水炭运筹下稻田痕量温室气体排放与水氮利用关系研究

为揭示寒地黑土稻田痕量温室气体的排放规律,以及稻田痕量温室气体排放与水分利用效率（WUE）及氮肥吸收利用率（NUE）间的关系,设置干湿交替灌溉和传统淹水灌溉2种水分管理模式,以及4个生物质炭施用量水平(0、2.5、12.5、25t/hm2),以传统淹水灌溉作为对比,应用15N示踪技术,研究水炭运筹下寒地黑土稻田甲烷和氧化亚氮排放的季节变化规律,明确稻作水氮利用与甲烷和氧化亚氮排放的关系,并计算温室气体的全球增温潜势（GWP）和排放强度（GHGI）。结果表明：生物质炭施用量相同时,传统淹水灌溉模式的甲烷排放通量显著高于干湿交替灌溉模式(P<0.05),而氧化亚氮排放通量均低于干湿交替灌溉模式。干湿交替灌溉模式的甲烷总排放量显著低于传统淹水灌溉模式(P<0.05),而氧化亚氮总排放量高于传统淹水灌溉模式,施加生物质炭对稻田甲烷、氧化亚氮减排效果显著;干湿交替灌溉模式下稻田痕量温室气体的GWP、GHGI显著低于传统淹水灌溉模式(P<0.05),施加生物质炭可以降低稻田痕量温室气体的GWP、GHGI。干湿交替灌溉模式的WUE显著高于传统淹水灌溉模式（P<0.05）,适量施入生物质炭可以增加WUE和氮肥整体、基肥、蘖肥、穗肥的NUE。两种灌溉模式稻田痕量温室气体的GWP和GHGI与WUE均呈显著负相关(P<0.05);两种灌溉模式稻田痕量温室气体的GWP、GHGI与氮肥整体、基肥、蘖肥、穗肥的NUE均呈显著或极显著负相关。     

水稻适雨灌溉对稻田CH_4和N_2O排放的影响

采用静态暗箱-气相色谱法,观测分析了水稻适雨灌溉和常规灌溉2种模式下稻田CH_4和N_2O的季节排放情况,评估了水稻适雨灌溉对稻田CH_4和N_2O排放的影响。结果表明,适雨灌溉稻田CH_4、N_2O排放峰值分别出现在分蘖期和拔节孕穗期,整个生育期CH_4、N_2O平均排放通量分别为16.77 mg/(m~2·h)、6.64μg/(m~2·h),适雨灌溉稻田CH_4、N_2O排放量较常规灌溉显著下降(p0.05),分别下降了74.47%和67.06%。水稻适雨灌溉通过合理利用雨水资源,减少灌溉次数及灌水量,显著降低了稻田CH_4和N_2O的排放。     

生物炭施用对节水灌溉稻田土壤N2 O浓度剖面分布的影响

为了揭示生物炭施用对节水灌溉稻田土壤N_2O产生及排放的影响,本研究基于田间试验及微电极技术,分析了节水灌溉稻田土壤N_2O浓度剖面分布对生物炭施用的响应。研究结果表明,在施肥后大部分时段,各处理稻田土壤N_2O浓度自表层至下层呈现降低—增加—降低的趋势,在施肥后初期或后期会有所不同。蘖肥施用后中量生物炭施用(20 t/hm~2)减少了节水灌溉稻田土壤剖面N_2O浓度,穗肥施用后则相反。高量生物炭施用(40 t/hm~2)增加了施肥后部分时段土壤剖面N_2O浓度。淹水灌溉稻田土壤不同深度N_2O浓度均显著高于控制灌溉稻田土壤。控制灌溉稻田N_2O排放增加主要与节水灌溉的无水层管理促进了土壤中产生的N_2O排放有关。研究结果可为更加全面评价节水灌溉稻田的环境效应,实现稻田水土资源的可持续利用提供科学依据。     

水炭运筹对黑土稻田N2O排放与氮肥利用的影响

为揭示水炭运筹下稻田N2O排放规律,以及各阶段施入氮肥的利用和损失对N2O排放的影响,设置两种水分管理模式(浅湿干灌溉、常规淹灌)和4个秸秆生物炭施用量水平(0、2.5、12.5、25t/hm2),采用田间小区和15N示踪微区结合的方法,研究不同水炭运筹下稻田N2O排放规律,以及基肥、蘖肥和穗肥的吸收利用率和损失率,并分析了N2O排放量与各阶段施入氮肥的利用率和损失率之间的关系。结果表明：两种灌溉模式水稻本田生长期N2O排放规律不同,浅湿干灌溉模式N2O累积排放量显著高于常规淹灌模式(P<0.05),施加生物炭能够有效地减少水稻本田生长期N2O排放总量。两种灌溉模式在分蘖期和拔节孕穗期N2O累积排放量较大,浅湿干灌溉模式的各生育期N2O累积排放量均高于常规淹灌,施加生物炭降低了N2O各生育期累积排放量。浅湿干灌溉模式水稻植株对基肥的吸收利用率低于常规淹灌模式,而对蘖肥和穗肥的吸收利用率显著高于常规淹灌(P＜0.05),施加适量的生物炭能够增加各阶段施入氮肥的吸收利用率。相关性分析表明,浅湿干灌溉模式下N2O排放总量与蘖肥、穗肥吸收利用率呈显著负相关(P<0.05),与基肥吸收利用率呈极显著负相关(P<0.01),常规淹灌模式下N2O排放总量与基肥、蘖肥和穗肥吸收利用率均呈极显著负相关(P<0.01);两种灌溉模式N2O排放总量与基肥和蘖肥损失率均达到显著正相关(P<0.05)。     

玉米田长期施粪肥的温室气体排放研究

为探究粪肥施用年限对农田土壤CO_2、CH_4、N_2O三种温室气体排放量的影响,以奶牛场青贮玉米种植农田为研究区,选择施肥条件分别为当年施粪肥和连续5年施粪肥的两块玉米田,进行为期一个玉米生长季的土壤CO_2、CH_4和N_2O三种温室气体排放量监测,同时对土壤无机氮含量和土壤三相比等指标进行监测。结果表明:与当年施粪肥(SM)相比,连续5年施粪肥(LM)玉米田的CO_2排放量比当年施粪肥的增加73.49%;而对于土壤CH_4与N_2O排放,长施粪肥的低于当年施粪肥的情况,可分别减少排放14.55%与75.55%。综合SM和LM两种施肥条件下青贮玉米田土壤CH_4和N_2O温室气体排放量得出,本试验条件下长施粪肥的全球增温潜势减排效应为75.43%。     

不同灌溉模式寒区稻田温室气体排放与土壤矿质氮特征

为探究东北黑土区不同灌溉模式下稻田温室气体排放和土壤矿质氮特征,于2019年在黑龙江省庆安国家灌溉试验重点站测坑内进行了试验观测,按照不同的灌溉模式设置了控制灌溉（KG）、间歇灌溉（JG）和湿润灌溉（CI）3个试验处理,以当地常规的插秧淹灌（CK）为对照,研究了不同处理的稻田温室气体甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）排放量、全球增温潜势值、以产量为基准的全球变暖潜势值及0～60cm土壤NH+4N含量和NO-3N含量的变化过程,以及0～20cm土层土壤温度和矿质氮含量与CH4和N2O排放量的相关关系。结果表明,随着水稻生长发育进程的推进,各处理稻田土壤各土层温度均呈先升高后降低的变化趋势;各处理CH4和N2O排放量均呈先增加后减少的倒“V”形变化趋势,CH4和N2O的排放峰值分别出现在拔节孕穗期和抽穗开花期。从时间上来看,CK、JG、CI处理的稻田土壤NH+4N含量拐点在分蘖中期和抽穗开花期,KG处理拐点在拔节孕穗期和乳熟期,而所有处理的土壤NO-3N含量最大值均出现在分蘖前期;从空间上来看,不同处理稻田土壤NH+4N平均含量随着土层深度增加而逐渐减少,而NO-3N平均含量CK处理随土层深度逐步增加,其余各处理为先减少再增加变化趋势。土壤温度与CH4排放量有显著相关性,而与N2O排放量相关性不显著;各处理土壤NH+4N含量与CH4和N2O排放量呈正相关,而土壤NO-3N含量与CH4和N2O排放量呈负相关。各处理稻田CH4累积排放量由大到小依次为CK、JG、KG、CI,N2O累积排放量由大到小依次为CI、KG、JG、CK,各处理CH4和N2O累积排放量均与CK处理差异显著（P＜0.05）,从单位产量温室效应(GWPy)来看,KG、JG、CI处理分别较CK处理降低24.98%、27.69%和24.06%。研究结果可为东北黑土区稻田减排和提高土壤矿质氮利用率提供理论依据和技术支撑。     

秸秆生物炭对玉米农田温室气体排放的影响

通过大田试验,采用静态暗箱-气象色谱法研究玉米农田不施生物炭(C0),施生物炭分别为15 t/hm2(C15)、30 t/hm2(C30)和45 t/hm2(C45)后温室气体(CO_2、CH_4和N_2O)的排放特征,并估算CH_4和N_2O的综合增温潜势(GWP)及排放强度(GHGI)。结果表明:添加生物炭显著降低CO_2和N_2O的季节累积排放总量,与C0处理相比,CO_2最大降幅为24.6%(C15),N_2O最大降幅为110.35%(C45),且其随着生物炭施用量的增加而降低;CH_4的季节累积排放总量由小到大依次为:C15、C30、C0、C45,其中,C15处理较C0处理降低幅度最大为259.62%,添加生物炭同时也降低CH_4和N_2O的综合增温潜势(GWP)及排放强度(GHGI),处理C15、C30和C45的GWP值较对照C0分别降低88.2%、123.2%和109.9%,GHGI分别降低88.86%、121.60%和100.03%。施用适量的生物炭可以有效增加玉米产量,处理C15、C30和C45的增幅分别为6.28%、7.27%和1.69%。处理C30显著降低CH_4和N_2O的综合增温潜势及其排放强度,并且产量的增幅最大。因此,在当前玉米农田管理措施下,生物炭施用量为30 t/hm2时可实现玉米增产和固碳减排的目标。     

秸秆还田下水氮耦合对黑土稻田CH4排放与产量的影响

为探明秸秆还田下水氮耦合对黑土稻田CH_4排放的影响,探寻节水、减排、增产的水肥管理模式,在秸秆还田的基础上,以常规淹灌配施常量氮肥的处理为对照,设置了常规淹灌和控制灌溉两种灌溉方式,并设置4个氮肥梯度,采用静态箱-气相色谱法观测各处理的CH_4排放通量,分析了水氮耦合下稻田土壤氧化还原电位、各生育阶段土壤铵态氮含量、硝态氮含量和秸秆腐解率的变化,以及各因子对稻田CH_4排放的影响,同时综合产量计算了减排效益。结果表明:秸秆还田下常规淹灌CH_4排放通量、累积排放量显著高于控制灌溉(P0.05),且随着施氮量的增加,CH_4排放通量、累积排放量显著增加(P0.05);与对照相比,常规淹灌增施氮肥使CH_4累积排放量增加16.24%(P0.05),产量降低了2.01%;在常规淹灌下适当减施氮肥不但对产量无显著影响,还使得CH_4累积排放量降低18.59%(P0.05);若采取控制灌溉减量施氮,与对照相比,则使得CH_4累积排放量降低62.71%(P0.01),产量提高21.16%(P0.05)。通过相关性分析发现,施氮量、灌溉方式以及二者的交互作用对CH_4排放影响显著;水氮耦合下稻田土壤铵态氮含量、秸秆腐解率与CH_4排放呈显著正相关关系(P0.05),土壤氧化还原电位与CH_4排放呈显著负相关关系(P0.05)。综合减排效益分析,秸秆还田下采用控制灌溉、并适量减施氮肥可以使经济效益最大化,达到节水、减排、增产的目的。     

灌溉水盐分和灌水量对温室气体排放与玉米生长的影响

为揭示地下水与微咸水灌溉条件下灌水量对土壤CO2、N2O排放和春玉米生长的影响,设置2种灌溉水含盐量（1.1、5.0g/L）和3种灌水量（210、255、300mm）,于2019年4—9月在内蒙古自治区河套灌区进行了春玉米田间试验。结果表明,不同灌水量下,微咸水（含盐量5.0g/L）灌溉比地下水（含盐量1.1g/L）灌溉土壤N2O累积排放量提高了19.86%~44.21%,但利用微咸水灌溉并不会影响土壤CO2累积排放量与全球增温潜势。在相同的灌溉水盐分条件下,灌水量为300mm时土壤CO2、N2O累积排放量和全球增温潜势均最大,灌水量为210mm和255mm时并不会对土壤CO2、N2O的累积排放量和全球增温潜势产生显著影响。相关性分析表明,土壤含水率和无机氮含量是影响土壤CO2、N2O排放的重要因素,灌溉水盐分通过促进土壤的硝化作用促进土壤N2O排放。在微咸水灌溉条件下,春玉米产量较地下水灌溉减少了30.88%~37.32%。随着灌水量的增大,春玉米产量呈增加趋势,但255mm和300mm灌水量条件下的春玉米产量差异不显著。在地下水与微咸水灌溉条件下,灌水量为255mm时,土壤盐分累积较小,春玉米产量较高,土壤CO2、N2O累积排放量和全球增温潜势相对较小,是灌区适宜采用的灌溉定额。     

江西省水稻蓄雨间歇灌溉模式初探

【目的】探索水稻蓄雨间歇灌溉模式节水减排效益。【方法】以鄱阳湖区双季早晚稻为试验材料,采用大田和测坑试验,研究了水稻蓄雨间歇灌溉模式对灌溉定额、排水定额、降雨有效利用率、产量、稻田水分生产率,以及氮、磷排放量的影响,并与间歇灌溉和常规淹水灌溉试验进行了分析比较。【结果】与淹水灌溉、间歇灌溉相比,蓄雨间歇灌溉灌排水量、灌排次数明显减少。双季早晚稻年平均灌水量分别减少975m^3/hm^2和1251m^3/hm^2,年平均灌水次数分别减少8次和7.5次;年平均排水量分别减少729 m^3/hm^2和893 m^3/hm^2,年平均排水次数分别减少5.8次和3.1次;蓄雨间歇灌溉降雨有效利用率明显提高。早稻降雨利用率分别提高12.40%和9.14%,晚稻分别提高6.84%和6.42%;蓄雨间歇灌溉模式下,双季早晚稻总氮排放量年平均减排7.64 kg/hm^2和3.12 kg/hm^2,减排幅度34.93%和14.26%;双季早晚稻总磷排放量0.180kg/hm^2和0.095kg/hm^2,减排幅度37.25%和70.59%。【结论】蓄雨间歇灌溉模式具有明显的节水、减排和提高降雨有效利用率的效果,在我国南方多雨地区具有较强的推广应用空间。     

节水灌溉对农田土壤温室气体排放的影响

农田是温室气体的重要排放源,如何通过有效的管理措施降低农田温室气体的排放成为当前应对气候变化研究的热点之一。不同灌溉方式导致土壤水分差异较大,进而引起温室气体排放的差异。[目的]系统总结分析不同节水灌溉方式对温室气体排放的影响效果有助于对节水灌溉方式优化选择及未来研究方向的聚焦。[方法]在前人研究基础上,进行文献搜集和整理,综述分析了节水灌溉方式对稻田和旱作农田温室气体排放的影响。[结果]与长期淹水相比,现有的水稻节水灌溉方式增加了稻田土壤CO2排放,增幅为20.83%~104.00%,平均增加48.40%,对N2O排放的影响有增加也有降低,其影响率范围为-41.30%~3078.41%,平均增加269.10%,但却显著降低了CH4的排放,降幅为14.19%~78.92%,平均降低51.66%。综合考虑稻田的全球净增温潜势(GWP),节水灌溉较长期淹水降低了稻田的GWP。与漫灌/沟灌相比,滴灌可改变旱作农田CO2和N2O排放及对CH4的吸收,其变化率范围分别为-31.19%~2.81%、-46.51%~52.56%和-150.00%~43.39%,平均分别降低12.84%、18.63%和24.93%。综合考虑旱作农田的GWP,由于N2O是旱作农田的主要温室气体,因此,滴灌降低了旱作农田的GWP。[结论]节水灌溉在节水的同时,还可降低农田温室气体排放的全球净增温潜势。基于研究现状,亟须对不同节水灌溉方式的温室排放效应及其机制开展定量研究。     

设施番茄土壤温室气体排放对水氮管理的响应

[目的]探讨不同水、氮管理设施番茄产量和土壤温室气体排放的相互关系,构建最适水、氮组合模式,以期达到"节水、减氮、高产"的目的.[方法]设置4种氮肥梯度(F0:0 kg/hm2、F1:150 kg/hm2、F2:300 kg/hm2、F3:450 kg/hm2)与3种灌水定额(W1:0.5 Epan、W2:0.7Epa...     

不同灌水下限设施番茄土壤CO2排放特征及其影响因素研究

【目的】探讨不同灌水下限设施土壤CO2排放特征及其影响因素,为调控设施土壤水分和碳排放提供理论依据。【方法】在番茄生育期内采用LI-8100A土壤碳通量自动测定仪观测不同灌水下限[20 kPa(D20)、30 kPa(D30)、40 kPa(D40)]下的土壤CO2排放速率,并分析其影响因素。【结果】在番茄生育期内,不同灌水下限设施土壤CO2排放速率变化趋势基本一致,D20处理最高,平均速率为2.759μmol/(m2·s),其次是D30处理,为2.601μmol/(m2·s),D40处理最低,为2.559μmol/(m2·s)。在土壤CO2累积排放量方面,D20处理显著高于其他2个处理,而D30和D40处理之间无显著差异。就单因素模型而言,不同灌水下限处理的土壤CO2排放速率与15 cm土壤温度呈指数回归关系,且均达显著水平(P<0.05);不同灌水下限处理的土壤CO2排放速率与15 cm土壤含水率均呈显著二次回归关系(P<0.05);与单因素模型相比,土壤温度和土壤含水率的双因素复合模型(68.5%~83.8%)可以更好地解释土壤CO2排放的变化。土壤温度敏感系数Q10值在1.442~1.498之间,其中D20处理最敏感,D40处理最不敏感。相关分析结果表明,土壤CO2累积排放量与0~20 cm土层土壤有机质量、pH值、全氮量、速效磷量、速效钾量、碱解氮量和微生物量碳呈显著相关关系。采用PCA分析提取出的2个主成分累积贡献率为85.79%。【结论】灌水下限影响设施土壤CO2的排放,其中D20处理促进了设施土壤CO2的排放。     

基于DRAINMOD模型的不同灌排模式稻田水氮运移模拟

【目的】研究不同灌排模式稻田水氮动态变化,为南方稻作区节水减排提供科学依据。【方法】基于实测的田间灌排水量及氮素变化数据,采用Morris方法检测DRAINMOD模型水氮运移相关参数的灵敏度,并利用DRAINMOD模型对传统灌排模式和控制灌排模式下稻田水氮动态进行模拟。【结果】20~40 cm土层侧向饱和导水率对稻田水分运移模拟结果影响最大,弥散系数、反硝化参数、硝化反应参数、有机质适宜分解温度对稻田氮素运移模拟结果影响较大;DRAINMOD模型能够较好地模拟不同灌排模式稻田水氮动态变化、灌排水量、氮素径流总负荷模拟值与实际值差别小于11%;与传统灌排模式相比,控制灌排模式排水量减少33.0%~72.6%,灌水量减少9.7%~37.1%,铵态氮径流负荷减少43.6%~45.0%,硝态氮径流负荷分别减少29.8%~53.1%。【结论】控制灌排模式稻田节水减排效果较好,利用DRAINMOD模型进行不同灌排模式稻田水氮动态模拟可行有效。     

湖北省中稻灌溉定额修订研究

湖北省现行灌溉用水定额标准颁布于2003年,已难以适应当前及今后的水资源管理需求。【目的】为更全面真实地反映湖北省中稻现状灌溉用水水平。【方法】本文分析了湖北省各分区中稻作物系数、稻田渗漏量、泡田期水面蒸发量、饱和需水量、生育期、水层控制标准等灌溉定额计算参数。【结果】基于中稻灌溉定额影响因素分析,提出了人工、机械2种耕作方式与浅灌适蓄、间歇灌溉2种灌溉模式组合下不同分区不同频率的中稻灌溉定额。定额修订成果表明,先进的灌溉模式和耕作方式都能够有效降低中稻灌溉定额,促进农业节水。【结论】目前,湖北省一般适用机械耕作、浅灌适蓄条件下的中稻灌溉定额,对于水源和灌溉工程设施条件较好的地区建议采用机械耕作、间歇灌溉条件下的灌溉定额。     

水气互作对温室番茄生长、产量和水分利用效率的影响

[目的]探寻温室番茄适宜水气组合及加气阈值,为温室番茄的高产提供理论基础及技术指导.[方法]采用微纳米气泡水结合地下滴灌系统,设置了3个灌溉水溶解氧质量浓度分别为井水对照3～5 mg/L (O1)、15 mg/L(O2)和25 mg/L (O3),每个溶解氧质量浓度下均设置3种不同灌溉控制水平,土壤含水率分别控制在田间...     

再生水灌溉红壤土水力传导度变化及其模拟分析

【目的】研究南方地区再生水灌溉对红壤入渗特征的影响。【方法】以红壤为研究对象开展土柱模拟灌溉试验,采用再生水(RW)、稀释2倍再生水(RW-2)、稀释4倍再生水(RW-4)、稀释6倍再生水(RW-6)进行干湿交替灌溉,以蒸馏水灌溉(CK)为对照组。利用便携式入渗计进行入渗率测定,采用压力膜仪法测定土壤水分特征曲线。【结果】再生水灌溉后,土壤水力传导度(K)减小显著(P<0.05),各处理的水力传导度分别是CK的12%(RW)、17%(RW-2)、20%(RW-4)、44%(RW-6);同一吸力下,RW和RW-2处理土壤水分的吸持能力高于CK,RW-4和RW-6处理土壤水分的吸持能力小于CK;水力传导度与形状系数n极显著正相关(P<0.01),与再生水稀释倍数和残余含水率θr显著正相关(P<0.05)。【结论】再生水灌溉会降低土壤的导水特性,一定浓度再生水可增加土壤持水性,通过稀释再生水可改善土壤的孔隙结构。     

生物炭配施沼液对土壤团聚体及其有机碳分布的影响

[目的]探究生物炭与沼液配施的最优组合,为农田合理施肥提供科学依据.[方法]基于3 a (2017-2019年)田间定位试验,设置CK、单施生物炭(12 t/hm2)、3个水平沼液(沼液∶水分别为1∶6、1∶4和1∶2)和生物炭分别与3个水平沼液配施,共计8个处理,利用湿筛法测定了土壤团聚体分布和有机碳质量分数.[结果...