中国稻田CH_4和N_2O排放及减排整合分析

【目的】对中国有关稻田CH4和N2O排放试验结果进行整合分析,估算不同管理措施的减排潜力,为稻田CH4和N2O减排提供参考依据。【方法】通过建立中国稻田CH4和N2O排放的数据库,研究稻田CH4和N2O的排放特征,分析作用显著的影响因素,比较不同措施的减排效果。【结果】中国稻田CH4排放存在明显的地域性分布规律,主要表现为西南地区稻田CH4排放远高于其它地区。水稻生长季节水分管理方式、非水稻生长季水分状态、化肥氮投入量和有机物料对稻田CH4排放具有重要影响(P0.05)。与淹水灌溉(CF)相比,前期淹水-中期晒田-淹水(F-D-F)、前期淹水-中期晒田-淹水-湿润灌溉(F-D-F-M)和间歇灌溉或完全湿润(M)降低稻田CH4排放的幅度分别为45%、59%和83%。与休闲期淹水(F)相比,采取冬闲期排干(SD)、稻旱轮作(LD)或旱-旱-稻轮作模式(TD),能降低稻田CH4排放42%—56%。不同有机添加物产生CH4的能力的顺序为:作物秸秆+厩肥(S+FM)绿肥(GM)厩肥(FM)作物秸秆(S)堆肥或沼渣(CM)。化学氮肥的种类对CH4排放有一定的影响,但特征不明显,而随着氮肥用量(N)的增加,CH4排放逐渐降低。当0N≤150kgN·hm-2,150N250kgN·hm-2和≥250kgN·hm-2时,CH4排放较不施任何肥料降低12%、29%和65%。中国稻田N2O排放的地域性分布特征不明显。水稻生长季节水分管理方式、非水稻生长季水分状态和总氮投入量是影响N2O排放的最重要的因素(P0.05)。与CF相比,F-D-F、F-D-F-M和M能够提高稻田N2O排放12%、140%和478%,而且在F-D-F、F-D-F-M模式下的氮肥N2O排放因子分别为0.43%和0.68%。不同非水稻生长季水分状态模式下N2O排放平均值表明,SD、LD和TD比F增加40%—110%的排放。【结论】稻田CH4和N2O排放的消长关系表现在水分管理、非水稻生长季节的水分状态和氮素的投入量等方面。合理的减排措施应基于二者的综合考虑。通过优化稻田水肥管理措施可降低稻田CH4和N2O排放的温室效应。     

环境因素和作物生长对稻田CH_4和N_2O排放的影响

采用大田试验方法,研究了常规灌溉和持续淹水条件以及不同水平有机质(小麦秸秆)投放量(0、2.25、4.5t@hm-2)条件下各环境因素(包括土壤温度、灌溉水层深度和土壤Eh)对CH4和N2O排放的影响以及水稻生长与CH4排放的关系.结果表明,在2种水分管理下,CH4的累积排放量均与水稻冠层高度呈显著正相关(P<0.001).连续淹水条件下,无论有无外源有机质投放,稻田CH4排放的季节性变化均与土壤温度呈指数相关(P<0.001),而N2O排放的季节性变化则仅取决于土壤水分条件.     

施肥量对福州平原稻田CH_4和N_2O通量的影响

为阐明施肥量对福州平原稻田CH_4和N_2O排放的影响,以不施肥处理为对照(CK),采用静态箱—气相色谱法,分析了常规施肥和倍增施肥稻田CH_4和N_2O通量及其影响因子。结果表明,CK、常规施肥和倍增施肥处理下稻田CH_4累积排放量依次为7.67、9.23和10.69 g·m~(-2),平均通量依次为3.47、4.18和4.84 mg·m~(-2)·h~(-1),倍增施肥显著促进稻田CH_4排放(P0.05);稻田N_2O排放量依次为-0.03、-0.05和-0.06 mg·m~(-2),平均通量依次为-13.99、-22.77和-28.10μg·m~(-2)·h~(-1),施肥量对N_2O排放的影响不显著(P0.05)。电导率与稻田CH_4通量呈极显著正相关(P0.01);常规施肥电导率与稻田N_2O通量呈显著负相关(P0.05)。土壤p H、Eh、温度和含水率等环境因子与不同施肥处理下稻田CH_4和N_2O排放量相关性存在差异。CK、常规施肥和倍增施肥观测期内所产生的综合增温潜势分别为2 515.03、2 989.07和3 450.45 kg·hm~(-2),倍增施肥处理显著提高稻田温室气体综合增温潜势。     

氮肥配施调控剂对麦田土壤N_2O排放及氮素利用的影响

针对目前农田氮肥用量大,造成氮素利用率低,增加土壤N_2O排放等问题。本试验采用田间试验法研究了不同氮肥调控模式对麦田土壤N_2O排放、氮素利用和表现损失、作物产量的影响。结果表明:土壤N_2O排放主要集中在播种-苗期和返青-拔节期,N_2O排放通量与土壤湿度呈极显著指数相关。与推荐减氮处理(RN)相比,施用锌腐酸尿素(RN+HA+Zn)和有机无机配施处理(OM+N)N_2O排放总量分别降低24.8%、35.4%;氮素利用效率分别提高0.7%,32.8%;氮素表观损失分别减少2.2%,63.4%;分别增产9.4%,11%且差异达显著水平。与RN+HA+Zn相比,OM+N处理的N_2O排放总量降低14.2%,氮肥生产效率和农学效率分别增加20.2kg/kg,9.9kgGrain/kgN,氮肥利用率提高32.1个百分点,土壤残留氮素和氮素表观损失分别减少27.5%和62.6%,籽粒产量略有上升但二者间无显著差异。说明OM+N处理可以减少N_2O排放,提高氮素利用率、增加小麦产量,是利于麦田安全生产的一种氮素调控模式。     

间歇灌溉模式下稻田CH4和N2O排放及温室效应评估

 【目的】研究间歇灌溉和长期淹灌模式下稻田CH4和N2O排放规律及其温室效应,为全面评价不同水分管理对稻田生态环境带来的影响及有效控制稻田温室效应提供理论依据。【方法】采用静态箱技术对稻田CH4和N2O排放通量进行监测,并运用增温潜势对稻田生态系统CH4和N2O排放的温室效应进行了估算。【结果】间歇灌溉稻田CH4排放峰值主要集中在水稻分蘖前期和中期,N2O排放峰值出现在水稻分蘖前期和成熟期。与长期淹灌相比,间歇灌溉稻田CH4排放通量明显降低,其累积排放量为20.04 g?m-2,比长期淹灌处理37.27 g?m-2减少了46.23%;而N2O累积排放量显著高于长期淹灌稻田,其排放量为127.42 mg?m-2,比长期淹灌处理增加51.36 mg?m-2。间歇灌溉稻田CH4和N2O温室效应总和为4651.70 kgCO2?ha-1,比长期淹灌处理减少3418.35 kgCO2?ha-1。【结论】间歇灌溉能有效地抑制温室气体排放并显著降低CH4和N2O的温室效应。因此,间歇灌溉是减少温室气体排放和减轻全球变暖的有效措施之一。     

不同肥料的施用对稻田CH4和N2O排放的影响及其减排措施

稻田CH4和N2O的排放受水分、温度、施肥情况、有机质含量、pH值、氧化还原电位（Eh）等诸多环境环境因素的影响,而水分和肥料是稻田温室气体排放的2大驱动因子。综述了不同肥料施用对稻田CH4和NO排放的影响,并提出了相应的温室气体减排措施。     

氮肥形态对菜地土壤N2O 排放 与小白菜产量的影响

为了明确不同形态氮肥施用对广东菜地土壤N2O排放和蔬菜产量的影响,利用盆栽试验,用密闭式静态箱法,对施用酰胺态氮(尿素)、铵态氮(硫酸铵)、硝态氮(硝酸钙)和对照菜地土壤N2O排放进行连续监测,并对蔬菜产量、养分含量等进行分析。结果表明:施用不同形态氮肥明显增加了菜地土壤N2O排放通量,各处理排放通量高峰出现在施肥后2 d和3 d,从大到小依次为施酰胺态氮0.22 mg/m2·h、施硝态氮0.18 mg/m2·h、施铵态氮0.14 mg/m2·h、对照0.11 mg/m2·h,施肥后6 d排放通量与对照持平。施用不同形态氮肥与对照比,显著提高了蔬菜干物质积累量、植株氮含量,但各形态氮肥处理干物质积累量之间无显著差异。说明施用铵态氮(硫酸铵)能够有效降低N2O排放,同时保证蔬菜产量。     

稻田CO2、CH4和N2O排放通量测定方法研究

介绍了经过改装并配有火焰离子检测器（FID）和电子捕获检测器（ECD），能同步分析稻田CO2、CH4和N2O排放通量的气相色谱仪Aglient4890D的基本原理、主要配置及性能。该仪器与GC-14A气相色谱仪的分析结果十分接近。对2001年南京市江宁区稻田CO2、CH4和N2O的季节排放通量的实测结果表明，该仪器具有简便易行，准确可靠等优点，能够满足农田生态系统几种温室气体同步分析的要求。     

水稻秸秆还田对稻田土壤N_2O排放的影响

以湖北省两种典型水稻土壤[咸宁水旱轮作土壤(简称XR)与潜江冬泡土壤(简称QF)]为研究对象,室内培养模拟水稻秸秆还田对土壤N_2O排放的影响。设置了淹水(土水比为1∶1)和土壤充水孔隙度为80%(简称80%WFPS)2种水分条件以及添加1%水稻秸秆(简称S)、1%水稻秸秆+50 mg(N)/kg尿素(简称S+U)和空白对照(CK)3种处理,25℃恒温培养60 d。结果表明,XR土样中,淹水条件下CK、S以及S+U处理后N_2O累积排放通量分别为1.80、0.15和0.42 mg(N)/kg,而80%WFPS条件下相同处理后的N_2O累积排放通量分别为0.065、0.040和0.160 mg(N)/kg;QF土样中,淹水条件下CK、S以及S+U处理后N_2O累积排放通量分别为3.42、0.09和0.22 mg(N)/kg,而80%WFPS条件下相同处理的N_2O累积排放通量分别为4.58、1.55和5.28 mg(N)/kg。土壤轮作模式、水分和秸秆添加方式均导致了不同土壤间N_2O排放的差异,但主要受土壤氧化还原电位(Eh)的影响,其排放通量与Eh呈显著负相关。这表明土壤Eh可能是调节土壤N循环过程的关键因子。     

追施沼液对不同pH土壤CH4和N2O排放的影响

摸清不同pH土壤施用沼液后CH4和N2O的排放特征,对沼液农田回用的有效性及其养分管理具有重要意义.通过盆栽试验,探讨了猪粪沼液在pH为5.5(S5.5)、6.5(S6.5)和8.2(S8.2)的菜地土壤追施后CH4和N2O气体的排放特征.研究结果发现,不同pH菜地土壤追施猪粪沼液后,CH4和N2O排放速率和总量增加,特别是在S6.5和S8.2土壤中,二者增幅均显著高于施用化肥的处理.追施猪粪沼液后,CH4在pH较低的土壤(S5.5和S6.5)开始表现为负排放,随后逐渐表现为正排放,而在pH较高的土壤(S8.2)始终为正排放.N2O的排放表现为:S5.5土壤仅在第三次施沼液后,其N2O瞬时排放速率显著高于施用化肥和对照处理;而在S6.5和S8.2土壤N2O排放速率均显著增加,其平均排放速率显著高于施用化肥和对照处理.追施沼液后,整个生长季内CH4平均排放量在不同pH土壤间的变化趋势为S8.2＞S6.5＞S5.5,N2O排放的变化趋势为S6.5＞S8.2＞S5.5.碱性土壤上施用沼液会增加其氮素损失和环境污染的可能性.     

长期不同施肥类型对稻田甲烷和氧化亚氮排放速率的影响

以湖南双季稻田长期不同施肥类型为研究对象,利用静态箱法测定了晚稻期间4种不同施肥方式下(无肥区、化肥区、秸秆区和习惯性施肥区)CH4和N2O的排放速率,并计算了其综合温室效应。结果表明,晚稻生育期内CH4的排放速率呈先升高后降低的变化趋势,习惯性施肥区和无肥区插秧15d达到最高峰,化肥区和秸秆还田区则推迟5 d到来;晒田期间稻田表现为甲烷的汇。无肥区和秸秆还田区N2O在整个测定期只有一个排放高峰,化肥区和习惯性施肥区N2O排放有两个峰值,分别在插秧后15和35d。秸秆区和习惯性施肥区CH4温室效应较大,化肥区和习惯性施肥区N2O温室效应较大,其中综合温室效应以秸秆区最大,习惯性施肥区和化肥区次之,无肥区最低。     

不同施氮水平对稻麦轮作农田氧化亚氮排放的影响

利用江苏常熟田问随机区组试验,以密闭箱法采集气样,气相色谱分析N_2O浓度,对稻麦轮作制下不同施氮水平的土壤N_2O排放进行了观测,探讨了不同施氮水平对稻麦轮作农田氧化亚氮排放的影响.结果表明,土壤N_2O排放量受施氮量的影响,稻季和麦季N_2O排放量都随施氮量的增加而增加;稻季N_2O排放量最大峰值出现在烤田复水期间,其排放量大小主要受基肥和分蘖肥施用量的影响,并随施氮量的增加而增大;麦季最大峰值出现在气温同暖的第二次追肥后,排放量的最大峰值也随施氮量的增加而增大;稻麦轮作土壤N_2O排放以麦季的排放为主,麦季N_2O累积排放量在轮作周期中占三分之二.     

三江平原沼泽湿地不同水层下CH4、N2O的排放及影响因子

采用野外静态箱—气相色谱法,对三江平原沼泽湿地6—9月不同水层下CH4、N2O的排放进行了同步对比研究,并探讨了影响气体排放的主要影响因子。结果表明,不同水层下的CH4和N2O排放具有明显的时空变化特征。CH4排放高峰期在7、8月,N2O主要排放期在6、7月。40 cm水层下的CH4排放强度最高,平均为34.54mg.m-2.h-1;20、60 cm水层下的CH4排放强度居中,平均分别为17.18、13.02 mg.m-2.h-1;0 cm水层下的CH4排放强度最低,平均7.69 mg.m-2.h-1,N2O排放强度最高,为0.072 mg.m-2.h-1;20、40 cm水层下的N2O排放强度相似,平均分别为0.053、0.050 mg.m-2.h-1;60 cm水层下的排放强度最小,平均为0.026 mg.m-2.h-1。相关分析表明,CH4的排放通量与40 cm水深及5 cm地温呈显著或极显著正相关,与其它各土壤温度之间的相关性因水层不同有所差异;N2O排放通量与地表0、40 cm水深呈显著负相关,20 cm水层下的N2O排放通量与5 cm地温呈显著正相关。CH4、N2O的排放通量与大气温度及地表温度均不相关。     

广州地区晚季稻田CH4,N2O排放研究初报

采用广州地区农民常用施肥施类型和灌溉方式，研究晚季稻田ＣＨ４，Ｎ２Ｏ排放规律及排放量。试验初步表明，在一定的施肥量及气候条件下，灌溉水管理是决定ＣＨ４、Ｎ２Ｏ排放量的较主要因素，而这一因素对ＣＨ４、Ｎ２Ｏ排放量的影响互为相反，发即施肥稻田处于灌溉淹水状态有利于ＣＨ４排放而不利于Ｎ２Ｏ排放；     

前茬季节稻草还田时间对稻田CH_4排放的影响

通过盆栽试验研究了前茬季节稻草还田时间对稻田CH4排放的影响。与前茬季节前施用稻草(稻草早)相比,水稻移栽前施用稻草(稻草晚)的处理CH4排放量增加了3.04(1996年)和7.12(1997年)倍。稻草还田时间还明显影响CH4排放和土壤Eh的季节变化。稻草晚处理土壤Eh在整个水稻生长期皆处于适宜CH4产生的水平,所以整个水稻生长期皆有CH4排放(经历烤田后例外),而稻草早处理水稻移栽42d后土壤Eh才降为负值,在此期间几乎没有CH4排放。     

再生稻和双季稻田CH4排放对比研究

【目的】 为了探索生态可持续的稻作模式,对比研究了长江中下游地区双季稻和再生稻稻作模式的产量潜力和CH₄排放特征,以此为选取绿色、生态经济可持续的稻作模式提供科学依据。【方法】 于2017—2018年依托湖南省益阳市大通湖区宏硕生态农业农机合作社科研基地,设置了双季稻和再生稻2种模式,对比分析了产量潜力、稻田生育期间CH₄排放动态和稻田生态系统CH₄季节性累积排放规律以及评估了单位产量稻田CH₄排放。【结果】 试验期间,从产量方面来看,双季稻早稻产量为7.37 t·hm ^-2,再生稻头季产量为8.84 t·hm ^-2,头季相比早稻增产19.95%。双季稻晚稻产量为6.82 t·hm ^-2,再生稻再生季产量为3.39 t·hm ^-2,再生季相比晚稻减产50.29%。综合两季,双季稻总产量为14.19 t·hm ^-2,再生稻总产量为12.22 t·hm ^-2;从生育期间CH₄排放动态来看,双季稻在分蘖期和齐穗期左右排放较强峰值,再生稻除了在分蘖期和齐穗期有较强的排放以外,其在施用促芽肥时也出现了小峰值。但总体双季稻的排放范围（- 0.06—1.30 μmol·m ^-2·s ^-1）要高于再生稻的排放范围（- 0.01—0.70 μmol·m ^-2·s ^-1）;从稻田CH₄季节性累积排放来看,双季稻CH₄累积排放要高于再生稻。再生稻头季累积排放范围在23.90—266.59kg·hm ^-2,再生季累积排放范围在0.00—46.14 kg·hm ^-2。双季稻早稻季节累积排放范围在为35.57—251.29kg·hm ^-2,晚稻季节累积排放范围在为10.74—321.59 kg·hm ^-2。双季稻CH₄季节累积排放A-B（两叶一心至分蘖后期）段>B-C（分蘖后期至齐穗期）段>C-D（齐穗期至成熟期）段,且全生育期双季稻累积排放达922.35 kg·hm ^-2。再生稻CH₄累积排放B-C段>A-B段>C-D段,且全生育期CH₄累积排放为609.74 kg·hm ^-2,即相比对照双季稻,再生稻CH₄累积排放降低了33.89%;最后通过评估单位产量CH₄排放可知,早稻单位产量CH₄排放为0.069 kg·kg ^-1,头季单位产量CH₄排放为0.062 kg·kg ^-1,头季相比早稻减少了10.14%;晚稻单位产量CH₄排放为0.061 kg·kg ^-1,再生季单位产量CH₄排放为0.018 kg·kg ^-1,再生季相比晚稻降低了70.49%。综合两季,双季稻单位产量CH₄排放为0.065 kg·kg ^-1,再生稻单位产量CH₄排放为0.050 kg·kg ^-1,再生稻相比双季稻降低了23.08%。 【结论】 从单位产量下CH₄排放角度来看,在长江中下游双季稻的主产区扩大种植再生稻是为良策。