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。     

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.     

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。     

中国稻田CH4排放量估算研究综述

稻田是大气CH4的重要排放源,对中国稻田CH4排放量做出准确估算是中国CH4研究的主要目的之一。估算稻田CH4排放的方法主要有四种:根据田间测定结果或特定的排放系数和该值代表的稻田面积外推计算;将水稻的净初级生产力(NPP)的折算系数与模型相结合进行估算;根据新投入到土壤的有机碳量或原有土壤有机质碳折算;机理模型计算。其次,还有模型与GIS技术、其他方法相结合估算。稻田CH4排放在空间和时间尺度上的变异性是估算结果不确定性的主要驱动因素。统计分析显示中国稻田CH4排放量为8.4(7.2～9.5)Tga-1。     

施肥对稻田甲烷排放的影响

本文综述了N肥和有机肥的种类、施用量、施用方式和施用时间对稻田CH4排放的影响,提出了减少稻田CH4排放的施肥策略,并指出了今后的研究重点:加强对稻田CH4排放机理的研究;针对以往研究中的不足,全面深入研究施肥对稻田CH4排放的影响;进一步研究稻田温室气体排放的交互作用。     

氢醌、双氰胺组合影响稻田甲烷和氧化亚氮排放研究进展

稻田是大气中CH4和N2O的重要来源。大量氮肥的施入不仅影响稻田CH4和N2O排放,且易造成NH3挥发、NO2-和NO3-淋溶及N2O、N2等形式的氮损失。脲酶抑制剂和硝化抑制剂通过缓解尿素水解及抑制硝化反硝化反应减少稻田N2O排放量,但对稻田CH4产生排放的影响报道不一。脲酶抑制剂氢醌(HQ)和硝化抑制剂双氰胺(DCD)是近年来研究较多的组合。本文试图在前人研究的基础上,综述HQ和DCD的基本性质及作用机理,总结HQ/DCD组合在稻田生态系统的应用状况、使用效果及存在问题,并特别讨论了HQ/DCD施用对稻田CH4排放的影响机理,旨在为合理使用脲酶/硝化抑制剂、有效减缓稻田温室气体排放和提高氮肥利用率等方面提供理论依据。     

水稻油菜轮作稻田甲烷排放及其总量估算

利用静态箱/气相色谱法对川中丘陵区水稻油菜轮作稻田进行水稻全生长季CH4排放观测。结果表明,稻田CH4排放有明显的季节变化,呈“前低后高”的变化趋势,CH4排放峰出现在水稻抽穗扬花期;测定期内稻田CH4平均排放通量为6.20mg/m2.h。对影响稻田CH4排放的因素分析发现,淹水条件下水稻移栽到抽穗初期,水稻植株生长是影响稻田CH4排放的关键因素;水稻抽穗期到成熟期,温度是影响稻田CH4排放的关键因素。水稻油菜轮作稻田在水稻生长季中CH排放总量为173.96kg/hm2。     

控制灌溉稻田的甲烷减排效果

为探讨节水灌溉水分调控对稻田甲烷（CH4）排放的影响,寻找节水减排的稻田灌溉模式,依据5a田间原位观测资料,分析控制灌溉稻田CH4排放规律及其减排效果。结果表明,控制灌溉稻田稻季CH4排放量为1.07±0.17 g/m2,较淹水灌溉稻田（6.49±0.17 g/m2）降低83.5%,差别极显著。本研究得到的中国东南部稻田稻季和全年CH4排放量均低于已有报道中的中国稻田CH4排放量,其中控制灌溉稻田全年CH4排放量低于世界大部分地区稻田。根据本研究结果估算中国稻田CH4排放总量为2.06 Tg/a,大面积推广控制灌溉后,中国稻田CH4排放量还将进一步下降。控制灌溉模式显著影响水稻全生育期稻田CH4排放通量的变化,削峰效果显著。控制灌溉稻田CH4排放通量在返青期至分蘖中期（移栽后18 d内）逐渐上升至最大值,然后逐渐减小,从水稻分蘖后期（移栽后21 d）开始至生育期结束均维持在较低水平。控制灌溉稻田CH4排放通量峰值为3.69 mg/m2·h,较淹水灌溉稻田降低69.0%。在持续降雨的作用下,控制灌溉和淹水灌溉模式下稻田CH4排放通量均呈现下降趋势。控制灌溉模式的土壤水分调控,使稻田经历一系列的脱水过程,改变了根层土壤的水气状况,减小了稻田CH4排放。控制灌溉模式在水稻全生育期的应用可显著地减少稻田CH4排放。     

水分管理影响稻田甲烷排放研究进展

水分管理是影响稻田甲烷（CH4）产生、氧化与排放的重要因素之一。根据国内外文献资料,综述了非水稻生长期和水稻生长期水分管理对稻田CH4产生排放的影响,以及非水稻生长期水分管理对水稻生长期CH4产生排放的影响,并提出有待研究的内容。综合多年的研究结果表明,冬季淹水不仅引起冬季（非水稻生长期）CH4的大量排放,还影响水稻生长期CH4排放量。非水稻生长期土壤水分含量越高,随后水稻生长期CH4排放量越大,产生和氧化能力越强。水稻生长期烤田相对于持续淹水能大量减少CH4排放。     

不同灌溉模式下寒地稻田CH_4和N_2O排放及温室效应研究

为了研究寒地稻田CH4和N2O排放特征,选取黑龙江省寒地稻田为研究对象,采用静态箱—气相色谱法对控制灌溉、间歇灌溉、浅湿灌溉及淹灌四种水分管理模式等4个处理的CH4和N2O排放通量进行观测。结果表明,不同灌溉模式下的CH4和N2O排放高峰均出现在水稻生长旺季,而休闲期内排放较少。相对于淹灌,浅湿灌溉稻田CH4累积排放量降低了27.2%,控制灌溉处理的降低了34%,间歇灌溉处理的降低了48.2%。长期淹灌稻田N2O排放量比间歇灌溉稻田减少0.41kg/hm2,比控制灌溉稻田增加0.38kg/hm2,比浅湿灌溉稻田增加0.37kg/hm2。总体温室效应分析,节水灌溉模式能有效抑制温室气体的排放并显著地降低CH4和N2O的总温室效应。水稻生育期内,CH4排放量减少时期,N2O排放量有增加趋势,综合考虑CH4和N2O排放的消长关系,才能有效减缓稻田温室气体的排放。     

翻耕对冬闲农田CH4和CO2排放通量的影响初探

通过连续观测，比较了冬闲农田翻耕和不翻耕情况下甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)的排放通量。结果表明：翻耕能显著增加CO2的排放通量，但这种影响只在翻耕后的4d内较明显；翻耕对CH4排放通量的影响在翻耕后的3d内比较明显，表现为翻耕初期导致CH4的峰值排放，而在6～8h后，则对降低CH4的排放有一定的作用。且CH4和CO2排放通量与气温呈显著正相关。     

稻鸭共作对不同栽培环境稻季CH4和N2O排放的影响

稻田是大气温室气体甲烷(CH₄)和氧化亚氮(N₂O)的重要排放源, 稻田温室气体减排一直是生态农业研究的热点。目前, 采用水稻品种选择利用、水分控制管理、肥料运筹管理、耕作制度调整以及种养结合模式等方法来减少稻田温室气体排放有较好实践效应, 但不同稻田栽培环境(露地、网室)基础上的稻鸭共作对麦秸全量还田的稻田温室气体排放特征及相关土壤理化特性关联性的影响尚为少见。本研究采用裂区设计, 在两种栽培环境条件下, 以无鸭子放养的常规稻作和麦秸不还田为对照, 在等养分条件下分析麦秸全量还田与稻鸭共作模式对稻田土壤氧化还原电位、CH₄排放量、产CH₄潜力及CH₄氧化能力、N₂O排放量及N₂O排放高峰期土壤反硝化酶活性、全球增温潜势、水稻产量的影响, 为稻田可持续生产和温室气体减排提供参考。结果表明, 麦秆还田增加了稻田产CH₄潜力、提高了CH₄排放量, 降低了稻田土壤反硝化酶活性、土壤氧化还原电位和N₂O排放量, 整体上导致全球增温潜势上升96.89%~123.02%; 稻鸭共作模式, 由于鸭子的不间断活动提高了稻田土壤氧化还原电位, 降低了稻田产CH₄潜力, 增强了稻田CH₄氧化能力, 从而降低稻田CH₄排放量, N₂O排放量虽有提高, 整体上稻鸭共作模式的全球增温潜势较无鸭常规稻田下降8.72%~14.18%; 网室栽培模式显著提高了稻田土壤氧化还原电位, 降低稻田产CH₄潜力、CH₄氧化能力和土壤反硝化酶活性, 减少了稻田CH₄和N₂O排放量, 全球增温潜势降低6.35%~13.14%。本试验条件下, 稻田土壤的CH₄氧化能力是产CH₄潜力的2.21~3.81倍; 相同环境条件下, 稻鸭共作和麦秸还田均能增加水稻实际产量, 网室栽培的所有处理较相应的露地栽培减少了水稻实际产量1.19%~5.48%。本试验表明, 稻鸭共作和网室栽培可减缓全球增温潜势, 稻鸭共作和麦秸还田能够增加水稻实际产量。     

稳定性碳同位素方法在稻田甲烷研究中的应用

稻田甲烷产生、氧化等过程不仅影响甲烷排放量,还影响其稳定性碳同位素组成;反之,稻田所排放甲烷的稳定性碳同位素组成也可用来定量研究甲烷的产生和氧化过程。20世纪80年代以来,国外已将稳定性碳同位素方法广泛应用在稻田甲烷的研究中。本文介绍了稳定性碳同位素方法的基本原理及其在稻田甲烷产生、氧化过程研究中的应用,指出了该方法在稻田甲烷研究中的不确定因素,为我国稻田甲烷的深入研究提供了新的有力手段。     

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。     

Methanogenic bacterial populations in some lowland paddy field soils of Burkina Faso (West Africa)

In wetland ecosystems, such as rice fields, methanogenic bacteria (MB) play important roles in global carbon cycling as terminal organic decomposers and in hydrogen cycling as hydrogen consumers, leading to methane production (Jorgensen 1982). In the global atmosphere, concentration of methane has been increasing by about 1% per year (Blake and Rowland 1986; Bouwman 1989; Dlugokensky et al. 1994) and it is considered that 80% is of biological origin (Seiler 1984). The environmental impact of methane on global warming has also been confirmed (Chappellaz et al. 1990). Rice paddy fields contribute to an estimated 10% of the global methane emission (Bouwman 1989; IPCC 1992) and the intensification of paddy cultivation may contribute considerably to the gradual increase of atmospheric methane (Rasmussen and Khalil 1981). From 1970 to 1990, rice production increased by 110% in West Africa (FAO 1970, 1990), as a direct result of encroachment on new lands throughout most of West Africa (Windmeijer and Andriesse 1993; Issaka et al. 1996a, b). In Burkina Faso, about 85% of the rice cultivation areas are lowlands (Sié 1991). In recent years, many studies on methane emission from paddy fields and limited ecological studies on methanogenic populations have been conducted (Schütz et al. 1989; Asakawa and Hayano 1995; Adachi et al. 1996). However, studies on both methane emission and populations of methanogens in African paddy fields are very limited. Garcia et al. (1974) enumerated methanogenic populations in Sénégal rice soils by the most probable number (MPN) method. With the gradual increase in the land area under rice cultivation, more information is needed on methane fluxes, populations, and species of methanogens in paddy fields of West Africa. We reported here the enumeration of methanogenic populations in the soils of lowland paddy fields located in the Sudan and Guinea Savanna zones of Burkina Faso (West Africa) by the MPN method.     

施肥对稻田N2O排放的影响

肥料施用是影响稻田N20排放的重要因素之一。以国内外相关文献为基础,综述了肥料的种类、施用量、施用方式和施用时间对稻田N2O排放的影响,指出了有待研究的内容：加强对土壤N2O排放机理的研究;进一步研究肥料施用对稻田N2O排放的影响;进一步研究施肥管理措施对稻田温室气体（CH4和N2O）排放的交互影响,寻求科学合理、切实可行的减排措施。     

稻田种养结合循环农业温室气体排放的调控与机制

水稻在我国粮食作物种植中占据主导地位,在保障粮食安全、关系国计民生方面有着重要的作用。稻田是温室气体甲烷(CH_4)和氧化亚氮(N_2O)的重要排放源。因此,控制稻田温室气体排放对缓解全球温室效应具有重要作用。近年来,稻田种养结合循环农业在我国发展迅速,具有稳产增效、绿色发展的重要功效,同时显著影响了稻田温室气体排放特征以及全球增温潜势(global warming potential,GWP)。稻鸭共作、稻田养小龙虾、稻鱼共作、稻田养蟹、稻田养鳖等稻田种养结合循环农业模式,由于稻田养殖生物在稻田生态系统中添加生态位、延长食物链的增环作用,通过其持续运动、觅食活动等,不同程度地影响稻田温室气体的排放量和GWP,总体呈现出减缓温室效应的趋势。本文概述了稻田种养结合循环农业的CH_4和N_2O的排放特征及水分管理和施肥措施的影响效应,探讨了稻田种养结合循环农业的减排途径,并分析了稻田种养结合循环农业温室气体减排的研究前景,以期为我国稻田种养结合循环农业的健康发展和稻田生态系统减排增效提供参考。     

华南地区覆膜旱种稻田甲烷排放及其与土壤水分和温度的关系

采用静态箱法和田间小区试验,研究了常规稻田和覆膜旱种稻田水稻全生育期CH4的排放规律,探讨了温度和水分与稻田CH4排放的关系。结果表明:覆膜旱种稻田的甲烷排放量明显低于常规水田的排放量,常规水田的甲烷累计排放通量为20.38g/m2,覆膜旱种稻田为2.46g/m2,水稻覆膜旱种后甲烷排放量降低了88%。常规水田CH4排放峰期持续了35d,覆膜旱种稻田CH4排放峰期为25d,两者在CH4排放高峰期的排放量分别占整个生育期累计排放量的72%和97%。覆膜旱作稻田CH4排放量降低,主要表现在最大排放峰值降低和排放峰持续时间缩短。土壤温度(5cm处)和水分与水稻生育期稻田甲烷的排放有显著正相关。CH4排放通量大于1.0mg·m-2·h-1主要集中在土壤质量含水率高于36.25%的区域,在土壤质量含水率小于36.25%时,常规稻田和覆膜旱种稻田都只有少量CH4排放。     

耕种制度对西南地区冬水田甲烷排放的影响

1995年5月15日～1997年5月15日两年在田间条件下研究我国西南地区冬水田甲烷排放量及耕种制度的影响。结果表明冬水田水稻生长期甲烷排放通量在0．47～171．12mg／m2