度盐土和轻度盐土),通过室内低浓度乙炔抑制技术和纯氧气抑制技术,研究不同盐碱程度土壤中N_2O的排放途径及其贡献率。结果表明:N_2O累积排放量随着土壤盐碱程度的升高而升高,轻度盐土(SA)、重度盐土(SB)、盐土(SC)和极度盐土(SD)的N_2O累积排放量分别为289.71、500.08、951.66、1 750.39μg·kg~(-1);在整个培养实验期间,4种不同盐碱程度土壤的硝化过程和反硝化过程的N_2O排放总贡献率分别为22.51%~35.75%和60.35%~72.46%,其他过程的N_2O排放贡献率为3.90%~5.81%,表明反硝化过程是盐碱土壤中N_2O的主要排放途径。4种不同盐碱程度土壤,不同排放途径N_2O排放贡献率随着土壤盐碱程度(电导率)的升高,硝化过程的N_2O排放贡献率逐渐升高,反硝化过程的N_2O排放贡献率逐渐降低。     

硝态氮源及碳源有效性对土壤N2O和CO2排放的影响

以华北平原农田土壤为对象,通过室内静态培养系统研究NO₃^--N与不同碳源组合对土壤N₂O和CO₂排放的影响。结果表明,NO₃^--N作为氮源和不同碳源施入土壤,除NO₃^-+纤维素,其余土壤N₂O排放通量均高于对照组和只添加氮源土壤;NO₃^--N和不同碳源组合的CO₂累积排放量均高于对照和只添加氮源土壤。NO₃^-+果胶的N₂O排放量在第1 d达到最大值1383.42μg N·kg^-1·d^-1;NO₃^-+葡萄糖的CO₂排放量在第1 d达到最大值370.13 mg C·kg^-1·d^-1,CO₂累积排放量顺序为:葡萄糖 >果胶 >秸秆 >纤维素 >淀粉 >木质素。土壤NO₃^--N含量与N₂O排放呈极显著正相关。总之,添加纤维素可以抑制N₂O的排放,促进CO₂排放,并增加土壤中NO₃^--N含量,添加其余碳源均会促进土壤N₂O和CO₂排放。     

不同生物质炭对酸化茶园土壤N2O和CO2排放的影响

为了研究不同生物质炭对酸化茶园土壤温室气体排放的影响,采用原料为小麦秸秆、柳树枝、椰壳3种生物质炭,通过室内培养试验来探究不同生物质炭对茶园土壤性质及N_2O、CO_2排放特征的影响。试验中生物质炭添加量为20 g·kg~(-1),同时设置了施氮肥处理,采用尿素作为外加氮源,施氮量为100 mg·kg~(-1)。结果表明,施加生物质炭提高了酸化茶园土壤pH值,柳树枝生物质炭处理土壤pH值最高为6.71,显著高于其他处理。不同生物质炭对土壤DOC含量的影响效果存在差异,柳树枝生物质炭使土壤DOC平均含量增加了95.6%,椰壳生物质炭使土壤DOC含量降低36.1%,小麦秸秆生物质炭则影响不显著。生物质炭通过抑制土壤硝化和反硝化作用降低土壤N_2O的排放,椰壳生物质炭降低N_2O排放比例达91.7%,减排效果最显著。在施氮条件下柳树枝生物质炭对土壤N_2O的减排效果显著低于小麦秸秆和椰壳生物质炭。土壤CO_2的排放通量与pH值、DOC含量均呈极显著正相关,生物质炭促进了土壤CO_2的排放,柳树枝生物质炭处理CO_2的排放显著高于其他处理。此外,外加氮源降低了土壤pH值,增加了土壤N_2O的排放,但是对土壤DOC含量变化无显著影响。     

不同氮素形态对油茶幼苗生长及氮素吸收的影响

以一年生油茶‘华金’扦插苗为试材,采用盆栽试验、同位素示踪研究铵态氮、硝态氮及同时供应条件下油茶生长及氮素吸收情况。结果表明：不同氮素形态对油茶形态指标有显著影响,铵态氮处理油茶生长量、地下鲜重和根冠比最大,分别达到19.4 cm、7.29 g和0.94;铵硝同时处理下油茶总鲜重最高,达15.08 g。不同氮素处理下油茶叶片净光合速率(Pn)和荧光参数有显著差异,铵硝氮同时处理能提高油茶叶片的净光合速率、初始荧光(Fo)和最大荧光(Fm)。3种施氮方式下的油茶各组织器官的全氮含量较对照组均显著提高,其中铵硝氮同时处理后的油茶根茎叶中全氮量均为最高,分别为26.7、14.1和24.6 g·kg^-1,纯铵处理次之。同位素示踪表明铵硝氮同时处理后油茶叶、茎、根对¹⁵N的吸收能力和其含量显著高于其他处理。结果表明同时供应铵态氮和硝态氮最有利油茶幼苗生长。     

遮阴和施肥对油茶幼苗叶片抗寒性的影响

以不同遮阴时间和施肥量处理的油茶幼苗为研究对象,以其叶片在不同时间(1月、2月、11月和12月)半致死温度的差异为依据,研究了油茶幼苗叶片的抗寒性对遮阴和施肥的响应。结果表明,遮阴对翌年1月和2月油茶幼苗叶片的半致死温度没有显著影响,而对当年11月和12月的半致死温度产生了显著影响。回归模拟的结果表明,当年11月和12月油茶幼苗叶片半致死温度(y)与遮阴时间(x)遵守y=ax2–bx–c(R2=0.8987*~0.9116*)模型,即此时期的半致死温度随遮阴时间增加呈现先降低后升高的变化规律,表明遮阴时间过长将会降低油茶幼苗的抗寒性。施肥对当年11月和12月及翌年1月和2月油茶幼苗叶片的半致死温度均产生了显著影响。回归模拟结果表明,不同季节,油茶幼苗叶片半致死温度(y)与施肥量(x)均遵守y=k/(1+aexp(–(bx+cx2+dx3)))(R2=0.9929*~0.9994*)模型,表明油茶幼苗叶片的半致死温度对施肥的响应呈现随施肥量增加先降低后趋于稳定的基本趋势,油茶幼苗叶片的半致死温度不随施用量的增加而无限降低。     

添加玉米秸秆及其生物质炭对砖红壤N2O排放的影响

为比较秸秆和生物质炭对土壤氧化亚氮排放的影响,利用室内培养试验研究生物质炭、秸秆添加对土壤性质、硝化作用及N_2O排放的影响。试验设生物质炭、秸秆和空白3个处理,试验培养条件为30℃和75%田间持水量。结果表明,添加秸秆和生物质炭显著提高土壤pH、有机碳和速效K含量,其中秸秆对土壤pH的增加作用更为突出。与对照(1 604.82±168.93μgN_2O-N·kg~(-1))相比,添加秸秆和生物质炭减少N_2O排放量分别为58.0%和65.6%,但二者减排机理不同;秸秆对N_2O的减排因生物的氮固定,降低了硝化反应底物的有效性,生物质炭对N_2O减排可能源于硝化过程中较低的N_2O产生比例。由于生物质炭显著促进土壤硝化速率,而产生较多的NO_3~-,使得热带地区砖红壤硝态氮的淋失风险增大。     

生物炭减缓农业生态系统土壤N2O排放的研究进展

为进一步厘清生物炭在减缓农业生态系统土壤N₂O排放的作用和机制,本研究基于CNKI、Springer、Wiley和Science Direct数据库,以“生物炭”、“农业生态系统”、“N₂O”为关键词,搜索2008—2021年相关文献,并进行了总结和归纳。结果表明:土壤N₂O可通过多种微生物过程产生,其中硝化作用和反硝化作用是主要过程,硝化细菌反硝化、硝态氮异化还原成铵、化学反硝化等非生物过程也可产生N₂O;生物炭添加对土壤N₂O排放影响的结论不一,多数研究认为生物炭有利于减少土壤N₂O的排放,少数认为生物炭刺激了土壤N₂O的排放或对其无影响;提出了生物炭减缓土壤N₂O排放机制(生物炭本身理化性质的差异、生物炭影响土壤理化性质和氮转化过程);并分析了生物炭降低堆肥土壤N₂O排放的潜力和生物炭促进酸性土壤的植物生产力。最后,基于上述研究提出三点展望:有必要建立生物炭特性数据库;系统性的加强生物炭在N₂O减排潜力的估算;进行长期野外田间试验的必要性。     

不同磷源对酸性红壤养分及油茶幼苗生长的影响

【目的】研究不同磷源对酸性红壤养分及油茶生长的影响,为油茶施肥提供参考。【方法】以油茶‘湘林4号’为试材,以不施外源磷为对照,通过盆栽试验,研究无机难溶磷(Ca-P、Al-P和Fe-P)和有机磷源(O-P)对酸性红壤养分、油茶幼苗生长及树体营养水平的影响。【结果】不同磷源对酸性红壤养分含量的影响有差异,其中Fe-P显著提高土壤全磷含量,而Ca-P和Al-P则显著提高土壤有效磷含量;在根际土壤中,Ca-P和Al-P处理的有效磷含量较对照分别提高120倍和125倍。油茶根际与非根际土壤中的养分含量具有明显差异。Ca-P和Al-P明显提高了油茶苗高、地上部干质量和根系鲜质量,降低根冠比,而Fe-P和O-P的作用不明显。在土壤中添加不同磷源显著提高了油茶老叶、新叶以及根系中的磷含量,并明显影响植株中的氮和钾含量。【结论】无机难溶磷和有机磷可提升酸性红壤肥力并促进油茶生长,其中以Ca-P和Al-P作用最明显;对于长期不施肥的油茶林地,Al-P和其他难溶磷能被油茶有效利用。     

北缘油茶对不同海拔生境的生理响应

为了了解油茶叶片生理指标对海拔高度变化的响应关系和规律,为北缘油茶的推广提供相应理论依据,以舒城县晓天镇海拔100 至800 m的油茶林为研究对象,分别测定其叶片细胞活性物质含量和活性,比较不同海拔油茶叶片生理生化指标的差异。结果表明,随着海拔从100 m上升到800 m,油茶叶片的MDA、Pro、可溶性糖含量分别提高了759.01%、294.39% 和40.93%;POD、CAT和SOD 3种酶活性分别提高了120.06%、165.32%和62.47%。油茶各项细胞生理活性物质指标与海拔高度相关性均达到极显著水平（P<0.01）。由此可见,油茶的内在抗逆性随海拔升高而得到显著提高。中国油茶栽培正在向北缘地区推进,在生产中可采取相应的措施,例如运用水、肥、光等条件的调控等抗逆性栽培技术,从而提高植株的抗寒性。     

磷胁迫对油茶幼苗光合生理指标的影响

【目的】探讨不同磷浓度胁迫条件下油茶叶片的光合生理参数、光合色素含量、RuBP羧化酶及PEP羧化酶活性等指标的变化规律,为耐低磷油茶品种的选育和高产栽培提供参考。【方法】选择油茶良种"湘林XLC15"和"华硕"为试材进行不同磷浓度沙培盆栽处理,测定不同叶龄的光合生理参数、光合色素含量及RuBP和PEP羧化酶活性,并采用Ducan新复极差法进行各生理指标与净光合速率(Pn)之间的相关性分析。【结果】"湘林XLC15"叶片的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、光合色素含量及RuBP羧化酶活性均在磷浓度为1.0mmol/L时达到最高,而"华硕"则在磷浓度为0.1mmol/L时已达到较高值,且在磷浓度为0.1～1.0mmol/L时变化幅度不大。相关性分析表明,磷胁迫条件下油茶幼苗叶片的气孔导度、蒸腾速率、总叶绿素含量、类胡萝卜素含量、RuBP羧化酶及PEP羧化酶活性与净光合速率呈正相关,胞间CO2浓度、叶绿素a/b与净光合速率呈负相关。【结论】与"湘林XLC15"相比,低磷胁迫条件下"华硕"的光合色素含量较高,RuBP羧化酶活性较强,从而有利于保持较高的净光合速率。     

锰污染土壤石灰改良对油茶生长及抗氧化酶系统的影响

采用室内盆栽的方法,研究在采矿区和恢复区锰污染土壤中分别添加0(对照)、0.05%(S1)和0.10%(S2)的石灰对油茶生长及其抗氧化酶系统的影响。结果表明,石灰的添加显著提高了油茶根际土壤的pH值,降低了土壤中可交换态锰的含量。S1处理时,采矿区和恢复区油茶根、叶中的锰含量分别比对照降低了46.84%、19.50%和35.90%、31.24%,恢复区油茶提取系数和生物累积系数分别降低了24.53%和6.30%。采矿区油茶叶片中叶绿素a、叶绿素b的含量及恢复区中叶绿素b的含量随着石灰投加量的增加而增加,且提高了采矿区油茶的株高和恢复区的株质量。在采矿区,石灰添加提高了油茶叶片中SOD、POD活性及-SH和PCs的含量,S1和S2处理时SOD活性分别是对照的1.23倍和1.40倍,POD活性分别是对照的1.47倍和1.75倍。S2处理时,-SH和PCs的含量分别是对照的1.34倍和1.45倍。研究表明,石灰的添加引起了油茶抗氧化酶活性系统的改变。