再生稻干湿交替灌溉与根区分层施氮减少温室气体排放

【目的】探明再生稻优化灌溉与根区分层施氮下温室气体排放与产量的综合响应。【方法】基于静态暗箱–气相色谱法对再生稻进行温室气体排放的田间原位观测,设置2种灌溉模式(常规灌溉和干湿交替灌溉)和5个施肥处理(不施氮,CK;农民常规分次施氮,FFP;一次性根区5cm浅施控释尿素,RF1;一次性根区10cm深施控释尿素,RF2;一次性根区5 cm和10 cm分层施控释尿素,RF3),研究了再生稻优化灌溉与根区分层施氮对温室气体排放和产量的综合影响。【结果】(1)常规灌溉模式下,RF1、RF2处理和RF3处理在全生育期的CH_4、N_2O和CO_2排放量比FFP处理分别降低了49%～76%、55%～81%和57%～69%(P0.05),干湿交替模式下CH_4、N_2O和CO_2排放量比FFP处理分别降低了52%～77%、52%～73%和61%～75%(P0.05)。(2)3种温室气体所引起的GWP(以CO_2计,kg/hm~2),干湿交替下FFP、RF1、RF2处理和RF3处理的GWP量与常规灌溉相比分别降低了3%、10%、13%和11%(P0.05)。(3)2种灌溉模式下RF3处理再生稻产量较FFP处理分别显著提高了7%和11%。【结论】再生稻根区分层施用控释尿素在提高产量的同时对温室气体具有减排作用,而且干湿交替模式节水、增加再生稻产量,也具有一定的减排作用,因此分层施氮与干湿交替协同是实现再生稻种植的轻简化操作的可行措施。     

温室气体排放与番茄产量对水肥气耦合的响应机制研究

为探求温室番茄节水减排优产的灌溉模式,以番茄（金鹏8号）为研究对象,设置I1和I2（对应作物-皿系数kcp为0.8和1.0）2个灌水水平,F1和F2（对应施氮量180kg/hm2和240kg/hm2）2个施氮水平,A1、A2和CK（1倍和2倍文丘里加气量,不加气CK作为对照处理）3个加气水平,采用3因素完全随机设计,共10个处理,每个处理重复3次,采用静态暗箱-气相色谱法对番茄全生育期温室气体排放进行监测分析,探究土壤CO2、N2O、CH4排放与番茄产量的变化规律;分析灌水水平、施氮水平和加气水平对温室番茄产量和温室气体排放的影响,综合全球净增温潜势（Net global warming potential, NGWP）和温室气体排放强度（Greenhouse gas intensity, GHGI）,提出以节水减排高产为目标的温室番茄水肥气一体化滴灌管理模式。结果表明：灌溉水平和施氮水平增大均会增加土壤CO2、N2O排放通量,I2处理较I1处理平均增加24.8%（P<0.05）与14.8%（P>0.05）,F2处理比F1处理平均增加8.6%（P>0.05）与34.9%（P<0.05）;加气灌溉对土壤CO2、N2O排放通量有显著影响,与CK处理相比,A1和A2处理分别平均增加5.5%、10.0%（P>0.05）和20.9%、62.9%（P<0.05）。番茄全生育期内土壤CH4排放通量呈现土壤为CH4的汇,灌水水平增大会增加土壤CH4排放通量,而施氮水平增加则会减小CH4排放通量,I2处理比I1处理平均增加27.8%（P<0.05）,F2处理比F1处理平均减少25.5%（P<0.05）;加气、施氮和灌水会显著增加番茄产量（P<0.05）。综合考虑经济因素和生态因素,A1F2I1处理效益最佳,即加气水平A1、施氮水平F2、灌水水平I1的组合策略可以兼顾节水优产减排要求,为西北地区温室番茄较优灌溉模式。     

节水灌溉对农田土壤温室气体排放的影响

农田是温室气体的重要排放源,如何通过有效的管理措施降低农田温室气体的排放成为当前应对气候变化研究的热点之一。不同灌溉方式导致土壤水分差异较大,进而引起温室气体排放的差异。[目的]系统总结分析不同节水灌溉方式对温室气体排放的影响效果有助于对节水灌溉方式优化选择及未来研究方向的聚焦。[方法]在前人研究基础上,进行文献搜集和整理,综述分析了节水灌溉方式对稻田和旱作农田温室气体排放的影响。[结果]与长期淹水相比,现有的水稻节水灌溉方式增加了稻田土壤CO2排放,增幅为20.83%~104.00%,平均增加48.40%,对N2O排放的影响有增加也有降低,其影响率范围为-41.30%~3078.41%,平均增加269.10%,但却显著降低了CH4的排放,降幅为14.19%~78.92%,平均降低51.66%。综合考虑稻田的全球净增温潜势(GWP),节水灌溉较长期淹水降低了稻田的GWP。与漫灌/沟灌相比,滴灌可改变旱作农田CO2和N2O排放及对CH4的吸收,其变化率范围分别为-31.19%~2.81%、-46.51%~52.56%和-150.00%~43.39%,平均分别降低12.84%、18.63%和24.93%。综合考虑旱作农田的GWP,由于N2O是旱作农田的主要温室气体,因此,滴灌降低了旱作农田的GWP。[结论]节水灌溉在节水的同时,还可降低农田温室气体排放的全球净增温潜势。基于研究现状,亟须对不同节水灌溉方式的温室排放效应及其机制开展定量研究。     

水分管理对旱直播稻温室气体排放与土壤无机氮的影响

为探究寒地黑土区不同水分管理方案对旱直播水稻温室气体排放和土壤无机氮的影响,设置4个处理：淹灌旱直播（YH）、湿灌旱直播（SH）、旱管旱直播（HH）和常规插秧淹灌（CK）,并以CK处理作为对照,采用微区测坑进行试验,研究了旱直播水稻对温室气体甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）排放量、全球增温潜势（GWP）、以产量为基准的全球变暖潜势（GWPy）、0～60cm土壤剖面铵态氮（NH+4N）和硝态氮（NO-3N）含量的影响,分析了0～20cm土层土壤温度、CH4和N2O排放量和0～20cm土层NH+4N和NO-3N含量的相关关系。结果表明：各处理CH4和N2O排放量均呈先增后减的变化趋势,CH4排放峰值出现在拔节孕穗期,N2O排放峰值出现在抽穗开花期。各处理CH4累积排放量、GWP和GWPy由大到小均表现为CK、YH、SH、HH,N2O累积排放量由大到小表现为HH、SH、YH、CK。CK、YH、SH处理土壤NH+4N和NO-3N含量在时间和剖面上的变化规律基本一致,从时间上看,NH+4N含量峰值出现在分蘖中期和抽穗开花期,而NO-3N含量峰值出现在分蘖前期;从土壤剖面上看,CK、YH、SH处理NH+4N和NO-3N含量分别以20～40cm和40～60cm土层最高,而HH处理NH+4N和NO-3N含量分别以40～60cm和0～20cm土层最高。各处理稻田5、10、15、20cm土层土壤温度（T5、T10、T15、T20）均呈先升后降的变化趋势。CK、YH、SH、HH处理T5、T10、T15、T20与CH4排放量、NH+4N含量呈正相关;YH处理T15、T20与N2O排放量呈正相关,与NO-3N含量呈负相关;SH、HH处理T5、T10、T15与N2O排放量呈负相关,与NO-3N含量呈正相关。YH、SH、HH处理NH+4N和NO-3N含量呈此消彼长的密切关系。本研究可为东北黑土区旱直播稻田减缓温室效应和土壤氮素高效利用提供理论依据。     

玉米田长期施粪肥的温室气体排放研究

为探究粪肥施用年限对农田土壤CO_2、CH_4、N_2O三种温室气体排放量的影响,以奶牛场青贮玉米种植农田为研究区,选择施肥条件分别为当年施粪肥和连续5年施粪肥的两块玉米田,进行为期一个玉米生长季的土壤CO_2、CH_4和N_2O三种温室气体排放量监测,同时对土壤无机氮含量和土壤三相比等指标进行监测。结果表明:与当年施粪肥(SM)相比,连续5年施粪肥(LM)玉米田的CO_2排放量比当年施粪肥的增加73.49%;而对于土壤CH_4与N_2O排放,长施粪肥的低于当年施粪肥的情况,可分别减少排放14.55%与75.55%。综合SM和LM两种施肥条件下青贮玉米田土壤CH_4和N_2O温室气体排放量得出,本试验条件下长施粪肥的全球增温潜势减排效应为75.43%。     

秸秆生物炭对玉米农田温室气体排放的影响

通过大田试验,采用静态暗箱-气象色谱法研究玉米农田不施生物炭(C0),施生物炭分别为15 t/hm2(C15)、30 t/hm2(C30)和45 t/hm2(C45)后温室气体(CO_2、CH_4和N_2O)的排放特征,并估算CH_4和N_2O的综合增温潜势(GWP)及排放强度(GHGI)。结果表明:添加生物炭显著降低CO_2和N_2O的季节累积排放总量,与C0处理相比,CO_2最大降幅为24.6%(C15),N_2O最大降幅为110.35%(C45),且其随着生物炭施用量的增加而降低;CH_4的季节累积排放总量由小到大依次为:C15、C30、C0、C45,其中,C15处理较C0处理降低幅度最大为259.62%,添加生物炭同时也降低CH_4和N_2O的综合增温潜势(GWP)及排放强度(GHGI),处理C15、C30和C45的GWP值较对照C0分别降低88.2%、123.2%和109.9%,GHGI分别降低88.86%、121.60%和100.03%。施用适量的生物炭可以有效增加玉米产量,处理C15、C30和C45的增幅分别为6.28%、7.27%和1.69%。处理C30显著降低CH_4和N_2O的综合增温潜势及其排放强度,并且产量的增幅最大。因此,在当前玉米农田管理措施下,生物炭施用量为30 t/hm2时可实现玉米增产和固碳减排的目标。     

不同土壤改良剂对盐渍化农田土壤改良及温室气体排放的影响

全球气候不断变暖已是不争的事实,而农田土壤所排放的温室气体为其做出了很大贡献,同时土壤盐渍化亦成为制约目前农田发展的重要颈瓶,为农田土壤盐渍化并同步缓解农田温室气体排放和发展可持续低碳农业,推进废弃物资源综合利用。本文选用秸秆生物炭、石膏、石膏+有机肥作为土壤改良剂,采用静态暗箱-气相色谱法对盐渍化农田土壤温室气体(CO_2、CH_4、N_2O)进行原位采集,分析不同处理对土壤温室气体排放的影响,为抑制和降低农业领域温室气体的排放提供理论依据。本研究共设4个试验处理,即生物炭(DC)、石膏(DS)、石膏+有机肥(DSF)和空白(CK),每个处理设3个重复,同时辅以相同的灌溉与施肥措施。结果表明:各处理的CO_2平均排放通量差异性显著(p0.05),石膏对抑制CH_4和N_2O排放通量的效果最好。DC、DSF、CK处理温室气体排放强度(GHGI)差异性不显著,但与DS差异性显著。与对照相比,DSF、DC、DS温室气体排放强度(GHGI)均表现为降低趋势,分别降低了5.57%、16.77%、34.93%。施加生物炭和石膏对降低盐渍化土壤pH和EC有明显效果。盐渍化农田施加生物炭和石膏加有机肥可显著提高有机质、碱解氮、速效磷含量改善土壤理化性。综合分析各处理对温室气体指标的影响,石膏对抑制温室气体排放的效果最佳,生物炭效果次之。而对土壤改良效果生物炭较优。     

不同灌溉模式寒区稻田温室气体排放与土壤矿质氮特征

为探究东北黑土区不同灌溉模式下稻田温室气体排放和土壤矿质氮特征,于2019年在黑龙江省庆安国家灌溉试验重点站测坑内进行了试验观测,按照不同的灌溉模式设置了控制灌溉（KG）、间歇灌溉（JG）和湿润灌溉（CI）3个试验处理,以当地常规的插秧淹灌（CK）为对照,研究了不同处理的稻田温室气体甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）排放量、全球增温潜势值、以产量为基准的全球变暖潜势值及0～60cm土壤NH+4N含量和NO-3N含量的变化过程,以及0～20cm土层土壤温度和矿质氮含量与CH4和N2O排放量的相关关系。结果表明,随着水稻生长发育进程的推进,各处理稻田土壤各土层温度均呈先升高后降低的变化趋势;各处理CH4和N2O排放量均呈先增加后减少的倒“V”形变化趋势,CH4和N2O的排放峰值分别出现在拔节孕穗期和抽穗开花期。从时间上来看,CK、JG、CI处理的稻田土壤NH+4N含量拐点在分蘖中期和抽穗开花期,KG处理拐点在拔节孕穗期和乳熟期,而所有处理的土壤NO-3N含量最大值均出现在分蘖前期;从空间上来看,不同处理稻田土壤NH+4N平均含量随着土层深度增加而逐渐减少,而NO-3N平均含量CK处理随土层深度逐步增加,其余各处理为先减少再增加变化趋势。土壤温度与CH4排放量有显著相关性,而与N2O排放量相关性不显著;各处理土壤NH+4N含量与CH4和N2O排放量呈正相关,而土壤NO-3N含量与CH4和N2O排放量呈负相关。各处理稻田CH4累积排放量由大到小依次为CK、JG、KG、CI,N2O累积排放量由大到小依次为CI、KG、JG、CK,各处理CH4和N2O累积排放量均与CK处理差异显著（P＜0.05）,从单位产量温室效应(GWPy)来看,KG、JG、CI处理分别较CK处理降低24.98%、27.69%和24.06%。研究结果可为东北黑土区稻田减排和提高土壤矿质氮利用率提供理论依据和技术支撑。     

模拟再生水、养殖废水灌溉对农田温室气体排放的影响

【目的】探究不同水源灌溉对农田温室气体排放的影响,【方法】采用室内培养的方法研究再生水与养殖废水灌溉对土壤CO₂、N₂O、CH₄排放通量的影响(以地下水灌溉为对照),同时监测土壤pH值、土壤孔隙含水率(WFPS)、NH₄⁺-N、NO₃^--N的变化,分析培养期间土壤CO₂、N2O、CH4排放特征及相关影响因子变化。【结果】与地下水相比,再生水与养殖废水灌溉均显著增加土壤CO₂、N₂O、CH₄排放(P<0.05),再生水促进N2O排放的效果更明显,养殖废水促进CO₂、CH₄排放的效果更明显;从全球增温潜势(GWP)来看,与地下水相比,再生水与养殖废水均显著增加GWP,二者无显著差异;试验结束时,养殖废水处理土壤pH值低于地下水对照,而再生水处理高于地下水对照;再生水与养殖废水均显著增加了土壤中无机氮量。...     

不同灌溉方法对宁夏葡萄园土壤二氧化碳和甲烷排放的影响

采用静态箱-气相色谱法对不同灌溉方法(滴灌、沟灌)及相应施肥管理下的葡萄园土壤CO_2和CH_4排放进行了原位观测。结果表明,2012年与2013年生长季之中,不同灌溉方法显著影响葡萄园土壤CO_2和CH4的排放。以滴灌替换沟灌后,2012年CO_2与CH4减排量分别达到(3 530.34±1 611.97)kg/(hm2·a)和(0.392±0.424)kg/(hm~2·a),2013年则分别达到(2 198.43±713.97)kg/(hm~2·a)和(0.136±0.192)kg/(hm2·a),且2012年与2013年不同灌溉处理间CO_2排放量均差异显著;若将宁夏全区沟灌葡萄园全部改造为滴灌葡萄园,则2012年和2013年GWP减排总量(以CO_2计)将达到7 077.14万kg与4 402.58万kg。滴灌能有效抑制土壤CO_2与CH_4的排放损失,更具温室气体减排潜力。     

不同灌溉模式寒地稻田CH_4和N_2O排放特征及增温潜势分析

【目的】寻求黑龙江省寒地稻田的适宜灌溉方式。【方法】采用静态箱-气相色谱田间观测的方法,设置控制灌溉、间歇灌溉和淹水灌溉3种灌溉方式,展开了对寒地水稻生长季CH_4和N_2O排放特征及其增温潜势方面的研究。【结果】(1)稻田CH_4排放主要集中在分蘖期、拔节孕穗期和抽穗开花期。与淹水灌溉相比,控制灌溉、间歇灌溉能显著减少CH_4排放量(P<0.01),其中控制灌溉减少56.29%,间歇灌溉减少26.59%。(2)土壤干湿交替的晒田期和施加穗肥7 d后是稻田N_2O排放的主要时期,返青期有明显的负排放现象发生。施加穗肥后,控制灌溉稻田N_2O排放首先达到排放高峰,比间歇灌溉和淹水灌溉提前了6 d。控制灌溉和间歇灌溉N_2O排放量与淹水灌溉相比分别增加了55.6%和56.0%。(3)淹水灌溉稻田CH_4排放量与5 cm土壤温度显著正相关(P<0.01),控制灌溉稻田N_2O排放量与15 cm土壤温度显著正相关(P<0.01)。不同深度土壤温度、气温对间歇灌溉稻田CH_4和N_2O排放均有显著影响。淹水灌溉CH_4和N_2O排放受土壤温度影响显著,其影响大小与不同灌溉方式有关。【结论】不同灌溉模式影响了寒地稻田CH_4和N_2O排放特征,控制灌溉既降低了增温潜势又增加了籽粒产量,是一种较优的灌溉模式。     

不同施氮条件下再生水灌溉对土壤理化性质及脲酶活性的影响

【目的】探讨不同施氮条件下再生水灌溉对土壤理化性质和脲酶活性的影响。【方法】采用盆栽试验种植上海青,以清水灌溉为对照,上海青出苗后灌水4次,每次1 L,研究了不同施氮条件下(0、120、150、180 mg/L)再生水灌溉对土壤氮素分布和脲酶活性的影响。【结果】与清水灌溉相比,再生水灌溉降低了土壤pH值,对有机质量、全氮量、铵态氮量无显著影响,显著降低了土壤EC值和水溶性Na+量,显著增加土壤硝态氮、水溶性K+量和0～10cm土层脲酶活性。土壤理化性质与脲酶活性相关性分析表明,0～5cm土壤脲酶活性与全氮和水溶性Na+呈显著负相关,与水溶性K+显著正相关。【结论】再生水灌溉条件下施120 mg/kg氮素更有利于提升土壤养分水平。     

施肥对免耕旱作燕麦田土壤温室气体排放的影响

采用静态箱-气相色谱法,研究了不施肥(CK)、施氮肥(N)、施磷肥(P)、施钾肥(K)、氮磷肥配施(NP)和氮磷钾肥配施(NPK)5种施肥处理对免耕旱作燕麦田土壤温室气体排放的影响,以期为当地农田生态实现可持续发展提供科学依据。结果表明,各处理土壤CO_2排放通量随燕麦生育期均呈先增加后减小的趋势,拔节期出现峰值;不同施肥处理CO_2平均排放通量均高于不施肥处理,其中氮磷钾配施、氮磷配施和施氮处理与不施肥处理间差异显著;各处理土壤CH_4排放通量在全生育期内均表现为吸收特征,呈"反S型"变化,全生育期氮磷钾、氮磷和施氮处理CH_4平均吸收通量显著高于不施肥处理,分别是不施肥处理的1.30、1.25、1.15倍,三者之间差异不显著;各处理N_2O排放通量全生育期内均表现为排放源,呈先增后减的趋势,各处理N_2O平均排放通量表现为施氮氮磷配施氮磷钾配施施磷施钾不施肥,其中施氮、氮磷配施、氮磷钾配施与不施肥处理差异显著,施磷、施钾与不施肥处理差异不显著;氮磷钾配施、氮磷配施、施氮、施磷、施钾处理综合温室效应分别比不施肥处理高22.3%、15.6%、12.8%、10.1%和4.7%,除施钾处理外,其他施肥处理均与不施肥处理差异显著。     

水肥减量对土壤硝态氮和番茄产量品质的影响

【目的】解决水肥一体化下水肥施用过量问题,合理调控土壤硝态氮积累量,保证番茄产量品质为目标,寻找适宜的水肥投入减量。【方法】采用日光温室小区试验,以当地农户水肥的平均投入量为对照(CK),设置了3个不同的水肥同步减量处理(H:80%CK、M:60%CK、L:50%CK),研究了水肥一体化条件下不同梯度的水肥投入减量处理对土壤含水率、土壤硝态氮、番茄果实产量品质和水肥利用效率的影响。【结果】全生育期0~20 cm和20~50cm间土壤含水率和0~50 cm土壤硝态氮积累量呈现为CK>H处理>M处理>L处理;番茄产量表现为:CK>H处理>M处理>L处理,且各处理之间差异显著;各处理水肥利用效率差异显著;其中,H处理0~50 cm土壤层硝态氮积累量和番茄果实产量与CK差异显著,分别为71%CK和83%CK,H处理的水肥利用效率显著高于CK(p<0.05),H处理的糖酸比为CK的1.18倍。在当地水肥管理条件下,水肥减量20%时,土壤含水率较高,可显著减小土壤硝态氮积累量,番茄减产最少(M和L处理的番茄产量分别为72%CK和67%CK)同时还可小幅改善番茄风味品质,显著提高水肥利用效率。【结论】综合以上分析,建议水肥减量小于20%为宜,否则可能造成大幅的番茄产量减产。     

调亏灌溉下施氮量对农田CO2固定排放和花生产量的影响

为探究调亏灌溉条件下施氮量对辽宁地区花生农田CO2固定排放的影响,于2018、2019年设置测坑裂区试验,研究了不同灌溉模式（全生育期充分灌溉（F）和花针期、饱果期调亏灌溉（D））下施氮量（0kg/hm2（N0）、50kg/hm2（N50）、100kg/hm2（N100）、150kg/hm2（N150））对花生植株干物质积累量、固碳量及产量等的影响。研究结果表明,与F处理相比,D处理下花生植株干物质积累量、固碳量及产量分别提高了7.59%、15.08%和7.16%（2年平均）。两种灌溉模式下,花生植株干物质积累量、固碳量及产量均随施氮量的增加呈先增加后减小的趋势,在100kg/hm2施氮水平下达到最大值。从苗期至饱果期,花生农田土壤CO2排放量呈先升高后降低的趋势,在花针期达到最大值。与F处理相比,D处理显著降低了花针期、结荚期及饱果期土壤CO2平均排放量及全生育期CO2累积排放量。两种灌溉模式下,土壤CO2排放量均随施氮量的增加而显著增加。相同施氮水平下,调亏灌溉较充分灌溉处理显著降低了全生育期CO2累积排放量,DN100处理较FN100处理CO2累积排放量降低了7.51%（2年平均）。不同水氮处理下,DN100处理花生植株固碳量和产量最大,且CO2排放量较低,是花生农田生态系统固碳减排的最佳处理。     

气候与种植结构变化对温室气体排放及灌溉需水的影响

针对气候变化和种植结构调整对黄淮海地区农业生产作用不明晰的问题,基于反硝化分解模型(Denitrification-decomposition, DNDC),采用情景分析法评估了气候与种植结构变化对黄淮海地区农业温室气体(CO₂、CH₄和N₂O)排放和灌溉需水量的影响。结果表明：从1995年到2015年,研究区气候向暖湿化方向发展,其中年均最高温度无显著变化,年均最低温度上升0.7℃,年降水量增长46.5 mm; 1995年研究区玉米、小麦和水稻种植面积分别约为7.9×10⁶、1.4×10⁷、2.9×10⁶ hm²;2015年3种作物种植面积均增大,而水稻、小麦种植比例减小。气候变化影响下,黄淮海地区农业温室气体排放增加,灌溉需水量小幅减小。与1995年相比,2015年CO₂、CH₄、N₂O排放强度分别增长至3 730.5、443.2、5.9 kg/hm²