不同时期施用生物炭对稻田N_2O和CH_4排放的影响

通过分别在水稻季(R)和小麦季(W)设置对照(RB0-N0、WB0-N0)、单施氮肥(RB0-N1、WB0-N1)、20 t hm-2生物炭与氮配施(RB1-N1、WB1-N1)、40 t hm-2生物炭与氮配施(RB2-N1、WB2-N1)等8个处理,研究稻麦轮作周年系统N2O和CH4排放规律及其引起的综合温室效应(Global warming potential,GWP)和温室气体强度(Greenhouse gas intensity,GHGI)特征。结果表明:稻季配施20 t hm-2生物炭对N2O和CH4的排放、作物产量及GWP和GHGI均都无明显影响;稻季配施40 t hm-2生物炭能显著降低8.6%的CH4的排放和9.3%的GWP,显著增加作物产量17.2%。麦季配施20 t hm-2生物炭虽然对温室气体及GWP影响不明显,但显著增加21.6%的作物产量,从而显著降低21.7%的GHGI;麦季配施40 t hm-2生物炭能显著降低20.9%和11.3%的N2O和CH4排放,显著降低15.7%和23.5%的GWP和GHGI。因此麦季配施生物炭对减少N2O和CH4的排放、增加稻麦轮作产量及降低GWP和GHGI的效果较稻季配施生物炭效果更好。     

稻麦轮作条件下机插水稻CH_4和N_2O的排放特征及温室效应

于2008年采用静态暗箱-气相色谱法对人工手插和机插2种水稻种植方式下CH4和N2O排放进行田间观测,研究稻麦轮作条件下机插水稻CH4和N2O的排放特征及其温室效应。结果表明,水稻生长季CH4排放通量人工手插水稻和机插水稻均呈先升高后降低的变化趋势,N2O仅在水稻搁田期间有明显排放,机插和人工手插水稻CH4平均排放通量分别为4.68、4.39 mg.m-2.h-1,N2O平均排放通量为92.80、111.33μg.m-.2h-1。与人工手插水稻相比,机插水稻增加CH4排放总量14%,减少N2O排放总量11%,使稻季排放CH4和N2O所产生的全球增温潜势（GWP）和＂单位产量的GWP＂分别提高8%和10%。在稻麦轮作条件下采用机插水稻种植方式,水稻生长期间排放的CH4和N2O所形成的温室效应有提高的趋势。     

三江平原寒地稻田CH_4、N_2O排放特征及排放量估算

利用静态暗箱-气相色谱法,于2003-2006年对三江平原寒地稻田CH4、N2O通量进行了为期4年的田间原位观测研究.结果表明:三江平原寒地稻田CH4和N2O排放具有明显的季节变化,水稻生长季淹水期是CH4排放的强源,稻田排水后CH4排放显著下降,休闲期CH4排放微弱或呈弱吸收汇,整个生长季CH4排放呈现单峰型态,并随水稻植株生长和叶面积指数而变化;水稻生长季和休闲期N2O排放通量都很小,冬季休闲期有时还出现微弱的吸收现象.生长季一般在施肥和表土落干时都会出现不同强度的排放峰,除了几次比较显著的排放峰值外,其它淹水状态下N2O排放很弱;温度和土壤水分状况是影响稻田CH4和N2O排放的重要因子,稻田积水深度和气体排放无明显的相关性;水稻植株对稻田土壤CH4排放起促进作用而对稻田土壤N2O排放起抑制作用;稻田氮肥用量增加可以降低土壤CH4排放,但却增加了N2O的排放.根据试验数据对三江平原地区寒地稻田CH4和N2O排放总量估算值分别为0.1035 Tg/a和0.0021 Tg/a.     

稻田CH4和N2O综合排放对控制灌溉的响应

为了揭示水稻控制灌溉对稻田CH4和N2O综合排放的影响,该文采用静态暗箱-气相色谱法对控制灌溉稻田CH4和N2O排放进行原位观测,分析稻田CH4和N2O综合排放对控制灌溉水分调控的动态响应。结果表明,控制灌溉稻田CH4排放通量多低于常规灌溉稻田,且主要集中在水稻分蘖前期,峰值出现在土壤脱水后第1～2d,排放总量较常规灌溉稻田减少81.2%～82.8%;N2O排放通量多高于常规灌溉稻田,峰值出现在肥后且土壤脱水后3～4d,排放总量较常规灌溉稻田增加了121.8%～144.3%。控制灌溉稻田CH4和N2O的综合全球增温潜势较常规灌溉稻田显著减少(p<0.05),减少幅度为15.0%～34.8%。控制灌溉显著降低了稻田CH4和N2O的综合温室效应。     

三峡库区农业发展现状及农田CH_4和N_2O排放与减排对策

全球气候变暖的主要原因在于大气中的温室气体含量的急速增加。以低碳为特征的新发展模式成为目前减少温室气体排放、应对全球气候变暖的根本途径。农业生态系统作为最大的人工生态系统,成为温室气体的第二大来源。因此,农业活动与气候变暖关系密切。以三峡库区为例,在分析了库区农业发展面临的问题的基础上,初步估算了库区水田CH4及耕地(含水田和旱地)N2O温室气体的排放量。2008年库区水田CH4及农田N2O的排放量分别为5.5×104~6.5×104 t、8500~10000 t,提出推广免耕等保护性耕作法、改变传统种植模式,合理施肥、改进稻田生产管理技术、对稻田生产系统的时间和空间差异进行管理。     

适宜节水灌溉模式抑制寒地稻田N_2O排放增加水稻产量

2014年在大田试验条件下,设置控制灌溉、间歇灌溉、浅湿灌溉及淹灌4种水分管理模式,采用静态暗箱-气相色谱法田间观测寒地水稻生长季N2O排放特征,研究不同灌溉模式对寒地稻田N2O排放的影响及N2O排放对土壤环境要素的响应,同时测定水稻产量,以期为寒地稻田N2O排放特征研究提供对策。结果表明:不同灌溉模式下N2O排放的高峰均出现在水分交替频繁阶段,水稻生育阶段前期,各处理N2O排放都处于较低水平,泡田期几乎无N2O排放。与淹灌相比,间歇灌溉使N2O排放总量增加47.3%,控制灌溉和浅湿灌溉使N2O排放总量减少40.7%和39.6%。寒地稻田N2O排放通量与土壤硝态氮含量关系密切,与土壤10 cm温度显著相关(P0.05)。水稻生长期间各处理N2O排放顺序间歇灌溉淹灌,二者均显著高于浅湿灌溉和控制灌溉(P0.05)。各处理水稻产量以浅湿灌溉最低、其他方式差异不显著。可见,间歇灌溉有助于提高水稻产量,但会促进稻田N2O的排放。在综合考虑水稻产量及稻田温室效应的需求下,控制灌溉为最佳灌溉方式,应予以高度重视。该研究可为黑龙江寒地稻作区选择节水减排模式提供科学支撑。     

秸秆条带状覆盖对稻田CH_4和N_2O排放的影响

采用3种秸秆还田方式(对照、秸秆均匀混施和秸秆条带状覆盖)进行田间试验,观测稻田CH4和N2O的排放通量,以探讨秸秆条带状覆盖对稻田CH4和N2O排放的影响。结果表明:秸秆条带状覆盖的CH4排放量是对照的2.7倍,二者的N2O排放量无明显差异;秸秆条带状覆盖的稻田CH4排放量较秸秆均匀混施减少32%,其N2O排放量是后者的5.1倍;稻田排放CH4和N2O的全球增温潜势(GWP)为:秸秆均匀混施秸秆条带状覆盖对照,且差异显著;秸秆条带状覆盖的水稻产量分别较对照和秸秆均匀混施增加27%和17%。秸秆条带状覆盖是值得推荐的稻季秸秆还田方式。     

不同灌溉模式和施氮处理下稻田 CH4 和 N2O 排放

【目的】研究不同灌溉模式和施氮处理稻田 CH₄ 和 N₂O 的排放规律、综合增温潜势和综合排放强度,以期获得降低稻田 CH₄ 和 N₂O 排放的灌溉模式和施氮管理。【方法】2015～2016 年在广西南宁市灌溉试验站进行晚稻和早稻大田试验,两次试验均设 3 种灌溉模式:常规灌溉 (CIR)、“薄浅湿晒 ”灌溉 (TIR) 和干湿交替灌溉 (DIR)。 2 种尿素-N 和猪粪-N 比例:100% 尿素-N (FM1),50% 尿素-N + 50% 猪粪-N (FM2)。共设 CIR-FM1、TIR-FM1、DIR-FM1、CIR-FM2、TIR-FM2 和 DIR-FM2 6 个处理,用静态箱–气相色谱法测定了水稻生育期内稻田 CH₄ 和 N₂O 排放通量,分析了早晚稻生育期内 CH₄ 和 N₂O 累积排放量和综合增温潜势,并结合产量分析了 CH₄ 和 N₂O 综合排放强度。【结果】DIR 下 FM2 处理早稻产量和两季总产量比 FM1 处理分别提高 18.8% 和 17.7%,FM2 下 TIR 和 DIR 模式早稻产量分别比 CIR 模式提高 20.9% 和 37.4% 以及 DIR 模式两季总产量比 CIR 模式提高 21.5%。不同处理早晚稻生育前期 CH₄ 排放通量较高,生育中后期 CH₄ 排放通量较低。水稻生育期内 TIR 和 DIR 模式 CH₄ 累积排放量低于 CIR 模式,FM1 处理 CH₄ 累积排放量低于 FM2 处理。不同处理早晚稻生育前期 N₂O 的排放通量为负值或者较低,N₂O 排放主要集中在晒田完成复水之后及成熟期稻田水分落干时,DIR 模式 N₂O 累积排放量显著高于 CIR 模式,FM2 处理 N₂O 累积排放量高于 FM1 处理。不同处理稻田 CH₄ 和 N₂O 的排放彼此间存在消长关系。CH₄ 对综合增温潜势的贡献率达 99% 以上,而 N₂O 的贡献率不足 1%。3 种灌溉模式下 FM1 处理 CH₄ 或 N₂O 增温潜势、CH₄ 和 N₂O 综合增温潜势和排放强度均低于 FM2 处理,2 种施氮处理下 TIR 和 DIR 模式 CH₄ 和 N₂O 综合增温潜势和排放强度低于 CIR 模式。【结论】与常规灌溉相比,“薄浅湿晒”灌溉水稻产量和 N₂O 排放有所提高,但是降低 CH₄ 排放量及 CH₄ 和 N₂O 综合增温潜势和排放强度;干湿交替灌溉增加水稻产量和 N₂O 排放,但是降低 CH₄ 的排放量及 CH₄ 和 N₂O 综合增温潜势和排放强度,因此,“薄浅湿晒”和干湿交替灌溉模式是有效降低稻田 CH₄ 和 N₂O 综合增温潜势和排放强度的两种灌溉模式。在这两种灌溉方式下,与猪粪尿素配施相比,单施尿素显著降低 CH₄ 和 N₂O 综合增温潜势和排放强度。     

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。     

不同种类有机肥施用对一季稻田CH_4排放的影响

选取不同施肥处理的一季中稻田为研究对象,采用静态箱-气相色谱法对一季稻CH4排放通量进行手动观测。结果表明,与不施肥相比,各施肥处理CH4平均排放通量均有不同程度增加。其中稻草还田＋化肥处理（稻草处理）CH4平均排放通量为31.04mg·m-2·h-1,比化肥处理和猪粪＋化肥处理（猪粪处理）分别增加326.4%（P〈0.05）和211.7%（P〈0.05）,鸡粪＋化肥处理（鸡粪处理）比化肥和猪粪处理分别增加140.4%（P〈0.05）和75.7%（P〈0.05）。说明稻草还田和鸡粪处理显著增加稻田CH4排放通量,而猪粪处理与化肥无显著差异。同时对有关的环境因子进行分析表明,不同处理的土壤表层5cm温度、Eh与CH4排放通量存在显著相关关系;土壤pH值和水层厚度与稻田CH4季节排放通量相关性不明显。猪粪处理单位产量全球增温潜势（GWP）为0.83kg·kg-1,是较好的推荐施肥处理,对环境与产量之间效益的协调具有较好的作用。     

基于冬种不同作物的水旱轮作模式对水稻产量及稻田CH_4、N_2O排放的影响

为探究冬种不同作物、水旱轮作措施对稻田丰产及温室气体减排的影响,本研究设置5种种植模式,即紫云英-早稻-晚稻(CRR)、紫云英-早稻-甘薯‖晚大豆(CRI)、油菜-早稻-晚稻(RRR)、油菜-早稻-甘薯‖晚大豆(RRI)、马铃薯-早稻-晚稻(PRR),采用静态暗箱-气相色谱法测定稻田CH_4、N_2O的全年排放通量,研究基于冬季不同作物的不同水旱轮作模式对水稻产量、全球增温潜势(GWP)及温室气体排放强度(GHGI)的影响。结果表明,冬种不同作物均能提高早稻的产量,但对晚稻产量基本无影响,其中紫云英对早稻产量增效最好,CRI处理分别较其他处理高1.73%、12.08%、7.48%、10.95%;水旱轮作处理较双季稻处理可以获得更高的产量,RRI处理晚稻产量较其他4个处理分别高22.54%、5.37%、29.83%、27.24%。冬种不同作物对CH_4、N_2O排放无显著影响(P>0.05),水旱轮作显著增加了N_2O排放,显著降低了CH_4排放(P<0.05)。5种种植模式中,RRI处理的GWP最低,且显著低于CRR、RRR、PRR处理(P<0.05),分别低25.54%、29.76%、20.78%。RRI处理的GHGI最低,较其他处理分别显著低32.51%、18.18%、30.77%、20.59%(P<0.05)。综上,RRI处理在增加作物产量、减少稻田温室气体排放方面表现最好。本研究结果为长江中游双季稻区稻田丰产及温室气体减排提供了理论依据。     

添加生物炭对华南早稻田CH4和N2O排放的影响

通过田间试验,采用静态箱-气象色谱法研究生物炭添加对华南早稻田甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)排放的影响.试验设对照(CK),BC1、BC2、BC3(土壤中分别混入5、10、20t·hm-2生物炭)、RS(稻草直接还田)和RI(稻草加腐熟剂还田)6个处理.结果表明,与CK、RS和RI相比,生物炭处理能降低稻田CH4和N2O排放量及排放强度,综合排放强度最低的为BC3处理,值为0.98 kgCO2-eq· kg-1.在本实验的处理范围内,生物炭添加量越高,CH4平均排放通量及其季节排放总量越低,最低值分别为22.11mg·m-2·h-1和93.21kg·hm-2;N2O排放通量和季节排放总量则随生物炭添加量的增加呈上升趋势,最高值分别为285.65 μg·m-2·h-1和1.07kg·hm-2,但依然小于对照处理(368.13μg·m-2 ·h-1和1.13kg·hm-2).此外,试验发现高用量的生物炭(即BC3)处理水稻产量最高,值为7152.58kg·hm-2.综合分析各处理,BC3对减缓温室效应和稳定水稻生产贡献最大.     

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。     

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。     

中国稻田水稻生长季N_2O排放估算

由于土壤水分状况的不同,水稻生长季土壤N2O排放量明显不同于旱地作物。基于多元统计模型,通过多点代面的方法进行尺度扩展,并应用蒙特卡洛方法模拟影响因素的变异程度,模拟了中国稻田水稻生长季的N2O排放情况。所模拟的378个点的水稻生长季N2O排放通量为6.0～74.3μgN.m-2.h-1,其均值接近于原始观测结果;378个点位的N2O排放通量空间分布不均,排放量较高的点位于北纬20°到30°之间;378个点中单季稻、稻-旱轮作中的水稻和双季稻的生长季N2O平均排放量分别占年总排放量的53%、34%和59%。多点代面的尺度扩展结果显示2008年中国稻田水稻生长季N2O排放量均值为22.48Gg,其95%的概率区间为20.5～24.8Gg;化肥氮的N2O排放系数为0.27%,与IPCC缺省值0.3%接近。用秩相关关系表征影响因子对中国稻田水稻生长季N2O排放量的不确定性的贡献,结果表明水分管理类型、有机肥类型、土壤属性、氮用量等对结果均有显著影响。     

不同耕作方式下稻田土壤CH4和CO2的排放及碳收支估算

二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4）是重要的温室气体,研究免耕稻田CO2和CH4排放有助于评价稻田免耕技术对全球气候变化及碳循环的影响。本文通过运用静态箱技术和田间原位碱液吸收法研究了免耕稻田土壤CO2和CH4的排放规律和排放量,及其稻田碳（C）的收支状况。研究表明,施肥提高了CH4排放,而不影响CO2的排放;免耕显著影响稻田CH4排放,而CO2的排放不受耕作影响。对稻田C收支及平衡的分析表明,施肥提高了稻田系统C的输入,同时,相对于翻耕处理,免耕处理表现为大气C的“汇”,表明了稻田免耕能将更多的碳累积于农田土壤碳库中,有利于提高稻田生态系统在减缓气温上升过程中所发挥的作用。     

水肥减量对设施芹菜地N2O排放的影响

为明确减量灌溉和施肥对设施菜地N₂O排放的影响,提出有效的N2O减排措施,本研究采用静态箱法,对北京郊区设施芹菜在灌溉和有机肥（沼渣）减量处理下的N₂O排放进行全生长季监测,分析灌溉和有机肥减量对土壤充水孔隙度（WFPS）、NO₃--N和NH₄+-N含量及土壤N2O排放的影响。试验为2个灌溉量和3个有机肥施用量的裂区双因素设计,具体为：常规灌溉量（H处理）下的常规施肥(HN)、减量1/3施肥(HN₃)和不施肥 (HN0),以及减量20%灌溉（L处理）下的常规施肥(LN)、减量1/3施肥(LN3)和不施肥 (LN0)共6个处理。结果表明,L处理在保证芹菜产量的前提下,对土壤充水孔隙度及无机氮含量无显著影响,但N₂O排放总量较H处理减少32.23%,达极显著水平（P＜0.01）。与常规施肥处理相比,减量1/3施肥和不施肥处理的土壤NO₃--N含量分别降低43.96%和76.42%,均达极显著水平（P＜0.01）,不同施肥量处理间土壤NH₄+-N含量无显著差异;芹菜产量随施氮量增加而增加,但减量1/3施肥和常规施肥处理对芹菜产量影响无显著差异,芹菜全生长季的土壤累积N₂O排放总量显著减少62.04%（P＜0.01）。本试验条件下,减量20%灌溉（L处理）和减量1/3施肥（N3处理）均能保证芹菜产量,显著降低芹菜地N2O排放通量,减少生产成本投入。     

膨松剂对厨余垃圾堆肥CH4、N2O和NH3排放的影响

厨余垃圾有别于混合生活垃圾,具有高有机质含量和高含水率等特点,单独堆肥会产生大量CH4、N2O、NH3和渗滤液,为减少厨余垃圾堆肥过程污染物的排放,该文以居民小区产生的经大类粗分后的厨余垃圾为研究对象,以菌糠为膨松剂,设置15%、25%、35% 3个添加质量比（湿基）的堆肥处理,以纯厨余垃圾单独堆肥为对照处理,研究菌糠作为膨松剂对厨余垃圾堆肥过程中CH4、N2O、NH3和渗滤液排放的影响及其最佳添加比例。结果表明,堆肥过程中,添加菌糠可以完全避免厨余垃圾堆肥过程中渗滤液的产生;堆肥结束时,添加15%和25%菌糠的处理堆肥达到腐熟标准,但添加35%的菌糠使堆肥高温期缩短,不利于有机质分解;与对照处理相比,添加15%、25%和35%比例的菌糠均可以减少堆肥过程中CH4和NH3的累计排放量,且减排量与添加比例正相关,但只有添加15%菌糠的堆肥处理明显降低了N2O的排放量;添加质量比为15%和25%菌糠的堆肥处理,CH4和N2O排放总量比厨余垃圾单独堆肥分别减少45.8%、19.6%,而添加质量比为35%的菌糠使CH4和N2O排放总量为厨余垃圾单独堆肥的1.14倍（每t物料,干基）。综上,菌糠作为食用菌种植废弃物,可用作厨余垃圾堆肥膨松剂,在适宜的添加比例条件下,能够在避免堆肥过程中渗滤液产生的同时,减少CH4、N2O和NH3的排放量。研究结果可为厨余垃圾堆肥过程温室气体减排、氮素损失控制和工艺改进提供理论依据和试验基础。