有机无机肥料配合施用对设施菜田土壤N2O排放的影响

采用静态箱气相色谱法研究了有机无机肥料配合施用对设施菜田土壤N2O排放的影响。结果表明: 1）设施芹菜和番茄施基肥后57 d（灌溉后13 d）出现土壤N2O排放通量峰值,追肥后（施肥与灌溉同步）1 d出现土壤N2O排放通量峰值; 芹菜季和番茄季施用基肥后20 d内N2O排放量分别占当季总排放量的40%65%左右,是土壤N2O主要排放期。2）施用基肥后至定植灌水前各处理土壤N2O排放量逐渐降低,灌水后N2O排放通量迅速上升。各处理土壤N2O排放通量与土壤含水量之间呈显著相关,相关系数在0.43~0.72之间。3）土壤N2O排放主要发生在番茄季,番茄生育期各处理土壤N2O总排放量是芹菜生育期的3.1倍; 各处理土壤N2O排放通量与5 cm土层温度之间总体上呈显著相关,相关系数在0.40~0.58之间。4）设施菜田大幅减施化肥的有机无机肥配合施用模式可显著降低土壤N2O排放量和肥料损失率,芹菜季和番茄季土壤N2O排放量较习惯施肥处理分别降低66.3%和85.1%,肥料损失率分别降低45.2%和74.9%。5）等氮量投入时,施用秸秆较施用猪粪可有效降低土壤N2O排放,芹菜季和番茄季分别降低43.4%和74.2%。     

追氮方式对夏玉米土壤N2O和NH3排放的影响

【目的】研究氮肥与硝化抑制剂撒施及条施覆土三种追施氮肥方式下土壤N2O和NH3排放规律、 O2浓度及土壤NH4+-N、 NO2--N和NO3--N的时空动态,揭示追氮方式对两种重要环境气体排放的影响及机制。【方法】试验设置3个处理: 1)农民习惯追氮方式撒施(BC); 2)撒施添加10%的硝化抑制剂(BC+DCD); 3) 条施后覆土(Band)。 3个处理均在施肥后均匀灌水20 mm。在夏玉米十叶期追施氮肥后的15天(2014年7月23日至8月8日)进行田间原位连续动态观测,并在玉米成熟期测定产量及吸氮量。采用静态箱-气相色谱法测定土壤N2O排放量,土壤气体平衡管-气相色谱法测定土壤N2O浓度,PVC管-通气法测定土壤NH3挥发,土壤气体平衡管-泵吸式O2浓度测定仪测定土壤O2浓度。【结果】农民习惯追氮方式N2O排放量为N 395 g/hm2,NH3挥发损失为N 22.9 kg/hm2,同时还导致土壤在一定程度上积累了NO2--N。与习惯追氮方式相比,添加硝化抑制剂显著减少N2O排放89.4%,使NH3挥发略有增加,未造成土壤NO2--N的累积。条施覆土使土壤N2O排放量显著增加将近1倍,但使NH3挥发显著减少69.4%,同时造成施肥后土壤局部高NO2--N累积。条施覆土的施肥条带上土壤NO2--N含量与N2O排放通量呈显著正相关。土壤气体的O2和N2O浓度受土壤含水量控制,当土壤WFPS大于60%时,020 cm土层中的O2浓度明显降低,而N2O浓度增加,土壤N2O浓度和土壤O2浓度间呈极显著负相关。各处理地上部产量及总吸氮量差异不显著。【结论】土壤NO2--N的累积与铵态氮肥施肥方式密切相关,NO2--N的累积能够促进土壤N2O的排放,且在条施覆土时达到显著水平(P0.05)。追氮方式对N2O和NH3两种气体的排放存在某种程度的此消彼长,添加硝化抑制剂在减少N2O排放的同时会增加NH3挥发,条施覆土在显著减少NH3挥发的同时会显著增加土壤N2O排放。在条施覆土基础上添加硝化抑制剂,有可能同时降低N2O排放和NH3挥发损失,此推论值得进一步研究。     

不同耕作措施下土壤N2O排放及其农学效率

为评价不同耕作措施下华北平原农田土壤N2O排放及其农学效率,通过设置常规耕作秸秆还田(CT+)、常规耕作无秸秆还田(CT?)、免耕秸秆还田(NT+)、免耕无秸秆还田(NT?)4个处理田间定位试验,采用静态箱?气相色谱法测定分析了连续3个小麦生长期的表层土壤N2O排放及其主要相关因子,同时测定了小麦产量与氮吸收量等相关指标。结果表明:在4个处理下,小麦生长期内表层土壤N2O排放动态基本一致,而土壤N2O累积排放量却存在显著差异,而且耕作方式与秸秆还田存在显著的互作效应。在常规耕作和免耕措施下,单位面积土壤N2O累积排放量均表现为秸秆还田土壤显著高于无秸秆还田土壤,CT+和NT+分别比CT?和NT?高26.2%和74.6%;在无秸秆还田条件下,土壤N2O排放量表现为常规耕作比免耕高42.4%。相关分析表明,土壤N2O排放通量与地下5 cm土壤温度、土壤孔隙充水率(WFPS)之间呈显著正相关关系,与土壤溶解性有机氮(DON)含量之间呈显著负相关关系。利用农学效率指标度量N2O排放量时可知,虽然小麦籽粒产量和氮肥偏生产力在各处理间没有达到显著性差异,但每生产1 kg小麦籽粒表层土壤N2O排放量为0.18~0.73 g N2O-N,每投入1 kg氮素表层土壤N2O排放量为5.1~18.0 g N2O-N,处理间存在显著差异;与单位面积土壤N2O排放量表现一致,单位籽粒产量N2O排放量和单位氮素投入N2O排放量均表现为无论是常规耕作还是免耕措施,秸秆还田土壤均显著高于秸秆不还田土壤,在秸秆不还田条件下,常规耕作土壤均显著高于免耕土壤。总之,免耕是有效减少土壤N2O排放的一种耕作措施。     

猪粪沼液施用对稻麦轮作系统土壤氧化亚氮排放的影响

以典型的猪粪尿发酵沼液为对象,探讨了沼液施入量和管理方式对以中国东部稻麦轮作农田系统土壤N2O排放规律和排放量的影响。研究结果表明,与化学氮肥相比,沼液施用未影响稻麦轮作系统土壤N2O排放的季节变化规律,但影响其排放量的大小。稻季100%施用沼液的处理（N100%DPS）其累积排放量为0.71kg·hm-（22008年）和1.38kg·hm-（22009年）,显著高于100%施用化肥的处理（N100%Ure）a,即0.68kg·hm-2和1.06kg·hm-2。麦季N100%DPS处理N2O的累积排放量分别为6.56kg·hm-（22008年）和5.05kg·hm-2（2009年）,与N100%Urea处理（2008年：5.89kg·hm-2;2009年：3.93kg·hm-2）无显著差异,但均显著高于稻季各处理。随着沼液替代化学肥料用量的降低,稻田N2O排放量呈降低趋势,而沼液一次性施入和分次施入对稻田N2O排放的季节动态和累积排放量均无显著影响;但沼液不同的管理方式对麦季累积N2O排放量更为复杂。稻、麦两季N100%DPS处理中N2O排放系数（f）均最大,分别达到0.3%和1.6%,但沼液分次施入和一次性施入的处理间f值均无显著差异。     

稻草还田对烟田追肥气态氮损失及相关微生物的影响

研究不同农业措施下N2O和NH3的排放,对减缓温室效应及雾霾治理有重要意义。针对烟田追肥浇施的特殊管理方式,以水稻烤烟轮作定位试验为平台,于2017年选择单施化肥（NPK）、化肥+稻草还田（NPKS）、化肥+稻草还田+饼肥（NPKSB）3个处理,研究稻草还田对追肥气态氮损失及其相关微生物群落结构的影响。研究显示,烤烟追肥后土壤NH3挥发和N2O排放速率开始上升,2～3d达到最大,之后开始下降。NPK处理追肥氨挥发氮量为1.45±0.04 kg/hm2、N2O排放氮量为2.49±0.23 kg/hm2,气态氮损失中以N2O排放为主。与单施化肥相比,稻草还田配施化肥提高了土壤含水量、改变了氧化亚氮还原酶基因（nosZ）和氨氧化细菌（AOB,Ammonia Oxidizing Bacteria）的微生物群落结构,其根瘤菌目相对丰度显著降低、红螺菌目相对丰度显著升高;同时N2O排放量增加了55.35%、氨挥发氮量显著降低了11.43%,气态氮损失显著增加。与单施化肥相比,化肥+稻草还田+饼肥处理提高了土壤含水量、改变了nosZ和AOB基因的微生物群落结构,其伯克尔霍尔德氏菌目相对丰度显著提高。化肥+稻草还田+饼肥处理N2O排放量与单施化肥差异不显著,氨挥发氮量显著降低了8.91%,但两者气态氮损失差异不显著。化肥+稻草还田+饼肥处理N2O排放量较化肥+稻草还田处理降低27.82%,但两者氨挥发量差异不显著。综上所述,秸秆还田抑制了土壤氨挥发、激发了N2O排放,稻草还田配施饼肥能够降低土壤氨挥发、抑制稻草还田引起的N2O排放。     

优化施氮下稻-麦轮作体系土壤N2O排放研究

采用了静态箱法研究优化施氮下湖北稻-麦轮作体系农田N2O排放特征。结果表明,农田N2O排放量随施氮量增加而增加。N2O排放通量峰值大约发生在施氮后的第3～7 d。小麦季土壤N2O排放量范围为N2O 2.43～4.84 kg/hm2,肥料氮通过N2O排放的损失率为0.54%～0.74%。水稻季土壤N2O排放量为N2O 0.89～2.45 kg/hm2,肥料氮通过N2O排放的损失率为0.39%～0.47%。小麦季和水稻季施氮后0～15 d N2O排放量占当季总排放量的百分比分别为62.79%～66.72%和87.97%～93.14%。与习惯施氮相比,基于作物阶段氮素吸收增加追肥比例和施氮次数的优化施氮能有效减少土壤N2O排放。     

强酸性茶园土壤中添加不同肥料氮后N2O释放量变化

茶园由于长期偏施氮肥，造成土壤酸化现象严重和 N2O 大量排放。本文对强酸性茶园土壤进行不同氮肥处理试验，结果表明， 通过31 d的好气培养，各施肥处理均显著提高N2O排放， 其中施硝酸钾（KNO3）处理平均每天排放的N2O最高，总排放量为对照（CK）的17倍，其次是硝酸铵（NH4NO3）处理， 尿素［CO（NH2）2］和硫酸铵［（NH4）2SO4］处理虽然能增加N2O 排放，但远远小于硝酸钾处理。对各氮肥处理硝化势的测定表明，尿素、 硫酸铵和硝酸铵处理均明显增加土壤硝化活性，而硝酸钾处理硝化势与对照相比显著降低。强酸性茶园土壤中N2O排放的主要来源是反硝化作用。氧化亚氮还原酶（nosZ）的定量PCR 分析表明，硝酸钾处理的nosZ 基因拷贝数与对照相比显著降低（P0.05）。因此，强酸性土壤中N2O还原酶活性被NO3-抑制是导致高N2O排放的重要原因之一。     

施肥方式对冬小麦季紫色土N2O排放特征的影响

利用紫色土养分循环长期定位施肥试验平台,通过静态箱-气相色谱法,于2012年11月至2013年5月,研究了单施氮肥(N)、猪厩肥(OM)、常规氮磷钾肥(NPK)、猪厩肥配施氮磷钾肥(OMNPK)、秸秆还田配施氮磷钾肥(CRNPK)及对照不施肥(NF)6种施肥方式下,紫色土冬小麦季土壤N2O的排放特征。结果表明,在相同施氮水平[130 kg(N)·hm-2]下,施肥方式对N2O排放量有显著影响(P0.05)。N、OM、NPK、OMNPK和CRNPK处理下,土壤N2O排放量[kg(N)·hm-2]分别为0.38、0.36、0.29、0.33和0.19,N2O排放系数分别为0.25%、0.23%、0.18%、0.21%和0.10%。NF的土壤N2O排放量为0.06 kg(N)·hm-2。土壤无机氮含量(NO3--N和NH4+-N)是N2O排放的主要影响因子,降雨能有效激发N2O排放。基于小麦产量评价不同施肥方式下的N2O排放,结果表明,N、OM、NPK、OMNPK和CRNPK单位小麦产量N2O的GWP值[yield-scaled GWP,kg(CO2 eq)·t-1]分别为132.57、45.70、49.07、48.92和26.41。CRNPK的小麦产量与6种施肥方式中获得最大产量的OM间没有显著差异,但显著高于其他处理。而且,CRNPK的yield-scaled GWP比紫色土地区冬小麦种植中常规施肥方式(NPK)显著减少46%,并显著低于其他4种施肥方式。可见,秸秆还田配施氮磷钾肥在保证小麦产量的同时,能有效减少因施肥引发的N2O排放,可作为紫色土地区推荐的最佳施肥措施。     

保护地土壤N2O排放通量特征研究

为研究保护地土壤N2O排放通量特征,于2009年8～12月,在河北辛集不施氮（N0）、当地习惯施氮（N900）及减量施氮（N675）处理下的秋冬季番茄保护地土壤上使用静态箱采集、气相色谱仪检测的方法测定了土壤N2O排放通量。得到以下研究结果:灌溉施肥后,各处理N2O平均排放通量与表层土壤硝态氮含量呈极显著正相关关系。灌溉施肥后7 d内是施氮处理土壤N2O主要排放期,其排放量占当季总排放量的55.9%~59.8%;高峰值一般出现在第3～5 d,此时的土壤含水量对硝化、反硝化作用都较适宜。8～10月份由于温度较高,N2O排放通量明显高于较冷的11～12月。8～10月份施氮是影响保护地土壤N2O排放的主导因素,减少施氮量显著降低了N2O排放量;之后温度是主导因素,此时N2O排放量受追施氮量的影响较小。经估算,保护地秋冬季番茄不同施氮处理N2O总排放量的大小顺序为:N900（N 5.304 kg/hm2）N675（N 3.616 kg/hm2） N0（N 0.563 kg/hm2）,差异显著,减量施氮比习惯施氮处理降低了31.8%的N2O排放量;N675和N900处理的N2O排放系数分别为0.45和0.53。     

追施猪粪沼液对菜地氨挥发的影响

氨挥发是肥料氮素损失的主要途径之一。以厌氧发酵后的猪粪沼液为研究对象,通过蔬菜大棚小区试验,分析其作为追肥表施于冬季菜地(水芹(Oenanthe clecumbens L.)和扬花萝卜(Raphanus sativusL.Var.Radiculus pers.);追施氮量分别为72 kg hm-2和54 kg hm-2)及夏季菜地(小白菜(Brassica chinensisL.)和大叶茼蒿(Chrysanthemum carinatum Schousb.);追施氮量分别为42 kg hm-2和63 kg hm-2)后的氨排放特征及其影响因子。研究结果表明:(1)施用猪粪沼液后菜地氨挥发激增,沼液中氮素以氨挥发形态损失较快,通常发生在施入后48 h内;(2)冬季芹菜地和萝卜地施用沼液后的累积氨排放量分别为8.68 kg hm-2和9.90 kg hm-2,显著高于化肥处理(4.06 kg hm-2和5.59 kg hm-2);而夏季白菜地和茼蒿地则分别为10.40kg hm-2和11.61 kg hm-2,与化肥处理间差异不显著(9.81 kg hm-2和10.09 kg hm-2);(3)冬季菜地施用沼液后氨挥发损失率分别达到11.7%和17.7%,显著低于夏季菜地(23.3%和26.8%);(4)0～10 cm土层土壤温度、水分含量、可溶性有机碳含量、氮素水平及形态、微生物生物量及活性,均与菜地氨挥发有较高的关联度。沼液作为追肥施入农田后会因其自身氨挥发和激发效应而使氨排放增加,在施用过程中应特别注意温度的影响,同时应选择合适的施用方式。     

电极-SBBR对集中型沼液的脱氮除铜研究

为了处理集中型沼液中过高的氨氮和由饲料添加剂带入的铜,将电极生物膜法与序批式生物膜反应器(SBBR)工艺的优势进行互补,构建电极-SBBR耦合新工艺,以同时去除氮与铜。通过实验室配水与沼液试验,探讨了电极-SBBR体系同步脱氮除铜的工艺参数及其效果。结果表明,集中型沼液电极-SBBR体系的操作工序为:进水→厌氧→曝气→缺氧/厌氧→出水→闲置,运行参数为:水力停留时间7.0h,厌氧0.5h、曝气4.0h、缺氧/厌氧2.5h;电流30～60mA,溶解氧(DO)4.0～5.0mg/L,碳氮比(C/N)>10.0。电极-SBBR体系对沼液中全氮(TN)、Cu2+、化学耗氧量(COD)的去除率分别达到45.79%、86.53%和84.86%,可以作为沼液脱氮除铜的新工艺。     

微藻培养技术处理猪粪厌氧发酵废水效果

为降低猪粪厌氧发酵废水－沼液对环境的污染,研究通过培养微藻的方法对其处理的效果。分别采用灭菌和不灭菌的方式对沼液进行预处理,接种微藻后测定培养过程中微藻的生长状况和沼液中主要水质指标COD、NH3-N、TN及TP的降低情况。结果表明,各项指标均有较为明显的下降,其中最重要的2个指标COD和NH3-N分别降低了85%和55%,由此说明,利用沼液培养微藻可以有效地清除废水污染物,同时可以获得具有商业价值的微藻细胞。     

不同施肥措施对河套灌区盐化潮土氨挥发及氧化亚氮排放的影响

本研究以河套灌区农田盐化潮土为研究对象,通过静态暗箱-气相色谱法和田间土壤氨挥发原位测定法(通气法),研究了4种不同施肥措施(农民习惯施肥、膨润土+农民习惯施肥、生物炭+农民习惯施肥、腐殖酸+农民习惯施肥,分别标记为CK、B、C、HA)对土壤氨(NH_3)挥发及氧化亚氮(N_2O)排放的影响。结果表明:B处理可以显著降低土壤N_2O的排放,其N_2O累计排放量较CK降低30.9%,氮肥损失率较CK降低31.5%;其他处理N_2O累计排放量与CK无显著差异。各处理NH_3挥发速率于施肥灌水后3~5 d达到峰值,之后逐渐降低趋于平稳。B、C、HA处理可以显著降低土壤NH_3挥发,NH_3累计挥发量较CK降低56.0%、41.2%、49.0%,氮肥损失率较CK降低56.0%、41.2%、52.1%。相关性分析表明,土壤温度和空气温度与土壤N_2O的排放呈显著正相关;生育期土壤含水量处于151.2~203.3 g/kg,在这一范围内,土壤含水量与土壤N_2O的排放呈正相关关系。B处理可显著降低土壤NH3挥发及N_2O排放,且比CK增产11.1%,是较为合理的施肥措施。     

减氮及硝化抑制剂对菜地氧化亚氮排放的影响

利用静态暗箱—气相色谱法,周年监测集约化菜地四种蔬菜种植过程中N2O的排放和蔬菜产量变化,探究减氮(640、960 kg hm-2 a-1)以及施用硝化抑制剂氯甲基吡啶(CP)对菜地N2O排放的影响。结果表明,与常规施氮(Nn)处理相比,减量施氮(Nr)在不显著降低产量的情况下平均降低菜地N2O排放27.1%;与仅施用尿素的处理相比,在减量和常规施氮水平的基础上添加硝化抑制剂又分别能降低菜地N2O排放总量29.4%、26.0%,降低N2O排放系数60.9%、42.4%,而对蔬菜产量没有显著影响,因此显著降低菜地单位产量N2O排放量32.1%、30.3%,以减氮结合CP(CP-Nr)处理减排效果最佳。因此,减氮结合CP应用于集约化蔬菜生产是一种有效的菜地减排农业措施。     

菌剂挂膜3D-RBC联合BCO工艺处理养猪沼液废水

针对养猪沼液废水寡营养、高氨氮的水质特征,该研究采用耐高氨氮、适应贫营养生长的异养硝化-好氧反硝化（Heterotrophic Nitrification-Aerobic Denitrification,以下简称HN-AD）菌挂膜启动三维结构生物转盘+生物接触氧化反应器（3D-RBC+BCO）组合工艺对沼液进行处理。该文研究了3D-RBC+BCO组合工艺在真实沼液条件下的启动过程及污染物去除效果,重点考察了溶解氧（Dissolved Oxygen,DO）浓度和C/N比2个关键因素对组合工艺污染物去除效果的影响。同时,借助高通量测序技术对DO和C/N比优化过程中微生物群落结构的变化规律进行解析。结果表明：在真实沼液条件下,采用HN-AD菌剂挂膜启动方法,仅用12和18 d就分别完成3D-RBC和BCO反应器的挂膜启动,同时组合工艺对COD、NH4+-N和TN的去除率分别稳定在94.8%、95.7%和80.1%,出水优于城镇污水厂排放一级B标准。在对3D-RBC反应器DO和C/N比的优化过程中,增设底曝后COD、NH4+-N和TN等指标的去除率分别降低了25.4%、15.4%和15.5%。高通量测序结果显示,增加底曝后3D-RBC盘片生物膜中微生物菌属的数量小幅下降,但HN-AD优势菌属的种类与丰度显著降低,导致脱氮效率下降;贫营养型Acinetobacter、Pseudomonas菌属是3D-RBC可以对真实沼液高效脱氮的关键,提高C/N比会显著降低其丰度,进而影响脱氮效果。     

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。