冬季施用鸡粪和生物炭对南方稻田土壤CO2与CH4排放的影响

生物炭的利用近年来是农田土壤固碳减排研究中的热点。本研究通过在冬季稻田养鸡,结合生物炭添加,采用箱式法结合温室气体分析仪定量测定冬季稻田和双季稻期间土壤CO_2和CH_4排放通量,分别估算冬季稻田和双季稻期间土壤CO_2和CH_4排放总量,评估生物炭和鸡粪添加对土壤碳排放的影响。结果表明,鸡粪还田处理显著提高了土壤CO_2的排放,冬季稻田和水稻生育期排放量分别达9 935.39 kg·hm~(-2)和27 756.34kg·hm~(-2),比对照增加58.7倍(P0.01)和56%(P0.05);生物炭添加处理冬季稻田和水稻生育期CO_2累积排放量比对照高12.3倍(P0.01)和41%(P0.05)。鸡粪还田处理下冬季稻田和水稻生育期稻田的CH_4排放量均显著高于其他处理;而生物碳添加对冬季稻田CH_4排放无显著影响,但显著降低了水稻生育期稻田的CH_4排放。鸡粪还田配施生物炭处理也显著提高了稻田土壤CO_2的排放。冬季稻田时,鸡粪还田配施生物炭土壤CO_2累积排放量显著高于鸡粪还田处理;而水稻生育期时,鸡粪还田配施生物炭处理下土壤CO_2累积排放量显著低于鸡粪还田处理。鸡粪还田下添加生物碳可以降低因鸡粪还田引起的CH_4排放增加的效应。总之,鸡粪原位还田显著增加了冬季稻田和水稻生育期稻田的CO_2和CH_4排放;无论是冬季稻田还是水稻生育期,生物炭的添加都降低了土壤CH_4的排放,且生物炭添加后期有抑制土壤CO_2排放的作用。因此,从更长的时间尺度来看,生物炭施入土壤有利于土壤固碳减排。     

控释肥残膜对小麦各生育期土壤微生物和酶活性的影响

为了探明控释肥树脂残膜对土壤环境可能造成的影响,采用小麦池栽试验研究了控释肥树脂残膜对土壤有关微生物数量和酶活性的影响。结果表明,控释肥树脂残膜使土壤细菌和放线菌数量分别相对增加了19.01%～62.87%和17.03%～132.39%,土壤脲酶、转化酶、中性磷酸酶活性分别提高了17.39%～85.71%、31.77%～158.40%、35.14%～189.47%,但对过氧化氢酶活性无明显影响。施肥处理（施肥不施残膜和施肥施残膜处理）显著增加了土壤转化酶和中性磷酸酶活性;但对土壤细菌和放线菌数量、过氧化氢酶和脲酶活性没有显著影响。控释肥树脂残膜施用量在90～360g/m2 范围内,对土壤细菌和放线菌数量以及有关土壤酶活性没有产生不良影响。     

土壤源CH4氧化的主要影响因子与减排措施

土壤源CH₄氧化主要受土壤理化性状、温度、施肥种类和施肥量、作物品种及其生长状况、重金属离子种类与浓度等因子的影响。这些因子主要通过影响CH₄氧化细菌群、种类、数量、活性及其分布模式产生作用。合理施用有机肥、调节田间水分、配施矿质肥料以及培养根系活力较强的高产水稻品种是减少土壤源 CH₄排放量的主要措施。     

稻田种养结合循环农业温室气体排放的调控与机制

水稻在我国粮食作物种植中占据主导地位,在保障粮食安全、关系国计民生方面有着重要的作用。稻田是温室气体甲烷(CH_4)和氧化亚氮(N_2O)的重要排放源。因此,控制稻田温室气体排放对缓解全球温室效应具有重要作用。近年来,稻田种养结合循环农业在我国发展迅速,具有稳产增效、绿色发展的重要功效,同时显著影响了稻田温室气体排放特征以及全球增温潜势(global warming potential,GWP)。稻鸭共作、稻田养小龙虾、稻鱼共作、稻田养蟹、稻田养鳖等稻田种养结合循环农业模式,由于稻田养殖生物在稻田生态系统中添加生态位、延长食物链的增环作用,通过其持续运动、觅食活动等,不同程度地影响稻田温室气体的排放量和GWP,总体呈现出减缓温室效应的趋势。本文概述了稻田种养结合循环农业的CH_4和N_2O的排放特征及水分管理和施肥措施的影响效应,探讨了稻田种养结合循环农业的减排途径,并分析了稻田种养结合循环农业温室气体减排的研究前景,以期为我国稻田种养结合循环农业的健康发展和稻田生态系统减排增效提供参考。     

控释复肥对盆栽月季土壤养分和生长发育的影响研究

采用包膜控释复肥对月季进行盆栽试验,并与普通复肥进行了肥效对比。试验结果表明：控释复肥具有养分缓慢释放的特点,比普通复肥能更有效地提高土壤中有效养分的含量,有利于月季生长发育。经控释复肥处理的月季叶绿素相对含量、株高、茎粗、冠径和生长势均比普通复肥和空白有明显优势。从观赏价值来看,与普通复肥相比,控释复肥处理的月季开花早、花量多、花期长、颜色鲜艳、观赏期长。在本试验条件下,月季的控释肥最佳施肥量是纯N1.6g/盆。     

控释肥对土壤氮素反硝化损失和N_2O排放的影响

在实验室培养条件下,研究了3种控释肥对土壤氮素硝化反硝化损失和N2O排放的影响。结果表明,控释肥具有明显控制氮素释放的作用。在培养的前23d,控释肥处理的土壤NH4＋-N含量低于尿素处理,而后则高于尿素处理。各肥料处理土壤NO3--N含量均随培养时间逐渐增加,但不同肥料处理间差异不显著。28d培养期间,施入控释肥的土壤反硝化氮损失量为30.33～30.91mg N·kg-1土,比施加尿素处理土壤低13.83～14.41mgN·kg-1土,差异达到显著水平（P〈0.05）,控释肥降低氮肥的反硝化损失达3.45～3.60个百分点。控释肥处理土壤N2O累积释放量约为15.71～20.45mgN·kg-1土,比尿素处理高0.86～5.60mgN·kg-1土,但差异未达到显著水平。     

控释肥对马铃薯生长及土壤酶活性的影响

通过马铃薯田间试验,研究了控释肥对马铃薯生长和土壤酶活性的影响。结果表明,与普通肥料相比,控释肥有利于提高马铃薯的株高、茎粗和叶绿素含量,分别提高5.94%,9.04%,5.55%,且控释肥减量20%仍不影响其促进作用。施用控释肥和普通化肥都可以促进土壤酸性磷酸酶和蔗糖酶活性,但控释肥平均比普通肥料的促进作用分别提高10.2%和14.62%,控释肥显著优于普通肥料;控释肥可促进脲酶活性,平均提高15.7%,而普通肥料会对其产生抑制;控释肥处理会对土壤过氧化氢酶活性造成一定的抑制作用,使其活性平均降低11.13%。与其他控释肥处理相比,控释肥减量20%,对脲酶活性的促进作用减小了9.41%,对酸性磷酸酶的促进作用减小了9.02%,对蔗糖酶的促进作用增加了5.56%,对过氧化氢酶的抑制作用降低了5.2%。     

一次性施用控释肥对水稻植株生长及产量的影响

连续两年(2002—2003年)共4季的盆栽试验,研究了几种国产控释肥一次性施用对水稻植株生长和产量的影响。结果表明,国产控释肥1一次施用(BNCRF)、国产控释肥2一次施用(BLCRF)和国产聚合物包膜尿素复混肥一次施用(BRCU)处理的水稻分蘖动态与水稻专用肥一次施用(BNRSF)和分次施用(SNRSF,对照)处理间非常接近。等养分比例的控释肥与专用肥处理间水稻株高也无明显差异。施用控释肥明显影响地上部生物量变化,在水稻生长前期BNCRF处理显著增加,BLCRF处理早稻增加,晚稻降低,而BRCU处理早、晚稻均明显降低;收获期3种控释肥处理较对照SNRSF处理均显著提高。一次性施用控释肥处理均显著增加了水稻成穗数,每穗粒数亦有增加趋势,但对粒重无明显影响;BNCRF、BLCRF和BRCU处理稻谷产量比SNRSF处理早稻分别增产10.75%、15.81%和15.91%,晚稻分别增产7.66%、4.76%和14.05%,而专用肥BNRSF处理稻谷产量与SNRSF处理无明显差异。     

控释肥对小麦玉米生物学性状和土壤硝酸盐积累的影响

利用田间试验研究了非水溶性材料包膜控释肥对小麦和玉米叶片叶绿素、小麦分蘖和穗数、小麦千粒重、玉米百粒重、产量、养分吸收、肥料利用效率和土壤硝酸盐残留的影响。结果显示,与普通肥料习惯施肥方法相比,控释肥施在种子附近,在氮、磷、钾总用量减少50%情况下,小麦、玉米多项生长指标无明显差别;控释肥明显提高了肥料的偏生产力,氮肥提高75.75%～76.33%,磷肥提高193.50%～201.29%,钾肥提高109.20%～125.96%;1m土层硝酸盐残留,小麦季减少65.94kg·hm-2,玉米季减少103.55kg·hm-2。     

基于多年田间实验的尿素和控释尿素肥料对稻田甲烷排放的影响研究

A four-year(2008–2011) field study was implemented in a major rice-growing region of China to better understand the effect of urea and controlled release fertilier(CRF, thermoplastic resin-coated urea in this study) on CH4 emission from paddy fields. Over the four years, the average CH4 emission during the rice growing seasons was 76.9, 65.8 and 64.9 kg CH4ha-1in treatments CK(zero N), U(urea) and C(CRF), respectively. Urea and CRF significantly reduced CH4 emission by 14.4% and 15.6%, and increased average rice grain yield by 25.8% and 19.7%(P 0.05), respectively, compared with treatment CK. Flooding duration would affect CRF's effect on CH4 emission from paddy fields. Under normal aeration conditions, CH4 emission tended to be 3.9%–15.2% lower in treatment C than in treatment U from 2009 to 2011, while it tended to be 4.2% higher under delayed aeration conditions in 2008. The findings suggest that mid-season aeration(MSA) starting on D30(30 days after rice transplanting), just like the local practice, would optimize the CRF's effect on CH4 emission from rice fields in China. Over the four years, average rice yield did not differ between treatments U and C, and tended to be 5% lower in treatment C than in treatment U.     

不同温度下尿素对水稻土甲烷产生及相关古菌群落的影响

水稻田是大气甲烷的重要排放源。尿素氮肥施用是提升水稻产量和品质的重要措施,但其对稻田土壤中产甲烷古菌的影响规律仍不清楚。通过模拟水稻生长季节可能的田间温度变化,本研究设置水稻土施加尿素(N,400 mg/kg干土)与未施加尿素两个处理,在15℃、25℃、37℃以及50℃下进行为期100天的厌氧培养,定期测定了培养过程中甲烷累积量以及土壤理化因子如p H、NH_4~+-N以及有机碳的变化,并运用基于16S r RNA基因的T-RFLP(末端限制性片段多态性分析)技术分析了产甲烷过程中古菌群落结构随时间的变化情况。结果表明:在中低温范围内(15~37℃),尿素对水稻土产甲烷有抑制作用,但在50℃高温下尿素对水稻土产甲烷量没有显著影响。尿素可能通过改变产甲烷古菌群落结构来影响甲烷的产生,在15~37℃范围内,尿素降低了水稻土产甲烷古菌群落的稳定性,增大了其在不同时间的差异性;而在50℃高温时,尿素对水稻土产甲烷古菌稳定性和差异性的影响不明显。不同温度下,尿素均降低了甲烷八叠球菌(Methanosarcinaceae)的丰度,且随着温度的变化,尿素对水稻土产甲烷机制的改变可能没有影响。     

Nitrous Oxide Emission in Relation to Paddy Soil Microbial Communities in South China Under Different Irrigation and Nitrogen Strategies

Irrigation and fertilization affect soil microbial communities in relation to nitrogen transformation and consequently impact nitrous oxide (N₂O) emissions from paddy fields. The objective of this study was to investigate the response of N₂O emissions from paddy fields to different irrigation and nitrogen treatments and evaluate how the changes in soil microbial population influence N₂O emissions from paddy fields in South China under different irrigation and nitrogen management. Field experiments of late rice and early rice were conducted with three irrigation methods, i.e. conventional irrigation (CIR), “thin-shallow-wet-dry” irrigation (TIR) and alternate wetting and drying irrigation (DIR), and two nitrogen treatments, including 100% urea-N (FM1) and 50% urea-N and 50% pig manure-N (FM2). Results show that total N₂O emissions of both seasons in DIR were 3.2–3.5 times higher than those in CIR, and the total N₂O emissions of both seasons in FM2 were 1.7 times higher than those in FM1 under DIR. Compared to CIR, TIR augmented the population of nitrifying bacteria (NB) but decreased the population of denitrifying bacteria (DNB) at the milky stage, and DIR enhanced the communities of ammonia-oxidizing bacteria and NB but reduced the DNB. Correlation analysis shows that N₂O emission flux had a significantly positive correlation with soil NB (r= 0.541** and 0.542** for late and early rice fields). Thus, CRI had lower cumulative N₂O emission under FM1, and the changes in the nitrifying bacteria community greatly influenced N₂O emissions from paddy fields under different irrigation and nitrogen strategies.     

生物有机肥对蓝莓根区土壤养分及微生物学特性的影响

以蓝莓为试材,研究了生物有机肥对蓝莓根区土壤养分及微生物学特性的影响。结果表明:（1）生物有机肥（BOF）显著增加了蓝莓根区土壤含水量（p < 0.01）,显著降低了蓝莓根区土壤pH值、容重和总孔隙度（p < 0.01）;（2）生物有机肥增加了蓝莓根区土壤养分,BOF处理下蓝莓根区土壤有机碳、全氮、全钾、有效磷和有效钾含量均显著高于CK（p < 0.01）,其中,以土壤有效养分的增加幅度最大,而对全磷的影响并不显著（p > 0.05）;（3）BOF处理下蓝莓根区土壤酸性磷酸酶活性、脲酶活性、蔗糖酶活性和过氧化氢酶活性均显著高于CK（p < 0.01）;（4）BOF处理下蓝莓根区土壤微生物量碳（MBC）、微生物量氮（MBN）含量均显著高于CK（p < 0.01）,土壤微生物量碳和氮较养分的变化更为敏感,能有效评价生物有机肥的改良效果;（5）BOF处理下蓝莓根区土壤微生物周转速率加快,周期缩短,转移量增加,土壤微生物活性增强,有利于土壤养分的循环和保持。综合比较来看,生物有机肥可有效促进蓝莓根区土壤养分的吸收和营养代谢协调均衡,确保蓝莓的高产优质。     

微生物菌肥对干旱矿区土壤的改良效果

为了提高干旱矿区土壤肥力,丰富植被重建及生态修复理论,通过盆栽试验,种植紫花苜蓿、披碱草和冰草3种干旱矿区常见草本植物,并结合施用不同浓度的微生物菌肥处理,利用双因素方差分析揭示施肥水平和植物种类对土壤生物及理化性质的影响,采用因子分析和聚类分析进行综合评价,以筛选土壤改良效果的最佳组合。结果表明:(1)试验组较对照组土壤中细菌、真菌、放线菌、微生物总数量、微生物量碳、氮、有机质和速效氮磷钾均显著增加(p0.05),而微生物量碳氮比和pH显著减小(p0.05)。(2)施肥水平和植物种类对细菌、真菌、放线菌、微生物总量、微生物量氮和碳氮比有显著交互作用。(3)因子分析和聚类分析的结果基本一致,土壤改良效果最佳的为种植紫花苜蓿并施入20 g/kg的微生物菌肥;施用微生物菌肥能有效改良水肥贫瘠的干旱矿区土壤,随着微生物菌肥施用量的增加,土壤的改良效果逐步提升。     

控释肥料在华北潮土小麦–玉米轮作体系中的施肥效应

通过大田试验,研究了华北潮土区控释肥料对小麦–玉米轮作体系下作物产量、氮素平衡及土壤氮素残留的影响。结果表明:相比常规施肥处理(CK),减氮20%并配施20%控释肥处理(CRF20%)在玉米季的产量和总生物量都无显著下降,而在麦季时则有一定减产,但产量高于单一减氮20%处理(–N20%)。由于无需追肥,CRF20%处理在玉米季的相对收益分别比CK和–N20%处理多581和1 896元/hm2,在麦季时则和CK处理基本持平。CRF20%处理能减少氮素的盈余量,维持氮素输入和输出的表观平衡,特别是在玉米季中,氮素的盈余仅为4.6 kg/hm2。同时,玉米-小麦季后CRF20%处理下的耕层土壤中可维持较高的氮素水平,减少氮素的损失。     

Water Management Influencing Methane and Nitrous Oxide Emissions from Rice Field in Relation to Soil Redox and Microbial Community

Abstract

Methane (CH₄) and nitrous oxide (N₂O) emissions from an irrigated rice field under continuous flooding and intermittent irrigation water management practices in northern China were measured in situ by the static chamber technique during May to October in 2000. The intermittent irrigation reduced total growing‐season CH₄ emission by 24.22% but increased N₂O emission by 23.72%, when compared with the continuous flooding. Soil Eh and four related bacterial groups were also measured to clarify their effects on gaseous emissions. Three ranges of soil redox potential were related to gas emissions: below ?100 mV with vigorous CH₄ emission, above +100 mV with significant N₂O emission, and +100 to ?100 mV with little CH₄ and N₂O emissions. Intermittently draining the field increased soil oxidation, with a decrease in CH₄ emission and an increase in N₂O emission. In general the mid‐season drainage slightly increased the populations of methanotrophs, nitrifiers, and denitrifiers but decreased that of methanogens.     

施用化肥对下辽河平原稻田土壤线虫群落产生的影响

通过田间小区试验,研究了施用化肥对下辽河平原稻田土壤线虫群落组成产生的影响。结果表明,共获得15科、19属,其中绕线属、小杆属、垫刃属为优势属。线虫总数、食细菌线虫、植物寄生线虫和杂食-捕食线虫数量在不同处理之间存在极显著差别(p<0.01),三个施肥处理中的线虫总数显著高于无肥处理(对照)。在水稻收获后土壤线虫数量变化对不同种类肥料具有不同的响应。     

Microbial Activity in Paddy Soil and Water-Use Efficiency of Rice as Affected by Irrigation Method and Nitrogen Level

The thin-shallow-wet-dry irrigation (TIR) method is one of water-saving irrigation methods of rice cultivation. The effects of TIR method on water-use efficiency (WUE) of rice and soil microbial activities were investigated under three rates of nitrogen (N) compared to conventional flood irrigation. The TIR method decreased total water consumption (21.7–23.5%) and increased rice WUE (17.8–27.2%). At high N level, the TIR method significantly increased the number of nitrifying bacteria; the activities of catalase, invertase, and urease in soil at the jointing, booting, and milky stages; and the number of denitrifying bacteria at the milky stage. Increased N rate increased grain yield and water consumption simultaneously, and middle N level increased microbial biomass carbon (MBC) and N, the number of nitrifying and denitrifying bacteria, and the activities of catalase, urease, and invertase. Thus the TIR method at the middle N level can effectively improve rice WUE and soil MBC and enzyme activity.     

菌肥与有机无机肥配施对石灰性土壤不同形态氮素的影响

利用不同施肥处理对山西省晋中市石灰性土壤几种不同形态氮素含量的变化及其相关性进行研究。结果表明:每个施肥处理施入等量的氮(N)、磷(P2O5),土壤的铵态氮、硝态氮及微生物氮含量都在逐年增加,其中有机肥+化肥+菌肥处理对提高土壤铵态氮作用明显;单施有机肥处理对提高土壤硝态氮效果显著,与有机肥+化肥+菌肥、有机肥+化肥处理效果差异性不显著;有机肥+化肥+菌肥处理对土壤微生物氮效果最明显,有机肥+化肥效果次之,两处理差异显著。土壤铵态氮和硝态氮含量呈显著正相关;微生物氮与铵态氮、硝态氮含量相关性都不好;菌肥与有机无机肥配施后,菌肥对于提高土壤微生物氮最显著(10.09%),铵态氮次之(6.24%),硝态氮不明显(2.05%),因此虽然添加了菌肥,但是没有完全改变"有机肥+化肥+菌肥"仍然是"有机肥+化肥处理"的本质属性。     

生物复混肥对土壤微生物功能多样性及土壤酶活性的影响

在温室盆栽条件下,采用Biolog微平板技术,研究了玉米施用等养分量的无机肥、有机无机复混肥、生物复混肥后土壤微生物群落功能多样性及土壤酶活性的动态变化。结果表明,生物复混肥处理的微生物群落平均颜色变化率（AWCD）、微生物群落Shannon指数（H）、丰富度指数（S）和Shannon均匀度指数（E）均为最高;微生物群落主成分分析表明,不同施肥处理土壤微生物群落碳源利用特征有一定差异,PC1将生物复混肥与其他处理明显区分,生物复混肥处理分布在PC1的正方向,其他处理分布在PC1的负方向;起分异作用的主要碳源有糖类、羧酸类和氨基酸类;土壤蔗糖酶、脲酶活性均以生物复混肥处理最高,分别为72.74 mg glucose·g-1·（24 h）-1和1.15 mg NH3-N·g-1·（3 h）-1。研究表明,生物复混肥的施用比等养分量的有机无机复混肥处理能显著提高土壤微生物群落碳源利用率、微生物群落的丰富度和功能多样性,增强土壤蔗糖酶和脲酶活性。