不同种类秸秆还田对单季稻田CH4排放和功能微生物丰度的影响

【目的】阐明稻田土壤CH₄排放及其相关功能微生物对不同种类秸秆施用的响应机制，为稻田生态系统CH₄排放预估和减排措施的选择提供理论依据。【方法】以太湖地区典型单季稻田的原柱状土为研究对象，通过设置温室栽培试验，同步监测水稻秸秆(RS)、小麦秸秆(WS)、玉米秸秆(MS)施用模式下水稻各生长期CH₄排放通量、水稻产量、土壤微生物量碳氮含量等因子，定量化研究CH₄排放相关菌群及功能基因的群落丰度。【结果】与对照相比，RS、WS和MS处理下水稻生长期CH₄排放量分别增加289.65%、263.30%和344.43%，单位水稻产量CH₄排放量分别增加210.40%、182.35%和282.80%。水稻生育期中，土壤产CH₄菌(mcrA)群落丰度呈现上升趋势而CH₄氧化菌(pmoA)呈先上升后下降趋势。与对照相比，拔节期RS处理显著增加细菌16S rRNA和pmoA基因拷贝数，成熟期WS处理显著增加mcrA拷贝数，而MS处...     

不同灌溉模式和施氮处理下稻田 CH4 和 N2O 排放

【目的】研究不同灌溉模式和施氮处理稻田 CH₄ 和 N₂O 的排放规律、综合增温潜势和综合排放强度,以期获得降低稻田 CH₄ 和 N₂O 排放的灌溉模式和施氮管理。【方法】2015～2016 年在广西南宁市灌溉试验站进行晚稻和早稻大田试验,两次试验均设 3 种灌溉模式:常规灌溉 (CIR)、“薄浅湿晒 ”灌溉 (TIR) 和干湿交替灌溉 (DIR)。 2 种尿素-N 和猪粪-N 比例:100% 尿素-N (FM1),50% 尿素-N + 50% 猪粪-N (FM2)。共设 CIR-FM1、TIR-FM1、DIR-FM1、CIR-FM2、TIR-FM2 和 DIR-FM2 6 个处理,用静态箱–气相色谱法测定了水稻生育期内稻田 CH₄ 和 N₂O 排放通量,分析了早晚稻生育期内 CH₄ 和 N₂O 累积排放量和综合增温潜势,并结合产量分析了 CH₄ 和 N₂O 综合排放强度。【结果】DIR 下 FM2 处理早稻产量和两季总产量比 FM1 处理分别提高 18.8% 和 17.7%,FM2 下 TIR 和 DIR 模式早稻产量分别比 CIR 模式提高 20.9% 和 37.4% 以及 DIR 模式两季总产量比 CIR 模式提高 21.5%。不同处理早晚稻生育前期 CH₄ 排放通量较高,生育中后期 CH₄ 排放通量较低。水稻生育期内 TIR 和 DIR 模式 CH₄ 累积排放量低于 CIR 模式,FM1 处理 CH₄ 累积排放量低于 FM2 处理。不同处理早晚稻生育前期 N₂O 的排放通量为负值或者较低,N₂O 排放主要集中在晒田完成复水之后及成熟期稻田水分落干时,DIR 模式 N₂O 累积排放量显著高于 CIR 模式,FM2 处理 N₂O 累积排放量高于 FM1 处理。不同处理稻田 CH₄ 和 N₂O 的排放彼此间存在消长关系。CH₄ 对综合增温潜势的贡献率达 99% 以上,而 N₂O 的贡献率不足 1%。3 种灌溉模式下 FM1 处理 CH₄ 或 N₂O 增温潜势、CH₄ 和 N₂O 综合增温潜势和排放强度均低于 FM2 处理,2 种施氮处理下 TIR 和 DIR 模式 CH₄ 和 N₂O 综合增温潜势和排放强度低于 CIR 模式。【结论】与常规灌溉相比,“薄浅湿晒”灌溉水稻产量和 N₂O 排放有所提高,但是降低 CH₄ 排放量及 CH₄ 和 N₂O 综合增温潜势和排放强度;干湿交替灌溉增加水稻产量和 N₂O 排放,但是降低 CH₄ 的排放量及 CH₄ 和 N₂O 综合增温潜势和排放强度,因此,“薄浅湿晒”和干湿交替灌溉模式是有效降低稻田 CH₄ 和 N₂O 综合增温潜势和排放强度的两种灌溉模式。在这两种灌溉方式下,与猪粪尿素配施相比,单施尿素显著降低 CH₄ 和 N₂O 综合增温潜势和排放强度。     

增温与干旱双重变化对若尔盖泥炭CH4排放的影响

若尔盖泥炭地经历了长期人为排水,未来又面临着强烈的变暖干旱,会对泥炭地CH₄排放产生复杂影响。在若尔盖选取了近自然和长期人为排水两种泥炭地类型,采集1 m深泥炭柱,采用室内环境控制试验,设定不同的氧气、水分和温度条件,探索这两种典型泥炭地的泥炭CH₄排放对增温与干旱双重变化的响应差异。结果表明:(1)由于水位降低和泥炭有机物质量下降,长期排水泥炭地的中下层泥炭(20—80 cm)CH₄累积排放量显著低于近自然泥炭地。(2)两种泥炭地的表层和深层泥炭CH₄排放都对升温不敏感,而中下层泥炭的CH₄累积排放量从5℃到15℃显著增加。(3)模拟增温10℃同时干旱水位降低20 cm条件下,中层泥炭受到了温度、水分和氧气变化的叠加影响,CH₄排放变化最剧烈。(4)最终整个1 m深泥炭近自然泥炭地高温低水位的CH₄总排放量为(204.29±15.13)μg/gC,比其低温高水位显著升高66.43 μg/gC(约48%); 排水泥炭地高温低水位的CH₄总排放量为(75.64±9.41)μg/gC,比其低温高水位升高11.95 μg/gC(约19%)。综上,升温干旱气候会对若尔盖泥炭地的有机碳稳定性造成破坏性影响,会集中导致中层泥炭CH₄排放的剧烈变化,可能最终使本区域CH₄排放量显著提高。     

水稻秸秆添加对不同种稻年限黑土CH4排放特征的影响

  目的  评估水稻秸秆添加对东北地区不同种稻年限黑土CH₄的排放的影响,以期为黑土水稻田秸秆还田提供理论依据。  方法  不同种稻年限（0、12、35、62和85 a）黑土,分别设不添加（CK）和添加1%水稻秸秆（S）处理,进行淹水培养试验（培养温度为20 ℃,淹水层为1 cm）,测定土壤CH₄排放通量及累积排放量,比较不同种稻年限土壤对水稻秸秆添加响应的差异。  结果  在淹水培养期间（150 d）,添加水稻秸秆处理各种稻年限土壤CH₄排放通量（0.00 ~ 3.33 mg kg?1 d?1）显著（P > 0.05）高于未添加秸秆处理（0.00 ~ 0.13 mg kg?1 d?1）,未添加和添加水稻秸秆处理土壤CH₄排放主要集中于淹水培养的前80 d和60 d。未添加水稻秸秆处理土壤CH₄累积排放量为0.04 ~ 4.45 mg kg?1,不同年限稻田土壤CH₄累积排放量差异不显著（P > 0.05）。添加水稻秸秆处理土壤CH₄累积排放量为29.64 ~ 91.08 mg kg?1,显著高于未添加水稻秸秆处理（P < 0.05）,且12 a和35 a土壤CH₄累积排放量显著高于0 a、62 a和85 a（P < 0.05）。未添加和添加水稻秸秆处理土壤CH₄累积排放量与土壤有机碳、可溶性有机碳氮和铵态氮含量呈显著正相关（P < 0.01）。添加水稻秸秆处理土壤CH₄累积排放量还与土壤β-葡萄糖苷酶活性呈显著负相关（P < 0.05）,土壤CH₄累积排放量增量也与土壤有机碳含量也呈显著线性正相关（P < 0.01）。水稻秸秆添加后土壤可溶性有机氮含量是影响土壤CH₄排放的直接因素,土壤可溶性有机碳和铵态氮含量及β-葡萄糖苷酶活性是影响土壤CH₄排放的间接因素。  结论  水稻秸秆添加显著促进了黑土不同种稻年限土壤CH₄排放,种稻年限越长,水稻秸秆添加后土壤CH₄排放量越少。本试验条件下,黑土种稻年限大于35年时,水稻秸秆还田带来的土壤CH₄排放量相对较小。     

中国粮食生产的温室气体减排策略以及碳中和实现路径

作为世界上最大的农业生产国和温室气体排放国,我国承诺力争到2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和。国家“双碳”目标给农业生产带来很大的减排挑战,因为农业源温室气体排放约占我国碳排放总量的14%。粮食生产是农业源非CO₂温室气体的主要排放源,归因于过量灌溉和施肥引起的稻田甲烷(CH₄)和土壤氧化亚氮(N₂O)排放。在碳达峰后,粮食生产温室气体的排放占比和减排重要性将越来越大。我国粮食生产究竟能否实现碳中和,以及如何实现碳中和仍不明确。本文综述了我国粮食生产碳排放的源汇效应和时空特征,总结了稻田CH₄和土壤N₂O减排以及农田土壤固碳的有效措施,解析了固碳减排之间的“此消彼长”效应和应对策略,明确了粮食生产实现碳中和的潜在路径,并对未来固碳减排的研究方向进行了展望。     

稻田CH4和N2O排放对大气CO2浓度升高响应的研究进展

大气CO₂浓度升高是全球气候变化的主要驱动力,可直接或间接影响陆地生态系统碳氮循环。阐明稻田生态系统CH₄和N₂O排放对大气CO₂浓度升高的响应及其机制,是农业生产应对全球气候变化的重要组成部分。本文综述了国内外不同大气CO₂浓度升高模拟技术平台条件下稻田CH₄和N₂O排放的响应规律,进一步讨论分析了大气CO₂浓度升高影响CH₄和N₂O排放的相关机制,并展望了今后稻田CH₄和N₂O排放对大气CO₂浓度升高响应的主要研究方向,以期为应对全球气候变化提供理论依据和技术支撑。     

常年淹水稻田甲烷产生潜力和产生途径的季节变化

甲烷的减排问题已成为各国政府和科研人员关注的焦点。稻田是温室气体甲烷的重要排放源,甲烷产生是排放的前提条件,主要有乙酸发酵和CO₂/H₂还原两条途径。常年淹水稻田甲烷排放量高,减排潜力大,但关于这类稻田甲烷产生途径的季节变化规律尚少见报道。于四川省资阳市的常年淹水稻田,采集水稻4个重要生育期(分蘖期、孕穗期、抽穗期、成熟期)的新鲜土样,通过室内厌氧培养试验观测了甲烷产生潜力,并采用稳定性碳同位素方法和氟甲烷(CH₃F,2%)抑制法,量化CO₂/H₂产甲烷的碳同位素分馏系数(α(CO₂/CH₄)),从而定量评估乙酸产甲烷途径的相对贡献率(?乙酸)。结果表明：添加CH₃F显著降低甲烷产生,甲烷产生潜力在成熟期最大,变化范围为3.22～12.71μg·g^–1·d^–1;产生CH₄的δ¹³C值(δ¹³CH_...     

城市污泥堆肥与氮肥配施对稻田CH4和N2O排放及水稻重金属含量的影响

随着城市污泥量的日益增大,污泥农用备受关注。本研究通过田间原位试验,以水稻为研究对象,观测氮肥与污泥堆肥以不同比例(1︰0、0.75︰0.25、0.5︰0.5、0︰1)配合施用对稻田CH₄和N₂O排放以及植物重金属累积的影响。结果表明:随着污泥堆肥施用比例的增加,稻田CH₄排放呈线性增加(P<0.05,r=0.967)。与施全量氮肥处理相比,施全量污泥堆肥处理显著增加CH₄排放118%(P<0.05),而配施处理的CH₄排放仅增加30%～34%(P>0.05)。与CH₄相反,稻田N₂O排放随着污泥堆肥施用比例的增加而逐渐减少,与施全量氮肥处理相比,施全量污泥堆肥处理减少N₂O排放39%(P<0.05),配施处理N₂O排放减少29%～38%(P<0.05)。施全量污泥堆肥处理的温室气体排放强度(GHGI)与施全量氮肥处理相当,而配施处理的GHGI比施用全量污泥堆肥...     

1991—2021年广东省农业面源污染源特征分析

广东省是经济强省也是农业大省。为保障粮食安全,近年来农业发展速度加快,化肥、农药、地膜的大量使用以及畜禽养殖业的迅猛发展等,使得广东省农业面源污染问题日渐凸显。为揭示广东省农业面源污染物排放量和排放来源,阐明农业面源污染的主要特征及发展趋势,该研究基于1991—2021年历史统计数据分析,运用排污系数法估算了广东省各农业面源污染物排放负荷,阐明了农业面源污染的主要来源及其随时间发展的变化趋势。结果显示：1）1991—2021年广东省农业源化学需氧量（chemical oxygen demand,COD）、氨氮（ammonia nitrogen,NH₃-N）、总氮（total nitrogen,TN）和总磷（total phosphorus,TP）排放量整体呈现增加趋势,近4年来各污染物排放量出现小幅度降低。与1991年相比,2021年农业源COD、NH₃-N、TN和TP排放量分别增长至1.9、1.9、1.7和2.1倍。2）种植业和畜禽养殖业是广东省农业面源污染的主要来源,种植业对农业源NH₃-N、TN排放量的贡献率最大（占比分别为48%、52%）,而畜禽养殖业对农业源COD、TP排放量的贡献率最大（占比分别为90%、51%）;此外,水产养殖业对农业源各项水污染物排放总量的贡献率在10%~16%之间,但其排放量及贡献率均呈逐年上升趋势。研究客观分析了1991年来广东省农业面源污染特征及变化趋势,结果可以为农业面源污染防治对策提供科学依据。     

等养分投入下冬种紫云英比秸秆还田更有效抑制稻田CH4的产生和排放

【目的】比较冬种紫云英和水稻秸秆还田对稻田甲烷(CH₄)产生、排放的影响,探究冬种紫云英的节肥效应和CH₄减排机制。【方法】田间试验在湖南省农业科学院高桥试验基地进行,种植制度为单季超级稻‘晶两优华占’。田间试验设置1个不施肥对照(CK)和5个等氮磷钾养分施肥处理：单施化肥(CF)、化肥+水稻秸秆全量还田(S)、化肥+紫云英全量还田(M)、化肥+秸秆和紫云英全量还田(MS)、化肥+秸秆和紫云英全量还田+熟石灰(MSC)。在水稻分蘖初期(2021年6月21日),采用密闭式静态暗箱监测稻田CH₄排放通量,通过底座侧面的接口采集田面水溶存CH₄,同时每个小区按“S”形随机取0—20 cm土层土壤样品,一份用于测定理化性质,一份用于室内甲烷产生潜力和甲烷氧化潜力培养试验。【结果】1)田间试验中,供试稻田CH₄排放通量范围为5.70～26.65 mg/(m²·h),虽然处理间差异未达显著水平,施肥处理的CH₄排放通量均高于CK,S、MS、MSC...     

Methane and nitrous oxide fluxes in an acid Oxisol in western Puerto Rico: effects of tillage, liming and fertilization

Changes in land use and management of tropical systems are considered to be major factors in the recent upsurge in increases in atmospheric nitrous oxide (N₂O) and methane (CH₄). Studies were initiated in western Puerto Rico grasslands to determine the effect of plowing, or liming and fertilizing an acid Oxisol on the soil–atmosphere exchanges of N₂O and CH₄. Weekly field flux measurements and field manipulation and laboratory studies were conducted over 22 months during 1993–1995. We found that N₂O emissions from an Oxisol acidified to pH 4 were generally lower than from pH 6 Oxisol soils that were used as reference controls. Plowing the grasslands did not change mean N₂O emission rates from either pH soil. Liming the acidified Oxisol to pH 6 tended to increase N₂O emissions to the rates from the undisturbed grassland. Fertilizing the acidified grassland increased N₂O emissions but much less than when these soils were both limed and fertilized. Short-term field studies employing nitrification inhibitors in which we measured nitric oxide (NO) and N₂O emissions, demonstrated that nitrification rates generally control N₂O emissions; thus these were lower in unlimed soil. It is likely that NO was produced through the chemical decomposition of nitrite, which in turn, was a product of biological nitrification. Soil consumption of atmospheric CH₄ in the acidified Oxisol was about one-fourth of that in the pH 6 reference soil. Liming did not restore CH₄ consumption in the acid soil to rates comparable to those in the reference Oxisol. We conducted a laboratory induction study to determine if incubation of these limed or unlimed acidified soils with high concentrations of CH₄ could induce methanotrophic activity. Comparable uptake rates to the control soils were not induced by these incubations. These studies illustrate that management of soil can considerably affect the soil–atmosphere exchange of such trace gases as N₂O and CH₄ which can affect global atmospheric properties.     

孔隙结构对水稻土温室气体排放的影响

土壤结构影响水分和气体的运动和土壤生物活动,进而影响稻田温室气体排放.为探明土壤结构对水稻生长过程中温室气体排放的影响,选取江苏宜兴的湖白土和江西进贤的红壤性水稻土进行盆栽试验.设置不搅动(NP)、搅动(PD)和搅动后掰土回填(RP)3个处理.应用X射线CT成像技术分析不同处理土壤孔隙结构,通过静态箱法测定水稻生长过程...     

北京地区畜禽温室气体排放的时空变化分析

运用IPCC估算农业温室气体排放指南, 对1978-2009年期间畜禽存栏统计数据进行分析, 研究北京地区畜禽养殖温室气体排放的时空分布。结果表明, 北京地区畜禽温室气体排放自20世纪90年代初逐步增长, 到2004年达到顶峰, 之后有所回落。在3类排放的温室气体中, 牲畜肠道发酵产生的甲烷比重最大, 年平均排放量为0.4 Tg CO2-eq, 排放贡献最大的是牛, 占肠道发酵甲烷排放总量的54%; 牲畜粪便排放的甲烷平均值为0.2 Tg CO2-eq, 牲畜粪便排放的氧化亚氮平均值为0.3 Tg CO2-eq, 畜禽粪便管理排放的甲烷和氧化亚氮主要来自猪的排放, 其贡献率分别为73%和46%。从1978-2009年北京畜禽温室气体排放CR4指数(产业集中度指数)逐步增高可以看出, 北京市畜禽产业集约化水平不断提高, 其中顺义、大兴、密云和通州是北京畜禽温室气体排放的主要区域。同时, 对历年畜禽温室气体排放进行了线形回归预测, 结果显示, 北京地区的畜禽温室气体排放仍呈递增走势。结合北京地区畜禽产业温室气体排放的特点与存在问题, 笔者认为应尽快提出适合畜牧业可持续发展的温室气体减排策略及减排目标, 开展温室气体减排技术研发, 从而推进畜禽产业的可持续发展。     

添加秸秆及其生物质炭对淹水条件下砖红壤N2O和CH4排放的影响

为探讨添加秸秆及其生物质炭对淹水条件下砖红壤N₂O和CH₄排放的影响,以海南砖红壤为供试土壤,设置了玉米秸秆（Straw）、生物质炭（Biochar）、秸秆 + 生物质炭（Mix）和对照（CK）4个处理,探讨了等秸秆用量条件下添加不同秸秆形态对土壤氧化亚氮（N₂O）和甲烷（CH₄）排放的影响及形成强还原环境的可行性。结果表明:与CK处理相比,三个处理均可显著降低土壤N₂O累计排放量,但仅Straw处理可显著促进土壤CH₄排放、其它两个处理对土壤CH₄排放影响不显著,致使straw处理综合温室效应增加明显。与CK处理相比,与Mix处理5天内土壤氧化还原电位（Eh）显著下降,而Biochar处理土壤Eh变化不显著;三个处理均使土壤pH上升、但Straw与Biochar处理之间差异不显著,Mix处理土壤有机碳、全氮及速效钾含量显著增加。因此,玉米秸秆及其生物质炭的配合施用,既可有效降低淹水条件下海南砖红壤排放CH₄和N₂O的综合温室效应,还能改善土壤养分状况但易于形成强还原条件。     

稻田甲烷传输的研究进展

稻田生态系统中CH4 排放是由土壤中CH4 产生、氧化和向大气传输这3个过程相互作用的结果,CH4传输主要通过液相扩散、冒气泡和植株传输3种方式。这3种途径的相对强弱取决于水稻植株通气组织的完善与否以及水稻品种、种植密度和温度的季节变化等。但大量研究表明,稻田土壤中产生的CH4 绝大部分通过植株通气组织排放到大气中。在应用稳定性碳同位素方法研究水稻植株向大气传输CH4的过程时发现,在传输过程也会发生同位素分馏,据现有文献报道,CH4传输的同位素分馏系数 e传输 有两种计算方法,获得的结果也比较接近,为 -18‰ ~ -9‰。但研究方法还存在一些缺陷,可能对结果的准确性产生影响。此外有关稻田CH4传输在模型的建立方面还比较缺乏。     

河北省农作物生产投入品碳排放变化特征

基于2010-2018年河北省农资投入、农作物产量、耕地面积和农作物播种面积等统计数据,计算河北省农作物生产投入品碳排放,分析河北省农作物生产投入品碳排放的动态变化和不同投入品碳排放所占比例,为农业生产节能减排,实现低碳农业提供理论依据。结果表明,2010-2018年河北省农作物生产投入品碳排放以2015年为转折点,呈现先上升后下降的趋势。研究期内河北省农作物生产碳排放总量、单位产量碳排放量和单位耕地面积碳排放量分别为2219万～2674万tCO₂eq、0.21～0.30tCO₂eq·t^-1和3.40～4.10tCO₂eq·hm^-2。2018年河北省农作物生产碳排放总量、单位产量碳排放量和单位耕地面积碳排放量最低,分别比最高值降低17.0%、30.0%和17.0%。化肥、农药、农膜、柴油和灌溉用电9a平均碳排放量占比分别为38.6%、2.1%、11.5%、34.7%和13.1%。化肥和柴油是最主要的农业碳排放源,占比均在30%以上。农作物生产投入品碳排放的动态变化受国家政策影响...     

Methane and nitrous oxide fluxes from a farmed Swedish Histosol

Fluxes of the greenhouse gases methane (CH₄) and nitrous oxide (N₂O) from histosolic soils (which account for approximately 10% of Swedish agricultural soils) supporting grassley and barley production in Sweden were measured over 3 years using static chambers. Emissions varied both over area and time. Methane was both produced and oxidized in the soil: fluxes were small, with an average emission of 0.12 g CH₄ m⁻² year⁻¹ at the grassley site and net uptake of −0.01 g CH₄ m⁻² year⁻¹ at the barley field. Methane emission was related to soil water, with more emission when wet. Nitrous oxide emissions varied, with peaks of emission after soil cultivation, ploughing and harrowing. On average, the grassley and barley field had emissions of 0.20 and 1.51 g N₂O m⁻² year⁻¹, respectively. We found no correlation between N₂O and soil factors, but the greatest N₂O emission was associated with the driest areas, with < 60% average water-filled pore space. We suggest that the best management option to mitigate emissions is to keep the soil moderately wet with permanent grass production, which restricts N₂O emissions whilst minimizing those of CH₄.