生物炭连续施用对农田土壤氮转化微生物及N2O排放的影响

【目的】研究连续添加生物炭6年后对农田土壤氮转化相关微生物功能基因的影响,揭示生物炭影响作物产量和N₂O排放的微生物学机制,并为生物炭的推广使用提供理论依据。【方法】通过在潮土农田设置0（BC0,对照)、2.25（BCL,低量）、6.75（BCM,中量）和11.25 t·hm^-2（BCH,高量）4个秸秆生物炭量处理的田间定位试验,采用田间观测、化学分析、荧光定量PCR（qPCR）技术,系统研究施用生物炭对氧化亚氮（N₂O）排放、氨单加氧酶（amoA）、亚硝酸还原酶（nirK、nirS）、氧化亚氮还原酶（nosZ）基因丰度及夏玉米产量的影响。【结果】与对照BC0处理相比,施用生物炭可显著提高夏玉米籽粒产量,且BCM处理籽粒产量达到最大值10 811 kg·hm^-2,显著降低夏玉米生育期N₂O累积排放量,并以BCM处理减少N₂O排放效果最优。研究还发现,在夏玉米多个生育时期,与对照比较,生物炭施用可以显著提高耕层土壤无机氮储量和土壤含水量。此外,随着生物炭施用量增加,土壤氨氧化古菌（AOA）基因拷贝数在夏玉米大喇叭口期和成熟期均表现为先上升后下降趋势,且两个时期均以BCM处理最高,而氨氧化细菌（AOB）基因拷贝数在夏玉米大喇叭口期和成熟期分别为BCH处理和BCM处理最高。与对照相比,中、高量生物炭施用（BCM、BCH处理）可显著提高夏玉米大喇叭口期和成熟期土壤反硝化作用功能相关基因（nirK、nirS、nosZ）拷贝数。相关性分析表明,夏玉米成熟期土壤N₂O排放通量与土壤硝态氮、土壤含水量、AOA、AOB、nirK、nirS、nosZ呈显著负相关关系。【结论】施用生物炭通过增加土壤微生物氮转化功能基因丰度进而降低土壤N₂O排放,通过增加土壤耕层无机氮储量和土壤水分含量进而提高作物产量,并以中等用量（6.75 t·hm^-2）施用效果最优。     

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。     

小兴安岭典型苔草和灌木沼泽N2O排放通量日变化研究

探明小兴安岭修氏苔草(Carex schmidtii)沼泽和油桦-修氏苔草(Betula ovalifolia-Carex schmidtii)灌木沼泽N_2O排放通量日变化动态,可为山地沼泽N_2O排放季节动态及总量估算提供基础数据。因此,于生长季初期(2008年6月4～5日)、中期(2007年8月4～5日)和末期(2007年9月24～25日),在小兴安岭苔草和灌木沼泽中,采用静态暗箱—气相色谱法,在晴天观测了N_2O排放通量。两种沼泽N_2O排放通量日变化在生长季中期呈现昼高夜低规律,末期和初期的日排放规律性不显著。生长季中期和初期,苔草沼泽N_2O日排放通量最高值出现在9:00,末期最高值出现在3:00;生长季初期和末期的最低值出现在21:00,中期最低值出现在18:00。生长季初期、中期和末期,灌木沼泽N_2O日排放通量最高值分别出现在9:00、15:00和6:00;最低值分别出现在3:00、21:00和18:00。两种沼泽生长季初期为N_2O的吸收汇,中期和末期为弱排放源。灌木沼泽的N_2O日排放通量明显高于苔草沼泽。生长季初期和末期,两种沼泽N_2O日排放通量与温度呈负相关,中期呈正相关。其中,苔草沼泽N_2O日排放通量与10 cm土温呈现显著负相关,灌木沼泽与15 cm土温呈现显著负相关。苔草沼泽N_2O日排放通量与地表温度呈现显著正相关,灌木沼泽与40 cm土温呈现显著正相关。据此,小兴安岭苔草沼泽和灌木沼泽为N_2O排放弱源或吸收汇,温度、水位和植被类型是N_2O日排放通量的主要影响因素。     

反刍家畜胃肠道甲烷排放与减排策略

反刍家畜胃肠道甲烷排放是重要的温室气体排放源,减少反刍家畜胃肠道甲烷排放有助于缓解全球温室效应和提高家畜饲养效率。本论文从中国反刍家畜胃肠道甲烷排放现状、瘤胃甲烷生成机制、甲烷生成的日粮营养影响因子和甲烷减排策略与潜力4个方面系统综述反刍家畜胃肠道甲烷排放的研究进展。目前,中国反刍家畜甲烷总排放量超过10 Tg,占全球胃肠道甲烷排放的比例超过15%。反刍家畜胃肠道甲烷排放主要来自瘤胃和后肠道,其中瘤胃甲烷占胃肠道甲烷生成总量的80%以上。二氧化碳还原路径利用瘤胃内的氢和二氧化碳合成甲烷,是瘤胃内生成甲烷的主要路径。瘤胃内的氢还可被相关微生物利用,合成挥发性脂肪酸和微生物蛋白等代谢产物,进而被机体利用。减少反刍家畜胃肠道甲烷排放的关键在于促进瘤胃内氢的利用,以及阻断瘤胃内的氢被甲烷菌利用合成甲烷。甲烷减排的日粮营养调控策略包括优化日粮组成、改善饲料品质、提高瘤胃流通速率、添加氢池和甲烷抑制剂等。大多数营养调控策略的甲烷减排效果小于40%,最新研制的3-NOP抑制剂的甲烷减排效果最高可达80%。但是,一些减排策略的产业化应用还受添加剂残留、抗生素禁用、食品安全、产品价格和消费者喜好等因素影响。牧场管理和遗传选育也是降低甲烷排放量的重要手段,过去100年来已实现每千克标准乳的甲烷排放量减排效果为57%。未来反刍家畜胃肠道甲烷研究将主要集中在低排放品种的遗传选育、不同营养调控策略间的组合效果、甲烷减排的经济效益和可持续性、家畜生长性能与健康、食品安全、消费者喜好等方面。     

我国典型茶区化学氮肥施用与生产运输过程的温室气体排放量估算

基于相关统计数据和文献调研方法,估算了我国14个典型茶区中化学氮肥施用、生产及运输过程中的温室气体排放量。结果表明,化学氮肥施用导致的土壤N₂O直接排放和生产过程中的温室气体排放是茶园化学氮肥消费带来的温室气体主要排放源;14个典型茶区消费的化学氮肥产生的温室气体排放量(以CO₂排放当量计算)为16.81~344.80万t·a^-1,其中贵州、云南、湖北和四川4省的茶园消费的化学氮肥带来的温室气体排放量较高,均超过200万t·a^-1,占全部区域温室气体排放量的59.98%;单位面积温室气体排放量为3.22~9.76 t·hm^-2·a^-1,单位产量温室气体排放量为2.10~12.96 t·t^-1·a^-1、单位产值温室气体排放量0.39~1.90 t·万元^-1·a^-1;总体而言,贵州、云南、湖北、湖南和四川5省的茶园消费的化学氮肥带来的温室气体排放量、单位面积温室气体排放量、单位产量温室气体排放量和单位产值温室气体排放量较高,福建、河南省及重庆市3个茶区相对较低。在茶园化学氮肥施用量控制为300 kg·hm^-2和450 kg·hm^-2两种情景下,茶园生态系统温室气体减排总量为617.07万t·a^-1和228.94万t·a^-1,减排潜力为34.12%和12.66%,减排潜力较大的区域主要有湖北、四川、贵州、湖南和江西等5省。     

稻田温室气体排放研究概述

全球变暖作为气候变化的主要特征,严重威胁着人类的生存和发展,已成为当今国际社会最主要的环境问题之一,也是学术界的研究热点。温室气体是导致全球变暖的重要原因之一,而稻田则被认为是温室气体的主要排放源。因此,在农业领域中,减缓稻田温室气体排放、发挥稻田碳汇潜力是减缓全球变暖的重要举措之一,也是实现“双碳”战略目标的必要手段。水稻作为中国重要的口粮作物之一,具有巨大的减排潜力。在梳理稻田温室气体排放机制、影响因素及核算方法等方面研究的基础上,分析了稻田温室气体排放研究现状及研究不足,为助力统筹规划粮食安全与减排以及减缓全球气候变化、实现可持续发展目标,从综合角度出发,提出了加强不同领域交叉研究、深入探究稻田温室气体排放机理和影响因素的未来研究方向。     

丛枝菌根真菌调控土壤氧化亚氮排放的机制

氮素是陆地生态系统初级生产力的主要限制因子,自Haber-Bosch反应以来,氮肥的生产和施用极大地提高了粮食产量.然而过量施用氮肥导致氮肥利用率低,并造成了严重的环境污染,包括氮沉降、硝态氮淋洗以及N2O排放等.微生物直接参与土壤氮素循环,固氮微生物、氨氧化和反硝化微生物分别在土壤固氮、铵态氮转化和硝态氮转化过程中起...     

秸秆露天焚烧排放的TSP等污染物清单

根据2000—2003年各省市农作物的产量,估算了农业秸秆的总量;结合从有关文献查阅的排放因子,计算了各年份我国大陆秸秆露天焚烧所排放的TSP、PM10、SO2、NOX、NH3、CH4、EC、OC、VOC、CO、CO2的总量及各省市的排放清单,并进一步细化到县、区级行政区。研究表明,由于经济发展水平和生活习惯的不同,秸秆露天焚烧排放的污染物在地区间的分布极不均衡,排放量较大的包括华东、东北地区的各省市;单位排放污染物量较高的地区由东北至华东呈带状分布。     

新疆“宽早优”模式下施氮量对棉田碳足迹的影响

【目的】研究新疆“宽早优”模式下施氮量对棉田碳足迹的影响。【方法】采用生命周期评价法(LCA),设置不同施氮水平(0、120、240、360 kg/hm²),分析施氮量对棉田碳足迹、碳足迹构成及产量的影响。【结果】当氮肥施用量( 360 kg/hm²)减少33.3%( 240 kg/hm²)和66.7%( 120 kg/hm²)时,碳足迹分别下降了8.4%和17.6%。在N₃₆₀处理下籽棉产量为8 035.4 kg/hm²,在N₂₄₀处理下籽棉产量为7 797.2 kg/hm²,且N₂₄₀、N₃₆₀处理棉花籽棉产量差异不显著。灌溉用电、农膜及化肥引起温室气体排放对碳足迹贡献最大,分别占47.4%、25.2%和24.3%。随着施氮量的增加,棉田N₂O排放总量随之增加,N₃₆₀分别比CK、N₁₂₀和N₂₄₀显著高221.9%、123.1%和 33.1%。【结论】随着施氮量的减少,棉花单位面积碳足迹也随之减少,在不影响产量的情况下,降低氮肥用量可以减少“宽早优”棉田碳足迹,在新疆地区实现以较少的碳足迹来获得较高的产量。     

长白山典型阔叶红松林土壤二氧化碳排放通量

随着大气CO2浓度的升高,主要由其引起的温室效应与对生物新陈代谢的影响变得越来越显著。森林生态系统在全球碳循环中扮演着重要的角色。为了评估和理解森林土壤CO2通量及其随空气和土壤温度的季节和昼夜变化规律,我们在长白山北坡典型阔叶红松林内利用静态箱技术进行了原位观测。实验在整个生长季(6月初至9月末)昼夜进行,利用气相色谱进行气体分析。结果表明: 长白山阔叶红松林土壤是大气二氧化碳源,其CO2通量具有明显的季节和昼夜变化规律。通量的变化范围是(0.30-2.42)μmol穖-2穝-1,平均值为0.98μmol穖-2穝-1。土壤CO2排放的季节规律表明,土壤CO2通量的变化与气温和土壤温度的变化有关。CO2平均通量的最大值出现在7月((1.27±23%)μmol穖-2穝-1),最小值出现在9月((0.5±28%)μmol穖-2穝-1)。土壤CO2的昼夜波动与土壤温度变化有关,而在时间上滞后于温度的变化。森林下垫面土壤CO2通量与土壤温度显著相关,与6cm深度土层温度相关系数最大。基于气温和土壤温度计算的Q10值范围为2.09-3.40。图2表3参37。