“气候变化、温室气体减排与土壤固碳固氮”专题征文通知

农业碳氮循环是全球碳氮循环中的重要组成部分,农业温室气体的减排对应对全球气候变化有重大意义。为了交流我国在农业碳氮循环领域的最新研究成果,本刊将集中刊登气候变化、温室气体减排与土壤固碳固氮方面的研究论文,包括：（1）农业温室气体减排的潜力与措施;（2）农业土壤固碳固氮新技术与措施;     

田间管理对华北平原冬小麦产量土壤碳及温室气体排放的影响

选取华北平原冬小麦为研究对象,针对（1）秸秆移除;（2）秸秆表覆;（3）免耕;（4）秸秆深施;（5）施农家肥这5种典型的田间管理,使用农田自动温室气体测定系统对冬小麦农田全生育期进行了原位长期观测,并采用^13C自然丰度法对土壤碳的转化进行了监测,同时对冬小麦产量及生物量、土壤有机碳的变化进行了监测。结果表明,冬小麦产量及生物量高低顺序为施农家肥、秸秆深施、秸秆表覆、秸秆移除和免耕,而且土壤有机碳的更新也有同样的趋势;施农家肥能显著增加土壤有机碳而秸秆移除和免耕则会导致土壤有机碳的轻微下降;冬小麦甲烷的排放或吸收只占总增温潜势的不到1％,在进行统计总排放当量时基本可以忽略,N2O在总排放当量中的比例在2．55％-11．62％范围内;N2O的大量排放主要来自于拔节期及开花期,秸秆移除、施农家肥和秸秆深施会导致N2O排放在总当量中的份额增加至10％左右,而秸秆覆盖和免耕N2O排放在总排放当量中的份额只有3％左右,冬小麦农田总的温室气体排放88％以上来自于CO2的排放,特别是秸秆表覆和免耕95％以上来自土壤碳的损失而释放的CO2。总体来看,秸秆深施能保证较高的产量,减少碳的损失,增加土壤碳并产生相对较少的总温室气体排放量,是较好的固碳减排方式。     

免耕对农田土壤N_2O排放影响及作用机制研究进展

免耕在促进农业可持续发展和有效分馏大气碳的同时还可影响土壤N2O排放,但迄今为止关于免耕对农田土壤N2O排放影响的研究结果却不尽一致,正效应间或负效应都存在。本文综述了免耕条件下土壤理化性状和生物性状的变化及其对N2O排放的影响,并指出实施免耕后土壤反硝化强度变化程度的不同是导致免耕对N2O排放影响效应不同的主要原因,最后提出了一些有待研究的问题。     

长期不同施肥下太湖地区稻田净温室效应和温室气体排放强度的变化

利用田间观测和模型预测方法对太湖地区一个长期不同施肥处理的稻田生态系统进行了稻季温室气体排放观测和净温室气体排放强度分析。结果表明,不同施肥管理下,稻田土壤有机碳含量不同程度提高,有机无机肥料配施较单施化肥处理显著提高有机碳库储量,并且秸秆处理略高于猪粪处理。与不施肥处理相比,长期施用肥料显著提高了稻田生态系统CH4和CO2的排放量,有机肥料与化肥配施较单纯施用化学肥料下土壤碳（CO2和CH4）排放增加,但化肥配施秸秆与化肥配施猪粪下稻田生态系统CH4和CO2的排放没有显著差异。不同施肥处理下,稻田生态系统净温室效应表现为CFM≈CFS〉CF〉NF,但水稻生产的净温室气体排放强度并没有显著性差异。因此,在提高水稻产量的同时,有机无机配合施肥并没有提高净温室气体的排放强度。     

三开门自动温室气体测定箱的应用效果

为了降低农田自动温室气体测定箱在观测过程中对作物生长环境及作物生长的干扰,本研究在玉米大田环境条件下比较了一种新型的三开门自动温室气体测定箱与传统单开门自动温室气体测定箱对环境空气温湿度、土壤温度与水分、玉米生长以及温室气体排放的影响。结果表明：三开门温室气体测定箱能显著减小与大田环境条件下的空气温度、湿度及土壤温度的差异;相对于单开门箱,三开门箱在箱体打开及关闭条件下气温平均低0.90和0.74℃,空气湿度平均增加1.36%和降低5.69%;在玉米小喇叭口期前土壤温度约降低2℃,小喇叭口期后差异不显著;对土壤水分的影响在玉米苗期有一定的作用,但差异不显著;三开门箱相对于单开门箱能显著降低箱体对作物生长的影响,还能降低CO2平均通量值6.85%及N2O的平均通量值3.68%,而对CH4平均通量值基本无影响。因此,三开门箱相对于传统单开门自动温室气体测定箱能显著减小测定箱对观测环境及作物生长的干扰,应用这种箱体观测能更好地反映田间温室气体排放状况。     

耕作措施对温带半干旱地区土壤温室气体(CO2、CH4、N2O)通量的影响

通过设置在甘肃省定西市李家堡镇的不同耕作措施试验, 利用CO₂分析仪、静态箱-气相色谱法对双序列轮作次序下春小麦地、豌豆地生育期内CO₂、CH₄和N₂O通量进行了测定。试验结果表明: 4种耕作措施下春小麦地和豌豆地在生育期内均表现为CO₂源、N₂O源和CH₄汇的功能。传统耕作不覆盖、免耕不覆盖、免耕秸秆覆盖和传统耕作结合秸秆还田下, 春小麦生育期内平均土壤CO₂通量(μmol·m^-2·s^-1)分别为0.203 6、0.221 2、0.241 8、0.224 9, CH₄通量(mg·m^-2·h^-1)分别为-0.041 6、-0.078 0、-0.081 8、-0.053 7, N₂O通量(mg·m^-2·h^-1)分别为0.089 1、0.069 2、0.046 1、0.065 6; 豌豆生育期内平均土壤CO₂通量(μmol·m^-2·s^-1)分别为0.273 6、0.261 6、0.218 1、0.236 0, CH₄通量(mg·m^-2·h^-1)分别为-0.055 0、-0.073 7、-0.066 2、-0.054 5, N₂O通量(mg·m^-2·h^-1)分别为0.123 4、0.084 7、0.080 6、0.035 0。少免耕及小麦秸秆覆盖有利于减少土壤CO₂排放通量, 免耕不覆盖、免耕秸秆覆盖及传统耕作结合秸秆还田均能不同程度地增加CH₄吸收通量、减少N₂O排放通量。综合来看, 免耕不覆盖、免耕秸秆覆盖和传统耕作结合秸秆还田3种保护性耕作措施有助于减少土壤温室气体的排放量。春小麦地CO₂通量随着土壤温度、土壤含水量的逐渐升高而增大; CH₄吸收通量随着土壤含水量的逐渐升高而增大, 而随着土壤温度的逐渐升高而减小。豌豆地CO₂通量的变化与土壤含水量存在极显著正相关关系; 而春小麦地N₂O通量则与平均土壤温度呈显著正相关, 豌豆地则为极显著正相关。     

过磷酸钙添加剂对猪粪堆肥温室气体和氨气减排的作用

为研究不同比例过磷酸钙添加剂对畜禽粪便高温堆肥氨挥发和温室气体减排的作用,该文以猪粪和玉米秸秆为试验材料,以市售过磷酸钙肥料作为添加剂,在发酵仓中(单仓体积1.2m3)进行56d的好氧堆肥试验,监测堆肥过程中的温室气体和氨排放速率及堆体碳、氮损失率。结果表明:在初始物料中添加干质量3.3%～13.2%的过磷酸钙添加剂对减少堆体碳、氮损失,降低温室气体排放均有明显效果,但超过初始物料干质量的9.9%的过磷酸钙添加剂会对堆肥腐熟进程产生显著抑制作用;该试验中添加初始物料干质量3.3%～6.6%分别使堆肥56d的NH3、N2O和CH4排放量减少了24.1%～43.4%、22.2%～27.7%和22.4%～62.9%,总温室气体排放当量减少30%。猪粪和玉米秸秆堆肥中较适宜的过磷酸钙添加量是初始物料干质量的3.3%～6.6%。该文为过磷酸钙添加剂应用于实际堆肥工程提供理论依据。     

不同耕作条件下豆麦双序列轮作农田土壤温室气体的排放及影响因素研究

为了研究耕作措施对双序列轮作农田土壤温室气体的排放及影响, 采用CO₂分析仪、静态箱 气相色谱法在陇中黄土高原半干旱区对传统耕作不覆盖、免耕不覆盖、免耕秸秆覆盖和传统耕作+秸秆还田4种耕作措施下豆麦双序列轮作农田土壤温室气体(CO₂、N₂O和CH₄)的排放及影响因素进行了连续测定和分析。结果表明: 测定期内4种耕作措施下农田土壤均表现为CO₂源、N₂O源和CH₄净吸收汇; 除传统耕作不覆盖措施, 其他3种耕作措施不同程度地减少了2种轮作序列土壤的N₂O排放通量, 并显著增加了土壤对CH4的吸收。CO₂和N₂O的排放通量分别与地表、地下5 cm处、地下10 cm处的土壤温度呈极显著和显著正相关关系, 相关系数分别为0.92^**和0.89^**、0.95^**和0.91^**、0.77^*和0.62^*; 而CH₄吸收通量与不同地层的温度之间无明显的相关关系; CO₂和CH₄的通量与0~5 cm、5~10 cm的土壤含水量均呈显著正相关关系, 相关系数分别为0.69^*和0.72^*、0.77^*和0.64^*, 而与10~30 cm土壤含水量无明显相关关系; N₂O排放通量与各层次的土壤含水量之间均呈不显著负相关关系。对2种轮作序列各处理下土壤中排放的3种温室气体的增温潜势计算综合得出: 4种耕作措施中, 免耕不覆盖处理可相对减少土壤温室气体的排放量, 进而降低温室效应。     

施肥对稻田温室气体排放及土壤养分的影响

【目的】农业活动引起的温室气体排放对全球变暖的影响日益得到关注,本试验研究不同施肥处理对稻田温室气体排放、 产量和土壤养分的影响,以期为农田可持续利用和温室气体减排提供依据。【方法】在长江中下游地区稻麦轮作区进行田间试验,设置不施氮肥(CK)、 当地习惯施肥(FP)、 推荐N肥(OPT)、 有机无机配施(OPT+M)、 秸秆还田(OPT+S)5个处理,采用静态箱/气相色谱(GC)法测定了稻季CH4、 N2O和CO2的排放情况,调查了不同施肥措施对稻田温室气体增温潜势以及产量,测定了土壤养分,并综合产量和增温潜势对温室气体排放强度进行分析,提出该区域稻田减排增产的合理施肥措施。【结果】 1) 不同处理CH4季节排放总量为OPT+SOPT+M FP OPT CK,排放量为99.02~143.69 kg/hm2; N2O季节排放量为FPOPT+MOPT OPT+S CK,排放量范围为0.95~3.57 kg/hm2; CO2排放顺序与CH4季节排放趋势一致,排放量为7231.64~13715.24 kg/hm2。2)根据稻季CH4和N2O季节排放量以及在100年尺度上的CO2当量计算,不同处理温室气体全球增温潜势大小顺序为OPT+SOPT+M FP OPT CK。在CK、 FP、 OPT、 OPT+M和OPT+S的全球增温潜势中,N2O占的比重分别为10.31%、 26.39%、 21.51%、 22.91% 和11.58%,CH4所占比重分别为89.69%、 73.61%、 78.49%、 77.09%和88.42%。稻田N2O的排放量很少,排放以甲烷为主,因此不同施肥措施所排放的N2O对综合温室效应的贡献远低于CH4。相对于当地习惯施肥处理,OPT、 OPT+M和OPT+S 3种优化施肥措施均在减少化肥施用量的情况下增加了水稻产量,增产率分别为3.6%、 14.3%和 8.5%,其中以有OPT+M处理增产效果最明显。3)不同施肥处理下,CO2排放强度为FP(0.56)OPT+S(0.52) OPT(0.50)OPT+M(0.49),OPT和OPT+M显著低于当地习惯施肥处理,OPT+M CO2排放强度最低。4)有机碳、 全氮、 速效磷和速效钾含量均在OPT+S处理中最高。【结论】不同施肥措施影响稻季温室气体排放,施用有机肥和氮肥均增加了CO2、 CH4、 N2O的排放,秸秆还田增加了CO2和CH4排放,减少了N2O排放。稻田减排应以减少CH4排放为主,推荐氮肥量配施有机肥为碳强度评价体系下最优处理。秸秆还田对土壤养分的改善趋势明显,虽然增加了CO2排放,但考虑到其可避免因焚烧造成大量CO2的排放,总体上依然减少了CO2的排放,但对秸秆还田的适宜量需要进一步研究。     

大型秸秆沼气集中供气工程温室气体减排估算

发展秸秆沼气工程可有效地减少农业温室气体排放,科学核算温室气体减排量为管理和监督温室气体排放状况提供数据支撑。该文以河北省沧州市耿官屯大型秸秆沼气集中供气工程为研究对象,参考和借鉴了自愿减排项目方法学、CDM方法学,构建了大型秸秆沼气集中供气工程温室气体减排计量方法,包括项目边界、基准线排放量、项目排放量、泄漏量、减排量5个方面,计算了2014年耿官屯大型秸秆沼气集中供气工程温室气体减排量。研究结果表明:项目基准排放量包括秸秆处理产生的温室气体排放、未建秸秆沼气工程情况下农村居民生活用能及农田施用化肥生产耗能产生的温室气体排放。项目排放量包括秸秆与沼肥运输过程耗能排放、工程运行过程耗能排放及沼气处理温室气体排放,项目泄漏量即沼气生产、储存、管网供气和利用过程中产生的因物理泄漏所造成的排放。2014年耿官屯大型秸秆沼气集中供气工程基准线CO2排放量为5 776.15 t,项目排放量为57.53 t,泄漏量为136.59 t,减排量为5 582.03 t,约相当于2 100 t标准煤CO2排放量,每消耗1 t(干质量)秸秆可净减排3.56 t,每利用1 m3沼气可净减排11.50 kg。同时,在工程设计、管道设计、工程管理、工艺技术改良升级等方面提出了提升大型秸秆沼气工程温室气体减排能力的策略。