华北平原农田温室气体排放与减排综述

华北平原作为典型的冬小麦-夏玉米轮作高水肥精细管理农田,高水高肥管理下其碳排放量高于秸秆还田的固碳量,其生态系统正在以每年77 g(C)×m^(-2)·a^(-1)的速度损失碳。华北平原农田>400 kg(N)×hm^(-2)·a^(-1)的过高氮素投入是造成其碳排放增加的主要原因,其土壤N2O排放强度在氮肥施入量为136 kg(N)×hm^(-2)·a^(-1)时最低,且在施氮量为317 kg(N)×hm^(-2)·a^(-1)时可获得最高作物产量。华北平原土壤中温室气体的产生和消耗主要发生在0~90 cm土壤剖面内,>90 cm土层主要作为土壤包气带中的缓冲层而存在。当前降低华北平原农田温室气体排放除了合理施肥和灌溉,还需要改变固有的农作制度,实行减免耕等保护性措施,并将减排和固碳同步进行。对华北平原温室气体净排放研究,今后需在以下几个方面加强:1)在地-气之间加强冠层尺度温室气体的原位连续在线监测研究,并将稳定性同位素技术应用到此研究中以达到追踪其来源和比例构成的目的。2)在土壤包气带中,利用稳定性同位素技术探索土壤空气中温室气体的来源比例,探索剖面土壤温室气体产生和消耗对土壤-大气界面温室气体排放的响应机制。3)将模型研究应用于土壤-大气连续体温室气体排放研究。

华北平原农田生态系统碳过程与环境效应研究

本文总结了25年来针对华北平原小麦-玉米两熟系统,农田的碳循环对气候变化(温度升高)和管理措施(氮肥施入、秸秆还田和耕作方式等)响应机制的研究成果。自2001年起我们在中国科学院栾城农业生态系统试验站建立了3个长期定位碳循环试验:耕作试验、有机循环试验和增温试验,并完善了4种农田碳过程监测方法体系:隔离罐-碱液吸收CO_2法、静态箱-气相色谱法、涡度相关技术和浓度梯度法。量化了华北平原小麦-玉米两熟系统碳输入-输出的平衡,并对华北平原施氮农田土壤碳截留进行了再评价,指出秸秆还田下高水高肥的精细管理农田正在以77 g(C)·m^(-2)·a^(-1)的速度丢失碳;此外长期氮施入虽然显著增加0~100 cm土体的土壤有机碳含量,但同时会造成0~60 cm土体土壤无机碳含量显著降低。我们在对碳过程环境效应的研究中进一步指出:增温和施氮均会降低CH4汇强度,但对土壤呼吸无显著影响,这可能主要是由于试验增温诱发的土壤干旱抵消了土壤温度的部分影响和土壤呼吸对土壤温度升高的适应性造成的。我们对剖面土壤气体的研究表明施氮对剖面CH4和CO_2均无显著影响。进一步将静态箱法和浓度梯度法相结合的研究结果表明0~40cm土层是北方旱地无氮农田土壤CO_2产生和CH4吸收的主要发生层。

乌海市几种蒺藜科灌木与土壤养分空间格局关系

植被与土壤的空间格局关系可以为植被恢复和土壤管理提供重要信息,对乌海市周边地区的蒺藜科灌木与土壤养分分布格局关系进行研究,可为该地区生态恢复的植物选择和研究工作提供参考。在乌海市周边的黄河两侧找到9种以蒺藜科灌木为优势种的植被群,在5 m×5 m的样方中建立坐标系,记录每株灌木的具体坐标值,并以100 cm为间隔从坐标原点开始沿4个方向采集土样,测定土样中全氮全磷和有机质的质量分数,最后采用集成地统计学、点格局分析和空间比较的IGPS法进行统计分析。结果表明:1)土壤全氮与蒺藜科灌木均无关联;2)土壤全磷在四合木灌丛下形成小斑块,离黄河最近的白刺+霸王+锦鸡儿样方中的蒺藜科灌木均为每2.5株聚集1个全磷斑块;3)每1个土壤有机质斑块受乌海北部的1.5株四合木或南部的2株白刺的影响,乌海北部霸王灌丛下存在土壤有机质斑块。采用IGPS方法将乌海市周边地区蒺藜科灌木与土壤养分的空间格局关系量化,一定程度揭示了灌木的根冠范围;植被恢复中可以考虑采用四合木聚集全磷,采用四合木、霸王或白刺聚集有机质。

长期地上凋落物处理和氮添加对油松-辽东栎混交林表层土壤碳氮组分的影响

气候变化引起的土壤碳源和氮源输入变化对森林生态系统碳、氮动态有潜在的重要影响.了解不同团聚体和化学成分的碳、氮组分对碳源和氮源输入的响应,对进一步揭示和预测未来气候变化下土壤碳、氮的响应特征具有重要意义.为了探究土壤不同碳、氮组分及其计量比对土壤碳源和氮源输入变化的响应特征,本研究基于在温带油松-辽东栎混交林样地建立的长期(8年)地上凋落物处理和氮添加实验,测定和分析了土壤不同团聚体碳、氮组分、可溶性碳、氮组分和微生物生物量碳、氮等指标.结果表明:长期叶凋落物加倍和混合凋落物加倍(含枝、叶和球果)均显著增加了土壤总有机碳、全氮、可溶性碳、活性碳及大团聚体(250~2000μm)和微团聚体(53~250μm)碳、氮组分的含量;氮添加显著增加了土壤总有机碳、全氮、可溶性氮及活性碳组分的相对和绝对含量;但土壤黏粉粒(2~53μm和<2μm)碳、氮组分、微生物生物量碳、氮及各碳、氮组分比值在不同处理之间均无显著性差异;地上叶凋落物加倍和混合凋落物加倍处理显著增强了土壤团聚体的稳定性并降低了土壤可溶性有机质的芳香性.这些结果表明,高质量和数量凋落物的输入及氮添加量的增加显著促进了土壤不同碳、氮组分的含量,但并没有显著改变各碳、氮组分的比值.

陇东旱塬苜蓿草地N2O排放特征及其对施氮的响应

采用LGR-N2O/CO气体分析仪研究陇东旱塬苜蓿草地N2O排放特征、影响因素及其对施氮的响应.试验设N0 kg hm^（-2）（N0）和150 kg hm^（-2）（N150）两个施氮处理.结果表明,监测期N0和N150处理的N2O排放通量平均分别为-0.0036和0.0118 mg m^（-2） h^（-1）,N150处理较N0处理明显增加.N2O排放通量具有明显的日变化特征,表现为先降低后增加的趋势.回归分析表明,N2O排放通量与表层10 cm土壤含水量表现为显著的正相关关系,降雨天N2O排放通量较非降雨天值升高131.3%.同时,N2O排放通量随着表层10 cm土壤温度的升高表现为减低的趋势.日排放特征表明,以9：00-11：00时测定的N2O通量值为基础推算日尺度或更长时间尺度的N2O排放通量时可能存在明显低估的现象.综上所述,陇东苜蓿草地N2O排放受降水和施氮的深刻影响,且具有明显的日动态特征,建议通过仪器连续动态测定加强N2O排放通量数据的准确性和代表性.