减氮和施生物炭对华北夏玉米-冬小麦田土壤CO2和N2O排放的影响

2013年6月～2014年6月,在河南省新乡夏玉米-冬小麦试验田设置四种处理即农民常规施肥（ F 处理,250 kg/hm2）、减氮20%（ LF 处理,200 kg/hm2）、减氮20%+黑炭（LFC）,以不施肥处理为对照（CK）,采用静态箱-气相色谱法,对夏玉米-冬小麦生长季土壤CO2和 N2O排放通量动态进行测定。结果表明：①夏玉米-冬小麦田的土壤 CO2排放通量为21.8～1022.7 mg/（m2·h）,土壤 CO2排放通量主要受土壤温度和水分的影响,在夏玉米季受土壤水分的影响更为显著,而在冬小麦季则为5 cm土层处的温度对其影响更为突出。减施氮肥20%处理和减氮加生物黑炭共同作用使土壤CO2累积排放量显著降低,小麦生长季的减排作用尤为显著。②施肥和灌溉是影响土壤 N2O排放的最主要因素,施肥期间 N2O排放量分别占夏玉米季和冬小麦季累积排放量的73.9%～74.5%和40.5%～43.6%;施肥量主要影响排放峰的强度,灌溉主要影响排放峰出现时间的早晚且会影响不同措施的减排效果。③夏玉米-冬小麦田农民常规施肥水平的 N2O 排放系数为0.60%,减氮施肥的 N2O排放系数为0.56%。在华北平原高产集约化农田适当减氮施肥不仅能降低农田土壤温室气体排放,且对作物产量无影响,是适宜的温室气体减排措施。     

长期施用有机肥与化肥氮对华北夏玉米N_2O和CO_2排放的影响

[目的]等施氮量条件下,比较有机肥与化肥田间施用后农田温室气体(CO2和N2O)的排放量及其增温潜势,正确认识有机肥与化肥在田间温室气体排放过程中的贡献,为制定田间合理的减排措施提供理论依据。[方法]在华北平原冬小麦-夏玉米种植制度下,以8年的长期定位试验为平台,利用静态箱-气相色谱法,于2014年6—10月,持续监测了化肥和有机肥在不同施肥水平下潮土玉米季土壤N2O和CO2的排放特征,并估算玉米季温室气体排放量及其产生的综合温室效应。[结果]施用有机肥与化肥农田土壤N2O的排放通量变化基本一致,施肥后出现短暂的排放高峰,之后逐渐趋于平稳;等氮条件下,化肥处理的N2O日排放通量明显高于有机肥处理,峰值过后的稳定期内有机肥处理的N2O排放通量略高于化肥处理。化肥的施用对农田土壤CO2的排放规律影响不明显,有机肥施用后CO2会出现持续的排放高峰。施用有机肥与化肥均会增加N2O的排放总量,且随施氮增加N2O排放总量显著增加;等氮量条件下,化肥处理的N2O排放总量显著高于有机肥。有机肥处理显著增加了农田土壤CO2的排放量,而化肥对CO2排放总量的影响不明显。施氮量为240kg·hm-2时,有机肥和化肥处理作物产量均达到较高水平,而温室气体的排放强度(GHGI)最低,分别为0.27、0.63 kg·hm-2,高于此施氮量,有机肥和化肥处理的GHGI均会明显增加。[结论]大量施用有机肥和化肥都会产生过多的温室气体。由于有机肥的固碳效应,化肥处理GHGI高于有机肥处理,适量施用有机肥是实现农田固碳减排的重要途径。     

长期施肥下红壤旱地CO2、N2O排放特征

摘 要：基于中国农业科学院红壤实验站长期定位试验，采用静态箱/气相色谱法，研究红壤旱地小麦生长季节不同施肥处理(CK、NP、NPK、NPKM、1.5NPKM)下土壤CO2、N2O排放差异。结果表明，长期不同施肥处理形成不同的土壤肥力以及作物生长的差异是影响土壤呼吸CO2、N2O排放的重要因素，红壤旱地小麦季土壤呼吸CO2、N2O排放具有明显的季节变化特征；在小麦生长季，不同施肥处理之间土壤呼吸CO2、N2O排放通量差异显著，土壤呼吸CO2年累积排放量在8284.02 kg?ha-1～15863.48 kg?ha-1之间，N2O年累积排放量在0.37 kg?ha-1～2.04 kg?ha-1之间。各处理土壤呼吸CO2排放通量的大小变化：1.5NPKM>NPKM>NPK>CK>NP；土壤呼吸N2O平均排放通量大小顺序为1.5NPKM>NPKM>NPK>NP>CK；有机肥的施用显著增加了土壤呼吸CO2和N2O的排放(P<0.05)。土壤呼吸CO2与N2O排放分别与土壤温度和土壤水分显著相关性。     

一次性施肥技术对冬小麦/夏玉米轮作系统土壤N2O排放的影响

利用静态暗箱-气相色谱法对华北平原冬小麦/夏玉米轮作系统施氮条件土壤N2O排放特征进行周年观测,以探讨不同处理[对照(CK)、优化施氮(OPT)、优化氮肥一次性施用(OPT1)和控释肥(CRF)]土壤N_2O排放特征及土壤温度、湿度对土壤N_2O排放的影响。结果表明:冬小麦/夏玉米轮作系统中土壤N2O排放峰值主要出现在施肥+降雨或灌溉事件后,不同处理N_2O排放通量变化范围在-0.24~2.78 mg N2O·m~(-2)·h~(-1),平均排放通量23.88~65.46μg N_2O·m~(-2)·h~(-1),OPT1和CRF两个一次性施肥处理可以降低小麦和玉米基肥施用后土壤N_2O排放峰值,但未改变轮作周期土壤N_2O排放季节变化规律;土壤含水量对土壤N2O排放有显著影响,且对夏玉米季土壤N2O排放影响大于冬小麦季;各处理土壤N2O排放通量与5 cm深度土壤温度之间均无相关性;不同处理N_2O年度排放总量差异显著,与OPT处理相比,OPT1处理和CRF处理N2O年排放总量分别减少27.47%和22.80%。各处理N_2O排放系数介于0.28%~0.50%,均低于IPCC 1.0%的推荐值,且各处理产量之间没有显著性差异,因此一次性施肥技术能够在保证产量的前提下,有效减少冬小麦/夏玉米轮作系统土壤N2O排放。     

冬小麦/大葱轮作体系N2O排放特征及影响因素研究

采用静态暗箱-气相色谱法研究了冬小麦/大葱轮作体系不同施肥处理下农田N2O排放特征及排放系数,分析了土壤湿度和土壤温度等环境因子对N2O排放的影响。结果表明,农田N2O排放高峰值主要出现在每次施肥+灌溉或强降雨之后的一段时间,大葱生长季排放峰值高且出现的频率比小麦生长季密集;N2O排放通量变化范围为-3.85～507.11μg N·m-2·h-1,平均值为251.63μgN·m-2·h-1,对于不同施肥处理,其年度N2O排放总量介于1.71 kg N·hm-2到4.60 kg N·hm-2之间。整个轮作体系不同处理N2O排放系数介于0.31%到0.48%之间,均值为0.43%;相对比农民习惯(FP)处理,优化施肥(OPT)、优化减氮(OPT-N)以及秸秆还田(C/N)处理均能显著减少N2O的排放,秸秆还田处理和优化减氮处理N2O排放总量比优化处理分别减少了17%和10%。在10℃<土壤温度(T)s<20℃时,N2O排放随温度的升高而增加;整个小麦生长季N2O排放随土壤湿度的增加而增加,且达到0.05的显著水平;大葱生长季在20℃相似文献   

垃圾堆肥及其复合肥对农田土壤N_2O排放的影响

设置不同肥料处理小区,并将同一施肥处理分为秸秆覆盖与无覆盖两部分,种植玉米,应用静态箱-气相色谱分析技术,研究了不同施肥处理对农田土壤N2O通量的影响,并分析了土壤水分对土壤N2O通量的影响.结果表明,玉米田土壤N2O排放具有明显的季节变化,苗期玉米田土壤的排放高峰主要是施肥的原因.不同施肥处理之间土壤N2O通量的差异主要表现在苗期堆肥处理和复合肥处理的土壤N2O平均通量分别为42.3和21.9μg N·m-2·h-1;抽穗期土壤N2O通量增大是由于受降水影响.玉米生长季节内,垃圾堆肥处理的土壤N2O平均通量大于复合肥处理;与对照相比,施用垃圾堆肥及其复合肥使农田土壤的N2O通量增加,其土壤N2O平均通量分别是对照的1.9倍和1.5倍;与无秸秆覆盖相比,秸秆覆盖使土壤N2O排放通量增大.     

追施沼液对不同pH土壤CH4和N2O排放的影响

摸清不同pH土壤施用沼液后CH4和N2O的排放特征,对沼液农田回用的有效性及其养分管理具有重要意义.通过盆栽试验,探讨了猪粪沼液在pH为5.5(S5.5)、6.5(S6.5)和8.2(S8.2)的菜地土壤追施后CH4和N2O气体的排放特征.研究结果发现,不同pH菜地土壤追施猪粪沼液后,CH4和N2O排放速率和总量增加,特别是在S6.5和S8.2土壤中,二者增幅均显著高于施用化肥的处理.追施猪粪沼液后,CH4在pH较低的土壤(S5.5和S6.5)开始表现为负排放,随后逐渐表现为正排放,而在pH较高的土壤(S8.2)始终为正排放.N2O的排放表现为:S5.5土壤仅在第三次施沼液后,其N2O瞬时排放速率显著高于施用化肥和对照处理;而在S6.5和S8.2土壤N2O排放速率均显著增加,其平均排放速率显著高于施用化肥和对照处理.追施沼液后,整个生长季内CH4平均排放量在不同pH土壤间的变化趋势为S8.2＞S6.5＞S5.5,N2O排放的变化趋势为S6.5＞S8.2＞S5.5.碱性土壤上施用沼液会增加其氮素损失和环境污染的可能性.     

不同氮磷肥施用对春玉米农田N2O排放的影响

农田过量施肥会增加N2O排放,使农田土壤成为重要的温室气体排放源。为减少农田N2O排放,利用自动观测系统研究了春玉米农田中不同肥料对N2O排放的影响,并结合作物产量及N2O的排放量探索减少温室气体排放的施肥措施。采用田间试验方法设定了不施肥(CK)、尿素(U)、尿素加磷肥(NP)和硝酸磷肥(NOP)4个处理进行研究。结果表明,各处理下N2O排放总量分别为:CK0.21kgN·hm-2、U1.19kgN·hm-2、NP0.93kgN·hm-2、NOP0.69kgN·hm-2;N2O排放主要受施肥、灌溉,降雨和土壤温度的影响;在作物生长后期土壤含氮量小于7mgN·kg-1的情况下,观测到土壤吸收N2O的情况;各处理下排放因子均小于政府间气候变化委员会(IPCC)的缺省值1%,表明IPCC推荐的排放因子不适用于估算中国北方的春玉米农田N2O排放。施加磷肥有助于减少农田N2O排放并提高产量,硝态磷肥较尿素可以显著减少N2O排放。综合考虑产量和N2O排放,相对于施用尿素和尿素加磷肥处理,硝酸磷肥处理不仅可节约15%和30%的肥料投入,而且分别减少42%和26%的N2O排放,具有减排不减产的良好效果。     

玉米生长期黄土区土壤氧化亚氮产生和排放及其影响因子研究

采用土壤平衡气室法和密闭气室法,对玉米生长期对照(不施氮肥)和施氮处理(180 kg/hm2N)黄土区土壤剖面中N2O浓度和土壤表面N2O排放通量的变化及其影响因子进行了研究。结果表明,在玉米生长期,土壤剖面中N2O主要产生于7月和8月,且60 cm土层的N2O浓度最高,10 cm土层最低;施用氮肥不仅增加了土壤剖面中N2O的浓度,而且增加了土壤表面N2O的排放通量,玉米生长期对照和施氮处理的土壤表面N2O平均排放通量分别为(10.95±4.13)和(22.41±8.69)μg/(m2.h)。对照和施氮处理土壤剖面中N2O浓度和土壤表面N2O排放通量的变化趋势相同,但施氮处理土壤剖面中N2O浓度和N2O排放通量均明显高于对照。土壤温度、水分以及土壤NO3--N含量是土壤N2O产生和排放的主要影响因子。     

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。     

有机无机肥配施对设施菜地N_(2)O排放和NH_(3)挥发的影响北大核心CSCD

我国设施菜地化肥施用量大,造成了大量的氧化亚氮(N_(2)O)和氨(NH_(3))损失。有机肥替代部分化肥是实现种养体系养分资源循环利用、减少化肥施用及其环境损失的有效措施。本研究以长沙近郊设施菜地为研究对象,利用小区试验种植奶白菜,试验共设不施肥处理(CK)、常规施肥处理(CON)、30%牛粪有机肥氮+70%化肥氮(CM)、30%鸡粪有机肥氮+70%化肥氮(NM)4个处理。采用静态箱法和密闭室间歇抽气法测定奶白菜生长季内的氧化亚氮排放和氨挥发,分析土壤N_(2)O排放和NH_(3)挥发动态,探讨等氮条件下有机无机肥配施对设施奶白菜的N_(2)O排放、NH_(3)挥发的减排效应及其影响因素。结果表明,与常规施肥相比,CM和NM处理的N_(2)O排放量分别减少了38.5%和33.1%,NH_(3)挥发的排放量分别减少了8.5%和19.4%,N_(2)O排放和NH_(3)挥发的总增温潜势分别降低了38.4%和33.0%。两种有机肥处理中,NM处理氨挥发显著低于CM处理,降幅达到11.9%。N_(2)O排放和NH_(3)挥发日通量与土壤温度分别呈极显著和显著正相关。常规施肥和NM处理的N_(2)O排放和NH_(3)挥发日通量与土壤铵态氮呈显著正相关,仅常规施肥处理的N_(2)O排放与土壤硝态氮呈极显著正相关。与常规施肥处理相比,CM和NM处理氮肥利用率分别提高26.8%和41.5%,且产量没有显著差异。因此,30%等氮有机肥+70%化肥在降低设施菜地N_(2)O排放和NH_(3)挥发的同时,还能保障设施蔬菜稳产,对减少蔬菜生产中的氮素损失具有重要意义。     

不同施肥制度的川中丘陵区小麦-玉米轮作田N2O排放特征

[目的]研究不同施肥制度对川中丘陵区紫色土小麦-玉米轮作系统氧化亚氮(N2O)排放的影响及排放特征。[方法]设6个处理,即有机肥(OM)、氮磷钾肥(NPK)、氮肥(N)、氮磷钾肥配施秸秆(RSDNPK)、氮磷钾肥配施有机肥(OMNPK)和不施肥(CK)。采用静态箱/气相色谱法对不同施肥制度下小麦-玉米轮作系统N2O排放进行定位观测,分析该系统N2O排放特征、6种施肥制度对N2O排放的影响及环境因子与N2O排放之间的关系。[结果]川中丘陵区紫色土小麦-玉米轮作系统N2O排放总量为0.73～4.51 kg/hm2,大小顺序为OM处理OMNPK处理N处理NPK处理RSDNPK处理CK,与不施肥相比,N2O排放量分别增加了517.8%、369.9%、275.3%、238.4%和212.3%,各处理间差异在0.05水平显著。在同等施肥条件下,氮磷钾肥配施秸秆可有效地控制N2O的排放。[结论]小麦季、休闲期和玉米季对整个轮作周期N2O排放总量的贡献分别为30%、10%和60%;肥料施用是川中丘陵区紫色土小麦-玉米轮作系统N2O排放量增加的主要驱动因子;土壤温度和水分是影响小麦季和休闲期土壤N2O排放的主要因素;降雨是影响玉米季土壤N2O排放的重要影响因素;土壤含水量偏低是川中丘陵区紫色土小麦季和休闲期出现N2O吸收现象的主要原因;若控制川中丘陵区紫色土WFPS50%或80%,则可抑制土壤N2O排放。     

长期不同施肥方式对紫色土稻麦轮作麦季N2O排放的影响

依据位于重庆北碚始于1991年的国家紫色土肥力与肥效监测基地上长期不同施肥定位试验,选取其中不施肥+秸秆不还田、不施肥+秸秆还田、施PK肥+秸秆不还田、施N肥+秸秆不还田、NPK正常施肥量+秸秆不还田、NPK正常施肥量+秸秆还田和1.5倍NPK施肥量+秸秆还田等7个处理,采用静态箱法对土壤N_2O排放开展了连续2a小麦生长期的田间原位观测.结果表明:两麦季4个施氮处理N_2O排放波动幅度均较大,且基肥和追肥后出现较强排放,3个未施氮处理N_2O排放波动较平缓,并均明显低于施氮处理.N_2O排放第二季较第一季要弱,年际差异较大,其原因主要是土壤WFPS第二季要明显低于第一季,而同一麦季不同处理下N_2O排放差异主要是由土壤NO_3~--N质量分数不同造成的.秸秆还田增加了N_2O排放,单施氮肥对N_2O增排效果相比之下则更明显,而秸秆还田与化学氮肥协同作用同样促进了N_2O生成与排放.平衡施肥较偏施氮肥N_2O排放量低,实际生产中考虑N_2O减排应尽量选择平衡施肥.两麦季化肥或秸秆N来源下农田N_2O排放系数均值分别为0.85%,0.61%,综合考虑外源输入N时均值为0.69%,均低于IPCC推荐值(1%),可见估算N_2O排放量时针对不同N素源农田应选用相对应N素N_2O排放系数.     

喷涂吡啶尿素对夏玉米/冬小麦轮作体系温室气体排放的影响

过量施用氮肥增加农田温室气体的排放,通过监测农田温室气体排放量寻求合理的氮素减排措施对农业生产有重要作用。本研究设置3个不同梯度喷涂吡啶尿素水平(N1-3)及不施氮肥(N0),在夏玉米和冬小麦生长期间采用静态箱法收集气体,研究土壤CO_2、CH_4和N_2O的排放特征,定量评价不同用量喷涂吡啶尿素的综合增温潜势。结果表明:不同喷涂吡啶尿素用量下的温室气体排放具有明显的季节性变化特征。玉米和小麦季土壤CO_2排放通量具有明显的季节性排放规律。CO_2平均排放通量小麦季明显低于玉米季,而CO_2累积排放量小麦季则高于玉米季;各施氮处理玉米和小麦季基肥和追肥后均出现显著的N_2O排放峰。整个轮作季,随喷涂吡啶尿素用量的增加,土壤对大气CH_4的交换通量有所降低,而土壤排放CO_2和N_2O的量有所增加。CO_2的综合增温潜势(GWP)对轮作系统总GWP贡献最大,而CH_4很小。玉米和小麦季各喷涂吡啶尿素处理的总GWP均高于对照;玉米季各处理的净GWP均为正值,是温室气体排放的一个源;而小麦季各处理的净GWP均为负值,是温室气体排放的一个汇。说明玉米/小麦轮作体系的综合增温潜势随施氮肥量的增加而增加,合理减施氮肥可以有效降低大气增温效应。     

有机无机肥配施对城郊设施甜玉米地N2O排放的影响

本文以长沙近郊设施菜地为研究对象,设置不施肥（CK）、常规施肥（CON）、30%牛粪有机肥氮+70%无机肥氮（CM）、30%鸡粪有机肥氮+70%无机肥氮（NM）4个处理,采用静态暗箱—气相色谱法监测甜玉米（Zea mays var. rugosa Bonaf.）生长季土壤氧化亚氮（N2O）的排放通量,同时测定土壤铵态氮、硝态氮、可溶性有机碳（DOC）含量和作物产量及吸氮量,探讨有机肥与化肥配施对甜玉米季N2O排放的影响。结果表明,甜玉米季表现出较高的N2O排放量,为24.6~33.6 kg/hm2。与CON处理相比,CM处理单位面积N2O累积排放量显著减少了26.9%,而NM处理减排不显著;CM和NM处理单位产量N2O排放量分别减少了35.7%和19.0%。与CON处理相比,CM和NM处理土壤铵态氮含量分别减少60.7%和50.1%,NM处理土壤硝态氮含量显著减少了40.4%, 而CM和NM处理土壤DOC含量无显著变化。随机森林模型和主成分分析结果表明,N2O排放通量与土壤铵态氮、硝态氮和DOC含量呈显著正相关,表明化肥配施有机肥能通过降低土壤无机氮供给,减少N2O产生。另外,较CK处理而言,CON、CM和NM处理的玉米产量分别增产了156.5%、191.8%和188.2%,且CM、NM处理较CON处理分别增加了13.8%和12.4%,CM的氮肥利用率相较于CON处理提高了15.2%。综上,30%有机肥+70%化肥能有效降低甜玉米地N2O排放和增加产量,且牛粪较佳。     

不同施肥类型对北方稻田土壤温室气体排放的影响

利用静态暗箱-气相色谱法研究了吉林省延边地区不同施肥类型对水稻土壤CO2、CH4和N2O排放通量的影响。结果表明,稻田3种温室气体的排放存在明显的季节特征,CO2排放主要集中于8~10月,而CH4排放以7、8月为主,水稻生育盛期时N2O表现出明显的负排放特征,净排放发生于移栽期及秋季晒田期;有机肥与化肥配施促进了水稻生育盛期CO2和CH4的排放,导致生长季CO2和CH4排放总量显著高于单施化肥和单施有机肥处理,而单施化肥处理促进了生长季N2O净排放。水稻植株促进了水稻生育期6~8月稻田CO2和CH4的排放,与无植株相比,月均通量分别增加了42.9%~226.1%和146.6%~418.9%。生长季土壤温度对稻田CH4排放具有显著影响,但对CO2和N2O排放影响不显著。     

北方典型设施菜地土壤N2O排放特征

为明确北方典型设施菜地N2O的排放特征,在“中国蔬菜之乡”——山东省寿光市的秋冬茬设施番茄土壤上利用静态暗箱-气相色谱法,对不施氮肥(CK)、单施有机肥(OM)、农民习惯施(FP)和减氮优化施肥(OPT)4个处理下的N2O排放通量进行了观测,并分析了其对N2O排放量和蔬菜产量的影响.结果表明,施肥并灌溉后的一段时间内,会观测到N2O的“脉冲式”排放,最高排放峰值出现在基肥+灌溉后,且排放高峰持续近20 d,而由追肥引起的排放峰值小且持续时间仅3～5 d.统计分析表明,温度和水分都是影响设施菜地N2O排放的环境因素.各处理土壤N2O排放总量差异显著,顺序依次为:FP (14.77 kg/hm2)＞OPT(9.73kg/hm2＞OM(6.84 kg/hm2)＞CK(2.37 kg/hm2),N2O排放系数介于0.83％～1.10％之间,接近或超过IPCC 1.0％的推荐值.与FP处理相比,减少近60％化肥N的OPT处理下番茄产量增加2.2％.在目前管理措施下,合理减少有机肥和化肥施氮量是设施蔬菜地N2O减排的有效途径.