氮肥调控对紫云英-水稻轮作系统结瘤固氮特征及生产力的影响

[目的]研究不同水平氮肥管理对绿肥季共生固氮、固氮酶活性及后茬单季稻养分吸收和产量的综合影响。[方法]本试验以长期紫云英-水稻轮作系统为研究对象,设置4个处理:水稻-冬闲-NO (RF-N0)、水稻-紫云英-NO (RM-N0)、水稻-紫云英-N1 (RM-N1)、水稻-紫云英-N2 (RM-N2),NO、N1、N2分别代表绿肥季施用NO、50、100 kg/hm^(2),水稻季则统一施入N200 kg/hm^(2)。进行两个轮作周期的田间试验,测定紫云英季植株氮吸收量、根瘤量、根瘤固氮酶活性及水稻季植株氮吸收、籽粒产量和品质。[结果]在绿肥季,RM-N0处理紫云英两年平均共生固氮量达N 78.3 kg/hm^(2),共生固氮率高达91.1%。与RM-N0处理相比,RM-N1和RMN2处理两年平均固氮量分别减少6.5%和50.8%,共生固氮率分别降低22.1%和72.1%。配施氮肥改善了根瘤固氮酶活性,但配施高量氮肥显著降低了紫云英根瘤重量。RM-N0处理紫云英氮吸收量为N 86.0 kg/hm^(2),与之相比,RM-N1和RM-N2处理紫云英两年平均氮吸收量分别提高25.5%和62.7%。与RF-N0处理相比,RM的3个处理水稻产量2021年提高了6.1%~10.8%,2022年提高了6.7%~10.9%。与RF-N0相比,RM-N1和RMN2处理水稻籽粒蛋白质含量分别显著提高了11.5%和21.5%,籽粒直链淀粉含量和食味值则无显著变化。与RF相比,RM的3个处理均显著抑制杂草生长,改善土壤全氮含量。紫云英根际土壤RM-N0处理AOA基因拷贝数最大,RM-N2处理AOB基因拷贝数最大,RM-N1处理nifH基因拷贝数最大。[结论]种植并翻压紫云英可显著抑制杂草生长,增加水稻产量,改善水稻品质。紫云英施用氮肥可提高其氮吸收量,改善固氮酶活性;低氮肥用量还可显著提高根瘤生物量,显著增加土壤中nifH基因拷贝数。因此,在水稻-紫云英轮作系统,紫云英季施用N 50 kg/hm^(2)可显著提升绿肥对水稻的增产提质效果,提高土壤生产力。

豆科绿肥和化肥氮对双季稻稻田氧化亚氮排放贡献的研究

研究了大田条件下施用绿肥与化肥N后 ,双季稻区稻田土壤氧化亚氮 (N2 O)的排放。结果表明 ,在早稻生长季节既施绿肥又施化肥的处理 (VN)N2 O N的排放量高达 2 75kghm- 2 ,显著高于只施绿肥不施化肥 (V0 )、只施化肥不施绿肥 (FN)或既不施绿肥也不施化肥 (F0 )的处理 (后三者在早稻生长季节N2 O N的排放量分别为 0 2 9kghm- 2 、0 3 5kghm- 2 和 0 1 8kghm- 2 ) ,也显著高于在晚稻生长季节各处理N2 O N的排放量 (VN、V0、FN和F0处理分别为 0 3 4、0 2 6、0 2 8和 0 2 3kghm- 2 )。绿肥不仅影响稻田土壤N2 O的排放量 ,还影响其排放模式。VN处理N2 O的排放主要集中早稻生长季节的中期烤田之后 ,其它处理则在整个水稻生长季节均有排放。在早稻生长季节绿肥与化肥N间还存在极显著的交互效应。

太湖地区湖水与河水中溶解N_2O及其排放

水体是N2 O排放的重要来源 .2 0 0 0 0 9～ 2 0 0 1 0 9,每月 2次采样 (重复 3次 )连续监测太湖地区太湖和大运河水体N2 O排放通量和水中溶解的N2 O浓度 ,还同时监测不同深度水样中的N2 O浓度 .结果表明 ,太湖N2 O N的年均排放通量为 3 5 3 μg/(m2 ·h) ,而大运河已高达 1 2 2 5 μg/(m2 ·h) .太湖湖水中溶解N2 O N浓度为 0 3 6μg/L ,大运河河水中浓度高达 1 1 3 1 μg/L ,浅水型水体是N2 O排放的源 .结果还表明 ,不同深度水中N2 O浓度差异不明显 ,而时间差异显著 .水面N2 O的排放通量和水中溶解的N2 O浓度呈显著正相关关系 ,二者又都与水温呈显著正相关 .

种植夏季豆科作物对旱地氧化亚氮排放贡献的研究

就大田条件下种植夏季豆科作物对农田土壤氧化亚氮 (N2 O)排放影响的研究表明 ,以N2 O N的平均排放通量表示 ,花生处理为 2 5 .9μg·m-2 ·h-1,显著高于大豆处理的 2 1.2 μg·m-2 ·h-1,以非豆科作物旱稻处理最低 ,只有 18.4μg·m-2 ·h-1;以N2 O N的季节排放量表示 ,大豆处理显著高于花生 ,二者又都极显著高于旱稻 ,分别为0 .77、0 .70和 0 .5 5kg/ha。结果还表明 ,以N2 O的排放量占施用氮肥的百分比表示 ,大豆、花生和旱稻分别为0 .6 5 %、0 .33%和 0 .13%。豆科作物N2 O的排放量显著高于非豆科作物 ,豆科作物是农田N2 O排放的重要来源之一。

茉莉酸甲酯和水杨酸促进大蒜试管鳞茎的形成

将不同浓度的茉莉酸甲酯(MeJA) 或水杨酸(SA) 添加于B5 培养基中, 研究其对离体条件下大蒜鳞茎的诱导及膨大作用。结果表明: MeJA 诱导鳞茎形成和促进鳞茎膨大的最佳浓度均为2×10- 6 mol/L, 诱导率高达97% , 鳞茎鲜重可达100 mg。SA诱导鳞茎形成的最佳浓度为5 ×10- 5 mol/L, 诱导率可达94 % ; 促进鳞茎膨大的最佳浓度为5 ×10 - 4 mol/L, 鳞茎鲜重可达165 mg。表明MeJA 和SA在大蒜鳞茎形成中具有重要的调控作用。

太湖地区湖、河和井水中氮污染状况的研究

连续监测了 2 0 0 0年 9月至 2 0 0 1年 9月太湖、大运河和井水中的N污染状况。结果表明 ,太湖水体中无机氮年均浓度达 1.14mg·L-1,已超过水体富营养化的浓度下限 ;大运河和井水分别达 7.16mg·L-1和 15 .84mg·L-1;井水中NO-3 -N浓度高达 15 .4 7mg·L-1,超过WHO所规定的生活饮用水NO-3 -N浓度上限的 5 0 %。试验结果还表明 ,河水中氮污染源以NH+ 4 -N为主 ,浓度高达 5 .6 3mg·L-1,占无机氮(NO-2 -N含量很低 ,忽略不计 )的 79% ;而井水中无机氮以NO-3 -N为主 ,占 98%。湖、河及井水中不同深度水样的分析结果表明 ,NO-3 -N和NH+ 4 -N浓度差异不显著 ,但其随时间变化差异明显。

冬季耕作制度对农田氧化亚氮排放的贡献

研究了红壤丘陵地区大田条件下旱地种植冬季豆科作物、油料作物、休闲 ,以及水稻田冬季休闲、种植紫云英绿肥后 ,土壤氧化亚氮 (N2 O)的排放。结果表明 ,水稻田冬季种植紫云英 ,N2 O平均排放通量 (以N计 ,以下同 )为11 1μg·m-2 ·h-1,比休闲田 (18 3μg·m-2 ·h-1)降低 39% ;旱地种植豌豆 ,N2 O平均排放通量只有 6 9μg·m-2 ·h-1,显著低于休闲田 (9 6 μg·m-2 ·h-1) ,也显著低于油菜田 (12 2 μg·m-2 ·h-1)。各作物施肥后土壤N2 O的排放量均增加 ,豌豆田N2 O平均排放通量为 10 0 μg·m-2 ·h-1,仍显著低于油菜田 (14 7μg·m-2 ·h-1)。因此 ,冬季种植豆科作物可显著降低稻田以及旱地农田N2

轮作制度对水稻生长季节稻田氧化亚氮排放的影响

通过盆栽试验(3次重复),研究了3种主要轮作制度对稻田水稻生长季节N2O排放的影响.结果表明,在水稻-小麦轮作中,水稻生长季节稻田N2O-N的排放量为4.2 kg·hm-2,显著大于双季稻-小麦轮作中早稻的排放量2.2 kg·hm-2;但两者的季节平均排放通量无明显差异,分别为117和118μg·m-2·h-1.同时,两者都显著大于双季稻-小麦中的晚稻和持续淹水体系中的水稻生长季节稻田N2O的平均排放通量,分别为67.0和42.1 μg·m·h-1.在前作为旱作小麦的2种水稻生长季节中,大于91％的稻田N2O排放量都集中在水稻生长前半期;在前作为水稻的晚稻生长季节中,稻田N2O排放量的91％集中在中期烤田及收获前水分落干阶段.轮作制度和前作水分状况极大地影响稻田N2O的排放.

大蒜花序轴离体培养的研究

以大蒜花序轴为外植体 ,研究了不同品种、不同生长阶段花序轴离体培养的差异和不同pH值、激素组成对花序轴培养的影响以及继代培养的培养基种类、激素组成及糖源条件。结果表明 ,取未熟花茎的花序轴为外植体 ,其繁殖系数可高达 76 ;花序轴培养适宜条件为B5+BA 2 0mg/L ,NAA 0 1mg/L ,pH 6 5 ;花序轴培养效率存在品种间差异 ;继代培养条件为MB +BA 2 0mg/L ,NAA 0 1mg/L ,GA30 0 5mg/L ,蔗糖 2 0g/L ,pH 6

气候变化对农田生态系统碳氮过程的影响及其对生产的启示

从农田生态系统过程角度综合分析了气候变化（[CO2]增加、温度升高）对土壤碳库、氮供给生物化学过程的综合影响和长期效应。总结指出，[CO2]增加、温度升高对农田生态系统过程的影响具有明显的时间效应，短时间尺度上加快农田土壤养分周转，改变碳氮组分，长时间尺度上导致土壤养分有效性降低；[CO2]增加、温度升高和养分管理对农田生态系统过程的影响具有显著的交互作用，土壤养分有效性制约着气候变化对农田生态系统生产力和碳汇功能的影响。因此，气候变化（[CO2]增加、温度升高）情景下对农业生产管理包括施肥运筹及秸秆还田策略等的启示在于：根据气候变化背景下土壤养分的周转规律有效管理农田土壤养分、保持农田土壤肥力，从而保障农业高产的可持续性以及农田碳汇的生态服务功能。

太湖地区井水中溶解N_2O及其排放的研究

水体是氧化亚氮(N_2O)排放的重要来源,连续监测太湖地区井水水面N_2O排放通量和井水中溶解N_2O浓度以及不同深度水样N_2O浓度结果表明,井水N_2O-N年均排放通量为90.85μg/m^2·h,井水中溶解N:O-N浓度年均高达13.09μg/kg,不同层次水样N_2O浓度差异明显,且时间差异显著,暖季井水有作为N_2O汇的趋势,但仍以N_2O源为主导作用。水体N_2O排放通量与井水中溶解N_2O浓度呈显著正相关,且N_2O-N浓度与NO_3^--N浓度和水温呈显著正相关,井水中的反硝化作用强烈,井水是N_2O的重要来源。

氮肥高效施用在低碳农业中的关键作用

低碳农业是我国集约化农业发展的必然趋势。深入理解氮肥高效施用是实现低碳农业的关键,可以更加明确如何集成优化农业管理措施增加产量、减少农田生态系统碳排放、提高土壤固碳效应,综合实现固碳、减排、增产的低碳农业发展目标。本文概述了低碳农业评价指标的三个阶段性研究特点,从田间温室气体排放的综合温室效应拓展为涵盖固碳效应的净温室效应,再拓展为涵盖生命周期评价碳排放的综合净温室效应以及兼顾作物产量的温室气体强度。提出了如何利用当季作物试验来估算农田生态系统净碳收支、结合生命周期评价当季作物综合净温室效应和单位产品温室气体强度的方法。按照现阶段低碳农业的评价指标,以我国稻–麦轮作生态系统集约化生产的低碳农业模式为案例,解析氮肥施用在低碳农业各组成包括作物产量、固碳效应、CH_4和N_2O排放、农业措施碳排放中的重要作用,明确氮肥高效施用在农田生态系统综合净温室效应和温室气体强度中的关键作用,从而实现低碳农业可持续发展。

人为活动N对太湖地区水体中溶解N_2O的影响

从2000年9月到2001年9月,每月两次采样连续监测太湖地区湖、河和井水水体中溶解的N2O浓度、NO-3-N和NH4+-N浓度及水温的变化,研究了湖、河、井水体NO-3-N和NH4+-N浓度对水中溶解N2O浓度的影响。结果表明,湖、河和井水中溶解的N2O浓度与NO-3-N浓度呈显著正相关关系,也与水温呈正相关,而与NH4+-N浓度无显著相关关系。结果还表明,浅水型水体高浓度NO-3-N和NH4+-N的存在均是N2O产生的源;水体反硝化作用和硝化-反硝化均是水中产生N2O的重要途径。

不同种植制度对稻田旱作季节CH_4和N_2O排放的影响

通过大田试验研究了稻田旱作季节几种典型种植制度对CH4和N2O排放的影响,包括休闲(fallow)、油菜对照(OR-ck)、小麦对照(W-ck)、油菜施N(OR-N)和小麦施N(W-N)5个处理。试验结果表明,稻田旱作季节N2O排放明显,CH4排放量较低,甚至表现为弱的CH4汇。稻田旱作季节N2O排放除受到N肥和种植制度影响外,还受土壤含水量影响,施N处理显著促进了N2O排放,降雨后N2O排放明显。小麦和油菜施N处理N2O平均排放通量分别为18.51和13.47μg.m-2.h-1,季节累积排放量分别为87.31和59.48 mg.m-2,均显著高于对照和休闲处理。不同作物种类间N2O平均排放通量无显著差异,N2O季节累积排放量则表现为小麦显著高于油菜。各处理综合温室效应(100 a)依次为:OR-N>W-N>W-ck>fallow>OR-ck。各施N处理综合温室效应以N2O为主,但各无N处理则以CH4为主,也不容忽视。

长江三角洲氮收支的估算及其环境影响

根据2002年基本统计数据和相关参数,对长江三角洲经济区氮的收支及人为扰乱了的氮循环对环境的影响进行了估算与分析.结果表明,2002年长江三角洲经济区输入的氮量达2.94Tg.a-1(1Tg=1012g),单位国土面积接收的氮量(291kg.hm-.2a-1)4.5倍于全国平均水平,陆地氮通量(224kg.hm-.2a-1)不仅高于全国和长江流域,也远远高于北大西洋沿岸的欧美国家.大部分输入氮源与农业有关.2002年该经济区支出氮量1.66～1.95Tg.a-1,盈余氮0.99～1.28Tg.a-1.可以预测,长江三角洲经济区将面临氮过量引发的严重环境问题.

氮肥与生物炭施用对稻麦轮作系统甲烷和氧化亚氮排放的影响

【目的】以我国稻麦轮作系统为对象,研究氮肥和小麦秸秆生物炭联合施用对CH4和N2O排放规律的影响;结合小麦和水稻总产量进而评估对该生态系统综合温室效应(GWP)和温室气体强度(GHGI)的影响,为生物炭在减缓全球气候变化及农业生产中的推广应用提供科学依据。【方法】生物炭通过小麦秸秆在300 500℃条件下炭化获得。田间试验于2012年11月至2013年10月进行,为稻麦轮作体系。采用静态暗箱—气相色谱法观测CH4和N2O排放通量;试验共设置不施氮肥不施生物炭(N0B0)、不施氮肥施20 t/hm2生物炭(N0B1)、施氮肥不施生物炭(N1B0)、氮肥与20 t/hm2生物炭配施(N1B1)、氮肥与40 t/hm2生物炭配施(N1B2)等5个处理,各处理3次重复。【结果】单施氮肥(N1B0)与不施氮肥(N0B0)处理相比,增加了稻麦轮作产量82.8%,增加了CH4排放0.6倍,增加了N2O排放5.5倍。单施生物炭(N0B1)与不施生物炭(N0B0)处理相比,显著增产25.4%,却不能减少CH4和N2O的排放。在施氮的同时,配施20 t/hm2生物炭与单施氮肥处理相比,显著增加稻麦轮作产量21.6%,小麦和水稻总产量也比配施40 t/hm2生物炭处理高;配施40 t/hm2生物炭与单施氮肥处理相比,显著降低稻麦轮作系统CH4排放11.3%和N2O排放20.9%,CH4和N2O排放量也比配施20 t/hm2生物炭的排放量低。随着生物炭配施量的增加,CH4和N2O减排效果更明显。单施生物炭并不能有效地减少GWP,但却可以显著增加作物产量,从而减小GHGI。对N0B0、N0B1、N1B0、N1B1四个处理进行双因素方差分析发现,氮肥和生物炭在CH4和N2O排放、作物产量、GWP和GHGI方面都不存在明显的交互作用。各处理在100 a时间尺度上总GWP由大到小的顺序为N1B0>N1B1>N1B2>N0B0>N0B1,GHGI值由大到小的顺序则为N1B0>N1B1>N0B0>N1B2>N0B1。单施生物炭与配施生物炭都能降低稻麦轮作系统的GWP和GHGI,配施40 t/hm2生物炭处理降低效果更好。【结论】稻田麦季施用不同水平生物炭都能在保产或增产的同时,降低稻麦轮作系统CH4和N2O的排放及GWP和GHGI。在当前稻麦轮作系统中,与20 t/hm2的生物炭施用量相比,40 t/hm2的生物炭施用量显著降低GWP,但增产效果不明显,因此二者GHGI相当,需要根据温室效应与作物产量权衡选择生物炭实际施用量。

长江三角洲地区雨水中NH_4^+-N/NO_3^--N和δ^(15)NH_4^+值的变化

2003年6月至2005年7月,利用自行设计的雨水收集器对位于长江三角洲地区的常熟、南京和杭州3个观测点进行了全年性雨水观测,分析了雨水中NH4+-N/NO3--N和铵态氮自然丰度(δ15NH4+)值的变化.结果表明:研究区3个观测点雨水中NH4+-N/NO3--N和δ15NH4+值均呈相似的季节性变化规律,两者的规律性变化在以田间农事耕作为主的常熟观测点尤其明显,而位于市区的南京观测点和位于城乡结合部的杭州观测点的规律性次之;雨水中NH4+-N/NO3--N的峰值出现在6月下旬到8月上旬,然后逐渐下降,冬季降到最低;雨水中δ15NH4+值在6月下旬到8月中旬为负值,在8月下旬到11月中下旬为正值,12月至翌年3月又变为负值,5至6月中旬又转变为正值.雨水中NH4+-N/NO3--N和δ15NH4+值的季节变化与不同作物生育期间氮肥的施用、当地气候的季节性变化以及其他NH3释放源的NH3挥发有关(人和动物排泄物、氮污染水体及有机氮源中的氨挥发),其对大气湿沉降中NH4+的来源、形态组成及陆地不同NH3排放源的强度具有明显的指示意义.

不同时期施用生物炭对稻田N2O和CH4排放的影响

通过分别在水稻季(R)和小麦季(W)设置对照(RB0-N0、WB0-N0)、单施氮肥(RB0-N1、WB0-N1)、20 t hm-2生物炭与氮配施(RB1-N1、WB1-N1)、40 t hm-2生物炭与氮配施(RB2-N1、WB2-N1)等8个处理,研究稻麦轮作周年系统N2O和CH4排放规律及其引起的综合温室效应(Global warming potential,GWP)和温室气体强度(Greenhouse gas intensity,GHGI)特征。结果表明:稻季配施20 t hm-2生物炭对N2O和CH4的排放、作物产量及GWP和GHGI均都无明显影响;稻季配施40 t hm-2生物炭能显著降低8.6%的CH4的排放和9.3%的GWP,显著增加作物产量17.2%。麦季配施20 t hm-2生物炭虽然对温室气体及GWP影响不明显,但显著增加21.6%的作物产量,从而显著降低21.7%的GHGI;麦季配施40 t hm-2生物炭能显著降低20.9%和11.3%的N2O和CH4排放,显著降低15.7%和23.5%的GWP和GHGI。因此麦季配施生物炭对减少N2O和CH4的排放、增加稻麦轮作产量及降低GWP和GHGI的效果较稻季配施生物炭效果更好。

富营养化河水灌溉对稻田土壤氮磷养分贡献的影响——以太湖地区黄泥土为例

以太湖地区主要稻田土壤类型黄泥土为对象,利用当地富营养化河水对回填土柱和植稻原状土渗漏池进行模拟稻田灌溉试验,系统研究了灌溉水对稻田土壤氮磷营养的贡献。在回填土柱灌溉试验中,在试验初期,不同形态的氮素均有较高的淋失量,以后逐渐降低,表明初期淋失的氮素主要来自土壤,而不是灌溉河水。在整个水稻生长季,均观测到有可溶性有机氮淋失,表明富营养化河水灌溉条件下可溶性有机氮是稻田土壤主要的氮素淋失形态。在本试验中,磷素的淋失动态与氮素的淋失动态截然相反,淹水后很长一段时间内均没有土壤磷素淋失,但在淹水灌溉后期有大量的土壤磷素淋失损失,这可能是淹水后期土壤对磷的吸持已达到饱和状态,不能继续固持土壤中多余的磷所致。与回填土柱模拟灌溉淋洗试验相比,在当前供肥条件下,原状土渗漏池试验氮磷淋失量远低于回填土柱试验,而灌溉水对土壤氮磷养分的贡献远高于回填土柱。通过富营养化河水灌溉带入当季稻田的N量达到每公顷56.3 kg,其中有55.8 kg N可被土壤吸持和作物吸收,表明太湖地区稻田土壤对氮磷养分来说是一个环境友好的生态系统。在利用当地富营养化河水进行稻田土壤灌溉时可适量减少肥料施用量、优化氮磷肥料管理。

1949—2006年间中国粮食生产的气候变化影响风险评价

收集整合了中国各省区1949—2006年粮食产量资料,采用减产率指标、减产率浮动性指标、高风险概率指标3个评价指标以及综合性指标进行了气象产量的气候变化减产风险评价,同时采用变异系数对我国各省产量波动状况进行了分析。结果表明:东北、华北、西北大部分省份面临严重的气象产量减产风险,且产量稳定性低。华东、华南、西南也存在不同程度的减产风险。由于中国农业的重心正在向北方转移,这些影响将严重影响未来中国粮食生产的稳定。