不同施肥措施对稻田土壤温室气体排放的影响

选取江西红壤性双季稻水稻土为研究对象,采用盆栽模拟试验研究了4种不同施肥措施即当地农民习惯施肥(FP)、较FP减施20%化肥氮且有机肥替代20%化肥氮(T1)、在T1基础上加施Si、Zn、S三种微肥(T2)和在T2基础上采用20%缓释氮肥替代普通化肥氮(T3)对稻田主要温室气体CO2、CH4和N2O排放的影响,并对土壤微生物量碳(SMBC)、土壤微生物量氮(SMBN)、水稻产量的影响进行了分析。结果表明:4种处理稻田土壤CO2的总排放通量均无显著性差异;稻田土壤N2O的总排放量与FP处理相比,T1、T2和T3处理均有显著性减少(P<0.05),分别减少了31.72%、27.17%和43.65%,T3较T2处理显著减少22.83%(P<0.05);稻田土壤CH4的总排放量与FP处理相比,T1、T2、T3处理分别高了13.06%、13.90%、21.97%,其中T3处理差异达到显著水平(P<0.05)。与FP处理相比,T1、T2、T3处理显著提高了SMBC和SMBN的含量(P<0.05),分别提高了18.91%、19.30%、20.07%和28.95%、31.66%、29.96%;T1、T2、T3处理对水稻产量均无显著性影响。稻田土壤CH4和N2O的排放与SMBC和SMBN存在显著的相关性(P<0.01)。总体看,T3处理在降低N2O的总排放量的同时对提升土壤SMBC和SMBN含量具有明显作用。     

下辽河平原单季稻田主要温室气体排放及驱动机制

采用静态箱(暗箱)/气相色谱法对稻田CH4、N2O和CO2排放进行了原位测量,同时测量了土壤温度、气温、土壤Eh等相关因子。试验表明,观测期内3种气体排放各有其明显的季节变化规律。稻田3种处理中的CH4排放规律一致,各处理的CO2的季节变化规律均与相同处理的N2O变化规律相似。在整个生长季中,常规处理、无作物处理(CK)、无N处理的稻田CH4排放总量分别为1.55×102、0.74×102、1.36×102kg.hm-2;N2O排放总量分别为1.80、3.25、1.21kg.hm-2;CO2排放总量分别为9.47×103、2.75×103、8.72×103kg.hm-2。从各处理排放总量分析,CH4和CO2为常规>无N>无作物,N2O为无作物>常规>无N。稻田CH4和N2O排放并无明显相关关系,土壤水分含量与3种气体的排放密切相关;当土壤Eh降到-150mV以下时,土壤CH4排放剧烈。水稻植株对稻田CH4和CO2的排放有十分重要的贡献,其参与使得CH4和CO2排放量分别增加了109%、244%;相对于常规处理来说,不施N肥能降低稻田N2O的排放,在整个生长季内,施用N肥使N2O的排放增加了49%。     

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。     

不同水分对砂壤土初级氮转化速率的影响

为探讨黑龙江省半干旱地区土壤初级氮转化速率对水分含量变化的响应,以深入认识不同水分条件下土壤中氮素的产生、消耗和损失过程,为农田土壤合理施用氮肥提供科学依据,以该地区的农田砂壤土为对象,利用;N同位素双标记技术结合FLUAZ数值优化模型开展室内培养试验,研究60%WHC(田间最大持水量)、100%WHC和淹水条件下土壤初级氮转化速率。结果表明:60%WHC水分条件下土壤初级氮矿化速率、初级氮固定速率、初级硝化速率和初级反硝化速率分别为1.87、1.16、2.84 mg·kg¹·d¹和0.01 mg·kg¹·d¹,水分含量增加至100%WHC对土壤初级氮转化速率没有显著影响。淹水后土壤初级氮矿化速率和初级氮固定速率分别增加至2.45 mg·kg¹·d¹和2.15 mg·kg¹·d¹,初级硝化速率降低至1.13 mg·kg¹·d¹,初级反硝化速率增加至0.65 mg·kg¹·d¹,与60%WHC处理差异显著。60%WHC和100%WHC处理土壤初级硝化速率与初级铵态氮固定速率比值(gn/ia)以及初级氮矿化速率与初级氮固定速率比值(gm/gi)都大于1,而淹水处理的gn/ia值小于1(0.55),gm/gi值接近1(1.14)。非饱和水分条件下,砂壤土的氮素供应和固持能力较低,容易发生硝态氮的积累和淋溶损失。砂壤土淹水后促进了反硝化作用的发生,但氮矿化和固定过程紧密偶联,提高了土壤氮的供应和周转能力;同时硝化作用受到抑制,减少了硝态氮淋溶损失的风险。     

生物质炭添加对农田温室气体净排放的影响综述

农田是温室气体的重要排放源,降低农田温室气体排放对减缓全球气候变化具有重要意义。生物质炭是生物质在缺氧条件下热解产生的固体物质,因其含碳量高、难于分解、比表面积大、疏松多孔等特性,已成为农田温室气体减排研究中人们关注和研究的热点。通过综述农田添加生物质炭对温室气体CO2、CH4和N2O排放的影响及其机制,以及对温室气体净排放[包括净增温潜势(NGWP)、温室气体净排放(NGHGE)和温室气体排放强度(GHGI)]的影响等方面的国内外研究进展,并结合目前国内外生物质炭的研究现状,提出了未来生物质炭在农田温室气体减排领域的研究方向,旨在为生物质炭在农田温室气体减排中的应用提供思路和参考。     

不同稻草还田方式对稻田温室气体排放影响研究

本文以双季稻区早稻不同稻草还田方式田间试验为基础,采用静态箱法/气相色谱法测定3种稻草还田方式早稻期间的CH4、N2O排放速率。结果表明:不同稻草还田方式对稻田CH4的排放速率影响很大。免耕还田能降低CH4排放速率,翻耕还田和旋耕还田的CH4排放速率无明显差异;免耕还田的CH4排放峰值比翻耕还田和旋耕还田分别降低67.0%、54.3%,并迟7天出现;免耕还田CH4排放速率平均值比翻耕还田和旋耕还田分别降低了24.3%和27.0%;翻耕还田和旋耕还田CH4排放主要集中在早稻生长前期,而免耕还田CH4排放主要集中在中后期。旋耕还田和免耕还田的N2O排放峰值比翻耕推迟10天;免耕还田N2O排放速率平均值分别比翻耕还田和旋耕还田降低42.1%和16.7%。试验证明,免耕还田能降低稻田的CH4、N2O排放速率。     

不同施肥条件对稻田温室气体排放特征的影响

采用静态箱-气相色谱监测体系研究了上海郊区3种不同施肥条件下稻田系统温室气体(GHGs)排放特征及其全球增温潜能(GWP)。研究结果表明:施肥能显著增加稻田系统CO2的排放通量,但不同施肥条件对其影响差异不显著;施用有机肥能显著增加稻田系统CH4的排放通量,同时也能显著降低稻田N2O排放通量。整个水稻生育期,不施肥CK处理的GWP最低,为14 852 kg CO2·hm-2。相较于CK处理,施用尿素的CT处理、有机无机混施的MT处理和施用有机肥的OT处理分别增加了86.9%、111.5%和134.3%的稻田GWP,表明施肥会增加稻田土壤GHGs的GWP。     

不同质地黑土净氮转化速率和温室气体排放规律研究

为探讨黑龙江省半干旱地区不同质地黑土的净氮转化速率和温室气体排放规律,以壤砂土和粉壤土为研究对象开展室内培养试验,对土壤净硝化速率和净矿化速率、N2O和CO2排放速率与累积排放量进行研究。结果表明:7d培养期间壤砂土的平均净矿化速率和CO2平均排放速率分别为0.49mgN kg-1 d-1和0.30mgCO2-C kg-1 h-1,显著低于粉壤土的平均净矿化速率(1.37 mgN kg-1 d-1)和CO2平均排放速率(0.47mgCO2-C kg-1 h-1)。壤砂土的平均净硝化速率和N2O平均排放速率分别为1.65mgN kg-1 d-1和212.6ngN2O-N kg-1 h-1,显著低于粉壤土的5.02mgN kg-1 d-1和521.3ngN2O-N kg-1 h-1。壤砂土和粉壤土的N2O排放比率分别为0.081%~0.301%和0.210%~0.254%。研究表明,土壤质地显著影响土壤净氮转化速率和温室气体排放,壤砂土较低的pH、有机碳和水溶性有机碳含量是导致其净硝化速率、净矿化速率以及N2O、CO2排放速率显著低于粉壤土的主要原因。     

农业废弃物还田对黑土温室气体排放及全球增温潜势的影响

【目的】研究牛粪、鸡粪、玉米秸秆与化肥配施还田,对黑土温室气体排放及全球增温潜势的影响。【方法】采用静态箱法,试验共设5个处理,分别为:空白对照,单施化肥,牛粪还田配施50%化肥氮(化肥中氮的质量分数为肥料中总氮量的50%),鸡粪还田配施50%化肥氮,秸秆还田配施90%化肥氮。除对照外各处理总施氮量为240kg·hm~(-2)。【结果】各处理中秸秆还田处理的CO_2平均排放通量及总排放量最高,分别达388.96 mg·m~(-2)·h-1和14 718.97 kg·hm~(-2),且追施氮肥明显增加CO_2的排放;单施化肥处理CH_4平均吸收通量及总吸收量最高,分别达0.042 mg·m~(-2)·h-1和1.36 kg·hm~(-2);单施化肥处理N_2O平均排放通量及总排放量最高,分别达0.153 mg·m~(-2)·h-1和5.75 kg·hm~(-2)。秸秆还田处理的全球增温潜势显著高于其他处理,牛粪还田处理较单施化肥处理全球增温潜势降低,但差异不显著。【结论】秸秆覆盖会增加黑土中的CO_2的排放,旱田土壤是大气中CH_4的重要吸收汇,有机无机肥配施对比单施化肥能减少土壤中N_2O的排放,各农业废弃物还田处理对大气变暖贡献程度不同。     

稻蟹共生系统温室气体排放特征及其影响因素

稻田是农业温室气体排放的重要来源。近年来,稻田综合种养模式发展迅速,但其对温室气体排放的影响具有较大争议。为明确我国东北地区典型稻田种养模式——稻蟹共生系统温室气体排放特征,在辽宁省盘锦市大洼区开展微区试验,设置持续淹水水稻单作、晒田水稻单作和稻蟹共生3种处理,开展了不同稻田生态系统下温室气体排放特征及其主要影响因素研究。结果表明：稻蟹共生能够降低稻田N₂O排放,与持续淹水水稻单作处理和晒田水稻单作处理相比,稻蟹共生处理N₂O排放量分别降低23.9%和16.7%。稻蟹共生对CH₄排放的影响则取决于水稻单作的水分管理模式。相比于持续淹水水稻单作处理,稻蟹共生处理使CH₄排放量降低13.5%;然而相比于晒田水稻单作处理,则使CH₄排放量增加34.0%。整体而言,与持续淹水水稻单作处理相比,稻蟹共生处理降低了13.6%的增温潜势;与晒田水稻单作处理相比,却增加了32.6%的增温潜势。冗余分析表明,在稻田生态系统中,温室气体排放主要受田面水溶解氧和pH以及土壤中NO₃     

不同再生稻栽培模式对稻田温室气体排放和产量的影响

为研究再生稻对稻田温室气体排放和产量的影响,于2017年在潜江广华农场,设置常规栽培与优化栽培两种再生稻种植模式,研究其对稻田N_2O与CH_4排放、头季与再生季水稻产量的影响。结果表明,栽培模式显著影响N_2O排放、CH_4排放和全球增温潜势(GWP)。与常规栽培模式相比,优化栽培模式N_2O累计排放量在头季、再生季和全生育期分别显著增加了82.0%、45.3%和64.0%,CH_4累计排放量分别降低了55.0%、260.0%和34.9%,GWP分别降低了52.7%、218.6%和31.9%。同时,与常规栽培模式相比,优化栽培模式头季产量、再生季产量和总产分别提高了23.8%、30.0%和25.4%。研究表明,优化栽培模式相对于常规栽培模式在降低全球增温潜势的同时还能提高头季与再生季水稻产量,是一项低碳高产的再生稻栽培模式,值得在湖北省稻区推广。     

紫云英还田对早稻直播稻田温室气体排放的影响

为研究早稻直播条件下冬种紫云英翻压还田对稻田CH_4与N_2O排放的影响。选取南方双季稻区稻田为研究对象,采用静态暗箱-气相色谱法监测冬闲-双季稻,不施氮肥(CK);冬闲,早晚稻每季施氮200 kg·hm~(-2)(N_(200));冬种紫云英全量还田,早晚稻均不施氮(CMV);冬种紫云英半量还田,早晚稻每季施氮100 kg·hm~(-2)(CMV+N_(100))等4个处理的CH_4与N_2O排放速率及其全球增温潜势(GWP)与单位粮食产量温室气体排放强度(GHGI)。结果表明,各处理CH_4排放峰主要在水稻种植初期至分蘖末期,早稻与晚稻出现最大峰值的处理分别是CMV(105.6 mg·m~(-2)·h~(-1))和CMV+N_(100)(52.94 mg·m~(-2)·h~(-1));N_2O排放峰主要出现在田间水稻种植初期至分蘖及田间水分干湿交替阶段,早稻晚稻最大峰值均为N_(200),分别为717.7μg·m~(-2)·h~(-1)和1 065.57μg·m~(-2)·h~(-1);与N_(200)相比,CMV+N_(100)增加了CH_4累积排放量,减少了N_2O的排放,且早稻季CH_4排放量低于晚稻季。与CK相比,施肥对于稻田GWP并无显著影响,其中CH_4对GWP的贡献可达90%以上;与N_(200)相比,CMV+N_(100)增加了早稻季GHGI,降低了晚稻季GHGI,而对双季稻GHGI并无显著影响。综上,早稻直播条件下紫云英还田配施氮肥虽然增加了稻田CH_4排放,但降低了N_2O排放,可降低晚稻田GHGI。     

不同水分条件下海南红壤N2O排放对不同碳源添加的响应

为探讨添加不同水分条件下土壤N₂O排放对碳源添加的响应,以无任何添加的土壤为空白处理（CK）,设置B1、B2两个生物炭处理（B1：生物炭添加量为土壤质量的1％;B2：生物炭添加量为土壤质量的2％）和秸秆处理S（水稻秸秆添加量为土壤质量的2.75％,秸秆用量与制备B1的秸秆用量相当）,同时设置45%持水量W1（模拟干旱）、75%持水量W2（适中）和100%持水量W3（淹水）3个水分条件,培养25 d。结果表明：不同水分条件下土壤NH₄⁺-N含量为W1>W2>W3,NO₃^--N含量为W3>W2>W1。土壤水分显著影响N₂O排放,相比W1,CK、S、B1、B2处理在W2和W3水分条件下的N₂O累积排放量分别增加806.2%、455.8%、713.2%、311.3%和798.6%、315.3%、801.6%、661.7%。W1和W2水分条件下,相比CK,秸秆添加显著增加土壤N₂O累积排放量,增幅分别为80.9%和10.9%。添加生物炭在各水分条件下均降低土壤N₂O累积排放量,水分含量越高,降幅越大,B1和B2降幅分别为25.7%~33.5%和22.9%~65.0%。研究表明,海南红壤中添加生物炭可以减少土壤N₂O排放,而秸秆还田在持水量小于75%时可增加土壤N₂O排放,在淹水条件下可降低土壤N₂O排放。     

降雨和凋落物对人工杨树林土壤温室气体通量的影响

本研究以科尔沁沙丘-草甸梯级生态系统中人工杨树林为研究对象,于2017年5—10月采用静态箱-气相色谱法,对CO_2、CH_4和N_2O进行了原位观测,探究降雨和凋落物对森林生态系统土壤温室气体通量的影响,实验共设3个处理:"Ⅰ-去除凋落物"、"Ⅱ-维持原状"和"Ⅲ-加倍凋落物"。结果表明:土壤状态较干燥的5月23日及7月20日雨后CH_4吸收值在短时间内均有所增加,土壤温度较高的7月20日雨后CH_4吸收值增长率远大于土壤温度较低的5月23日,土壤状态较湿润的8月4日雨后CH_4吸收值呈明显降低趋势;降雨前后CH_4通量均表现为吸收,且其吸收强度表现为:处理Ⅰ处理Ⅱ处理Ⅲ。生长季N_2O排放与CH_4吸收之间呈现显著的线性负相关关系(P0.05)。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ处理后生长季CO_2通量平均值分别为243.47、357.14、406.36 mg·m~(-2)·h~(-1),去除凋落物使土壤CO_2通量显著降低30.81%,加倍凋落物则使CO_2通量显著提高13.78%,去除凋落物处理对土壤CO_2通量的降低幅度远大于加倍凋落物对土壤CO_2通量的提高幅度;生长季土壤CO_2的温度敏感性(Q10)表现为:处理Ⅰ(1.070)处理Ⅱ(1.046)处理Ⅲ(1.011),不同凋落物处理下林地土壤CO_2通量对土壤温度响应的差异不显著。     

沙壤土种植优质小麦配方施肥试验

通过在沙壤土上进行8种不同施肥处理的试验，探讨施肥对优质小麦产量和品质的影响．结果显示，底肥施氮（N）82．5kg／hm^2,磷（P2O5）60kg／hm^2,钾（K2O）60kg／hm^2，拔节期追施尿素145．5kg／hm^2，为最优施肥处理，小麦每公顷产量6143．28kg，优质率97％．适宜推广应用。     

奶牛养殖粪水还田对风沙土农田N2O和NO排放的影响

为探究规模化奶牛养殖场粪水农田就近消纳的区域适宜方案,减缓农田温室气体排放,建立田间原位试验,研究奶牛养殖场粪水（液体有机肥）对风沙土N₂O和NO 排放及青贮玉米产量的影响。试验设5个处理,分别为：不施氮肥对照（CK）、常规化肥（NPK）、奶牛养殖场固体有机肥底肥尿素追肥（SM）、液体有机肥分3次（LMT）和4次施用（LMF）。结果表明：在氮用量250 kg·hm^–2水平下,与 NPK 处理相比,SM 处理土壤 N₂O 和 NO 累积排放量分别降低 16.58% 和 20.31%,LMT 处理的降低幅度分别达到39.59%和 30.02%,LMF处理则仅降低土壤 NO排放量而对 N₂O排放无显著影响。与 LMT处理相比,玉米生长季内 LMF处理土壤N₂O和 NO排放量分别增加了 76.92% 和 13.04%。SM 和 LMT处理青贮玉米产量和肥料氮利用率与 NPK处理无显著差异,而 LMF处理则显著降低肥料氮的利用率31.76%。综上,风沙土农田玉米季奶牛养殖场液体有机肥的推荐施用方案为：250 kg·hm^–2氮分1次基肥和2次追肥施用,基追比为40%∶20%∶40%,追施时间为玉米拔节期和大喇叭口期。这一方案既可以高效消纳奶牛养殖场粪水,又可降低N₂O和NO排放,实现青贮玉米生产与生态环境的双赢。     

不同水旱轮作模式全生命周期温室效应及经济效益评价

以不同水旱轮作稻田为研究对象,对比分析不同轮作模式温室气体排放特征,挖掘关键影响因素,并将温室效应和成本-收益计量相结合,通过综合评价筛选环境友好、经济效益高的轮作模式。基于大田小区试验,设置休闲-水稻、紫云英-水稻、小麦-水稻、油菜-水稻、青饲小麦-水稻、蚕豆-水稻6种水旱轮作处理,采用静态箱-气相色谱法,于2020年6月—2021年5月进行CH₄和N₂O排放原位监测,通过结构方程模型挖掘影响CH₄和N₂O排放的关键因素,采用全球增温潜势和成本-收益计算方法,评价不同轮作制度的环境和经济效应。结果表明：不同水旱轮作模式CH₄累积排放量为95.6~173.3 kg·hm^-2,排放量与冬茬秸秆还田量和水稻产量有关;N₂O累积排放量为1.5~2.5 kg·hm^-2,受施氮量、冬茬秸秆还田量、水稻产量和土壤有机质含量影响。增加氮肥施用量不仅可增加N₂O排放量,而且会导致土壤有机质含量的降低;冬茬秸秆还田量、水稻产量的变化会导致CH₄和N₂O排放的此消彼长,即秸秆还田量和水稻产量与CH₄排放量呈正相关,而与N₂O排放量呈负相关。青饲小麦-水稻轮作模式的经济效益为10 139元·hm^-2,高于其他轮作模式。对比单位经济效益的温室气体排放量发现,尽管青饲小麦-水稻轮作模式周年N₂O排放量最高、土壤固碳量低,但其单位经济收益的温室气体排放量仍最低（0.41 kg CO₂e·元^-1）;紫云英-水稻轮作分别比油菜、小麦、休闲、蚕豆与水稻的轮作方式低51%、33%、20%和4%。不同水旱轮作方式下的稻田周年温室效应有显著差异,紫云英-水稻轮作的综合温室效应（3.1 t CO₂e·hm^-2）显著低于小麦-水稻轮作（5.4 t CO₂e·hm^-2）。研究表明,与其他轮作模式相比,紫云英-水稻和蚕豆-水稻轮作在保证较高经济收益的同时温室气体排放量相对较低,冬茬秸秆还田量、绿肥还田生物量是环境效应和经济效益协同的重要影响因素。