广州地区稻田甲烷排放及中国稻田甲烷排放的空间变化

１９９３年在广州地区采用中国科学院大气物理研究所研制的自动采集和分析系统测量了稻田甲烷的排放率，首次获得了占我国２０～２５％左右水稻收获面积的华南地区稻田甲烷排放特征值。从而宏观地使我国五大主要水稻生态区的甲烷排放率都有了实测资料。稻田甲烷排放率的季节变化主要与气温及灌溉水状态的变化有较大关系，日变化规律以下午出现极大为主。本实验田的甲烷排放率低，其特有的耕作制度（稻田冬天闲置及两季稻期间的闲置）可能是重要原因之一；广州地区实际水稻耕作中施用少量甚至不施有机肥也促成该地区比较低的甲烷排放率。在实验中尽量保持当地的常规水管理方式，这样能更准确和实际地反映出稻田甲烷排放率。年平均气温和土壤的有机质含量不足以说明稻田甲烷排放的空间变化规律。广州地区甲烷排放卒相对较低，早晚稻的季节平均值分别为０．５±０．６ｍｇ／ｍ￣２·ｈ和０．４±０．４ｍｇ／ｍ￣２·ｈ。根据我国目前已有的各大区域、各种耕作制度的稻田甲烷排放率资料及相应的稻田面积推算出中国总体稻田甲烷排放率为１１．１（１０．２～１２．８）×１０￣（１２）ｇ／ａ。

华东稻田CH_4和N_2O排放

稻田ＣＨ４和Ｎ２Ｏ排放的季节变化规律完全不同，两者的排放通量随土壤水分条件变化而互为消长，但它们的日变化形式则比较一致。晴天时的ＣＨ４和Ｎ２Ｏ排放日变化规律明显，主要表现为下午单峰模态，有时ＣＨ４排放夜间出现一个次峰。ＣＨ４和Ｎ２Ｏ排放总量因肥料类型而不同，堆肥加尿素处理比ＮＨ４ＨＣＯ３处理少排放Ｎ２Ｏ３０％，多排放ＣＨ４１２％。

温度对农田N_2O产生与排放的影响

以华东太湖地区的水稻－冬麦轮作农田为研究对象，采用基于箱法－气相色谱法的自动连续观测系统，对整个轮作周期的Ｎ２Ｏ排放和温度进行了同步自动连续观测，同时，在实验室开展了一系列的模拟实验，以研究Ｎ２Ｏ产生与排放过程的温度效应．实验研究结果表明，在土壤湿度适宜的一定温度范围内，Ｎ２Ｏ排放通量对温度的依赖性可用指数函数Ｆ＝Ａｅａｔ来描述；轮作周期内显著Ｎ２Ｏ排放发生的频率随温度的变化呈正态分布，６７％的排放量都集中在１５—２５℃温度范围内；在旱地阶段，温度是影响Ｎ２Ｏ排放季节变化的关键因子，而在水田阶段则不然；水田和旱地Ｎ２Ｏ排放具有相同的规律性日变化形式，但后者达到极大值的时间要比前者延迟约３ｈ．

稻麦轮作生态系统中土壤湿度对N_2O产生与排放的影响

通过对太湖地区稻麦轮作生态系统的Ｎ２Ｏ排放及土壤湿度进行系统观测和开展一系列模拟实验，研究了降雨和土壤湿度对Ｎ２Ｏ排放和产生过程的影响．结果表明，春季和秋季麦田Ｎ２Ｏ排放与降雨量呈明显正相关，但水稻田和冬季麦田的Ｎ２Ｏ排放不受降雨影响．稻麦轮作周期内的Ｎ２Ｏ排放较强烈地受土壤湿度制约，土壤湿度为田间持水量的９７～１００％或８４～８６％ＷＦＰＳ（土壤体积含水量与总孔隙度的百分比）时，Ｎ２Ｏ排放最强，低于此湿度范围时，Ｎ２Ｏ排放通量与土壤湿度呈正相关，反之，则呈负相关．田间Ｎ２Ｏ排放随土壤湿度的变化形式与模拟条件下培养土壤样品的Ｎ２Ｏ产生率变化非常相似，但前者的最佳湿度范围比后者窄，而且偏小．

N2O自动采样分析系统的研型和观测

研制了一套以PC机主控的用箱法一气相色谱法对农田生态系统N2O排放通量进行自动采样分析的测量系统，设计配置9个65cm×65cm×90cm的有机玻璃采样箱，置于农田中，对N2O排放通量连续自动观测，系统设计为全自动微机控制，长期边连续工作，无人值守，自1994年6月起在江苏省吴县农科所实验农场对稻-麦轮作生态系统N2O排放通量进行多年连续观测，取得大量宝贵资料，该测量系统于1996年11月通过专家现场测试和院级科技成果鉴定。

中国CH_4排放量的估算

1987—1989年用自动连续采样分析设备对杭州地区的稻田CH_4排放进行了三年连续观测,1988—1990年用定期采样、分析方法对四川乐山地区的稻田CH_4排放进行了三年观测.发现稻田CH_4排放率有很大的日变化、季节变化和年际变化,这些变化主要是由土壤特性、水稻生长状况以及气象条件的变化造成的.不同地区稻田CH_4排放率差别很大,变化规律也不同,这种差别主要是由土壤特性,水稻品种及气候条件的差别造成的.根据现有观测资料,估计中国稻田CH_4年排放总量为17×10^(12)g.对沼气池的CH_4泄漏进行了三年系统观测研究,发现沼气池泄漏变化范围很大,但泄漏量总起来都很小,中国1000万个沼气池不构成大气CH_4的重要源.根据沼气池的泄漏估计了农村堆肥的CH_4排放量为3.2×10^(12)g/a;根据城市、稻田附近和沙漠地区大气CH_4浓度的测量结果推算了城市CH_4排放量;根据反刍动物消耗食物总量估计了反刍家畜的CH_4排放量;根据瓦斯排放资料估计了煤矿CH_4排放量;根据文献资料估计了中国天然湿地的CH_4排放量.最后估计了中国各种源的CH_4排放总量及未来变化趋势.1988年中国CH_4排放总量为40×10^(12)g,其中一半以上来自稻田.2000年中国CH_4排放总量可达45×10^(12)g,主要是反刍动物和煤矿排放量增加.

华东稻麦轮作生态系统的N_2O排放研究

根据对华东稻麦轮作周期的N2 O排放及其影响因子的连续观测结果 ,分析了N2 O排放时间变化以及施肥、灌溉、温度、土壤湿度和土壤速效N素含量对N2 O排放的影响 ,同时还比较分析了稻田N2 O和CH4排放 .研究结果表明 ,稻麦轮作周期内 ,水稻生长季的N2 O排放量仅占 30 % ,稻田持续淹水可比常规灌溉增加CH4排放量 2 6% ,减少N2 O排放量 1 1～ 2 6% .

太湖流域单季稻的甲烷排放研究

根据１９９４～１９９６年太湖流域单季稻的ＣＨ４排放的观测资料，分析了该地区稻田ＣＨ４排放的日变化的一些统计特征，对排放的季节变化和年际变化及相关因子对排放的影响进行了分析和研究。结果表明：太湖地区单季稻的ＣＨ４排放的特征值为００７～０１１ｇ／（ｍ２·ｄ），而且存在巨大的年际变化，其中１９９５年的排放是１９９４年和１９９６年的５～７倍。与ＮＨ４ＨＣＯ３相比，施用尿素使甲烷的排放增加１０％～７０％。晒田使ＣＨ４的排放减少，土壤的扰动则使ＣＨ４的排放增加。文中对ＣＨ４的排放与水稻的生长的关系及温度的变化对排放的影响也进行了讨论。

我国华中地区稻田甲烷排放特征

本文主要讨论地处我国华中水稻生态区的湖南红壤稻田的CH4排放特征．稻田CH4排放的日变化都有一致的规律，即在下午16：00左右出现最大值；CH4排放的日变化幅度与天气条件和水稻植物体有关；CH4排放的日变化与温度日变化的相关性很好（R＞0．90）。早稻和晚稻的CH4排放季节变化规律有明显的差别，这主要是由于早、晚稻水稻生长期间的天气特别是空气温度变化的差异引起的，早稻CH4排放车在水稻生长中期（6月）略大，而晚稻在水稻移栽后几天内CH。排放就达到整个季节中的最大值，以后随时间逐渐降低；缺水会使CH4排放率明显降低，而且在重新灌水后相当长时间内CH4排放率没有回升；CH4排放在全有机肥的田中最大，然后依次是常规施肥、全语渣肥及化肥田；尿素、氯化钾和复合肥的多施可降低稻田CH。排放率；不同施肥田中CH4排放串的温度效应不同；施肥是控制CH4排放的一种可行手段；在整个晚稻生长季节中瞬时CH4排放率与瞬时温度呈明显的指数关系；在1991年双季水稻生长季节中，稻田中CH4的排放量为67．96gm－2，其中早稻的CH4排放率为0．36gm-2d－1，晚稻为0.

华中稻田甲烷排放的施肥效应及施肥策略

研究了实施几种不同比例有阶肥及化肥的施肥方案对稻田甲烷排放的影响。在维持氮、磷、钾含量其本不变时，施较多的有机肥是甲烷排放率高的重要原因，而施较多化肥则能降低甲烷排放；同样是有机肥，已在沼气池中发酵后的沼渣经干燥后对稻田甲烷徘放的正效应要大大低于“新鲜”有机肥；有机肥数量及性质的改变对甲烷排放的影响程度要远远大于改变化肥量对甲烷排放的影响，即有机肥的数量及性质显影响稻田甲烷排放的主要因素；控制甲烷排放的方法应重点放在控制有机肥的施用上，沼渣作为一种再生性的资源，具有多种优点，能够用来代替目前常用的有机肥。沼渣肥与化肥结合施用可能是降低稻田甲烷排放的有效措施。

单片机模块与IBM-AT微机联网测量系统

介绍一套由Inter-48系列单片机作为多个模块,IBM-AT微机作为主控机,通过RS-232C串行通讯联网组成的数据采集和过程控制测量系统。该测量系统现用于中国科学院生态网络台站进行生态系统甲烷排放的自动采集和分析,已通过中国科学院院级技术鉴定。其分散式小型联网系统的测量原理可以推广到各个行业领域进行数据采集和过程控制。

我国杭州地区秋季稻田的甲烷排放

1987年秋季在杭州郊区采用一套全自动的观测系统,对稻田的甲烷排放进行了观测。在整个晚稻灌溉期内,稻田是大气甲烷的一个源地,其甲烷释放率最高可达240mg/m^2·h。甲烷释放率具有很强的季节性变化,在水稻成熟期之前,甲烷释放率一般在40-60mg·CH_4/m^2·h的水平上波动,在成熟期间则降为10mg·CH_4/m^2·h的水平。除移栽期外的整个水稻生长期间的甲烷平均释放率为39mg/m^2·h。甲烷释放率具有明显的日变化,一般在午夜至凌晨3—4点达最大值,白天较低,变化也较小。这可能与水稻植物体由于其生理上的日变化引起的甲烷气体传输能力的日变化有关。实验没有观测到不同施肥(K_2SO_4和菜饼)对甲烷释放率的明显影响。阴雨天的降温一般在2—3天后引起甲烷释放率的迅速下降,这可能是因土壤中发酵细菌如产甲烷菌数量的减少造成的。尽管甲烷释放率和土壤温度在整个生长期间基本上是逐步下降的,但两者之间并没有简单的正相关性。土壤中产生的甲烷气体只有一小部分释放到大气中,从土壤中冒出来的气泡往往可引起释放率的急剧上升。1985年全球稻田的甲烷释放量估计为134±3lTg(1Tg=10^(12)g),其中12±26Tg和30±6Tg分别来自亚太地区和中国稻田。

农田NO排放的自动观测

详细介绍农田ＮＯ排放自动观测的方法原理、系统整体构造及电路和气路配置，并讨论了观测结果的可靠性．同时，还就已取得的一些初步研究结果进行了分析．对华东秋、冬季麦田的ＮＯ排放进行自动连续观测的结果表明，秋季麦田的ＮＯ排放具有与温度几乎完全同步的日变化规律．ＮＯ排放的季节变化也十分明显．秋季的平均ＮＯ排放通量约为冬季的６—１５倍，且施氮肥１１４ｋｇｈｍ－２纯氮的ＮＯ排放量要比对照处理高２—７倍，温度和施肥是影响华东秋。

稻田CH_4的传输

通过对稻田CH_4排放、土壤CH_4产生率以及植物体CH_4传输、气泡、液相扩散这三种排放路径的同时测量后发现:CH_4氧化作用在下午CH_4排放路径通畅时较小;阴雨天气造成CH_4排放率降低会增加CH_4在土壤中的氧化量。早稻CH_4传输效率在6月上、中旬较高,晚稻则在水稻生长初期的7月下旬最高,这主要是两季水稻的生长季节中气候因子的差异造成的。只有在较短的时间尺度内,当水稻植物体、气候因素维持相对恒定时,CH_4产生率和稻田甲烷排放才显出正相关性。 水稻植物体内有明显的CH_4浓度梯度。水稻的切割控制实验发现,通过植物体排放CH_4的比例随季节而变化,在进行单株植物体排放测量时发现了同样结果,早稻和晚稻CH_4通过水稻植物体的传输平均分别占CH_4总体排放的73.18％(43.07—97.88％〕及54.98％(11—99.95％);植物体对CH_4排放的作用在早稻大于晚稻;水稻植物体排放CH_4的能力的季节变化对早、晚稻类似,随着水稻的生长而不断增强,到水稻抽穗中期达到最大,以后则随水稻的成熟而变小;水稻植物体排放CH_4的能力与水稻植物体的高度存在极大的线性正相关。土壤中CH_4的浓度远远大于大气中的CH_4含量(10—10~4倍),根部区域土壤CH_4浓度小于水稻行间土壤中的;在垂直方向,CH_4浓度在14cm深的土壤中最大,与土壤浅层有?

稻田土壤中的CH_4产生

通过对意大利稻田及我国湖南地区稻田土壤中CH_4产生率的实地测量,甲烷产生主要发生在稻田土壤耕作层的还原层(2—20cm),但不同的农业操作对此有较大的影响;在意大利稻田中7—17cm土壤层是重要的甲烷产生区域,13cm处的CH_4产生率最大;由于我国湖南地区独特的有机肥铺施操作,土壤中甲烷的产生在土壤上部即耕作层氧化层以下(3—7cm)就达到最大值。土壤湿润度能影响土壤主要CH_4产生区域的深度,当土壤湿润度低于某个临界值后,主要的CH_4产生区域将向土壤深处移动,CH_4产生量也明显减少。种植水稻的稻田土壤中CH_4产生率要比不种水稻的大,同块稻田中CH_4产生率还有一定的空间变化。另外,水稻植物根部土壤比水稻行间土壤能产生较多的CH_4。在大多数情况下CH_4产生率在下午大于上午,但在一日间没有明显的日变化规律,因此CH_4排放路径的日变化可能是CH_4排放日变化的主要原因。在湖南地区不同施肥和水管理稻田的CH_4产生率差别十分显著。这种差别能完全在CH_4排放率的差异上体现出来。总有机酸含量差别在各不同施肥田中较小而在各不同水处理田中较大实验室培殖发现温度能够较大地影响土壤CH_4产生率,每上升10℃,甲烷产生率能增加3倍多。在整个水稻生长季节中。

农田甲烷和氧化亚氮排放自动采样观测系统

自动采样分析系统由静态采样箱、气相色谱仪、积分仪、微机、气路控制和电路控制等单元组成。主控微机通过与8749单片机通讯自动控制采样箱盖的开闭、十通阀和四通阀的换位和电磁阀的开关,完成对采样箱中气体的自动采集、输送和分析。利用软件设定适当的采样程序,采样箱中的气样可依次进入气相色谱仪,分析其中的CH_4和N_2O浓度。积分仪记录色谱数据并转存到微机中。观测系统还配有温度和辐射等传感器,用于同步测量空气、水、土壤的温度及日照强度。

稻田CH_4的排放规律

通过对我国长江中下游地区、西南地区及华中地区这三大主要水稻区稻田CH_4排放的多年测量,描述了稻田CH_4排放的一般规律及特征。稻田CH_4排放的日变化有三种型式,即下午最大值型式、夜间最大值型式以及下午、夜间双峰型式,导致这三种型式的主要原因是CH_4排放路径的日变化;不同品种水稻的不同生理特性、天气条件会通过改变CH_4排放路径的日变化来改变CH_4排放日变化的型式;随着水稻生长,CH_4排放日变化幅度也会随着变化。 早稻与晚稻稻田CH_4排放的季节变化型式不一致。早稻的CH_4排放一般出现三个排放峰值,其中第一个与第三个峰值是由土壤中CH_4的产生率增加引起的,第二个峰值则是由于CH_4排放路径的畅通引起的。四川地区单季稻CH_4排放的季节变化与早稻比较一致,但是没有第一个排放峰值的出现。引起早、晚稻不同季节变化的原因是水稻生长季节中气温的季节变化。灌溉水状态也能够较大程度的影响稻田CH_4的排放的季节变化。 含SO_4^(2-)的肥料能够降低CH_4的排放,但其作用的大小取决于土壤中有机物质(肥)的数量;施尿素、KCl也能够使CH_4排放降低,但它的降低效应没有有机肥使CH_4排放增大的正效应大,这说明有机肥对CH_4排放的影响很大,而在空气中堆腐过的沼渣肥使稻田CH_4的排放大大降低。不同的施肥使?

温度对稻田CH_4排放日变化及季节变化的影响

通过实验室及野外观测实验发现：气温变化是导致稻田ＣＨ４排放日变化的本质原因，实验室实验中发现土壤温度变化能够引起ＣＨ４排放率的明显变化，但是后者比前者滞后１０～１１小时；在调整相位差后，ＣＨ４排放率与土壤温度有很好的线性相关（Ｒ＞０．８０，Ｎ＝２４），ｄＦ／ｄＴｓｏｉｌ的平均值为６１．０±５９．０μｇＣＨ４·ｍ－２·ｈ－１·Ｋ－１。实际稻田中一日之间的ＣＨ４排放率与灌溉水温度、土壤浅层（＜２ｃｍ）温度以及空气温度相关性最大，ｄＦ／ｄｔｗａｔｅｒ为２００．０～４４５０．０μｇＣＨ４·ｍ－２·ｈ－１·Ｋ－１，但是与土壤深层（＞５ｃｍ）温度的相关性较差；一日之间气温的变化引起ＣＨ４三个传输路径的变化是导致ＣＨ４排放日变化的原因。稻田ＣＨ４排放日变化的温度效应的大小对于早稻相对稳定，而对晚稻则随时间呈明显的下降趋势，结合土壤ＣＮ４排放率的季节变化，这种现象是由于整个水稻生长季节中，气温以及水稻生长状态所导致的ＣＨ４传输效率的变化引起的。大气、稻田灌溉水、土壤类型以及水稻品种等都会影响ＣＨ４排放日变化的温度效应。由于早晚稻温度变化趋势的不同使早稻与晚稻ＣＨ４排放的季节变化形式有极大的差别；日平均温度与甲烷排放日平均值?

静态箱法气相色谱法自动检测农田N_2O排放

N_2O自动观测系统由微机控制电路和气路,使采样箱、气相色谱仪(GC)和积分仪自动工作,系统可连续采样分析,自动存储色谱数据,并可同时测定存储温度和辐射等气象数据。系统从放置于田间可自动开关箱盖的采样箱中,依次抽取空气样品,经除水、CO_2处理后送入气相色谱仪分析N_2O浓度,根据箱中浓度随时间的变化计算N_2O的排放通量。

痕量气体排放通量的手动测量与采样时间的设计

介绍了一种在生态网络台站上可以广泛使用的痕量气体排放通量测定的静态箱法，以稻田CH4排放为例，通过自动和手动的测量结果的误差比较，研究了如何设计手动观测的采样时间和频度，以便可靠地获得季节排放总量值。