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。     

节水灌溉的稻田温室气体排放研究综述

二氧化碳(CO_2)、甲烷(CH_4)和氧化亚氮(N_2O)是3种主要的温室气体,大气中温室气体浓度的持续升高导致全球变暖和臭氧层破坏问题日益严峻。稻田生态系统是温室气体的重要排放源。随着水稻节水灌溉技术的大面积推广应用,节水灌溉对稻田温室气体排放产生的影响受到了广泛的关注。本文综述了节水灌溉的稻田温室气体的排放特征及减排措施,为节水灌溉稻田温室气体排放的后续研究指明了方向,也为我国稻田节能减排的综合调控提供了科学指导和技术支撑。     

双氰胺对农田温室气体CH_4和N_2O排放的影响综述

农田是温室气体的重要排放源,减少农田温室气体排放对缓解全球气候变化具有重要意义。利用硝化抑制剂可有效调控土壤氮素的转化,降低氮肥淋溶损失,降低CH_4和N_2O排放,提高农作物产量。双氰胺(dicyandiamide,简称DCD)具有易分解、无污染、用量少、价格低廉、抑制作用时间长、抑制效率和成本效益高以及改良土壤等特性。在现有相关研究的基础上,结合国内外研究进展,回顾了国内外DCD的研究历史及特性,全面评述了DCD影响温室气体排放的作用机理,以及对农田温室气体CH_4和N_2O排放、综合温室效应(GWP)、温室气体排放强度(GHGI)、净生态系统经济预算(NEEB)的影响等国内外研究进展,提出了未来DCD在农田温室气体排放方面的研究方向。     

气候变化影响下农田温室气体释放的研究进展

农业活动所产生的温室气体在全球温室气体排放中所占比重较大,对气候变化的影响不可忽视。探索减少农田系统中温室气体(GHGs)释放的方法,是实现“双碳”战略目标的必要手段。本文综述了当前主流的气候变化模型、农田GHGs释放机理,进而剖析了气候变化对农田GHGs释放的影响以及相关模型研究。研究表明,大气温度(T)和CO₂浓度升高都会影响微生物的呼吸作用及活性导致农田GHGs释放量增加。为减少气候变化对农田GHGs释放的影响,可通过改变农艺措施(如覆膜、干湿交替灌溉频率、耕作方式等)以减少农田GHGs释放。本研究可为减少农田GHGs释放提供指导性建议。     

北方旱地农田主要温室气体排放研究进展

农田温室气体是大气温室气体的重要来源,农业生产活动对全球气候变化有着重要影响。随着以全球变暖为主要特征的气候变化研究的日益深入,探索农田温室气体的排放规律并定量研究其对大气温室气体的贡献非常关键。综述了旱地农业温室气体研究的主要进展,包括排放机理、影响规律和观测方法,提出了加强旱地农田温室气体排放研究的建议和展望。分析认为,旱地农田温室气体主要表现为N_2O、CO_2,当前对旱地农田温室气体的排放研究主要集中在生成机理和单项影响因素上,对旱地农田温室气体的总体排放规律、综合影响因子和特征还有待进一步研究。当前,深入开展不同作物各种种植方式条件下的旱地农田温室气体排放研究,集成农田温室气体排放综合评价模型,为评估旱地农田温室气体排放贡献,制定旱地农田温室气体减排措施提供理论依据。     

农田土壤温室气体排放研究进展(英文)

[目的]对农田土壤温室气体排放的研究进展进行综述。[方法]根据近几年国内外相关文献,对农田土壤中CO2、CH4和N2O的产生机理、排放特征及其主要影响因素进行归纳。[结果]土壤中温室气体CO2、CH4和N2O的产生和排放过程,是陆地生态系统碳氮循环的重要过程,是土壤碳氮库的重要输出途径,在全球碳氮循环中起到很重要作用,对其展开研究有利于减少其排放温室气体的量以及增大其吸收温室气体的能力,从而更有效地实现温室气体的减排。[结论]该研究有助于对温室气体排放规律和影响因素的正确了解,从而对温室气体减排以及研究气候变化提供理论依据。     

水旱轮作系统中土壤CH4和N2O排放研究进展

农田是温室气体的重要排放源之一,而水旱轮作是显著影响稻田温室气体排放的重要因素之一。本文分析了水旱轮作对甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)两种主要温室气体产排的影响,从水肥管理和不同轮作方式等方面论述其对水旱轮作系统中土壤CH4和N2O排放的影响,并根据温室效应等因素,综合性地提出了推行稻季节水灌溉、规范作物施肥管理和优化轮作模式3种减排措施,以期为水旱轮作稻田温室气体减排提供参考。     

加气灌溉对番茄地土壤CO_2排放的调控效应

【目的】CO_2是大气中最重要的温室气体,对全球变暖起到重要作用。加气灌溉通过改善土壤通气状态,提高作物产量、品质及水分利用效率等已被大量研究证实,然而加气灌溉引起的土壤环境效应研究较少,且通过静态箱法系统地研究加气灌溉对设施菜地土壤CO_2排放影响的研究尚未见报道。因此,分析加气灌溉对土壤CO_2排放的影响,对评估加气灌溉技术的农田生态效应具有重要作用。【方法】供试番茄品种为‘飞越’,通过温室小区试验利用文丘里计作为加气设备,通过地下滴灌系统实现水气结合的加气灌溉方式。采用静态箱-气相色谱法对温室番茄地土壤CO_2排放进行原位观测,研究加气灌溉对土壤CO_2排放的调控效应。试验按灌水量(充分灌溉、亏缺灌溉)和加气(加气、不加气)的双因素设计,设置4个处理,分别为:加气亏缺灌溉(AI1)、不加气亏缺灌溉(CK1)、加气充分灌溉(AI2)和不加气充分灌溉(CK2),每个处理3个重复。研究加气和充分灌溉较不加气和亏缺灌溉对温室番茄地土壤CO_2排放、土壤水分、土壤温度和土壤有机碳的影响。【结果】番茄整个生育期,不同加气灌溉模式下土壤CO_2排放通量随移植后天数增加呈波动性变化,总体呈现先增加后减小的趋势,峰值均出现在番茄开花坐果期。加气和充分灌溉处理较对应的不加气和亏缺灌溉处理增加了番茄整个生育期土壤CO_2平均排放通量和排放量,但差异不显著(P0.05)。AI1、CK1、AI2和CK2处理土壤CO_2平均排放通量分别为229.31、193.66、259.10和224.76 mg·m~(-2)·h~(-1),且以AI2处理土壤CO_2排放量最大(6 383.43 kg·hm~(-2)),分别是AI1、CK1和CK2处理的1.12、1.32和1.13倍。此外,不同加气灌溉模式下土壤充水孔隙率(WFPS)在番茄整个生育期内大致呈下降的趋势;土壤温度(T)大致呈上升的趋势,且同一时刻处理间土壤温度差异较小;而土壤有机碳(SOC)含量呈波动性变化且番茄整个生育期SOC含量变化幅度较小。加气灌溉较对应的不加气灌溉降低了T和WFPS,增加了SOC含量,但差异均不显著(P0.05);充分灌溉较对应的亏缺灌溉增加了WFPS和SOC,但不显著,对T的影响不一。此外,经相关性分析可知,土壤CO_2排放通量与土壤充水孔隙率呈负相关,与土壤温度和有机碳呈正相关,但相关性均不显著(P0.05)。【结论】通过温室小区试验得出,加气灌溉增加了土壤CO_2排放,但不显著(P0.05)。研究结果为评估加气灌溉技术的农田生态效应和设施菜地温室气体减排提供了一定的参考和科学依据。     

生物炭施用对节水灌溉稻田温室气体排放影响研究进展

对稻田温室气体排放特征,影响因素,水稻节水灌溉技术及其环境效应,生物炭在农业上的应用及其对农田土壤温室气体的减排效应进行了总结分析。针对节水灌溉引起稻田土壤有机碳含量降低的问题,提出应该从水稻节水灌溉技术与生物炭施用技术相结合的角度开展稻田温室气体排放规律及其对水碳联合调控的响应,节水稳产、固碳减排的稻田水碳管理模式等新的研究。     

稻田温室气体排放与减排研究进展

水稻是重要的粮食作物,在我国农业中占有重要作用。稻田是温室气体的重要排放源之一,产生大量的二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)等温室气体,这些温室气体已经严重威胁到人类生存并破坏环境。为阐明稻田内CO2、CH4及N2O的产生机制,从水分、施肥、耕作3个方面论述其对稻田温室气体产生及排放的影响,并根据温室效应等因素,综合性地提出了推行节水灌溉技术、选择合理的施肥方式、选择合理的耕作制度3种减排措施,对发展低碳农业和降低温室效应具有重要意义。     

生物炭对农田N2O排放的影响机制研究

N₂O是影响全球气候变化的主要温室气体之一,对臭氧层的消耗起着催化作用。农田土壤作为温室气体第二大排放源,如何降低其N₂O的排放已成为不断探索的重大课题。生物炭是在缺氧条件下由含碳量丰富的生物质热解而成的一种高比表面积、多孔性材料,具有提高土壤肥力,促进作物生长等诸多优点,已成为研究热点。对农田N2O排放的影响以及作用机制已有较多研究,但尚未形成统一定论。综述了N₂O排放机制,以及生物炭特性、生物炭与环境因子的相互作用对农田N₂O排放的影响,并对未来生物炭对温室气体排放的影响研究提出方向性建议。     

灌溉方式对农田N2O排放影响的研究进展

N2O是大气中对温室效应和大气臭氧层损耗有重要影响的微量气体.农田气体排放是大气中N2O的重要来源.灌溉方式能从多个方面影响农田N2O的排放.因此,追踪灌溉方式对农田N2O排放影响的研究进展,不仅可以为我国农田N2O排放机理的进一步研究提供参考,而且对我国发展低碳环保农业具有十分重要的意义.该研究简要地探讨了淹灌、无水层灌溉、天然降雨3种灌溉方式对农田土壤N2O排放的影响,并对该领域的研究做出展望.     

再生水配以不同氮肥对冬小麦土壤温室气体排放的影响

为探明再生水灌溉下不同氮肥对冬小麦土壤温室气体排放的影响,采用再生水和清水2种水质配以不同无机肥料(尿素、胺肥、缓释肥)的正交试验,分析不同试验处理对土壤温室气体排放和冬小麦产量的影响。结果表明:1)相对清水灌溉,再生水灌溉CO_2日平均排放通量增加4.78%~29.93%,N_2O日平均排放通量增加17.48%~32.50%。2)相对于再生水无施肥处理,再生水施肥处理CO_2日平均排放通量分别增加了14.037%、13.230%、7.353%,N_2O日平均排放通量分别增加了81.4%、99.2%、39.8%。3)再生水灌溉比地下水灌溉可以增加冬小麦产量,平均增幅3.58%。4)显著性分析表明:再生水灌溉下施肥种类对CO_2日平均排放通量影响不显著(P0.05),对N_2O日平均排放通量影响显著(P0.05);2种水质对温室气体日平均排放通量影响不显著(P0.05);施肥种类和水质对冬小麦产量无显著影响(P0.05)。     

灌溉对藏北高寒草甸生物量和温室气体排放的影响

温室气体不仅是引起气候变化的主要因素,并对气候具有重要的反馈作用,鉴于近年来藏北地区温度明显升高,降水逐步增加,通过对藏北高寒草甸进行灌溉,以模拟未来降水增加对该生态系统生长旺季温室气体排放的影响。结果表明:土壤水分增加显著促进草地地上生物量积累;灌溉促进高寒草甸CO2和N2O排放,但降低CH4吸收量;CO2和CH4排放量日变化与土壤湿度呈显著的线性相关关系(P<0.05),N2O与土壤湿度呈显著的二次项相关关系(P<0.05),三种温室气体排放均与土壤温度无显著相关关系(P>0.05)。综合上述研究结果认为,未来随着降水增加,藏北高寒草甸温室气体排放通量将明显增加,并对该地区气候变化产生正反馈作用;应结合高寒草地光合作用、土壤碳氮含量,对未来藏北高寒草甸温室气体净通量进行深入研究,以确定藏北高寒草甸温室气体排放在气候变化中扮演的角色。     

旱地农田氧化亚氮排放研究进展

针对北方旱地农田N2O的产生机理、排放规律及影响因素进行综述,指出影响旱地土壤N2O排放的主要因素是施肥、灌水和农田耕作等人为因素,合理施氮和增加土壤碳贮存是缓解温室气体排放的重要途径,并提出今后应进一步加强不同立地条件下的长期高频农田生态系统N2O排放观测、N2O产生的关键微生物过程与机理与相关观测及通量相结合和农田温室气体排放模型的应用等方面的研究。     

灌溉对农田温室效应贡献及土壤碳储量影响研究进展

农田碳库是全球碳库最活跃的部分,对管理措施变化的响应十分敏感。灌溉技术作为中国旱作农业的重要管理措施,其变化势必会对农田温室效应贡献及土壤碳固存能力产生重要影响,但相关试验数据及机理研究迄今仍十分缺乏。文章综述了灌溉对农田土壤呼吸及其不同组分、氧化亚氮（N2O）与甲烷（CH4）源汇通量以及农田土壤碳储量变化的定量影响,比较了上述参数变化对不同灌溉方式、灌溉量、灌溉频率、灌溉年限以及灌溉水质等的差异响应,剖析了可能的影响机制。分析表明：（1）灌溉通常将增加土壤的碳排放,但土壤呼吸与灌溉量间并非线性关系。在水分亏缺条件下,土壤呼吸与灌溉量呈现正相关,而过量灌溉则会降低土壤呼吸;灌溉影响土壤呼吸的温度敏感性（Q10）,Q10与灌溉量之间呈抛物线关系,漫灌方式下土壤呼吸的温度敏感性高于滴灌;不同灌溉方式下土壤呼吸不同组分的贡献率及其对水分变化的响应存在较大差异,灌溉对根系呼吸的影响较对土壤微生物呼吸的影响更为显著,滴灌条件下根系呼吸对土壤呼吸的贡献率显著大于漫灌;灌溉水质与灌溉深度显著影响土壤温室气体释放总量,开展充分的市政污水处理能够为国家和地区换取更多的碳排放信用。（2）水分管理是减缓农田N2O与CH4排放的重要措施,水分状况对N2O与CH4的产生过程与排放途径均存在重要影响;水分管理对CH4和N2O排放的影响往往存在明显的消长关系,采用全球增温潜势（GWPs）等综合性评价指标才能更加准确与全面地反映灌溉及其不同方式所带来的农田温室效应贡献变化。（3）水分变化对土壤有机碳存在增加、降低或不显著等多种可能影响。不同气候、土壤类型下表层有机碳含量变化对灌溉的响应存在明显不同,灌溉在相对干旱地区对土壤有机碳的增加效应更为显著;不同组分有机碳对灌溉方式变化响应的敏感度以及响应方向存在差异,对于某种灌溉方式影响效应的评价须从农业节水、增加土壤有机碳储量以及提高活性有机碳利用率等多角度进行综合分析。迄今为止,灌溉对土壤主要温室气体排放及土壤有机碳储量的影响效应仍存在较大不确定性,今后应加强不同灌溉方式之间的对比研究,尤其是灌溉方式改变后土壤温室气体排放空间差异性的变化;重点关注灌溉及其方式变化对温室气体综合增温潜势以及生态系统碳源汇功能的影响;加强不同灌溉方式的长期与短期效应的比较;深化灌溉驱动农田温室效应变化的微生物学驱动机制的研究等。     

不同氮磷肥施用对春玉米农田N2O排放的影响

农田过量施肥会增加N2O排放,使农田土壤成为重要的温室气体排放源。为减少农田N2O排放,利用自动观测系统研究了春玉米农田中不同肥料对N2O排放的影响,并结合作物产量及N2O的排放量探索减少温室气体排放的施肥措施。采用田间试验方法设定了不施肥(CK)、尿素(U)、尿素加磷肥(NP)和硝酸磷肥(NOP)4个处理进行研究。结果表明,各处理下N2O排放总量分别为:CK0.21kgN·hm-2、U1.19kgN·hm-2、NP0.93kgN·hm-2、NOP0.69kgN·hm-2;N2O排放主要受施肥、灌溉,降雨和土壤温度的影响;在作物生长后期土壤含氮量小于7mgN·kg-1的情况下,观测到土壤吸收N2O的情况;各处理下排放因子均小于政府间气候变化委员会(IPCC)的缺省值1%,表明IPCC推荐的排放因子不适用于估算中国北方的春玉米农田N2O排放。施加磷肥有助于减少农田N2O排放并提高产量,硝态磷肥较尿素可以显著减少N2O排放。综合考虑产量和N2O排放,相对于施用尿素和尿素加磷肥处理,硝酸磷肥处理不仅可节约15%和30%的肥料投入,而且分别减少42%和26%的N2O排放,具有减排不减产的良好效果。     

水分和秸秆管理减排稻田温室气体研究与展望

水稻生产过程是人为源温室气体甲烷(Methane,CH4)和氧化亚氮(Nitrous oxide,N2O)的重要排放源,稻田中CH4和N2O的产生与排放受农事管理与环境因素影响,尤其是水分管理和秸秆还田措施,直接影响稻田土壤氧化还原状况和土壤中易分解有机质的含量,对稻田CH4和N2O的排放具有显著的影响效果。很多研究结果表明,控制灌溉、干湿交替等节水灌溉措施能显著降低CH4排放量,但同时也可能促进N2O的排放,因此如何同时减少CH4和N2O的排放量是实现稻田温室气体减排的关键所在;另外,秸秆还田在改良土壤肥力的同时也增加了外源性有机质的输入,促进了稻田CH4的排放。如何优化秸秆还田措施,并耦合水分管理以达到土壤改良和温室气体减排的双重效益对稻田系统的可持续利用至关重要。本文从水分管理、秸秆管理、以及水分和秸秆协同管理等几个方面综述了近年来稻田温室气体减排的研究进展,重点总结了国内外通过水分管理减排稻田温室气体的效果、水分与施肥耦合的减排效果、秸秆还田措施以及水分管理与秸秆还田耦合对稻田温室气体排放的影响,并对今后稻田温室气体减排的研究方向作了展望。     

上海崇明岛不同施肥条件下的稻田温室气体排放格局

在上海崇明岛稻田里设置3个水平(当地正常水平,该水平的70％和50％)的施肥处理进行试验,利用静态箱/气象色谱监测体系,对3种温室气体(CO2、CH4以及N2O)进行动态监测,分析温室气体的排放量和变化规律,探讨土壤温湿度以及有机质对土壤温室气体排放通量的影响,寻求在不影响产量的条件下,减少温室气体排放的施肥措施.研究表明,施肥水平显著影响CH4和N2O的排放通量,CO2排放量与水稻生长特性有密切关系;施肥水平的提高没有促进土壤有机质的积累.在70％施肥水平下,样地的干物质积累及实际产量与100％施肥水平未有显著差异,且土壤温室气体排放量显著降低.本文结论可对农田生态系统固碳及降低农田温室气体的排放提供科学依据.     

太湖地区有机与常规种植方式下稻麦轮作农田温室气体短期排放特征

为探明有机种植模式对农田温室气体排放的影响,以太湖地区有机与常规种植模式下稻麦轮作农田为研究对象,采用静态箱-气相色谱法监测农田温室气体(CO_2、CH_4和N_2O)排放的动态变化特征,并运用温室气体增温潜势(GWP)和排放强度(GHGI)进行温室效应估算。结果表明:在稻麦轮作季,有机与常规种植模式下温室气体排放通量整体动态变化趋势基本一致。在稻季,有机种植土壤CH_4排放总量为195.56 kg·hm~(-2),显著高于常规种植(119.77 kg·hm~(-2)),而CO_2和N_2O排放总量与常规种植无显著差异;在麦季,有机种植土壤CO_2、N_2O和CH_4排放总量分别为12 554.92、1.44 kg·hm~(-2)和7.02 kg·hm~(-2),常规种植土壤分别为8 096.61、2.67 kg·hm~(-2)和6.74 kg·hm~(-2)。稻季有机种植土壤温室气体GWP和GHGI显著高于常规种植,而在麦季常规种植较高。在整个稻麦轮作季,有机种植模式下温室气体GWP和GHGI分别为6 501.69 kg CO_2-eq·hm~(-2)和0.44 kg·kg~(-1),显著高于常规种植模式(4 745.38 kg CO_2-eq·hm~(-2)和0.37 kg·kg~(-1))。有机种植模式在稻季温室气体减排方面无明显优势,但是有利于麦季农田土壤温室气体的减排。