冬小麦/大葱轮作体系N_2O排放特征及影响因素研究

采用静态暗箱-气相色谱法研究了冬小麦/大葱轮作体系不同施肥处理下农田N2O排放特征及排放系数,分析了土壤湿度和土壤温度等环境因子对N2O排放的影响。结果表明,农田N2O排放高峰值主要出现在每次施肥＋灌溉或强降雨之后的一段时间,大葱生长季排放峰值高且出现的频率比小麦生长季密集;N2O排放通量变化范围为-3.85～507.11μg N·m-2·h-1,平均值为251.63μgN·m-2·h-1,对于不同施肥处理,其年度N2O排放总量介于1.71 kg N·hm-2到4.60 kg N·hm-2之间。整个轮作体系不同处理N2O排放系数介于0.31%到0.48%之间,均值为0.43%;相对比农民习惯（FP）处理,优化施肥（OPT）、优化减氮（OPT-N）以及秸秆还田（C/N）处理均能显著减少N2O的排放,秸秆还田处理和优化减氮处理N2O排放总量比优化处理分别减少了17%和10%。在10℃〈土壤温度（T）s〈20℃时,N2O排放随温度的升高而增加;整个小麦生长季N2O排放随土壤湿度的增加而增加,且达到0.05的显著水平;大葱生长季在20℃〈Ts〈30℃时,土壤水分含量成为主要限制因素,N2O排放与土壤孔隙含水量（WFPS）呈显著指数正相关关系。秸秆还田处理作物产量高于其他处理,是具有减排增产＂双赢＂效果的农田管理措施。     

中国稻田水稻生长季N_2O排放估算

由于土壤水分状况的不同,水稻生长季土壤N2O排放量明显不同于旱地作物。基于多元统计模型,通过多点代面的方法进行尺度扩展,并应用蒙特卡洛方法模拟影响因素的变异程度,模拟了中国稻田水稻生长季的N2O排放情况。所模拟的378个点的水稻生长季N2O排放通量为6.0～74.3μgN.m-2.h-1,其均值接近于原始观测结果;378个点位的N2O排放通量空间分布不均,排放量较高的点位于北纬20°到30°之间;378个点中单季稻、稻-旱轮作中的水稻和双季稻的生长季N2O平均排放量分别占年总排放量的53%、34%和59%。多点代面的尺度扩展结果显示2008年中国稻田水稻生长季N2O排放量均值为22.48Gg,其95%的概率区间为20.5～24.8Gg;化肥氮的N2O排放系数为0.27%,与IPCC缺省值0.3%接近。用秩相关关系表征影响因子对中国稻田水稻生长季N2O排放量的不确定性的贡献,结果表明水分管理类型、有机肥类型、土壤属性、氮用量等对结果均有显著影响。     

陆地生态系统N_2O排放源研究进展

N2O是一种痕量气体,不仅能产生温室效应,而且对臭氧同温层有严重的破坏作用。随着人类活动的加剧,大气中N2O浓度每年以0.2%～0.3%的速度增加,N2O排放问题引起了人们的广泛关注。目前,对大气N2O排放的源与汇还缺乏全面认识,N2O在大气中增加量的40%～50%尚不知来源。综述了陆地生态系统N2O排放的自然源和人为源,分析了N2O排放的影响因素,并对今后N2O的研究提出了展望。     

农田土壤N_2O排放研究进展

农田土壤的N2O排放主要是在微生物的作用下通过硝化和反硝化作用产生的。土壤中多变的理化性质影响各种微生物的生长,因而硝化和反硝化过程中产生N2O的途径也不同,尤其以硝化过程的研究进展最快。影响N2O的生成和排放有:土壤含水量、温度、O2以及土壤结构和质地等物理因素,pH和氮肥等其它因素。本文详细地阐述旱地和水田土壤中这些影响因子与N2O的作用机理的差异,及农田土壤中的N2O排放估计的方法。区分硝化和反硝化作用中生成N2O的贡献可用15N标记法和不同浓度的乙炔抑制法。     

稻麦轮作稻田中N_2O排放规律的研究

通过连续3年在中国浙江杭州的大型稻田原状土柱渗漏计中开展稻麦轮作稻田中N2O排放规律的研究,探讨了不同作物生长季节、不同年份、不同氮肥用量和氮肥品种对N2O排放的影响。结果表明:稻季的N2O排放主要发生在施肥之后,呈单高峰特征;麦季N2O排放则发生在施肥和较大降水之后,呈多高峰特征,麦季排放与降水有密切相关;不施氮情况下,稻田中N2O排放通量和累计排放量都是稻季高于麦季,稻季分别为麦季的1.97倍和1.34倍;施氮情况下,稻季与麦季排放通量和累计排放量则差别不大,排放通量是稻季略高于麦季(+17%),而累计排放量则是麦季略高于稻季(+21.96%).;施加氮肥可以促进N2O的排放;尿素的排放因子大于硫铵;在麦季施N100~1000 kghm-2的条件下,尿素的排放因子值为0.75~1.31,硫铵为0.15~0.16;在稻季施N150~300 kg hm-2的条件下,硫铵的排放因子值为0.19~0.20;在中国浙江省杭州稻麦轮作稻田中,N2O本底排放量为0.12~0.25 kgN2O-Nhm-2 yr-1,施肥引起的N2O排放占总排放的33%~59%。渗漏水中的N2O/NO3比值随种植季数而增高,可用乘幂关系式表达。     

稻麦轮作条件下机插水稻CH_4和N_2O的排放特征及温室效应

于2008年采用静态暗箱-气相色谱法对人工手插和机插2种水稻种植方式下CH4和N2O排放进行田间观测,研究稻麦轮作条件下机插水稻CH4和N2O的排放特征及其温室效应。结果表明,水稻生长季CH4排放通量人工手插水稻和机插水稻均呈先升高后降低的变化趋势,N2O仅在水稻搁田期间有明显排放,机插和人工手插水稻CH4平均排放通量分别为4.68、4.39 mg.m-2.h-1,N2O平均排放通量为92.80、111.33μg.m-.2h-1。与人工手插水稻相比,机插水稻增加CH4排放总量14%,减少N2O排放总量11%,使稻季排放CH4和N2O所产生的全球增温潜势（GWP）和＂单位产量的GWP＂分别提高8%和10%。在稻麦轮作条件下采用机插水稻种植方式,水稻生长期间排放的CH4和N2O所形成的温室效应有提高的趋势。     

施肥方式对冬小麦—夏玉米轮作土壤N_2O排放的影响

氧化亚氮(N_2O)是一种重要的农田温室气体,本研究利用紫色土长期施肥试验平台,采用静态箱/气相色谱法对紫色土旱作农田冬小麦—夏玉米轮作系统的N_2O排放进行了定位观测(2012年11月至2013年9月),研究单施氮肥(N)、常规氮磷钾肥(NPK)、猪厩肥(OM)、猪厩肥配施氮磷钾肥(OMNPK)和秸秆还田配施氮磷钾肥(ICRNPK)等施肥方式对紫色土N_2O排放特征的影响;不施肥(NF)作为对照计算排放系数,以探寻紫色土地区可操作性强、环境友好的施肥方式。结果表明,所有施肥方式的N_2O排放均呈现双峰排放,峰值出现在施肥初期;玉米季N_2O排放峰值显著高于小麦季(p0.05)。在相同的施氮水平(小麦季130 kg hm~(~(-2)),玉米季150 kg hm~(~(-2)))下,施肥方式对N_2O排放和作物产量均有显著影响(p0.05)。N、OM、NPK、OMNPK和ICRNPK处理的土壤N_2O周年累积排放量分别为1.93、1.96、1.12、1.50和0.79 kg hm~(~(-2)),排放系数分别为0.62%、0.63%、0.33%、0.47%和0.21%,全年作物产量分别为4.35、11.95、8.39、9.77、10.93 t hm~(~(-2))。施用猪厩肥显著增加N_2O排放量,而秸秆还田在保证作物产量的同时显著降低N_2O排放量,可作为紫色土地区环境友好的施肥方式。土壤无机氮(NO_3~--N和NH_4~+-N)是N_2O排放的主要限制因子。因此,在施氮水平相同时,施肥方式对紫色土活性氮含量的影响导致N_2O排放差异显著,是土壤N_2O排放差异的根本原因。土壤孔隙充水率也是影响N_2O排放的重要环境因子,并且其对N_2O排放的影响存在阈值效应。     

水稻控制灌溉对稻麦轮作农田N_2O排放的调控效应

为了揭示水稻控制灌溉对稻麦轮作农田N2O排放的调控效应,该文对稻麦轮作农田N2O排放进行原位观测,分析稻麦轮作农田N2O排放对水稻控制灌溉水分调控的动态响应。结果表明,水稻灌溉模式对后茬冬小麦田N2O排放产生了显著的后效性影响,控制灌溉稻季农田N2O排放总量较常规灌溉稻季农田平均增加了136.9%(P0.05),而稻季采用控制灌溉的麦季农田N2O排放总量较稻季采用常规灌溉的麦季农田平均减少47.1%(P0.05);稻季采用控制灌溉的稻麦轮作农田全年N2O排放总量平均为761.50 mg/m2,较稻季采用常规灌溉的轮作农田平均减少了1.0%,差异很小(P0.05)。稻季采用控制灌溉的稻麦轮作农田N2O-N损失率为1.01%,稻季采用常规灌溉的轮作农田N2O-N损失率为0.98%。麦季N2O排放通量的峰值一般出现在施肥后伴随降雨时,降雨后7~10 d是麦季N2O剧烈排放的关键时期。水稻控制灌溉较常规灌溉没有增加稻麦轮作农田的N2O排放。研究结果为准确估算中国农田N2O排放量及制定N2O减排措施提供参考。     

京郊典型设施蔬菜地N2O排放规律及影响因素研究

为明确典型设施蔬菜地N2O排放规律及其影响因素,采用静态箱法,对北京郊区典型设施菜地番茄生长季进行了系统的观测,并分析了氮肥施用量、土壤温度、土壤水分对土壤N2O排放的影响。结果表明:设施番茄地N2O排放具有明显的生长季变异性,随着施肥和灌溉事件呈现多峰的动态变化规律。与农民习惯施肥处理(FP)相比,减氮施肥处理(OPT)能减少N2O排放总量41.67%,减氮施肥+硝化抑制剂处理(OPT+DCD)则能减少N2O排放总量54.46%;各处理N2O的排放系数介于0.55%～1.15%之间;土壤N2O排放与土壤湿度表现出显著的相关性,但与土壤温度未表现出明显相关性。     

丘陵区稻田N2O排放的特点

１９９３－１９９４年在中国科学院红壤生态试验站通过田间试验研究了丘陵区稻田Ｎ２Ｏ排放的特点。结果表明,稻田Ｎ２Ｏ排放主要集中在水分落干期间,淹水状态下几乎没有Ｎ２Ｏ排放。由于早稻稻草还田、晚稻稻田Ｎ２Ｏ排放量即使在水分离落干期间也不高。稻田Ｎ２Ｏ排放量随地形降低而逐渐增加,１９９３－１９９４年两年中坡底、坡腰和坡顶稻田水稻生长期平均Ｎ２Ｏ－Ｎ排放通量分别为１０．９０、５．６０和２．１１μｇ／（ｍ＾     

不同施肥处理对稻田氧化亚氮排放的影响

2004年在湖南省望城县黄金乡长期肥料监测站对不同施肥处理稻田中N2O排放通量进行了连续观测,发现不同施肥处理稻田中N2O排放季节变化具有一致的规律:生长中前期N2O排放量较小,晒田及之后排放量较大。各施肥处理N2O排放的差异早晚稻不同,早稻各处理间差异不显著,NPK处理排放量最大,为1.48kg.hm2;晚稻各处理差异极显著(p<0.01),NPKS处理排放量最大,为1.40kg.hm2;同是有机肥和化肥配施,早稻NKM处理N2O排放大于NPKS处理,两者差异不显著,而晚稻NPKS处理N2O排放远大于NKM处理,二者差异显著(p<0.05)。稻田水分状况也影响N2O排放,淹水期N2O排放较少,落干期N2O排放较多。     

不同施氮方式对玉米产量及N 2O排放的影响

通过3年定位试验,采用静态箱/气相色谱法对壤质草甸土区玉米生产进行了全生长季N2O排放通量的观测,分析了不同施氮方式对N2O排放总量、排放系数和玉米产量的影响。结果表明：减少氮肥用量20%的缓控释肥处理与秸秆还田配化肥处理产量居高,而且二者间差异不显著;秸秆还田促进了农田土壤N2O排放,使得秸秆还田配化肥处理的年均N2O季节排放总量最高,达到1.50 kg N·hm-2;年均N2O季节排放总量与施肥量之间相关系数达到了0.97;随着试验年限的增加,N2O-N季节排放系数受施肥量的影响逐年增加,相关系数从2009年的-0.015增加到2011年的0.624。因此不同施氮方式对N2O季节排放的影响需要通过多年定位来准确把握,同时在研究农田N2O-N季节排放时要适当考虑植株生长过程中N2O的排放。兼顾产量和减排2个因素,建议推广缓控释肥的减量施用。     

华北平原冬小麦/夏玉米轮作田土壤N2O通量特征及影响因素

采用静态箱/气相色谱法对华北平原冬小麦/夏玉米轮作田土壤N2O通量进行周年观测,研究轮作田土壤N2O源的大小及其变化规律,分析土壤温度、水分、有效氮含量对土壤N2O通量的影响。结果表明,土壤N2O通量季节变化明显且变化主要是由施肥引起的。麦田土壤N2O通量变化范围为-36~835μg.m-2.h-1,玉米田为-1~263μg.m-2.h-1,麦季土壤N2O排放强度(80.5μg.m-2.h-1)低于玉米季(90.5μg.m-2.h-1)。轮作田土壤N2O年总排放量为6.9kg.hm-2,麦季(4.2kg.hm-2)高于玉米季(2.7kg.hm-2)。土壤N2O通量随地温升高呈指数增长(通过0.01显著水平检验),季节Q10值为2.2,单日的Q10值在3.8~4.5;作物主要生长季(4-10月)土壤N2O通量随土壤中NH4 -N含量的增加呈线性增长(通过0.05显著水平检验),而与土壤含水量和NO3--N含量均未表现出明显数量关系。在作物主要生长季,上述各因子对土壤N2O通量的综合影响极显著(通过0.01显著水平检验),其中土壤含水量和NH4 -N含量是主导因素。     

综合产量和土壤N2O排放的马铃薯施氮量分析

施氮可提高作物产量,但同时也增加温室气体N_2O的土壤排放量。研究施氮量与产量和土壤N_2O排放的关系,对保障作物产量并兼顾环境效应的农业生产实践具有重要指导意义。该研究设置N0(0)、N1(67.5 kg/hm~2)、N2(125 kg/hm~2)、N3(187.5 kg/hm~2)4个施氮水平,采用静态箱-气相色谱法对土壤N_2O排放进行田间原位测定,研究施氮量对马铃薯产量、土壤N_2O排放的影响,分析综合产量与土壤N_2O排放的合理施氮量。结果表明:施氮显著增加马铃薯产量和土壤N_2O累积排放量,较不施氮(N0)处理,N1、N2和N3处理马铃薯产量增加78.5%、93.1%和95.6%;生育期N1、N2和N3处理马铃薯土壤N_2O累积排放量分别是N0处理的2.3、4.4和6.7倍。同时,随施氮量增加,N_2O排放系数、硝态氮强度和单产N_2O排放量均显著增加。在低氮处理(N0、N1)时,土壤N_2O排放通量与土壤温度、湿度显著正相关,而在高氮水平时,土壤N_2O排放通量与土壤硝态氮含量显著正相关。施氮67.5 kg/hm~2可确保研究区马铃薯产量并有效降低土壤N_2O排放。     

农田土壤N2O排放和减排措施的研究进展

氧化亚氮(N2O)是一种受人类活动影响的重要温室气体。农业土壤是其主要的排放源之一,土壤中硝化和反硝化作用是N2O产生的主要过程。N2O的排放受多种因素的影响,农业活动尤其是施用化学氮肥是农田N2O排放量增加的主要因素。提高氮肥利用率,使用硝化抑制剂等措施将有助于减少N2O的排放量,更有效的减排措施还有待进一步的研究与应用。     

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。     

耕作措施对华北地区冬小麦田N2O排放的影响

为研究不同耕作措施对冬小麦田N2O排放的影响以及探明N2O排放季节性波动的原因,该研究选取河北栾城县中国科学院农业生态系统试验站不同耕作处理下冬小麦田为研究对象,利用静态箱法测定翻耕秸秆还田（CT）、旋耕秸秆还田（RT）和免耕秸秆还田（NT）下冬小麦田N2O的排放。结果表明,耕作初期72 h翻耕、旋耕及免耕处理N2O排放总量分别为3.83、10.27、10.55 mg/m2。秸秆还田条件下,不同耕作措施冬小麦田N2O季节排放总量为：CT＞RT＞NT。CT、NT处理下N2O排放通量与0～20 cm各层次土壤温度呈极显著正相关。CT、NT处理表层0～5 cm土壤N2O排放通量与土壤充气孔隙度显著性负相关。NT处理土壤具有较高的C/N比,可能有利于减少N2O的排放。因此,华北冬小麦田采用NT能有效减少N2O排放。     

施氮方式对玉米氮吸收及土壤养分、N2O排放的影响

通过3年定位试验,研究不施氮肥、农民传统施氮、比传统施氮减量20%、减氮20%配合秸秆还田、减氮20%施用包膜尿素处理对玉米年际产量、植株氮吸收、土壤养分变化及N2O排放的影响。结果表明:包膜尿素处理产量最高,比空白处理增产18.50%,比产量次高的秸秆还田处理仅增产0.51%,二个处理间产量差异不显著;包膜尿素处理和秸秆还田处理可增加植株氮的吸收固定;秸秆还田处理的肥料利用率和植株总氮积累量高于包膜尿素处理,但其氮收获指数最低,为0.606,从注重品质角度,包膜尿素处理的效果略好于秸秆还田处理;各施肥处理都比空白处理提高了土壤主要养分含量,但从有机质、全氮、有效磷和速效钾含量提升综合评价,包膜尿素处理和秸秆还田处理对土壤的培肥作用好于农民习惯施肥处理;秸秆还田处理的N2O-N季节排放总量和排放系数都最高,分别为N 1.50 kg·hm-2·季-1和0.27。因此,从保产稳产、培肥地力、提升品质、减少N2O排放综合考虑,建议推广比农民习惯施肥量减少氮量20%的包膜尿素一次性施入在玉米生产中的应用。     

稻田CH4和N2O综合排放对控制灌溉的响应

为了揭示水稻控制灌溉对稻田CH4和N2O综合排放的影响,该文采用静态暗箱-气相色谱法对控制灌溉稻田CH4和N2O排放进行原位观测,分析稻田CH4和N2O综合排放对控制灌溉水分调控的动态响应。结果表明,控制灌溉稻田CH4排放通量多低于常规灌溉稻田,且主要集中在水稻分蘖前期,峰值出现在土壤脱水后第1～2d,排放总量较常规灌溉稻田减少81.2%～82.8%;N2O排放通量多高于常规灌溉稻田,峰值出现在肥后且土壤脱水后3～4d,排放总量较常规灌溉稻田增加了121.8%～144.3%。控制灌溉稻田CH4和N2O的综合全球增温潜势较常规灌溉稻田显著减少(p<0.05),减少幅度为15.0%～34.8%。控制灌溉显著降低了稻田CH4和N2O的综合温室效应。