干旱地区农田生态系统土壤温室气体排放机制

CO2、CH4和N2O是目前几种最主要的温室气体,在对全球气候变暖贡献中,农业作为重要的温室气体排放源对其有不可低估的作用。一般而言,旱地农田生态系统是大气CO2和N2O的排放源,黄土高原等旱地是CH4的吸收汇。CO2排放主要包括植物呼吸作用和土壤呼吸作用;CH4排放包括有机物的还原和氧化吸收两个过程;N2O排放包括硝化作用和反硝化作用两个过程。土壤微生物、土壤水分、土壤温度、土壤质地、施肥等均从不同角度影响着温室气体的释放与吸收。近些年,免耕、秸秆还田、地膜等保护性耕作技术在干旱地区农田生态系统中得到广泛应用。其中免耕可以减少CO2和N2O的排放量,增加土壤对CH4的吸收量;秸秆还田和覆膜对N2O排放的影响结果尚未统一,但秸秆还田促进CO2排 放抑制CH4吸收,而覆膜促进CH4吸收抑制CO2排放。加强且更深入更全面的研究旱地农田生态系统温室气体排放应该作为今后重点研究领域,为全球气候变暖提供更为准确的理论基础。     

秸秆还田对中国农田土壤温室气体排放的影响

为了更好地了解和掌握秸秆还田对中国农田土壤温室气体排放的影响,笔者根据历年国内相关文献,就秸秆还田对中国农田土壤CO2、N2O和CH4等主要温室气体排放的影响进行较全面的综述。研究表明：秸秆还田能增加农田土壤CO2和CH4的排放通量,对N2O排放通量的影响表现为不确定性,分析了秸秆还田对农田土壤温室气体排放的影响因素,探讨了该领域存在的问题及未来的研究方向。秸秆还田对中国农田土壤温室气体排放有一定影响,对各温室气体影响程度和影响机理不同。     

水稻田土壤N2O和CO2排放日变化规律及最佳观测时间的确定

采用静态箱（暗箱）-气相色谱法,对水稻田土壤中温室气体的排放进行了连续观测,以探索水稻田土壤N2O和CO2排放日变化规律,确定最佳观测时间。结果表明：氮肥的施用对N2O和CO2的排放具有显著的促进作用,各处理水稻田土壤N2O排放日变化规律有明显差异,而CO2排放的日变化规律差异不显著。在整个观测时期内（120 h）,对照处理水稻田土壤N2O的排放变化不大,且排放通量较低。施氮处理在施肥前24 h和施肥后24 h N2O的排放通量变化不明显,而在施氮肥后48~96 h内排放通量增大较显著,在96~120 h内,N2O的排放逐渐减少。各处理水稻田土壤CO2排放的日变化规律较相似,在施氮肥前,各处理水稻田土壤CO2排放无显著差异。在施氮肥后24~48 h、48~72 h、72~96 h和96~120 h观测时间段内,自当日15：00至次日9：00,各处理CO2的排放通量均呈现先减小后增大的趋势,且施氮处理CO2的排放通量显著高于对照处理。通过对120 h内水稻土壤N2O和CO2排放通量进行矫正分析,在9：00—11：00进行观测时,CO2和N2O的排放通量与一天的平均值最接近,能够代表一天温室气体排放通量。     

干旱区绿洲棉田土壤CO2通量变化特征及温湿度影响分析

为了研究不同管理模式下干旱区绿洲棉田土壤CO2通量差异以及与土壤温湿度间的关系,可以为评价绿洲棉田生态系统对大气CO2的源/汇贡献提供参考依据。采用Li-8100土壤碳通量测量系统对天山北坡中段绿洲棉田土壤CO2通量进行动态测定,分析了土壤CO2通量的日、月变化特征及温湿度的影响。结果表明：在2009年5-10月土壤CO2通量日变化和月变化过程均为单峰型。滴灌地、漫灌地、弃耕地的土壤CO2通量（晴天）日均值分别为3.45、3.37、1.63 μmol/(m2?s);峰值出现在15:00-20:00,谷值出现在4:00-6:00,6、7月土壤CO2通量高于其他月份;土壤CO2通量与温度呈不同程度的指数正相关性,气温、5 cm地温较好地解释土壤CO2通量的变异量。土壤CO2通量与土壤湿度的相关性随着深度的变化表现不一;降水、灌溉等湿润事件对土壤CO2通量具有促进作用,多元回归分析模型可以解释67.4%的棉田、79.6%弃耕地土壤CO2通量受温度和湿度的共同控制。     

白洋淀湿地CH4和CO2排放特征及其影响因素初探

本研究旨在探索白洋淀湿地碳排放规律及影响因素,以期为制定该地区的碳管理决策提供技术支持.运用静态箱-气相色谱法,测定了白洋淀湿地不同时间、区域环境下甲烷(Ch4)和二氧化碳(CO2)的排放通量.结果 表明,5-10月CH4和CO2排放通量均呈现先增大后减少的变化趋势,其中7月CH4和CO2排放通量的日变化较大.在空间上...     

农田温室气体N2O排放研究进展

N2O是重要的温室气体之一,1mol N2O的温室效应是CO2的150～200倍.在提倡发展“农业现代化即机械化+化学化”的模式下,农业已然成为温室气体排放的第二大排放源.综述了农田N2O的产生机制以及影响农田土壤N2O排放的相关因素,同时从对土壤养分控制的角度入手提出了相应的减排措施.     

长期施肥下红壤旱地CO2、N2O排放特征

摘 要：基于中国农业科学院红壤实验站长期定位试验,采用静态箱/气相色谱法,研究红壤旱地小麦生长季节不同施肥处理(CK、NP、NPK、NPKM、1.5NPKM)下土壤CO2、N2O排放差异。结果表明,长期不同施肥处理形成不同的土壤肥力以及作物生长的差异是影响土壤呼吸CO2、N2O排放的重要因素,红壤旱地小麦季土壤呼吸CO2、N2O排放具有明显的季节变化特征;在小麦生长季,不同施肥处理之间土壤呼吸CO2、N2O排放通量差异显著,土壤呼吸CO2年累积排放量在8284.02 kg?ha-1～15863.48 kg?ha-1之间,N2O年累积排放量在0.37 kg?ha-1～2.04 kg?ha-1之间。各处理土壤呼吸CO2排放通量的大小变化：1.5NPKM>NPKM>NPK>CK>NP;土壤呼吸N2O平均排放通量大小顺序为1.5NPKM>NPKM>NPK>NP>CK;有机肥的施用显著增加了土壤呼吸CO2和N2O的排放(P<0.05)。土壤呼吸CO2与N2O排放分别与土壤温度和土壤水分显著相关性。     

耕作与秸秆还田方式对稻田N2O排放、水稻氮吸收及产量的影响

保护性耕作是改善农田土壤肥力的重要举措,然而其对作物氮吸收与产量的作用尚不明确。为此,本试验于2016—2017年稻季在湖北省武穴市花桥镇,设置常规翻耕与免耕两种耕作方式以及前茬作物秸秆全量还田与不还田两种秸秆还田方法,研究耕作与秸秆还田方式对稻田土壤N2O排放、根系酶活性、水稻氮吸收与产量的影响。结果表明,耕作方式显著影响土壤N2O排放,但不影响根系硝酸还原酶与谷氨酰胺合成酶活性、水稻氮吸收与产量。与翻耕处理相比,免耕处理2016年和2017年土壤N2O排放量分别显著提高了12.5%~18.2%和21.1%~38.6%。秸秆还田显著影响土壤N2O排放量、根系酶活性、水稻氮吸收与产量。相对于秸秆不还田处理,秸秆还田处理2016年和2017年土壤N2O排放量分别显著提高了38.5%~45.5%和13.1%~29.5%。秸秆还田处理相对于不还田处理根系硝酸还原酶与谷氨酰胺合成酶活性分别显著增加了6.7%~45.9%和9.0%~46.7%,水稻氮吸收量提高了12.5%~26.0%,产量增加了9.4%~12.6%。本文认为,虽然秸秆还田提高了水稻氮吸收与产量,但也促进了土壤N2O的排放,因此在评估保护性耕作稻田温室效应时应加强对温室气体(CH4和N2O)排放和土壤碳固定影响的长期监测,以期为发展低碳稻作提供理论依据和技术支撑。     

玉米农田生态系统水碳通量日变化特征研究

农田生态系统作为陆地生态系统的重要组成部分,研究其CO2通量和水汽通量的变化特征对于探讨整个陆地生态系统的碳、水循环具有重要的意义。笔者采用涡度相关系统测定了晴天条件下夏玉米农田生态系统抽穗期的水碳通量,分析其日变化特征。研究结果表明：（1）农田生态系统CO2通量随着光合有效辐射的增强而增大,用米氏方程拟合达到极显著水平,最大潜在碳通量为3.63398 mg/(m2· s);（2）CO2通量上午和下午没有明显的差异,不存在气孔抑制现象;（3）水汽通量随着光合有效辐射的增强而增大,但下午的水汽通量显著大于上午,其原因在于下午的饱和水汽压差远远大于上午,造成下午的蒸腾和蒸发更大;（4）冠层导度随时间的推移基本呈减小的趋势,到11:00 左右基本保持恒定,到14:00左右随着光合有效辐射越来越弱,冠层导度逐渐减小,造成这一结果的原因可能是露水蒸发引起上午冠层导度被高估。     

秸秆还田对热带土壤-水稻种植系统N2O排放的影响

为研究秸秆还田对热带地区稻田N2 O排放的影响,以不同管理措施下耕作4 a的稻田土壤为基础,通过盆栽试验观察种植水稻后N2 O排放动态变化.试验设置了不施氮对照(CK)、常规施氮(CT)、单施秸秆(ST)和常规施氮+秸秆(CTST)处理.结果表明,各处理N2O排放通量在-0.23～6.64 mg/(m2·h),主要集中在水稻生育前中期,CTST处理相比于CT处理显著降低了分蘖肥期田面水无机氮浓度(P<0.05),同时减少了N2O排峰的维持时间;各处理全生育期N2O累积排放量为0.13～2.85 g/m2,施氮处理显著高于不施氮处理(P<0.05),ST处理与CK处理差异不显著(P>0.05),CTST处理相比于CT处理可减排49.11％(P<0.05).因此,施用氮肥是N2O排放增加的主要原因,秸秆还田可显著减少热带土壤-水稻种植系统N2 O排放.     

覆膜滴灌对温室气体产生及排放的影响研究进展

CO₂、CH₄与N₂O作为全球气候变化贡献较大的温室气体日益受到重视,而覆膜滴灌作为一种节水的田间农艺措施也受到广泛关注。笔者就土壤温湿度对土壤温室气体产生及排放的影响、覆膜滴灌造成土壤温湿度的改变及其对土壤温室气体排放的作用进行了综述。目前的研究成果表明：（1）土壤温度、湿度都通过影响土壤微生物菌群数量和活性、调节气体传输速率,对土壤温室气体产生和排放起作用;（2）土壤CO₂排放速率与浅层地温正相关,CH₄与N₂O的产生都有一定的最适温度,而CH₄的氧化与温度的关系呈多样性;（3）土壤湿度对CH₄产生、氧化与N₂O产生的作用都大于土壤温度,CH₄氧化速率与土壤湿度呈负相关,而CO₂与N₂O的排放都有一个最佳的湿润范围;（4）覆膜良好的增温保湿效应、对气体传输的自然阻隔作用以及滴灌的局部湿润作用又会影响温室气体的产生和排放。最后总结提出了有待进一步展开和完善的几方面研究工作：如何确定和控制土壤湿润范围以减少温室气体排放,如何定量确定覆膜滴灌的综合效应,如何通过调控土壤CO₂的排放以调控作物的生长过程。     

开花结实期水稻叶际气态氮化物交换的初步研究

在气候箱及温室试验基础上, 用密闭箱法研究了开花结实期水稻叶际各种氮化物(NH₃、N₂O、NO和NO₂)的交换及其规律, 结果表明, (1)在气候箱控制、白昼有相对良好光照条件下, 开花结实期水稻未有显著净挥发NH₃效应;(2)同一时期水稻叶际NO平均交换速率白天15:00-18:00为-7.42 µg pot^-1 h^-1, 夜间20:00-23:00为-4.012 µg pot^-1 h^-1, 且有、无水稻完整植株处理间培养箱中抽出气流的NO浓度差异显著(P<0.05), 水稻表现有明显净吸收NO效应;随着环境空气NO浓度升高, 水稻NO吸收作用明显增强;(3)水稻有净吸收空气NO₂的明显效应, NO₂吸收速率相当于同时期白天和晚上水稻NO吸收速率的5.6%和3.9%;(4)在气候箱控制条件下, 白昼长时间适度光照(10 h, 165 µmol m^-2 s^-1)有抑制水稻N₂O挥发效应;在温室自然光暗条件下, 19:00一次日早9:00时段水稻平均N₂O挥发速率为5.04 µg pot^-1 h^-1, 有净挥发N₂O现象, 但白昼长时间光照条件下水稻未有从空气吸收N₂O的明显作用。从本试验结果看, 开花结实期水稻从空气中吸收的主要氮化物是NO, 向空气释放的主要氮化物是N₂O。     

不同施肥模式下保护性耕作春玉米产量及经济效益

保护性耕作采用少、免耕技术,地表有覆盖物,肥料一般不能通过翻耕、旋耕等方式与土壤混合,传统施肥模式不适用于保护性耕作。为解决保护性耕作推广过程中存在的施肥量不足、施肥模式单一、秸秆覆盖量少等问题,利用平衡施肥技术确定施肥量,采用裂区试验设计,主处理为耕作方式,包括翻耕、留茬免耕、整秆覆盖免耕,副处理为施肥模式,P、K肥随播种一次完成,尿素追施,一次追施、二次追施为副处理,进行保护性耕作不同施肥模式下春玉米产量与经济效益分析。结果表明,在施肥量一定的情况下,目标产量实现与耕作覆盖方式、施肥模式有密切关系。耕作方式与施肥方法最优组合为—A3B2(整秆覆盖免耕2次追肥),经济效益最高,对春玉米保护性耕作施肥管理要点进行了总结     

西南“旱三熟”地区不同保护性耕作措施对农田土壤生态效应及生产效益的影响

针对我国西南地区旱作农田土层浅薄、水土流失严重、季节性干旱多发等问题,以常规平作(T)、垄作(R)、平作+秸秆覆盖(TS)、垄作+秸秆覆盖(RS)、平作+秸秆覆盖+腐熟剂(TSD)、垄作+秸秆覆盖+腐熟剂(RSD) 6种措施作为处理,连续2年进行大田对比试验,研究不同保护性耕作措施对西南“旱三熟”种植区农田土壤生态要素、产量和水分利用效率的影响。结果表明, 保护性耕作措施可以有效地改善土壤有机质和养分状况,且对酸性土壤有一定的改良作用,其中有秸秆覆盖的4个处理显著增加了土壤有机质、全氮、全钾、碱解氮含量;可改善土壤水分状况,增强作物的抗旱节水能力,各处理0~80 cm土层2年平均贮水量排序为：RSD (258.82 mm) > TSD (252.40 mm) > RS (250.19 mm) > TS (246.66 mm) > R (239.19 mm) > T (235.87 mm);可降低7月份表层土壤温度,缓解夏季高温对玉米后期生长发育造成的伤害,其中有秸秆覆盖的4个处理对5 cm和10 cm土层温度有显著降低效应;可抑制杂草生长,具有良好的控草效应,其中TS、RS、TSD、RSD处理的杂草高度、密度和生物量均比T和R有极显著下降;可促进蚯蚓的繁殖和生长,使农田生态环境得到明显改善。总体来看,秸秆覆盖措施可以改善土壤肥力,并具有增加土壤贮水、调节土壤温度、控制农田杂草和促进蚯蚓生长的作用,垄作和腐熟剂在增加土壤贮水方面有明显效果。保护性耕作模式显著提高了作物的产量和水分利用效率,增加了经济收益。2年系统平均产量和水分利用效率排序为：RSD>RS>TSD>TS>R>T(CK),总产值和纯收入排序为RS>RSD>TSD>R>TS>T(CK)。在各处理中以RSD、RS两种模式的综合效果最好,在西南“旱三熟”种植区具有很好的推广前景。     

新疆拜城县和昭苏县集约化肉牛养殖场冬季环境指标比较研究

为比较新疆南北疆集约化养殖场冬季肉牛舍环境指标,本研究选择新疆阿克苏地区拜城县（南疆）和伊犁地区昭苏县（北疆）2 个集约化养殖场为对象,对其冬季肉牛舍光照强度、温度、湿度、噪音、CO2、NH3、CH4、PM10和TSP 等环境指标进行连续5 天08:00、12:00、18:00 和21:00 及3 天连续24 h 的测定,然后将2 个集约化养殖场数据进行比较。结果表明：拜城牛场光照强度、温度平均值及昭苏牛场温度、湿度平均值超出国家牲畜和家禽养殖场的环境质量标准(NY/T 388—1999)。此外,拜城牛场温度、湿度平均值极显著低于昭苏牛场(P＜0.01)。昭苏牛场CO2浓度超出NY/T 388—1999,CO2、NH3浓度平均极显著高于拜城牛场(P＜0.01)。上述环境指标连续24 h 变化表明,2 个集约化养殖场的温度都低于NY/T 388—1999;拜城牛场湿度52.7%~86.4%,全天有12 h 超出NY/T 388—1999,昭苏牛场湿度69.4%~97.4%,全天有18 h 超出NY/T 388—1999。拜城牛场CO2浓度为687.6~1799 mg/m3,在18:00 和19:00 超出NY/T 388—1999,昭苏牛场CO2浓度1459.6~3392.0 mg/m3,除05:00 时,其他时间都超出NY/T 388—1999。以上结果表明,南北疆冬季牛场环境指标存在较大差异,南疆拜城县牛场主要在于增加光照与保温,而北疆昭苏县牛场主要应该解决保温与改善圈舍空气环境的矛盾。     

日光温室茄子光合特性的研究

采用美国LI-COR公司的LI-6400便携式光合分析仪测定系统,研究日光温室嫁接茄株盛果期的光合特性,结果表明：茄子中上部叶片光合速率日变化呈双峰曲线,有较明显的午休现象。第一峰值出现在11：30分左右,净光合速率Pn最高值为10.2μmol/(m2·s),第二峰值出现在13：00左右,峰值为9.4μmol/(m2·s)。气孔因素是造成光合午休现象的主要原因,午时高光强、高温和低相对湿度迫使叶片气孔导度降低,表现为胞间CO2浓度降低,水蒸气压差升高,蒸腾速率增加,这些特定的环境与生理变化是导致午休的主要原因。