水氮调控对葡萄园土壤温室气体排放及其增温潜势的影响

【目的】探究不同水氮调控下鲜食葡萄园土壤N₂O、CO₂和CH₄ 3种温室气体的排放特征及其增温潜势,以期了解水氮调控对温室气体排放的贡献,旨在筛选出更为合理的水氮调控管理模式,从而为减缓葡萄园温室气体排放,促进葡萄产业可持续生产提供科学依据和技术参考。【方法】于2017年4—12月,选择在河北省葡萄主产区—昌黎,以鲜食葡萄‘红地球’为供试葡萄品种,通过田间小区设置传统水氮、移动水肥、优化水氮和优化水氮+DMPP（3,4-二甲基吡唑磷酸盐,一种新型的硝化抑制剂） 4个处理,采用密闭静态箱-气相色谱法对鲜食葡萄园土壤3种温室气体（N₂O、CO₂和CH₄）排放量进行监测,比较其综合增温潜势差异,并测定葡萄产量。【结果】N₂O排放通量施肥后呈现单峰趋势,在施肥灌水后的1—2 d出现峰值。氮肥能显著提高土壤N₂O排放通量,与传统水氮相比,减氮控水处理能降低73.03%—88.19%的N₂O平均排放通量,达到显著性差异（P<0.05）。等氮条件下配施DMPP能平均降低50.08%的N₂O排放通量;各处理CO₂排放通量变化趋势一致,在施肥后2—3 d达到排放高峰,在生长期内表现为季节变化规律。减氮控水处理能减少60.56%—62.13%的CO₂排放,达到减排效果;CH₄排放通量则无明显变化趋势,施肥后CH₄排放通量时正时负,其中传统水氮CH₄排放通量波动性较大,范围在-0.132—0.238 μg·m ^-2·h ^-1,减氮控水处理之间变化趋势平缓,无显著性差异（P>0.05）。在整个试验期间,各处理土壤N₂O排放总量从高到低依次是传统水氮、优化水氮、移动水肥和优化水氮+DMPP,分别为3.90、2.83、2.76和2.65 kg·hm ^-2,排放系数介于0.58%—0.67%。与传统水氮处理相比,减氮控水处理（移动水肥、优化水氮和优化水氮+DMPP）可使N₂O总排放累积量降低27.56%—32.09%;各处理土壤CO₂和CH₄的累积排放量,分别为传统水氮（3 816.05 kg·hm ^-2、0.060 g·hm ^-2）,移动水肥（3 387.33 kg·hm ^-2、-0.075 g·hm ^-2）,优化水氮（3 410.95 kg·hm ^-2、-0.036 g·hm ^-2）和优化水氮+DMPP（3 412.06 kg·hm ^-2、-0.030 g·hm ^-2）。减氮控水处理可分别使CO₂排放累积量降低10.59%—11.23%,CH₄总排放累积量降低150.23%—224.38%。结合葡萄产量,减氮控水处理葡萄产量较传统水氮处理增加8.81%—19.35%,其中以优化+DMPP处理增幅最大,且比优化水氮和移动水肥处理也高出9.69%和2.25%。 【结论】与传统水氮相比,优化水氮+DMPP处理土壤N₂O、CO₂和CH₄累积排放量分别降低了32.09%、10.59%和150.23%,总GWP 降低了12.82%,实现了葡萄园温室气体减排,同时可使葡萄产量增加19.35%,达到了经济与环境双赢,综合评价为本研究中最佳水氮调控措施。     

中国主要农业源温室气体排放及减排对策

近年来温室气体的大量排放以及由此造成的全球气候变暖引起了人们的广泛关注,减缓温室气体排放已成为一个急需解决的问题.CO2、CH4和N2O是几种主要的温室气体,在全球变暖中起着非常重要的作用.农业生产活动是温室气体CH4和N2O最重要的排放源之一,本文从减少水稻田和反刍动物CH4气体排放、利用农业有机废弃物进行CO2气体施肥以减少秸秆燃烧和畜禽粪便随意堆置过程中CH4和N2O排放以及调整农田氮肥施用方法减少土壤N2O排放等几个方面总结了在中国农业生产过程中可以减缓温室气体排放的一些措施,以期在这些方面为中国温室气体减排和缓解全球气候变暖作出积极的贡献.     

生物质炭添加对农田温室气体净排放的影响综述

农田是温室气体的重要排放源,降低农田温室气体排放对减缓全球气候变化具有重要意义。生物质炭是生物质在缺氧条件下热解产生的固体物质,因其含碳量高、难于分解、比表面积大、疏松多孔等特性,已成为农田温室气体减排研究中人们关注和研究的热点。通过综述农田添加生物质炭对温室气体CO2、CH4和N2O排放的影响及其机制,以及对温室气体净排放[包括净增温潜势(NGWP)、温室气体净排放(NGHGE)和温室气体排放强度(GHGI)]的影响等方面的国内外研究进展,并结合目前国内外生物质炭的研究现状,提出了未来生物质炭在农田温室气体减排领域的研究方向,旨在为生物质炭在农田温室气体减排中的应用提供思路和参考。     

稻蟹共生系统温室气体排放特征及其影响因素

稻田是农业温室气体排放的重要来源。近年来,稻田综合种养模式发展迅速,但其对温室气体排放的影响具有较大争议。为明确我国东北地区典型稻田种养模式——稻蟹共生系统温室气体排放特征,在辽宁省盘锦市大洼区开展微区试验,设置持续淹水水稻单作、晒田水稻单作和稻蟹共生3种处理,开展了不同稻田生态系统下温室气体排放特征及其主要影响因素研究。结果表明：稻蟹共生能够降低稻田N₂O排放,与持续淹水水稻单作处理和晒田水稻单作处理相比,稻蟹共生处理N₂O排放量分别降低23.9%和16.7%。稻蟹共生对CH₄排放的影响则取决于水稻单作的水分管理模式。相比于持续淹水水稻单作处理,稻蟹共生处理使CH₄排放量降低13.5%;然而相比于晒田水稻单作处理,则使CH₄排放量增加34.0%。整体而言,与持续淹水水稻单作处理相比,稻蟹共生处理降低了13.6%的增温潜势;与晒田水稻单作处理相比,却增加了32.6%的增温潜势。冗余分析表明,在稻田生态系统中,温室气体排放主要受田面水溶解氧和pH以及土壤中NO₃     

不同施肥措施对稻田土壤温室气体排放的影响

选取江西红壤性双季稻水稻土为研究对象,采用盆栽模拟试验研究了4种不同施肥措施即当地农民习惯施肥(FP)、较FP减施20%化肥氮且有机肥替代20%化肥氮(T1)、在T1基础上加施Si、Zn、S三种微肥(T2)和在T2基础上采用20%缓释氮肥替代普通化肥氮(T3)对稻田主要温室气体CO2、CH4和N2O排放的影响,并对土壤微生物量碳(SMBC)、土壤微生物量氮(SMBN)、水稻产量的影响进行了分析。结果表明:4种处理稻田土壤CO2的总排放通量均无显著性差异;稻田土壤N2O的总排放量与FP处理相比,T1、T2和T3处理均有显著性减少(P<0.05),分别减少了31.72%、27.17%和43.65%,T3较T2处理显著减少22.83%(P<0.05);稻田土壤CH4的总排放量与FP处理相比,T1、T2、T3处理分别高了13.06%、13.90%、21.97%,其中T3处理差异达到显著水平(P<0.05)。与FP处理相比,T1、T2、T3处理显著提高了SMBC和SMBN的含量(P<0.05),分别提高了18.91%、19.30%、20.07%和28.95%、31.66%、29.96%;T1、T2、T3处理对水稻产量均无显著性影响。稻田土壤CH4和N2O的排放与SMBC和SMBN存在显著的相关性(P<0.01)。总体看,T3处理在降低N2O的总排放量的同时对提升土壤SMBC和SMBN含量具有明显作用。     

不同施肥类型对北方稻田土壤温室气体排放的影响

利用静态暗箱-气相色谱法研究了吉林省延边地区不同施肥类型对水稻土壤CO2、CH4和N2O排放通量的影响。结果表明,稻田3种温室气体的排放存在明显的季节特征,CO2排放主要集中于8~10月,而CH4排放以7、8月为主,水稻生育盛期时N2O表现出明显的负排放特征,净排放发生于移栽期及秋季晒田期;有机肥与化肥配施促进了水稻生育盛期CO2和CH4的排放,导致生长季CO2和CH4排放总量显著高于单施化肥和单施有机肥处理,而单施化肥处理促进了生长季N2O净排放。水稻植株促进了水稻生育期6~8月稻田CO2和CH4的排放,与无植株相比,月均通量分别增加了42.9%~226.1%和146.6%~418.9%。生长季土壤温度对稻田CH4排放具有显著影响,但对CO2和N2O排放影响不显著。     

滴灌对干旱区春小麦田土壤CO2、N2O排放及综合增温潜势的影响

对比新疆干旱区滴灌和传统灌溉对春小麦田土壤CO_2和N_2O排放通量及综合增温潜势的影响差异,旨在为该区有利于农田温室气体减排的农业管理措施的制定提供科学依据。在春小麦田中,设置滴灌和漫灌两种灌溉方式(其中滴灌包含滴灌管间和滴灌管上2个不同的空间处理),利用静态暗箱-气相色谱法对两种灌溉方式下不同处理的土壤CO_2及N_2O排放通量及影响因素进行了测定和分析。结果表明:在春小麦生长季,滴灌方式下土壤CO_2排放通量均值比漫灌减少了35.76%。滴灌管间和滴灌管上两个处理的土壤CO_2排放通量无显著差异,均值分别为906.28、838.25 mg·m~(-2)·h~(-1),但均与漫灌处理有显著性差异(P0.05)。滴灌方式下土壤N2O排放通量达74.81μg·m~(-2)·h~(-1),比漫灌增加25.87%。滴灌管间和滴灌管上处理土壤N_2O平均排放通量均高于漫灌,分别为85.76、63.62μg·m~(-2)·h~(-1),3个处理间均无显著性差异(P0.05)。滴灌和漫灌方式下土壤CO_2累积排放量分别为2 188.68、3180.91 g·m~(-2),土壤N2O累积排放量分别为188.62、160.60 mg·m~(-2),滴灌方式下春小麦田土壤CO_2和N_2O的综合增温潜势比漫灌减少983.55 g CO~(-2)·m~2。相关性分析表明,滴灌管间处理土壤CO_2排放通量与大气温度及5、10 cm地温的相关性均达显著水平(P0.05),与10~20 cm层土壤微生物量碳呈极显著相关(P0.01);漫灌方式下,0~10 cm和10~20 cm层土壤水分显著影响土壤N_2O排放通量(P0.05);滴灌方式下滴灌管上处理的0~10 cm层土壤水分与土壤N_2O排放通量显著相关(P0.05),滴灌管间处理的10~20cm层土壤NH_4~+-N含量是影响N2O排放通量的显著因素(P0.05)。     

绿肥还田对贵州黄壤玉米产量及温室气体排放的影响

通过研究贵州省冬闲田种植光叶紫花苕、箭舌豌豆、黑麦草和油菜4种绿肥还田对后茬玉米产量和土壤温室气体排放的影响,筛选可以减少或一定程度上遏制农业温室气体排放的绿肥。结果表明：（1）箭舌豌豆处理CO₂平均排放通量最高,为79.67 mg/（m²·h）,油菜处理最低,为66.53 mg/（m²·h）,但各处理间无显著差异;与冬闲相比,除油菜处理外,其他绿肥处理均促进CO₂排放。（2）所有绿肥处理均促进CH₄排放,冬闲CH₄累积通量为负值,表明绿肥还田导致土壤由CH₄汇变为弱排放源。（3）与冬闲相比,除箭舌豌豆处理外,其他绿肥处理对N₂O累积排放量均有抑制作用。（4）CO₂对全球变暖贡献占主导,N₂O次之,CH₄所占比例最小。（5）绿肥还田均可提高玉米产量,且光叶紫花苕绿肥处理产量显著高于冬闲,单位产量温室气体排放强度也较小。因此,综合考虑环境效益和生产效...     

温室气体全球增温潜能的研究进展

由于人类活动的影响,温室气体的浓度在大气中大量增加,对全球气候造成了不可忽视的影响。目前,主要采用全球增温潜能的评估方法对温室气体的气候效应进行研究。综合评述了温室气体的全球增温潜能及其相关研究,并提出该领域的研究中尚待解决的一些问题,展望了未来研究的方向。     

降雨和凋落物对人工杨树林土壤温室气体通量的影响

本研究以科尔沁沙丘-草甸梯级生态系统中人工杨树林为研究对象,于2017年5—10月采用静态箱-气相色谱法,对CO_2、CH_4和N_2O进行了原位观测,探究降雨和凋落物对森林生态系统土壤温室气体通量的影响,实验共设3个处理:"Ⅰ-去除凋落物"、"Ⅱ-维持原状"和"Ⅲ-加倍凋落物"。结果表明:土壤状态较干燥的5月23日及7月20日雨后CH_4吸收值在短时间内均有所增加,土壤温度较高的7月20日雨后CH_4吸收值增长率远大于土壤温度较低的5月23日,土壤状态较湿润的8月4日雨后CH_4吸收值呈明显降低趋势;降雨前后CH_4通量均表现为吸收,且其吸收强度表现为:处理Ⅰ处理Ⅱ处理Ⅲ。生长季N_2O排放与CH_4吸收之间呈现显著的线性负相关关系(P0.05)。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ处理后生长季CO_2通量平均值分别为243.47、357.14、406.36 mg·m~(-2)·h~(-1),去除凋落物使土壤CO_2通量显著降低30.81%,加倍凋落物则使CO_2通量显著提高13.78%,去除凋落物处理对土壤CO_2通量的降低幅度远大于加倍凋落物对土壤CO_2通量的提高幅度;生长季土壤CO_2的温度敏感性(Q10)表现为:处理Ⅰ(1.070)处理Ⅱ(1.046)处理Ⅲ(1.011),不同凋落物处理下林地土壤CO_2通量对土壤温度响应的差异不显著。     

不同再生稻栽培模式对稻田温室气体排放和产量的影响

为研究再生稻对稻田温室气体排放和产量的影响,于2017年在潜江广华农场,设置常规栽培与优化栽培两种再生稻种植模式,研究其对稻田N_2O与CH_4排放、头季与再生季水稻产量的影响。结果表明,栽培模式显著影响N_2O排放、CH_4排放和全球增温潜势(GWP)。与常规栽培模式相比,优化栽培模式N_2O累计排放量在头季、再生季和全生育期分别显著增加了82.0%、45.3%和64.0%,CH_4累计排放量分别降低了55.0%、260.0%和34.9%,GWP分别降低了52.7%、218.6%和31.9%。同时,与常规栽培模式相比,优化栽培模式头季产量、再生季产量和总产分别提高了23.8%、30.0%和25.4%。研究表明,优化栽培模式相对于常规栽培模式在降低全球增温潜势的同时还能提高头季与再生季水稻产量,是一项低碳高产的再生稻栽培模式,值得在湖北省稻区推广。     

种植年限对京郊设施菜地温室气体排放的影响

为揭示设施菜地CO_2、CH_4和N_2O 3种温室气体排放对种植年限的响应趋势及影响因素,在北京大兴选取管理措施相同的种植5 a(5Y)、10 a(10Y)、15 a(15Y)、20 a(20Y)的4个日光温室和棚间露天菜地(CK)为研究对象,分析了不同种植年限设施菜地土壤温室气体排放通量及其土壤理化性质、酶活性等因子变化。结果表明:设施菜地3种温室气体对种植年限的响应有所差异,CO_2、N_2O排放通量与排放总量均表现为随种植年限增加而逐渐增加;与CK相比,种植年限显著增加CO_2、N_2O排放通量和总量(P0.05),且N_2O排放通量受种植年限的影响更明显;种植年限对CH_4排放通量有一定促进作用但影响不显著。种植年限显著增加了设施菜地温室气体的增温潜势(GWP)和排放强度(GHGI)(P0.05),且N_2O对GWP贡献率也呈现出随种植年限增加而增加的趋势。冗余分析发现土壤有机碳(SOC)和NO_3~--N含量、β-1,4-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶(NAG)和硝酸还原酶(NRA)活性及土壤pH是影响设施菜地土壤温室气体排放的关键因子。设施菜地长期种植通过增加土壤SOC、NO_3~--N含量,提高NAG、NRA酶活性及降低土壤pH而促进了设施土壤CO_2、N_2O排放。研究表明,随种植年限增加,设施菜地温室气体排放通量、总量、GWP、GHGI均逐渐增加,因而采取合理措施,适度降低土壤NO_3~--N含量和提高土壤pH,有助于长期种植设施土壤温室气体减排。     

不同水分对半干旱地区砂壤土温室气体排放的短期影响

为探明不同水分条件对土壤排放温室气体的短期影响,本研究以黑龙江省半干旱地区的砂壤土为对象,通过室内培养试验研究60%田间最大持水量（WHC）、100% WHC和淹水条件下土壤中N₂O、CO₂和CH₄的排放规律。结果表明：与60% WHC处理相比,土壤水分含量增加至100% WHC对净硝化速率没有显著影响,但显著促进了N₂O的排放,平均排放速率（0.109 mg N₂O-N·kg^-1·d^-1）是60% WHC处理（0.014 mg N₂O-N·kg^-1·d^-1）的7.8倍。淹水处理显著抑制了硝化作用的进行,但显著促进了N₂O的排放,平均排放速率（0.419 mg N₂O-N·kg^-1·d^-1）分别为60% WHC和100% WHC处理的29.9倍和3.8倍。60% WHC处理土壤CO₂和CH₄平均排放速率分别为9.92 mg CO₂-C·kg^-1·d^-1和2.99 μg CH₄-C·kg^-1·d^-1,土壤水分含量增加至100% WHC对CO₂和CH₄排放速率没有显著影响。淹水处理土壤CO₂和CH₄平均排放速率分别为12.7 mg CO₂-C·kg^-1·d^-1和5.14 μg CH₄-C·kg^-1·d^-1,显著高于60% WHC和100% WHC处理。研究表明,半干旱地区砂壤土应注意田间水分管理,避免短期淹涝,以减少温室气体排放。     

秸秆还田下生物炭和硫酸铵对稻田N2O和CH4排放的影响

【目的】以江淮地区麦茬稻田为对象,研究秸秆还田下不同施肥处理对稻田N2O和CH4排放的影响,并结合水稻产量计算不同处理综合温室效应（GWPs）和温室气体强度（GHGI）。【方法】试验采用裂区设计,主处理2个水平,为秸秆还田（S）和秸秆移除（NS）,副处理4个水平,分别为不施氮肥（CK）、传统施肥（T0）、生物炭与尿素配施（T1）和单施硫酸铵（T2）,共计8个处理,采用静态暗箱GC气相色谱法检测不同处理稻田N2O和CH4排放通量,测定土壤温度、湿度和无机氮含量,统计水稻产量,计算综合温室效应和温室气体强度。【结果】无论是秸秆还田还是移除条件下,除CK外,其他施肥处理的 N2O和CH4排放通量都会在基肥和追肥施用后出现峰值。无论秸秆还田与否,与传统施肥处理相比,生物炭与尿素配施和单施硫酸铵处理均能显著降低N2O和CH4累积排放通量。在秸秆还田和移除条件下,与传统施肥处理相比,生物炭与尿素配施处理均会导致水稻产量显著降低,但会提高土壤NO-3含量,增加对周围水体污染的风险。在秸秆移除和还田条件下,与传统施肥处理相比,单施硫酸铵均能显著增加水稻产量,增幅分别为12.27%和7.78%。与秸秆移除相比,秸秆还田条件下单施硫酸铵会显著促进N2O排放,但显著降低CH4的排放以及综合温室效应和温室气体强度。【结论】在目前秸秆还田造成CH4排放增加的背景下,用硫酸铵替代尿素能显著降低CH4排放,并提高水稻产量,降低综合温室效应,施用效果最佳。     

施用生物炭对干旱区玉米农田碳足迹的影响

为粮食稳定增产的同时降低农田生态系统的温室气体排放和碳足迹。本研究在科尔沁沙丘-草甸梯级生态系统中的玉米农田设置施入不同含量生物炭的对比试验,其施用生物炭量分别为:0(CK)、15(C15)、30 t?hm~(-2)(C30)和45 t?hm~(-2)(C45),就各处理生命周期内温室气体(CO_2、CH_4及N_2O)通量进行观测,对其农资投入进行统计,并进行碳足迹的计算。结果表明:施用生物炭会有效降低玉米农田生态系统的温室气体累计排放总量,处理C15、C30、C45与对照CK相比,其温室气体累计排放量分别降低21.4%、14.2%、16.8%;碳足迹及单位产量碳足迹则随着生物炭添加含量的增加而明显增大,处理C15、C30、C45与对照CK相比,其碳足迹分别增大73.1%、149.1%、227.8%,其单位产量的碳足迹分别增大59.8%、121.2%、195.9%。相比对照C15,处理C30和C45分别提高了玉米产量的4.2%和2.2%,但增幅均并不显著。因此综合经济效益和环境因素考虑,建议科尔沁地区玉米农田在生产过程中施用15 t?hm~(-2)生物炭,在保证增加产量的同时将农田生态系统的碳足迹控制在较低范围内。     

土壤氧气可获得性对双季稻田温室气体排放通量的影响

为探讨土壤氧气可获得性(SOA)对双季稻田温室气体排放的影响,利用静态箱气相色谱法对多种管理措施影响下稻田温室气体排放通量和土壤氧化还原电位(Eh)、pH值及田间淹水深度(H)等3种SOA因子进行了观测。结果表明,甲烷(CH₄)排放最集中的Eh值、pH值和H范围分别为-100-0mV、5 < pH < 6和1-5cm,3个范围内分别观测到48.8%、61.1%和77.0%的CH₄排放,其中H对CH₄排放影响最明显,单独由其就可解释37.8%的CH₄排放通量(P < 0.0001)。对于氧化亚氮(N₂O),观测到较多的负通量,其纯排放最密集的3种SOA因子的范围分别是:0-100mV、5 < pH < 6和1-5cm,而200-300mV是其排放的临界Eh范围,高于此范围N₂O排放极少。厌氧的反硝化过程是双季稻田N₂O产生的主导过程。可为水稻田温室气体排放机理研究提供基础数据。     

模拟增温对华北农田土壤碳排放的影响

为研究增温效应下农田温室气体排放的变化和机制,选择华北平原的山东禹城农田生态系统国家野外科学观测研究站当地典型的冬小麦-夏玉米农田为研究对象,设计翻耕增温(CTW)处理和翻耕不增温(CTN)对照开展多年增温试验。2014年10月出苗期至2015年12月冬小麦越冬期持续增温,2016年初至2016年9月增温设备因故障关闭。结果显示,2014—2015年,冬小麦期土壤温度显著增加1.31℃(P<0.05),夏玉米期土壤温度升高0.71℃(P>0.05),而全年土壤体积含水量均值对增温无显著响应,仅越冬期土壤含水量增加明显。两年期内,增温抑制冬小麦季CO2累积排放达20.35%,以3月和5月差异表现最为明显。2014—2016年冬小麦季,CTW、CTN处理的年均CH4累积吸收量分别为1641.2、2185.7 g·hm^-2,增温抑制冬小麦季CH4吸收,但对夏玉米季CH4通量无显著作用。冬小麦季增温降低CTW处理土壤微生物生物量碳值达26.55%,而微生物生物量氮仅个别施肥和灌溉月份对增温响应显著。两年期冬小麦和夏玉米季CTW、CTN地上生物量均值分别为12.19、16.33 mg·hm^-2和16.41、21.18 mg·hm^-2,表明增温降低了地上作物生物量。研究表明,长期增温显著抑制小麦季土壤CO2释放和CH4吸收,但玉米期碳排放和吸收的响应相对较弱。增温条件下,土壤水热条件和生物量依然是限制土壤碳通量的重要因素。