不同遮阴处理下施肥对稻田CH4和N2O排放的影响

太阳辐射减弱是气候变化的主要特征之一。太阳辐射减弱下不同肥料种类和施用量对水稻生产、稻田甲烷（CH₄）和氧化亚氮（N₂O）排放的影响尚不明确。通过田间模拟试验研究了不同生育期遮阴条件下施用氮磷钾复合肥和硅肥对水稻产量、稻田土壤CH₄和N₂O排放的影响。采用3因素3水平正交试验设计,遮阴设3水平,即不遮阴（S₀,遮阴率为0）、水稻开花-成熟遮阴（S₁,遮阴率为64%）和分蘖-成熟遮阴（S₂,遮阴率为64%）;氮磷钾复合肥设3水平,即100 kg·hm^-2（F₁）、200 kg·hm^-2（F₂）和300 kg·hm^-2（F₃）;硅肥设3水平,即不施硅（R₀）、钢渣200 kg·hm^-2（R₁）和钢渣400 kg·hm^-2（R₂）。结果表明,遮阴明显降低水稻产量,与S₀相比,S₁和S₂分别降低了43.33%和48.51%。遮阴极显著降低CH₄累积排放量,与S₀相比,S₁和S₂分别降低了7.46%和57.71%;氮磷钾复合肥可显著提高CH₄和N₂O累积排放量,与F₁相比,F₂和F₃ CH₄累积排放量分别增加了48.34%和57.03%,N₂O累积排放量分别增加了85.81%和192.98%;施钢渣硅肥显著影响CH₄累积排放量,与R₀相比,R₁降低了20.42%,R₂增加了17.56%。所有处理CH₄增温潜势占总温室效应的比例均高于91%,稻田CH₄排放在稻田总温室效应中起主导作用。研究表明,太阳辐射减弱背景下,保证产量的同时控制氮磷钾复合肥和钢渣硅肥施用量可有效降低CH₄和N₂O综合温室效应和排放强度,最适组合为复合肥100 kg·hm^-2（F₁）和钢渣硅肥400 kg·hm^-2（R₂）。     

优化施氮对宁夏引黄灌区稻田CO2、CH4和N2O通量的影响

针对宁夏引黄灌区稻田施氮严重过量现象,在宁夏引黄灌区的青铜峡稻田,采用静态箱-气相色谱法,通过田间试验研究常规施氮(N300)、优化施氮(N240)和不施氮(N0)对水稻不同生育期CO_2、CH_4和N_2O通量以及稻田增温潜势(GWP)的影响。结果表明:CO_2排放主要在水稻灌浆和成熟期,CH_4排放主要发生在水稻孕穗期,而N_2O排放关键期在水稻的分蘖和拔节期。与N0处理相比,施氮能显著增加稻田CO_2、CH_4和N_2O排放通量以及稻田GWP;常规施氮处理中CO_2、CH_4和N_2O的累积排放量分别为18 446.87、146.57 kg C·hm~(-2)和2.93 kg N·hm~(-2);为期一年的优化施氮没有显著增加水稻生育期内稻田CO_2排放,但使灌区稻田CH_4和N_2O排放分别显著降低了24.42%和36.28%。总的来看,为期一年的优化施氮使宁夏引黄灌区稻田GWP显著降低了26.70%。未来应结合土壤有机碳氮形态和含量变化以及土壤微生物技术,分析长期优化施氮对土壤温室气体通量的影响机制。     

不同浓度硫酸盐对水稻土中异化铁还原过程的影响

研究不同电子受体之间的竞争关系对揭示厌氧水稻土中微生物作用导致的氧化还原过程变化机理具有重要的理论意义.本研究采用土壤泥浆厌氧培养、人工合成氧化铁体系接种土壤浸提液厌氧培养及接种铁还原菌纯培养等试验方法,通过向培养体系中添加SO2-4,探讨了硫酸盐作为竞争电子受体对不同铁还原体系中Fe(Ⅲ)还原的影响.结果表明,在2种水稻土的泥浆培养过程中,Fe(Ⅲ)还原速率均随着SO2-4浓度增加而降低,但Fe(Ⅱ)的最终累积量却较对照处理有明显的增加.添加硫酸盐对Fe(Ⅲ)还原速率(k)的影响表现为:石灰性水稻土＞酸性水稻土;而最终Fe(Ⅱ)累积增加率则为:酸性水稻土＞石灰性水稻土.由接种不同水稻土浸提液的培养试验看出,添加SO2-4后Fe(Ⅲ)还原受到显著的抑制,但随着培养时间延长Fe(Ⅲ)还原反应依然可以进行,并且Fe(Ⅱ)累积量最终达到与CK相同的水平.在接种铁还原菌的纯培养试验中,添加SO2-4对供试的4株铁还原菌的Fe(Ⅲ)还原过程并未产生抑制效应,表明铁还原菌本身并不受硫酸盐的影响.     

猪粪沼液施用对稻田CH4和N2O排放及温室效应的影响

为解决规模养殖废弃物超排引起环境污染严重且资源大量浪费的问题,采用静态箱-气相色谱法,研究猪粪、沼液替代化肥条件下稻田CH4和N2O排放特征,并运用全球增温潜势(GWP)的方法对稻田CH4和N2O排放的温室效应进行估算。研究结果表明:与常规施肥相比,尽管猪粪替代化肥措施均显著(P<0.05)降低稻田N2O排放,但以100%或50%猪粪替代化肥处理仍显著(P<0.05)增加了稻田GWP及单位产量的GWP,分别提高了385.5%、218.2%和422.4%、228.4%,主要是由于猪粪替代化肥处理不仅改变了CH4排放规律,还显著增加了(P<0.05)稻田CH4排放。而采用100%或50%沼液替代化肥措施减少了稻田GWP及单位产量的GWP,分别降低了27.8%、15.4%和29.5%、18.8%,主要是由于沼液替代化肥处理显著降低了(P<0.05)稻田N2O排放。就综合温室效应而言,采用沼液替代化肥能够有效降低养殖排泄物稻田施用产生的温室效应。     

东北季节性冻融农田土壤CO2、CH4、N2O通量特征研究

为了评估季节性冻融交替对土壤温室气体排放的影响,采用静态暗箱-气相色谱法,监测了东北松嫩平原两种典型农田生态系统(稻田和玉米田)非生长季土壤CO_2、CH_4和N_2O通量变化。研究表明:三种温室气体排放在土壤冻结期、覆雪期、融雪期和解冻期具有明显的季节动态特征。冻结期和融雪期对温室气体排放贡献最大,这两个时期内稻田和玉米田CO_2排放量分别占非生长季总累积排放量的74.9%和68.6%,稻田CH_4排放占非生长季总排放的95.7%,尽管玉米田土壤CH_4以吸收为主,但在融雪过程中存在明显释放峰,短暂的融雪期内N_2O呈集中爆发性释放,稻田和玉米田N_2O通量峰值分别是冻结前的40倍和99倍,排放量占到总累积排放量的73.9%和80.7%,覆雪期土壤CH_4和N_2O存在弱的吸收。另外,土壤温室气体排放存在土地利用方式间的差异,表现在稻田土壤比玉米田(非生长季)具有更高的温室气体排放潜力。稻田土壤CO_2、CH_4和N_2O累积排放量均高于玉米田,表现为净排放(源),而玉米田土壤CH_4通量表现为净吸收(汇);稻田土壤CO_2和CH_4平均排放速率显著高于玉米田;除覆雪期外,其他时期内三种温室气体平均通量在两类农田之间也存在显著差异。总之,在评价季节性冻土区温室气体排放时需要重视土壤冻结和融化过程,同时需要考虑不同土地利用方式间的差异。     

淡水养殖系统温室气体CH4和N2O排放量研究进展

2016年全球鱼类产量达到1.71亿t,对动物蛋白消费量的贡献率为17%。淡水养殖是鱼类产品的重要来源,贡献率为30%,大量投喂饲料强烈影响着水体CH4和N2O排放。本文综合分析了淡水养殖系统CH4和N2O排放的特征,稻田转变为具有曝气增氧系统的养殖塘降低了CH4排放,而转变为普通(粗放型)养殖塘则显著提高了CH4排放。稻鱼共作改变了稻田系统CH4和N2O排放,促进了深水层(>11.5 cm)稻田CH4和N2O排放,相反却降低了浅水层(<11.5 cm)稻田CH4和N2O排放;整合全球数据,稻鱼共作稻田在不同类型淡水养殖系统中具有较高的CH4和N2O排放系数,降低水层深度是减缓稻鱼共作稻田温室气体排放的重要途径。与粗放型养殖相比,集约化淡水养殖系统虽然N2O排放系数较高,但是CH4排放量和综合温室效应很低,是淡水养殖发展的方向。全球淡水养殖系统CH4排放量初步估计为6.04 Tg,N2O排放量为36.7 Gg。提升淡水养殖系统集约化水平是提高饲料转化系数、减缓温室气体排放和削减对水体环境负荷的重要途径,是实现可持续发展的关键。     

稻草还田下添加DCD对稻田CH4、N2O和CO2排放的影响

为研究秸秆还田下硝化抑制剂的效应,本研究借助温室盆栽,设置5个处理:不施肥(CK)、传统施肥(CF)、传统施肥配施硝化抑制剂双氰胺DCD(CF+DCD)、传统施肥稻草还田(CF+S)、传统施肥稻草还田配施DCD(CF+S+DCD),探讨秸秆还田下施用DCD对水稻整个生育期土壤CH_4、N_2O和CO_2排放的影响。结果表明:整个生育期,CH_4和CO_2排放量以CF+S最高,CF+S+DCD次之,而CK最低;N_2O排放量以CF最高,CF+DCD次之,而CF+S+DCD最低。与CF和CF+S相比,施用硝化抑制剂后CH_4和N_2O减排效果显著,而CO_2减排不显著。就水稻产量、综合温室效应(GWP)、温室气体强度(GHGI)和净生态系统经济预算(NEEB)而言,秸秆还田和硝化抑制剂施用,都可显著提高水稻产量和NEEB,而降低GWP和GHGI;与CF和CF+S相比,施用硝化抑制剂后,CF+DCD和CF+S+DCD分别增产9.5%和10.0%,NEEB增加16.8%和20.1%;GWP分别降低23.7%和21.0%,GHGI降低23.7%和21.1%。可见,无论稻草还田与否,硝化抑制剂对温室气体排放及水稻产量的影响效应比较稳定。因此,稻草还田配施DCD(即CF+S+DCD处理)在保证水稻产量的基础上,显著降低稻田土壤CH_4和N_2O排放,是一种经济可行的温室气体减排措施。     

有机碳源对水稻土中微生物铁还原特征的影响

水稻土中的Fe(Ⅲ)还原过程是微生物介导的生物学过程,是地球化学循环中重要的一部分。为了探讨不同的电子供体对水稻土异化铁还原过程的影响,采用厌氧泥浆的培养方式,向水稻土中添加葡萄糖、乙酸钠、丙酮酸钠、乳酸钠作为碳源,定期测定Fe(Ⅱ)的累积量和pH变化,并用Logistic方程对结果进行拟合分析。结果表明,供试的4种水稻土均能较好地利用葡萄糖、丙酮酸盐和乳酸盐还原Fe(Ⅲ),而乙酸盐则不同程度的抑制了铁还原过程的发生,特别是吉林水稻土添加乙酸盐后,这种抑制作用更明显。4种水稻土添加丙酮酸盐的处理具有最大铁还原速率(Vmax),并且达到最大铁还原速率的时间(TVmax)最短。不同来源水稻土微生物在利用碳源时具有一定的选择性。影响不同水稻土铁还原潜势的主要因素是水稻土中无定形铁的含量,土壤全磷含量过高时对铁还原过程也有一定的抑制作用,添加碳源后体系pH同Fe(Ⅱ)累积量之间表现出显著负相关。     

水稻品种对稻田CH4和N2O排放的影响

稻田被认为是温室气体甲烷(CH₄)和氧化亚氮(N₂O)的重要排放源,推广种植较少温室气体排放的水稻品种是控制稻田温室气体排放的有效措施之一。选取在太湖流域推广种植较多的16个品种为对象,通过研究其CH₄和N₂O排放情况,筛选出该区域内最适宜种植的较低温室气体排放的品种。研究结果表明,水稻的产量与CH₄排放量存在显著的线性正相关关系。在常规灌溉条件下,不管是常规品种还是杂交品种,粳稻的CH₄、N₂O累积排放量和产量都要高于籼稻。与常规品种(粳稻或籼稻)相比,杂交品种的CH₄累积排放量和产量相对较高,但N₂O累积排放量相对较低。常规粳稻中的早玉香粳和秀水134、杂交粳稻中的花优14、秋优金丰和甬优9号以及杂交籼稻中的旱优113、天优华占均具有较高的产量和较低的温室气体排放强度,有较大的推广种植价值。早玉香粳、旱优8号和旱优113为节水抗旱稻,它们在水分缺少的环境下可能会表现出更大的优势。     

CH4和N2O的辐射强迫与全球增温潜能

目的水稻根系分泌物是调控稻田土壤CH₄排放的重要因素,通过对稻田土壤厌氧培养,探究水稻根系分泌物对稻田CH₄排放的影响规律。方法设置添加水稻根系分泌物中可溶性糖(Sr)与草酸(O)、琥珀酸(S)和苹果酸(M)及其组合,测定土壤酶活性、土壤活性有机碳组分含量和CH₄排放量。结果(1) 添加Sr和有机酸会显著影响土壤酶活性,但各组分对不同酶活性的影响不同;其中,S、OSM、SrO、SrS和SrOSM处理的多酚氧化酶和脱氢酶活性显著增加(P<0.05),S、M、Sr和SrOSM处理的蔗糖酶和纤维素酶活性显著降低(P<0.05),所有处理的过氧化氢酶活性均显著降低(P<0.05)。(2) 添加Sr和有机酸对土壤微生物量碳和可溶性有机碳含量影响显著,O、S、M、OSM、Sr、SrO和SrM处理的微生物量碳和可溶性碳含量以及SrO处理的易氧化有机碳含量显著增加(P<0.05),O和OSM处理的易氧化有机碳含量显著降低(P<0.05)。(3) SrM、M、SrO、O、SrS和SrOSM处理的CH₄累积排放量和排放通量显著增加(P<0.05)。(4) 土壤可溶性有机碳含量与过氧化氢酶活性呈极显著负相关(P<0.01),与脱氢酶和多酚氧化酶活性呈极显著正相关(P<0.01);微生物量碳含量与CH₄排放通量呈显著正相关(P<0.05)。结论添加可溶性糖和有机酸会改变稻田土壤活性有机碳含量和碳转化酶活性,增加CH₄排放;碳总输入量为0.3 mg/(g·d)时,同时加入可溶性糖与苹果酸处理的CH₄排放增量最大。     

稻秆及稻秆生物炭添加对稻田红壤有机碳组分及CH4和CO2累积排放量的影响

为明确稻秆生物炭添加对稻田红壤有机碳组分及CH₄和CO₂累积排放量的影响过程与机制,本研究以稻田红壤为对象,通过室内培养试验,按土壤质量的1%等碳添加量设置对照(CK)、稻秆(RS)及300、400℃和500℃下制备的稻秆生物炭(RSB300、RSB400、RSB500)5个处理,对比分析了稻秆及稻秆生物炭添加0、30 d与120 d时,稻田红壤中可溶性有机碳(DOC)、总有机碳(TOC)、游离态粗颗粒有机碳(fcPOC)、游离态细颗粒有机碳(ffPOC)、闭蓄态颗粒有机碳(oPOC)、游离态矿物结合态有机碳(fMOC)及闭蓄态矿物结合态有机碳(oMOC)的变化差异,并探讨了稻田红壤CH₄和CO₂累积排放量与各有机碳组分含量的相关关系。结果表明:稻秆生物炭添加后稻田红壤中DOC、TOC、fcPOC、ffPOC、oPOC和fMOC含量均显著增加;其中,oPOC与oMOC含量随着培养时间的增加而显著增加,但fcPOC与fMOC含量则显著降低(P<0.05)。与CK处理相比,RS处理的稻田红壤中CH₄和CO₂的累积排放量均显著且持续增加;RSB各处理的稻田红壤中CO₂的累积排放量显著降低;只有RSB300和RSB400处理的稻田红壤中CH₄的累积排放量显著增加,且在培养120 d时分别增加了188.5%和32.7%(P<0.05)。相关性分析表明,添加稻秆及稻秆生物炭的稻田红壤中CH₄和CO₂累积排放量虽与DOC、ffPOC和fcPOC含量均呈极显著正相关关系,但其中DOC和fcPOC含量起主导作用(P<0.01)。研究表明,添加稻秆生物炭可以有效提高稻田红壤中各有机碳组分的含量与稳定性,且500℃热解制备的稻秆生物炭添加对稻田红壤中CH₄、CO₂累积排放量抑制效果最好。     

稻鸭共作中CH4和N2O排放规律及影响因素

稻鸭共作是目前稻田种养中的一种典型模式,其主要特点是利用鸭子在稻田内的活动,实现经济效益和生态效益的双赢。鸭子的存在丰富了生物多样性,充分利用了稻田生态位。鸭子的持续运动、觅食、排泄等活动会影响稻田温室气体甲烷(CH_4)和氧化亚氮(N_2O)的排放和全球增温潜势(GWP)。本文结合稻鸭共作中鸭子对稻田环境的扰动行为,从水体、土壤、CH_4和N_2O转化功能菌及种植技术等角度,总结探讨了稻鸭共作中温室气体CH_4和N_2O产生、输送和释放的过程与机理。针对当前稻鸭共作温室气体排放研究中存在的问题,提出了一系列建议和展望,以期为稻田种养温室气体减排的研究提供参考。     

秸秆还田下生物炭和硫酸铵对稻田N2O和CH4排放的影响

【目的】以江淮地区麦茬稻田为对象,研究秸秆还田下不同施肥处理对稻田N2O和CH4排放的影响,并结合水稻产量计算不同处理综合温室效应（GWPs）和温室气体强度（GHGI）。【方法】试验采用裂区设计,主处理2个水平,为秸秆还田（S）和秸秆移除（NS）,副处理4个水平,分别为不施氮肥（CK）、传统施肥（T0）、生物炭与尿素配施（T1）和单施硫酸铵（T2）,共计8个处理,采用静态暗箱GC气相色谱法检测不同处理稻田N2O和CH4排放通量,测定土壤温度、湿度和无机氮含量,统计水稻产量,计算综合温室效应和温室气体强度。【结果】无论是秸秆还田还是移除条件下,除CK外,其他施肥处理的 N2O和CH4排放通量都会在基肥和追肥施用后出现峰值。无论秸秆还田与否,与传统施肥处理相比,生物炭与尿素配施和单施硫酸铵处理均能显著降低N2O和CH4累积排放通量。在秸秆还田和移除条件下,与传统施肥处理相比,生物炭与尿素配施处理均会导致水稻产量显著降低,但会提高土壤NO-3含量,增加对周围水体污染的风险。在秸秆移除和还田条件下,与传统施肥处理相比,单施硫酸铵均能显著增加水稻产量,增幅分别为12.27%和7.78%。与秸秆移除相比,秸秆还田条件下单施硫酸铵会显著促进N2O排放,但显著降低CH4的排放以及综合温室效应和温室气体强度。【结论】在目前秸秆还田造成CH4排放增加的背景下,用硫酸铵替代尿素能显著降低CH4排放,并提高水稻产量,降低综合温室效应,施用效果最佳。     

添加生物炭对海南燥红壤N2O和CO2排放的影响

为探讨海南燥红壤N_2O和CO_2排放对生物炭添加的响应,通过室内培养试验分析生物炭加入后对土壤化学性质、NH_4~+-N和NO_3~--N含量以及N_2O和CO_2排放通量及累积排放量的影响。试验设置CK(不施生物炭)、B1(2%生物炭)、B2(4%生物炭)、B3(6%生物炭)4个处理。结果表明:添加生物炭后,土壤有机质、全氮和速效钾含量显著提高,较CK增幅分别为67.4%～246.6%、38.6%～90.9%和696.0%～1 764.7%。相比于CK,不同量生物炭添加后均导致了NH_4~+-N和NO_3~--N含量降低,总体上,不同处理NH_4~+-N浓度表现为CKB3B2B1,NO_3~--N含量表现为CKB1B2B3;随培养时间增加,各处理NH_4~+-N浓度呈下降趋势,NO_3~--N含量呈上升趋势。生物炭施用延后了N_2O排放通量出现峰值的时间。各处理之间N_2O和CO_2排放通量的变化过程大致表现出一致的趋势,即随培养时间延长,N_2O排放通量先升高后降低,CO_2排放通量先升高后趋于稳定。和CK相比,生物炭添加不同程度地促进了N_2O和CO_2排放,B1、B2和B3处理下N_2O累积排放量分别增加了399.2%、494.2%和194.5%,CO_2排放总量分别增加了87.6%、153.3%和147.6%。本研究结果显示,生物炭施用短期内促进了土壤N_2O和CO_2的排放通量。     

外源物质对水稻土铁还原的影响

在厌氧恒温培养条件下 ,测定了添加 EDTA、黄腐酸及醋酸盐对 4种不同水稻土中铁还原的影响。为了探讨不同土壤中微生物对铁的还原能力 ,以添加人工合成的 Fe(OH ) 3作为对比。结果表明 ,添加黄腐酸及醋酸盐对铁还原的影响在不同水稻土中表现不同 ,其中吉林和广东水稻土的变化明显 ,并且醋酸盐的作用大于黄腐酸 ;四川和江西水稻土添加黄腐酸及醋酸盐后铁还原量与对照没有显著差异。添加 Fe(OH) 3在吉林水稻土中能够引起铁还原的滞后现象 ,但最终的铁还原量与四川及江西水稻土相似 ,都较对照有明显的增加。在 2 5℃条件下培养 ,不同土壤中易还原氧化铁的数量不同 ,表现为吉林水稻土 >四川水稻土 >广东水稻土 >江西水稻土 ,其中广东水稻土中具有很大的铁还原潜力。