生物炭施用下中国农田土壤N2O排放的Meta分析

为明确施加生物炭对中国农田土壤N_2O排放的影响和主要控制因素,以公开发表的试验数据为研究对象,采用Meta-analysis法定量分析了施加生物炭条件下,气候、土壤性质、田间管理方式、生物炭性质与施加量对土壤N_2O排放的影响,并对各影响因素进行通径分析。结果表明,当年降雨量≥600 mm时,生物炭显著降低土壤N_2O排放量(P0.05),且随年降雨量的增加而增强;当年日照时数大于1 000 h时,生物炭对土壤N_2O的减排效果随年日照时数的增加而减弱。当土壤p H≥6.5时,生物炭对土壤N_2O的减排效果随土壤p H的增加呈先增后减趋势;在壤土中施加生物炭对N_2O的减排效果显著(P0.05),而砂土和黏土不显著(P0.05)。生物炭对覆膜土壤N_2O的减排效果优于不覆膜土壤;生物炭对土壤N_2O的减排效果随施氮肥量增加而减弱,而随生物炭比表面积的增加而增强。当生物炭C/N处于30~500时,生物炭施用下土壤N_2O排放量显著降低(P0.05);当生物炭施加量处于20~160 t×hm-2时,生物炭对土壤N_2O的减排效果随施加量增加而增强。生物炭对土壤N_2O减排的影响存在显著的区域性特征,对华南、华东、华中和东北地区影响显著(P0.05),而对西北地区不显著(P0.05);施氮肥量、生物炭施加量、年均温和年降雨量是影响生物炭减排效果的最主要因素,这些因素的相互作用共同影响生物炭对土壤N_2O的减排效果。该研究可为生物炭在我国农区的推广应用和农田N_2O减排提供参考。     

不同氮肥管理措施对华北地区夏玉米田增产减排的效果分析

减少因氮肥施用而产生的N_2O对于全球N_2O的减排具有重要作用。本研究利用静态暗箱-气相色谱法,对农民习惯施肥(FP)、氮肥条施(ND)、缓控释氮肥(CRF)和一次性分层施肥(LD)4个氮肥管理措施下的华北地区夏玉米农田生态系统N_2O排放进行了观测,并分析不同处理下的N_2O减排效果和减排成本。结果表明,玉米季农田土壤N_2O排放峰值主要出现在施肥并灌溉后,峰值持续时间一般为3~5 d。与FP相比,ND、CRF和LD可以显著降低土壤N_2O的排放峰值,N_2O排放总量减少12.6%~18.9%,三者的减排效果依次为LDCRFND。ND、CRF和LD均有N_2O减排和玉米增产的作用,但由于劳动力成本的提高,仅CRF和LD处理略有增收。与FP相比,三者的单位产量N排放强度和单位净收益N排放强度均有所降低。本试验条件下,每减排1 kg CO_2-eq,CRF可减少成本0.97元,而ND和LD的减排成本分别增加4.83和3.23元。如果生产中使用施肥机械,一次性分层施肥的减排成本可节省2元。综合来看,若无配套施肥机械,施用缓控释肥可被选为夏玉米保产减排且效益最优的氮肥管理措施;反之,也可选用一次性分层施肥。     

放牧强度对青藏高原高寒矮嵩草草甸氧化亚氮释放的影响

依托青藏高原东北隅高寒矮嵩草草甸的5a放牧强度（禁牧、轻度放牧、中度放牧、重度放牧）试验平台,2016年在植物生长季的6-9月,基于静态暗箱-气相色谱法,测定N2O的释放特征及相应的环境、生物因子,探讨放牧强度对高寒草甸N2O释放特征的影响及其内在环境生物驱动机制。结果表明：环境、生物因子中仅表层土壤容积含水量、土壤容重及土壤有机碳含量对放牧强度响应显著（P＜0.05）。高寒草甸N2O释放的季节特征表现出生长季的早期和晚期相对较高的“U”型趋势。禁牧样地N2O释放速率最小,极显著（P＜0.01）低于其它3个放牧样地。高寒草甸N2O释放强度与放牧强度间表现出正相关趋势（R= 0.49, P＜0.01）。相关分析表明,表层土壤温度是高寒草甸N2O释放速率的主要影响因子,但放牧强度改变了土壤温度的影响程度。中短期放牧管理改变了高寒草甸植被生长季N2O释放速率,但未改变其释放的季节特征。禁牧管理提高了土壤温度,进而显著降低植被生长季N2O释放强度。     

夏玉米农田N2O排放影响因素的模拟分析

【目的】全球46%~52%的N2O来自农田土壤,农田土壤N2O排放的研究具有重要的环境和经济意义。量化各影响因素对夏玉米农田N2O排放的影响,可为合理减少施肥产生的N2O排放提供依据。【方法】于2012和2013年连续两年进行了夏玉米裂区田间试验。试验主区为作物处理,副区为氮肥处理(0、 150、 300、 450 kg/hm2)。采用暗箱静态法-气相色谱法测定了不同处理N2O的排放通量,比较了不同温度和降雨量条件下不同处理的N2O排放量,计算了气温、 降雨量、 氮肥管理和夏玉米吸收对夏玉米农田N2O排放的影响。【结果】温度及降雨量的变化明显影响N2O的排放。2012年和2013年气温和降雨量对夏玉米生长期间N2O总排放量的影响分别为-0.24和-0.07。随着施氮量的增加,施氮对N2O排放的影响率呈线性增加(R2 = 0.923),施氮量0、 150、 300和450 kg/hm2,对玉米田N2O排放的影响分别为0、 0.38、 1.63、 3.54。夏玉米生长吸收对N2O排放量的平均影响因子为-0.33,年际间差异不显著(P = 0.07)。在苗期、 穗期、 花粒期,夏玉米生长吸收的影响因子分别为-0.57、 -0.29和-0.13,不同生育期的影响因子差异显著(P = 0.0015)。不同施氮量下,气候条件对夏玉米农田N2O排放影响率差异不显著(P 0.05); 不同气温和降雨量,夏玉米生长吸收对N2O排放的影响在同一施氮量下差异不显著(P 0.05),且均随施氮量的增加而减小。【结论】通过量化分析,气候条件对N2O排放的影响与气温和降雨量密切相关,温度升高影响增大,反之则减小,降雨后排放显著增大。施氮对N2O排放的影响随施氮量增加线性增加。夏玉米生长吸收降低了N2O排放,且在不同生育时期的影响差异显著。综合各影响因子,低氮量条件下(≦150 kg/hm2),气候因素和玉米生长对N2O排放的影响较大,高氮量下(≧300 kg/hm2),氮肥的施用是影响N2O排放的主要因子。     

大豆N2O释放与光照度和光合作用的关系

采用分隔式封闭箱法，测定盆栽大豆植株氧化亚氮（N2O）通量以及光照度、光合速率和气孔导度的日变化。同时，观测田间大豆—土壤系统在主要生长阶段N2O释放的变化。在温室里，大豆植株N2O释放在上午10：00时出现一个高峰；中午时N2O释放量较低，此时光照度和光合速率都保持在较高的水平上；在14：00时，N2O释放量达到低谷,光照度达到最大，但光合速率却处于很低的水平；在15：00时，植株N2O的释放达到第二个高峰，但光照度和光合速率却处于快速下降期。结果表明：植物N2O的释放不仅与光合作用的光反应有关，而且也与暗反应有关。上午10：00以后植株N2O释放通量与气孔导度变化没有一致的关系。在大豆生长季，大豆—土壤系统N2O释放通量有两个高峰，第一个峰出现在6月中下旬，第二个高峰出现在9月下旬。     

稻鸭共作生态系统中氧化亚氮排放及温室效应评估

 【目的】氧化亚氮是一种痕量温室气体,对全球温室效应起着重要的作用.本文旨在研究稻鸭共作生态系统对氧化亚氮的排放及其温室效应的影响。【方法】在中稻生长季节,运用静态箱技术测定稻鸭共作生态系统氧化亚氮的排放。【结果】在施用等量基肥条件下,与常规稻作相比,稻鸭共作氧化亚氮排放具有不同的日变化和相似的季节变化模式;氧化亚氮日变化与日温度变化基本一致,排放峰值出现在13：00。而氧化亚氮季节变化与温度变化不相关,排放峰值出现在施肥后两周和稻田落干期。较之常规稻作,稻鸭共作生态系统能显著提高氧化亚氮释放。本试验综合评估了稻鸭共作生态系统释放的甲烷和氧化亚氮的综合温室效应。【结论】研究显示,稻鸭共作生态系统能有效抑制甲烷和氧化亚氮的总排放和显著降低甲烷和氧化亚氮的总排放的综合温室效应。因此,在中国南方稻作区,稻鸭共作生态系统是减少甲烷和氧化亚氮的总排放和改善全球气候的措施之一。     

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。     

我国河流N_2O饱和度与释放系数变化及其与河流氮水平的关系研究

通过选择我国3个不同流域的河流,研究了河流N2O饱和度与释放量的时空变化及其与河流氮水平的关系,并评估了IPCC关于河流N2O的释放系数。结果显示,河流硝态氮和氨氮的浓度变化范围分别为0.023～5.24（均值1.29±0.822）mg N.L-1和0.020～40.3（均值2.54±5.47）mg N·L-1;相应地,河流N2O饱和度和释放量的变化范围分别为90%～8213%（均值407%±1010%）及0.250～1960（均值58.3±221）μg N.m-2·h-1。不同河流N2O饱和度均呈现明显的季节变化特征,N2O饱和度几乎持续处于过饱和状态,表明河流N2O是大气N2O的源。不同类型的河流,其氮浓度水平、N2O饱和度与释放量均有显著差异,城市纳污型河流——南淝河,其氨氮浓度、N2O饱和度和释放量显著高于其他河流,均值分别达（12.5±6.10）mg N·L-1、1760%±2620%及（363±548）μg N m-2·h-1。研究发现,除南淝河外,所有径流主导型的河流,其N2O饱和度与NO3-含量存在显著线性正相关关系,说明高NO3-含量的河流能增加N2O的表观产量。除南淝河以外的河流N2O释放系数变化范围为0.05%～0.87%,均值为0.20%,较为接近IPCC的参考值0.25%。但我们的研究建议采用修正后的河流N2O释放系数（均值为0.10%）,该系数更能体现河流释放N2O的实际情况。     

生物质炭输入减少稻田痕量温室气体排放

为揭示不同水平生物质炭输入对稻田土壤理化性质、水稻产量及温室气体排放的影响,采用自制竹炭在4种不同施用水平下(0、10、20、40 t/hm2)输入稻田土壤,开展了水稻一个生长周期的田间试验。结果表明,生物质炭输入可显著提高土壤p H值和有机碳含量(P0.05),且有机碳含量增幅与生物质炭施用水平呈正比(相关系数为0.78,P0.01)。生物质炭施用可显著降低土壤容重(P0.05),最大降幅为0.25 g/cm3,土壤容重随着生物质炭施用量的增加而降低。不同处理水稻产量无显著性差异(P0.05)。CH4累积排放量与生物质炭施用量呈负相关性(相关系数为-0.24,P0.01),投加生物质炭可显著降低稻田CH4排放通量和累积排放量(P0.05),但过量施用生物质炭(超过20 t/hm2)并不能显著降低CH4累积排放量(P0.05)。相比对照处理(不输入生物质炭),生物质炭输入后一周内可显著性降低N2O排放通量(P0.05),并在排水烤田时升高,最终稳定于9.80 mg/(m2·h)。生物质炭输入可显著性降低N2O累积排放量(P0.05),但不同水平生物质炭输入处理之间差异不显著(P0.05)。该试验条件下,生物质炭施用量为20 t/hm2时可实现稻田稳产和固碳减排目标,该研究可为太湖地区苕溪流域稻田增汇和温室气体减排提供参考。     

玉米秸秆及其黑炭添加对黄绵土氮素转化的影响

采用室内培养试验,研究在相同的土壤水分和施氮量条件下,不同碳源(玉米秸秆及其黑炭)添加对土壤无机氮转化和N2O排放的影响机制。结果表明,不同碳源(玉米秸秆和黑炭)的施加对氮素净矿化量的影响差异极显著(p0.01)。与直接施加玉米秸秆相比,施加黑炭增加了土壤硝态氮和铵态氮的含量,显著降低了土壤N2O排放量;施加黑炭后土壤无机氮浓度变化在整个培养期间较平缓,而施加秸秆后土壤氮转化在前两周较为剧烈。相较于添加秸秆,施加黑炭有利于减少温室气体N2O的排放。