外加碳氮对不同有机碳土壤N2O和CO2排放的影响

以两种有机碳含量不同的土壤为对象,采用室内培养试验方法,研究了外加可溶性碳氮对黄棕壤(高有机碳含量)和紫色土(低有机碳含量)N₂O、CO₂排放的影响。试验设置五种处理分别为:对照(CK),低氮(LN),高氮(HN),低氮配施碳(LNC)和高氮配施碳(HNC).结果表明,土壤有机碳含量较高的黄棕壤各处理N₂O与CO₂排放均高于紫色土。与对照相比,单施氮肥显着促进了两种土壤N₂O排放,紫色土HN处理N₂O排放最高,而黄棕壤LN处理最高;与单施氮肥相比,LNC和HNC处理均显着降低了紫色土N₂O排放,而黄棕壤仅LNC处理N₂O排放显着降低。外源碳的输入显着提高了两种土壤CO₂排放,但单施氮肥对CO₂排放影响不明显。黄棕壤N₂O排放通量与CO₂排放通量呈极显着正相关,而紫色土N₂O排放通量与CO₂排放通量没有相关关系。上述结果说明,外加可溶性碳氮源对土壤呼吸及硝化-反硝化强度有一定的激发效应。     

施用生物炭对农田土壤N2O的减排效应

生物炭作为一种土壤改良剂,在农田土壤氮素转化和温室气体减排等方面发挥着重要作用。本实验对不同施氮量的农田土壤添加生物炭,研究了其对N₂O的减排潜力,为生物炭的固氮减排提供理论依据。于2015年6月18日至9月25日,利用盆栽实验研究了施用生物炭对农田土壤在不同氮肥用量下N₂O排放的影响,实验共设4个处理：对照（CK）为不施氮处理、N1（200 kg·hm^-2）、N2（400 kg·hm^-2）和N3（600 kg·hm^-2）,各处理均施用土壤质量15%（W/W）的等量生物炭。结果表明,随着施氮量的增加,土壤N₂O的累积排放量逐渐增加,N2和N3处理差异不显著,N₂O排放系数逐渐降低,N1、N2、N3的排放系数分别为1.33%、1.27%、0.90%。Pearson相关分析表明,土壤孔隙含水量（WFPS）、土壤pH、土壤NO₃^--N和土壤微生物量氮（MBN）含量是影响N₂O排放最主要的因素,其中土壤WFPS、土壤NO₃^--N和MBN含量与N₂O排放通量之间呈极显著的正相关关系,土壤pH与N₂O排放通量之间呈极显著负相关关系。生物炭的施用对农田土壤N₂O具有巨大的减排潜力,并且生物炭与氮肥配施对土壤氮素有很好的固持作用。     

长期施肥下黑土玉米田土壤温室气体的排放特征

研究不同施肥措施下东北黑土区玉米农田温室气体（CO₂、N₂O和CH₄）的排放量及其增温潜势,将为制定农业温室气体减排措施提供理论依据。本研究以国家（公主岭）黑土长期定位试验为平台,采用静态箱-气相色谱法对不同施肥措施下玉米农田土壤温室气体排放通量进行了监测,并分析了不同施肥处理间玉米田的综合温室效应差异。结果表明：各施肥处理土壤温室气体CO₂和N₂O的排放高峰均出现在玉米拔节期。农家肥和化肥配施（M₂NPK）处理土壤CO₂、N₂O排放通量和CH₄吸收量均显著高于施化肥处理（P<0.05）;施用化肥处理土壤CO₂、N₂O排放通量高于不施肥处理;撂荒区土壤CO₂排放通量最高,而土壤N₂O排放通量显著低于施肥处理;等施氮量条件下,化肥（NPK）处理土壤N₂O排放通量明显高于秸秆还田（SNPK）处理,而土壤CH₄净吸收量结果则截然相反。从土壤综合温室效应和温室气体强度可分析出,与不施肥（CK）比较,偏施化肥N和NPK处理的综合温室效应（GWP）分别增加了142%和32%,SNPK综合温室效应降低了38%;尤其是有机无机配施（M₂NPK）处理的综合温室效应为负值,为净碳汇。平衡施肥NPK和有机无机肥配施（SNPK和M₂NPK）温室气体排放强度（GHGI）较弱,显著低于不施肥（CK）和偏施化肥（N）处理,其中M₂NPK为-222 kg CO₂-eq·t^-1。因此,为同步实现较高的玉米产量和较低的温室气体排放强度,有机无机肥配施是东北黑土区较为理想的土壤培肥方式。     

基于ESDA-R/S的县域农业N2O排放的空间差异及演化趋势分析

了解农业N₂O排放的时空特征,对于制定农业N₂O减排措施,缓解全球温室效应具有重要意义。采用探索性空间分析（ESDA）和分形方法（R/S）,对1983-2014年福建省52个县的农业N₂O排放的空间差异与演化趋势进行分析。结果表明：1983-2014年福建省农业N₂O排放呈现出显著的空间差异性。农业N₂O高排放区主要集聚在南部县域,其增长趋势呈现出较强的持续性,所占比例为40.38%,而农业N₂O低排放区主要分布在西部和东部县域,其增长趋势呈现出较低的持续性或反持续性,比例为25%,未来一段时间内,福建省农业N₂O排放仍处于较强的持续性。该研究结果可较为全面地反映出福建省县域农业N₂O排放的时空特征,为福建省县域农业N₂O的减排工作提供数据支撑。     

硝态氮源及碳源有效性对土壤N2O和CO2排放的影响

以华北平原农田土壤为对象,通过室内静态培养系统研究NO₃^--N与不同碳源组合对土壤N₂O和CO₂排放的影响。结果表明,NO₃^--N作为氮源和不同碳源施入土壤,除NO₃^-+纤维素,其余土壤N₂O排放通量均高于对照组和只添加氮源土壤;NO₃^--N和不同碳源组合的CO₂累积排放量均高于对照和只添加氮源土壤。NO₃^-+果胶的N₂O排放量在第1 d达到最大值1383.42μg N·kg^-1·d^-1;NO₃^-+葡萄糖的CO₂排放量在第1 d达到最大值370.13 mg C·kg^-1·d^-1,CO₂累积排放量顺序为:葡萄糖 >果胶 >秸秆 >纤维素 >淀粉 >木质素。土壤NO₃^--N含量与N₂O排放呈极显著正相关。总之,添加纤维素可以抑制N₂O的排放,促进CO₂排放,并增加土壤中NO₃^--N含量,添加其余碳源均会促进土壤N₂O和CO₂排放。     

不同施氮方式对玉米产量及N2O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。     

生物炭减缓农业生态系统土壤N2O排放的研究进展

为进一步厘清生物炭在减缓农业生态系统土壤N₂O排放的作用和机制,本研究基于CNKI、Springer、Wiley和Science Direct数据库,以“生物炭”、“农业生态系统”、“N₂O”为关键词,搜索2008—2021年相关文献,并进行了总结和归纳。结果表明:土壤N₂O可通过多种微生物过程产生,其中硝化作用和反硝化作用是主要过程,硝化细菌反硝化、硝态氮异化还原成铵、化学反硝化等非生物过程也可产生N₂O;生物炭添加对土壤N₂O排放影响的结论不一,多数研究认为生物炭有利于减少土壤N₂O的排放,少数认为生物炭刺激了土壤N₂O的排放或对其无影响;提出了生物炭减缓土壤N₂O排放机制(生物炭本身理化性质的差异、生物炭影响土壤理化性质和氮转化过程);并分析了生物炭降低堆肥土壤N₂O排放的潜力和生物炭促进酸性土壤的植物生产力。最后,基于上述研究提出三点展望:有必要建立生物炭特性数据库;系统性的加强生物炭在N₂O减排潜力的估算;进行长期野外田间试验的必要性。     

添加生物黑炭对茶园土壤CO2、N2O排放的影响

采用室内培养试验,研究了不同生物黑炭施用量对两种茶园土壤(红壤和黄壤)CO₂、N₂O排放特征的影响。生物黑炭用量设5个水平:H0(0 g·kg^-1)、H1(3.56 g·kg^-1)、H2(7.11 g·kg^-1)、H3(14.22 g·kg^-1)、H4(28.44 g·kg^-1).结果表明:红壤茶园土壤CO₂排放量显着高于黄壤,N₂O排放总量则低于黄壤;与H0处理相比,施用低量的生物黑炭(H1)对两种茶园土壤CO₂排放无显着影响;高量的生物黑炭处理(H3、H4)则显着增加土壤CO₂排放量,增幅为20%~47%(P<0.05).生物黑炭施用后(H2、H3、H4)明显降低两种茶园土壤N₂O释放速率及反硝化损失率,土壤N₂O排放总量降幅为37%~63%(P<0.05),反硝化损失量降幅22%~54%(P<0.05),且均随着生物黑炭施用量增加而增大。此外,从土壤pH值、无机氮含量和硝化率角度,探讨了生物黑炭影响茶园土壤CO₂和N₂O排放的因素。     

玉米秸秆还田和施氮方式对麦田N2O排放的影响

通过田间试验,采用静态暗箱-气相色谱法研究了秸秆不还田(SN)、秸秆还田(SR)、施用缓控释氮肥(SRC)和氮肥条施(SRR) 4种处理对小麦季N₂O排放的影响。结果表明,麦季农田土壤是N₂O的排放源,施肥+灌溉会引起N₂O的排放高峰,一般会持续1~2周,N₂O排放量占总排放量的40%以上。麦季3个生育期中,越冬前N₂O的排放量最高,占整个生育期的50%,其次是越冬后,而越冬期排放量最低,约占20%。秸秆还田促进了土壤N₂O的排放,SR比SN处理增加48.6%的排放量。施用新型肥料或采用氮肥条施可以降低N₂O的排放,并提高小麦产量及经济效益,尤其是后者效果最佳,能够起到增产减排的作用。     

地表UV-B辐射增强对土壤-冬小麦系统N2O排放的影响机理研究

为了解UV-B增强条件下农田N₂O响应规律,采用室外盆栽实验,研究了地表UV-B辐射增强20%对土壤-冬小麦系统N₂O排放的影响及其影响机理.结果表明,在小麦返青期,UV-B辐射增强处理对该系统N₂O的排放影响不显著;在小麦的拔节期,UV-B辐射增强处理显著降低了土壤-小麦系统N₂O的排放,并减少了该系统的呼吸速率.UV-B辐射增强对N₂O的影响机理主要表现在对小麦植株N代谢过程的影响,如显著增加     

长期施用有机肥与化肥氮对华北夏玉米N_2O和CO_2排放的影响

[目的]等施氮量条件下,比较有机肥与化肥田间施用后农田温室气体(CO2和N2O)的排放量及其增温潜势,正确认识有机肥与化肥在田间温室气体排放过程中的贡献,为制定田间合理的减排措施提供理论依据。[方法]在华北平原冬小麦-夏玉米种植制度下,以8年的长期定位试验为平台,利用静态箱-气相色谱法,于2014年6—10月,持续监测了化肥和有机肥在不同施肥水平下潮土玉米季土壤N2O和CO2的排放特征,并估算玉米季温室气体排放量及其产生的综合温室效应。[结果]施用有机肥与化肥农田土壤N2O的排放通量变化基本一致,施肥后出现短暂的排放高峰,之后逐渐趋于平稳;等氮条件下,化肥处理的N2O日排放通量明显高于有机肥处理,峰值过后的稳定期内有机肥处理的N2O排放通量略高于化肥处理。化肥的施用对农田土壤CO2的排放规律影响不明显,有机肥施用后CO2会出现持续的排放高峰。施用有机肥与化肥均会增加N2O的排放总量,且随施氮增加N2O排放总量显著增加;等氮量条件下,化肥处理的N2O排放总量显著高于有机肥。有机肥处理显著增加了农田土壤CO2的排放量,而化肥对CO2排放总量的影响不明显。施氮量为240kg·hm-2时,有机肥和化肥处理作物产量均达到较高水平,而温室气体的排放强度(GHGI)最低,分别为0.27、0.63 kg·hm-2,高于此施氮量,有机肥和化肥处理的GHGI均会明显增加。[结论]大量施用有机肥和化肥都会产生过多的温室气体。由于有机肥的固碳效应,化肥处理GHGI高于有机肥处理,适量施用有机肥是实现农田固碳减排的重要途径。     

大气CO_2浓度和温度升高对稻麦轮作生态系统N_2O排放的影响

【目的】研究大气CO_2浓度和温度升高条件下稻麦轮作生态系统N_2O排放的响应规律,以期科学评估未来气候变化情境下,CO_2浓度和温度升高对稻麦轮作生态系统N_2O排放的影响,为中国应对未来气候变化提供数据支持。【方法】依托同步模拟自由大气CO_2浓度升高和温度升高的T-FACE试验平台,设置本底大气CO_2浓度和温度(Ambient)、500μmol·mol~(-1) CO_2+本底大气温度(C)、本底大气CO_2浓度+温度增加2℃(T)和500μmol·mol-1 CO_2+温度增加2℃(C+T)等4个处理。采用静态暗箱-气相色谱法原位观测稻麦轮作生态系统N_2O排放通量,研究稻麦轮作生态系统N_2O排放对大气CO_2浓度和温度升高的响应规律。【结果】(1)CO_2浓度升高使水稻和小麦生物量和产量分别显著增加9.7%、11.3%和5.6%、5.7%(P0.05);温度升高使水稻和小麦生物量和产量分别显著减少21.1%、18.0%和31.6%、17.7%(P0.05);CO_2浓度和温度的同步升高使水稻和小麦生物量和产量分别显著降低13.5%、8.7%和26.0%、10.3%(P0.05)。(2)CO_2浓度和温度升高,均未改变稻麦轮作系统N_2O的季节排放模式。CO_2浓度升高条件下,水稻季和小麦季N_2O排放分别增加15.2%和39.9%,其中后者达显著水平(P0.05);温度升高未显著影响水稻季N_2O排放,但显著增加小麦季N_2O排放20.5%(P0.05);CO_2浓度和温度同步升高对水稻季N_2O排放的影响存在较大的年际差异,但总体上有促进N_2O排放的趋势;CO_2浓度和温度同步升高极显著增加小麦季N_2O排放(46.0%,P0.01)。(3)小麦季N_2O排放与小麦生物量密切相关,在CO_2浓度和温度升高条件下,小麦季N_2O排放与小麦地下部生物量和ΔSOC之间具有显著的正相关关系。(4)与对照组相比,CO_2浓度升高、温度升高以及两者的共同作用,分别导致稻麦轮作系统单位产量的N_2O排放强度(GHGI)分别增加29.1%、66.3%和81.8%,其中温度升高和CO_2浓度和温度同步升高处理达显著水平(P0.05)。【结论】CO_2浓度升高和温度升高均未改变稻麦轮作生态系统N_2O的季节排放模式。CO_2浓度升高导致稻麦轮作系统N_2O排放显著增加;温度升高显著增加小麦季N_2O排放,但未显著影响水稻季N_2O排放。CO_2浓度和温度升高导致稻麦轮作系统温室气体排放强度增加,各处理条件下温室气体排放强度的响应从大小依次为:C+TTC。可见,在未来CO_2浓度和温度升高情境下,为保证现有粮食供应水平不变,由稻麦生产所导致的N_2O排放强度变化可能会进一步加剧气候变化进程。     

稻草还田下添加DCD对稻田CH4、N2O和CO2排放的影响

为研究秸秆还田下硝化抑制剂的效应,本研究借助温室盆栽,设置5个处理:不施肥(CK)、传统施肥(CF)、传统施肥配施硝化抑制剂双氰胺DCD(CF+DCD)、传统施肥稻草还田(CF+S)、传统施肥稻草还田配施DCD(CF+S+DCD),探讨秸秆还田下施用DCD对水稻整个生育期土壤CH_4、N_2O和CO_2排放的影响。结果表明:整个生育期,CH_4和CO_2排放量以CF+S最高,CF+S+DCD次之,而CK最低;N_2O排放量以CF最高,CF+DCD次之,而CF+S+DCD最低。与CF和CF+S相比,施用硝化抑制剂后CH_4和N_2O减排效果显著,而CO_2减排不显著。就水稻产量、综合温室效应(GWP)、温室气体强度(GHGI)和净生态系统经济预算(NEEB)而言,秸秆还田和硝化抑制剂施用,都可显著提高水稻产量和NEEB,而降低GWP和GHGI;与CF和CF+S相比,施用硝化抑制剂后,CF+DCD和CF+S+DCD分别增产9.5%和10.0%,NEEB增加16.8%和20.1%;GWP分别降低23.7%和21.0%,GHGI降低23.7%和21.1%。可见,无论稻草还田与否,硝化抑制剂对温室气体排放及水稻产量的影响效应比较稳定。因此,稻草还田配施DCD(即CF+S+DCD处理)在保证水稻产量的基础上,显著降低稻田土壤CH_4和N_2O排放,是一种经济可行的温室气体减排措施。     

不同生物质炭对酸化茶园土壤N2O和CO2排放的影响

为了研究不同生物质炭对酸化茶园土壤温室气体排放的影响,采用原料为小麦秸秆、柳树枝、椰壳3种生物质炭,通过室内培养试验来探究不同生物质炭对茶园土壤性质及N_2O、CO_2排放特征的影响。试验中生物质炭添加量为20 g·kg~(-1),同时设置了施氮肥处理,采用尿素作为外加氮源,施氮量为100 mg·kg~(-1)。结果表明,施加生物质炭提高了酸化茶园土壤pH值,柳树枝生物质炭处理土壤pH值最高为6.71,显著高于其他处理。不同生物质炭对土壤DOC含量的影响效果存在差异,柳树枝生物质炭使土壤DOC平均含量增加了95.6%,椰壳生物质炭使土壤DOC含量降低36.1%,小麦秸秆生物质炭则影响不显著。生物质炭通过抑制土壤硝化和反硝化作用降低土壤N_2O的排放,椰壳生物质炭降低N_2O排放比例达91.7%,减排效果最显著。在施氮条件下柳树枝生物质炭对土壤N_2O的减排效果显著低于小麦秸秆和椰壳生物质炭。土壤CO_2的排放通量与pH值、DOC含量均呈极显著正相关,生物质炭促进了土壤CO_2的排放,柳树枝生物质炭处理CO_2的排放显著高于其他处理。此外,外加氮源降低了土壤pH值,增加了土壤N_2O的排放,但是对土壤DOC含量变化无显著影响。     

添加生物炭对海南燥红壤N2O和CO2排放的影响

为探讨海南燥红壤N_2O和CO_2排放对生物炭添加的响应,通过室内培养试验分析生物炭加入后对土壤化学性质、NH_4~+-N和NO_3~--N含量以及N_2O和CO_2排放通量及累积排放量的影响。试验设置CK(不施生物炭)、B1(2%生物炭)、B2(4%生物炭)、B3(6%生物炭)4个处理。结果表明:添加生物炭后,土壤有机质、全氮和速效钾含量显著提高,较CK增幅分别为67.4%～246.6%、38.6%～90.9%和696.0%～1 764.7%。相比于CK,不同量生物炭添加后均导致了NH_4~+-N和NO_3~--N含量降低,总体上,不同处理NH_4~+-N浓度表现为CKB3B2B1,NO_3~--N含量表现为CKB1B2B3;随培养时间增加,各处理NH_4~+-N浓度呈下降趋势,NO_3~--N含量呈上升趋势。生物炭施用延后了N_2O排放通量出现峰值的时间。各处理之间N_2O和CO_2排放通量的变化过程大致表现出一致的趋势,即随培养时间延长,N_2O排放通量先升高后降低,CO_2排放通量先升高后趋于稳定。和CK相比,生物炭添加不同程度地促进了N_2O和CO_2排放,B1、B2和B3处理下N_2O累积排放量分别增加了399.2%、494.2%和194.5%,CO_2排放总量分别增加了87.6%、153.3%和147.6%。本研究结果显示,生物炭施用短期内促进了土壤N_2O和CO_2的排放通量。     

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。     

淡水养殖系统温室气体CH4和N2O排放量研究进展

2016年全球鱼类产量达到1.71亿t,对动物蛋白消费量的贡献率为17%。淡水养殖是鱼类产品的重要来源,贡献率为30%,大量投喂饲料强烈影响着水体CH4和N2O排放。本文综合分析了淡水养殖系统CH4和N2O排放的特征,稻田转变为具有曝气增氧系统的养殖塘降低了CH4排放,而转变为普通(粗放型)养殖塘则显著提高了CH4排放。稻鱼共作改变了稻田系统CH4和N2O排放,促进了深水层(>11.5 cm)稻田CH4和N2O排放,相反却降低了浅水层(<11.5 cm)稻田CH4和N2O排放;整合全球数据,稻鱼共作稻田在不同类型淡水养殖系统中具有较高的CH4和N2O排放系数,降低水层深度是减缓稻鱼共作稻田温室气体排放的重要途径。与粗放型养殖相比,集约化淡水养殖系统虽然N2O排放系数较高,但是CH4排放量和综合温室效应很低,是淡水养殖发展的方向。全球淡水养殖系统CH4排放量初步估计为6.04 Tg,N2O排放量为36.7 Gg。提升淡水养殖系统集约化水平是提高饲料转化系数、减缓温室气体排放和削减对水体环境负荷的重要途径,是实现可持续发展的关键。