吉林省农田温室气体N_(2)O减排潜力预测

N_(2)O是一种重要的温室气体,农田是其主要排放源之一。探究N_(2)O减排潜力不仅可为农田碳减排措施提供理论和技术支持,还可为我国“双碳”目标的实现提供科学依据。为减少吉林省的N_(2)O排放量,本文根据吉林大学功能农业基地(珲春)温室气体排放数据,利用脱氮-分解作用(DNDC)模型进行点位模拟、结果验证和敏感度分析。同时,对吉林省1991—2020年玉米种植条件下N_(2)O的排放情况进行区域模拟,得到农田N_(2)O排放的时空特征,并提出增产减排的优化措施。研究结果表明:DNDC模型对吉林省农田N_(2)O排放的模拟效果较好;各因素中对N_(2)O排放量的影响程度最大的为氮肥施用量,其次是有机肥施用量,土壤有机碳质量分数也会对N_(2)O排放量有一定影响,温度、降雨量和秸秆还田比例对N_(2)O排放量影响较小;玉米种植条件下西部N_(2)O排放量最多,中部居中,东部最少。为合理控制全省农田的N_(2)O排放量,不同区域应进行不同的田间管理,西部、中部、东部最佳施氮量分别为400、330、480 kg/hm^(2),最佳基追肥施用比例分别为7∶3、9∶1、9∶1;秸秆还田比例对于N_(2)O排放量影响较小;保证产量的同时,降低土壤有机碳质量分数可以减少农田N_(2)O排放量。

农田土壤N_2O排放和减排措施的研究进展

氧化亚氮(N2O)是一种受人类活动影响的重要温室气体。农业土壤是其主要的排放源之一,土壤中硝化和反硝化作用是N2O产生的主要过程。N2O的排放受多种因素的影响,农业活动尤其是施用化学氮肥是农田N2O排放量增加的主要因素。提高氮肥利用率,使用硝化抑制剂等措施将有助于减少N2O的排放量,更有效的减排措施还有待进一步的研究与应用。

接种氧化亚氮(N_(2)O)还原细菌YSQ030对复垦土壤N_(2)O排放和氮循环关键功能基因的影响

复垦土地是重要的后备土地资源,但通常土壤结构差、有机质和养分含量低;增施有机肥是快速提升地力的关键途径,但会造成温室气体如氧化亚氮(N_(2)O)的大量排放.接种具有N_(2)O还原功能的植物根际促生菌(PGPR)不仅能够减少温室气体排放,还能促进作物生长.本研究以一株具有N_(2)O还原功能的PGPR反硝化无色杆菌(Achromobacter denitrificans)YSQ030为供试菌株,明确接种YSQ030对施用有机肥的复垦土壤N_(2)O排放和氮循环关键功能基因的影响.通过设置施用有机无机复混肥和羊粪有机肥的土壤微宇宙试验,利用气相色谱仪分析接种YSQ030后土壤N_(2)O排放通量,进一步计算累积排放量;在试验结束后分析土壤pH、EC(电导率)、硝态氮和铵态氮含量,并利用实时荧光定量PRC分析土壤硝化功能基因(AOA amoA和AOB amoA)和反硝化功能基因(nirS、nirK、nosZⅠ和nosZⅡ)的丰度.结果显示,施用有机无机复混肥和羊粪有机肥的土壤中接种YSQ030明显减少复垦土壤N_(2)O排放,N_(2)O排放量最大减少分别达90.4%和30.6%.施用有机无机复混肥处理的N_(2)O排放量远高于施用羊粪有机肥处理,这可能是由于施用有机无机复混肥的土壤与施用羊粪有机肥的土壤相比,土壤中编码反硝化细菌N_(2)O还原酶基因nosZⅠ和非典型反硝化细菌N_(2)O还原酶基因nosZⅡ基因丰度较低.施用有机无机复混肥均显著降低土壤硝化和反硝化功能基因丰度,而施用羊粪有机肥对土壤硝化和反硝化功能基因丰度大多没有明显影响.本研究表明,接种YSQ030能够减少施用有机肥土壤的N_(2)O排放,将为复垦土壤地力提升和N_(2)O减排提供科学依据,也将为研发新型微生物肥料或生物有机肥提供核心菌种资源.

农田土壤N_2O排放的主要影响因素及减排措施研究进展

对农田土壤N2O排放的主要影响因素(包括土壤含水量、土壤pH值、土壤温度、土壤质地和肥料施用等)、已有农田土壤N2O排放减排措施及估算模型的研究进展进行了总结分析,并指出了今后研究的重点和方向:(a)探究农田土壤N2O排放的内在机制;(b)提高预测模型的精度;(c)提出科学合理的减排措施.

农田N_2O排放影响因素及减排措施

综述了影响农田N2O排放的主要因素,提出了符合中国特点的农田N2O减排策略,并展望了未来农田N2O排放的研究重点。

携带nosZⅡ基因的非反硝化菌缓解土壤N_(2)O排放的研究进展

氧化亚氮是主要的温室气体之一,农田土壤是重要的人为N_(2)O排放源,探索合理的农田N_(2)O减排措施是亟待解决的重大课题。反硝化过程中N_(2)O还原为N_(2)是目前已知的唯一的生物途径的N_(2)O汇,利用能够还原N_(2)O的微生物菌群是减缓农田土壤N_(2)O排放的潜在途径,对催化N_(2)O还原功能基因nosZ的研究表明N_(2)O还原菌存在两种基因型。本文主要综述了两种类型的N_(2)O还原菌具有不同的系统发育特征、生理学特性,以及N_(2)O还原的酶促动力学,相比较而言,具有nosZⅡ型的N_(2)O还原菌表现出更强的环境适应性,因此是有竞争力的土壤N_(2)O汇的潜在菌群。

黑土稻田CH_4与N_2O排放及减排措施研究

通过对黑土稻田CH4和N2 O排放的观测 ,发现水稻生长季CH4和N2 O排放量低于全国其它地区稻田 .CH4和N2 O排放之间存在互为消长关系 (r =- 0 .5 13,P <0 .0 5 ) .但在同样施肥水平条件下 ,间歇灌溉与长期淹灌相比 ,CH4排放明显减少而N2 O略有增加 ,其相对综合温室效应被大大减少且水稻产量未受影响 .为此 ,间歇灌溉可作为减少稻田温室气体排放的水分管理措施 .另外 ,通过对CH4和N2 O排放的相关微生物过程探讨 ,揭示产甲烷菌数与CH4排放间呈显著性正相关 (R2 =0 .82 ,P <0 .0 5 ) ,硝化菌数和反硝化菌数与N2

不同肥料的施用对稻田CH_4和N_2O排放的影响及其减排措施

稻田CH4和N2O的排放受水分、温度、施肥情况、有机质含量、pH值、氧化还原电位(Eh)等诸多环境环境因素的影响,而水分和肥料是稻田温室气体排放的2大驱动因子。综述了不同肥料施用对稻田CH4和N2O排放的影响,并提出了相应的温室气体减排措施。

旱地农田N2O、CO2排放主要影响因素及减排措施研究进展

旱地农田是大气中CO2和N2O的重要排放来源,农业生产活动对全球气候变化有着重要影响。本文综述了旱地农田土壤N2O和CO2排放机理、影响因素,并从合理施肥、合理灌溉和优化农作措施等方面提出减排措施,以期实现农业可持续发展。

中国稻田CH_4和N_2O排放及减排整合分析

【目的】对中国有关稻田CH4和N2O排放试验结果进行整合分析,估算不同管理措施的减排潜力,为稻田CH4和N2O减排提供参考依据。【方法】通过建立中国稻田CH4和N2O排放的数据库,研究稻田CH4和N2O的排放特征,分析作用显著的影响因素,比较不同措施的减排效果。【结果】中国稻田CH4排放存在明显的地域性分布规律,主要表现为西南地区稻田CH4排放远高于其它地区。水稻生长季节水分管理方式、非水稻生长季水分状态、化肥氮投入量和有机物料对稻田CH4排放具有重要影响(P<0.05)。与淹水灌溉(CF)相比,前期淹水-中期晒田-淹水(F-D-F)、前期淹水-中期晒田-淹水-湿润灌溉(F-D-F-M)和间歇灌溉或完全湿润(M)降低稻田CH4排放的幅度分别为45%、59%和83%。与休闲期淹水(F)相比,采取冬闲期排干(SD)、稻旱轮作(LD)或旱-旱-稻轮作模式(TD),能降低稻田CH4排放42%—56%。不同有机添加物产生CH4的能力的顺序为:作物秸秆+厩肥(S+FM)>绿肥(GM)>厩肥(FM)>作物秸秆(S)>堆肥或沼渣(CM)。化学氮肥的种类对CH4排放有一定的影响,但特征不明显,而随着氮肥用量(N)的增加,CH4排放逐渐降低。当0<N≤150kgN·hm-2,150<N<250kgN·hm-2和≥250kgN·hm-2时,CH4排放较不施任何肥料降低12%、29%和65%。中国稻田N2O排放的地域性分布特征不明显。水稻生长季节水分管理方式、非水稻生长季水分状态和总氮投入量是影响N2O排放的最重要的因素(P<0.05)。与CF相比,F-D-F、F-D-F-M和M能够提高稻田N2O排放12%、140%和478%,而且在F-D-F、F-D-F-M模式下的氮肥N2O排放因子分别为0.43%和0.68%。不同非水稻生长季水分状态模式下N2O排放平均值表明,SD、LD和TD比F增加40%—110%的排放。【结论】稻田CH4和N2O排放的消长关系表现在水分管理、非水稻生长季节的水分状态和氮素的投入量等方面。合理的减排措施应基于二者的综合考虑。通过优化稻田水肥管理措施可降低稻田CH4和N2O排放的温室效应。

稻田CH4和N2O排放消长关系及其减排措施

稻田CH4和N2O排放存在互为消长的关系,此种关系不受时间、空间及有无水稻植株的影响,考虑稻田CH4减排措施的同时必须兼顾该措施对N2O排放的促进作用。本文从水分管理、施肥管理、水稻品种、甲烷抑制剂及脲酶/硝化抑制剂、耕种方式及耕作制度等方面综述了近年来关于稻田CH4和N2O减排措施的研究,以期从农业实践中总结缓解稻田CH4和N2O排放引起的综合温室效应的生产措施。分析表明,稻田低施氮水平条件下进行中期烤田是减少CH4和N2O排放的有效措施,有机秸秆进行堆腐好氧分解后施入或在休闲期(如秋季或冬季)施入稻田表现出较好的应用前景,施用甲烷抑制剂、脲酶抑制剂及硝化抑制剂和缓释/控释肥料对降低稻田温室气体排放及提高作物产量意义重大。

茶园土壤N_(2)O排放的影响因素及减排措施

茶园土壤通过微生物作用释放大量氧化亚氮(N_(2)O),因此需迫切了解茶园土壤N_(2)O产生机制及影响因素,以期为茶园土壤N_(2)O减排提供理论依据。从氮源、有机质、pH、水分、温度、质地等角度对茶园土壤N_(2)O排放的影响进行综述,提出相应的N_(2)O减排措施。对以上影响因素阐述发现:反硝化作用对茶园土壤N_(2)O排放的贡献较大;氮肥施用、土壤理化性质、气象因子等是茶园土壤N_(2)O排放的关键因素。施用缓释氮肥、氮肥深施、采用氮肥推荐施用量、养分有机替代技术能降低茶园土壤N_(2)O排放。

农业管理措施对N_(2)O排放的影响

结合国内外文献资料 ,介绍了目前N2 O排放的研究现状 ,详细分析了种植方式、作物类型、肥料施用、水分管理、耕翻等农业管理措施对土壤N2 O排放的影响 ,并对今后的研究重点进行了讨论。

滴灌施肥对设施菜地N_2O排放的影响及减排贡献

以京郊典型设施菜地为研究对象,设置了农民习惯(FP)、水肥一体化(FPD)、优化水肥一体化(OPTD)和对照(CK)4个处理,采用静态箱-气相色谱法,分析了设施菜地N_2O排放特征及其影响因素,评估了滴灌施肥对水氮利用效率的影响和N_2O排放量的减排贡献。结果表明:N_2O排放在施肥和灌溉事件后呈现出一段短而急促的排放峰,基肥期排放峰持续10 d左右,追肥持续时间为3~5 d,水肥一体化技术能降低N_2O排放峰值和持续时间,N_2O排放通量变化范围为-2.67~22.56 mg N·m^(-2)·h^(-1);在保持作物产量的条件下,FPD、OPTD处理分别比FP处理减少N_2O排放29.41%、32.63%,FPD处理的氮肥偏生产力和灌溉水利用效率比漫灌FP处理分别增加14.62%和43.54%。可见,在相同施氮量的条件下,改常规漫灌方式为滴灌,能降低设施菜地N_2O排放29.4%,同时氮肥和灌溉水利用效率分别提高14.62%和43.54%,是未来设施菜地值得推荐的一种生产技术。

基于DNDC模型的设施菜地N_(2)O减排潜力评估

设施菜地因水肥投入高而导致大量N_(2)O排放已成为当前研究热点。N_(2)O作为主要温室气体之一,探寻N_(2)O减排潜力不仅可为设施菜地碳减排方案的制定提供一定参考,还可为实现我国“双碳”目标提供科学依据。本研究以京郊典型设施黄瓜-番茄系统为研究对象,通过田间试验与DNDC模型相结合的方法,基于田间观测数据对模型进行校验,然后以农民常规种植模式为基线情景,改变田间管理措施(灌溉方式、施氮量、有机肥替代化肥等)和调控土壤理化性质[土壤有机碳(SOC)、pH等]为替代情景,运用DNDC模型通过1250次模拟得到单一情景和多组合情景下N_(2)O排放量,并评估其减排潜力。结果表明,DNDC模型能够较好地模拟设施菜地土壤温湿度、蔬菜产量和N_(2)O排放量。基线情景下N_(2)O排放总量为12.18 kg(N)∙hm^(−2)。单因子情景分析表明,设施菜地N_(2)O减排潜力变幅为12.23%~17.58%。敏感性指数显示N_(2)O排放对土壤pH调控和化肥减施的响应比对其余单因子较为敏感,其中相比于基线情景,1.2倍土壤pH情景和减施30%化肥情景N_(2)O排放量分别降低15.60%和14.86%。多组合因子情景表明,与基线情景相比,同时采用滴灌、减少30%的化肥施氮量和减施30%有机肥组合情景,可降低31.69%的N_(2)O排放。而相同组合在低SOC及高pH的土壤情景中N_(2)O减排潜力可进一步降低,达到55.58%[6.77 kg(N)∙hm^(−2)]。可见,DNDC模型可较好地模拟田间环境,克服田间试验中有限的处理设置和较高的监测成本等局限性,从而为设施菜地N_(2)O排放定量评估和减排评价提供了一个较好的解决方案。DNDC对设施菜地N_(2)O排放的单因子情景和组合情景的模拟结果表明,结合土壤理化性质调控和水肥管理措施优化具有较大的N_(2)O减排潜力。

生物脱氮工艺过程中N_(2)O的释放机理及减排影响因素研究进展

污水生物脱氮工艺过程中除了N_(2)的产生,还会释放大量强温室气体N_(2)O,是大气中N_(2)O的主要人为排放源。减少污水生物脱氮工艺过程中N_(2)O的产生已经成为污水处理行业面临的新挑战,近年已迅速成为国内外的研究热点。综述了N_(2)O在传统以及新型污水生物脱氮工艺过程中的释放机理及释放途径,统计了国内外文献中不同类型生物脱氮工艺过程中N_(2)O的释放因子,经对比发现新型脱氮工艺如同步硝化/反硝化、短程硝化/反硝化和短程硝化/厌氧氨氧化工艺过程的N_(2)O释放因子均高于传统两段式硝化/反硝化工艺;结合N_(2)O释放机理讨论了不同生物脱氮工艺中N_(2)O减排的主要影响因素,并进一步展望了未来污水生物处理中N_(2)O减排研究方向。

四株植物根际促生菌对农田土壤N_(2)O排放的影响

农田土壤是温室气体氧化亚氮(N_(2)O)最重要的人为排放源之一.本文以四株植物根际促生菌:白色芽孢杆菌Bacillus albus Lv5A、枯草芽孢杆菌枯草亚种Bacillus subtilis sp.subtilis NRCB002、施氏假单胞菌Pseudomonas stutzeri NRCB010和暹罗芽孢杆菌Bacillus siamensis NRCB026为研究对象,采用温室盆栽试验、土壤微宇宙试验及田间原位试验等方法,探究接种植物根际促生菌对农田土壤N_(2)O排放的影响.结果表明,在温室盆栽条件下,接种四株植物根际促生菌的土壤N_(2)O累积排放量从高到低依次为NRCB002>Lv5A>NRCB026>NRCB010,与未接种的对照相比分别减少了2.3%、33.1%、34.2%和40.0%.选择NRCB010和NRCB026菌株进一步开展土壤微宇宙试验和田间原位试验.与未接种的对照相比,在土壤微宇宙条件下接种NRCB010和NRCB026的土壤N_(2)O累积排放量分别减少了21%和48%;在田间原位条件下,接种NRCB010和NRCB026的土壤N_(2)O累积排放量分别减少了44%和73%.总之,接种植物根际促生菌NRCB010和NRCB026能有效减少农田土壤N_(2)O的排放.研究结果将为减少农田土壤N_(2)O排放提供重要科学依据,也将为发展具有促生和减排效应的生物肥料提供实际指导.

SCST-102型N_(2)O炉内减排催化剂的开发与工业应用

N_(2)O是硝酸生产过程中氨氧化制备NO的副产物,目前主流的N_(2)O减排方案是在氧化炉内贵金属网下装入N_(2)O减排催化剂,以使N_(2)O分解为N2和O_(2)。自2014年开始,四川蜀泰化工科技有限公司历经小试及中试的试验评价、生产工艺优化,于2016年成功开发出SCST-102型N_(2)O炉内减排催化剂,并于同年在四川金象赛瑞化工股份有限公司150 kt/a双加压法稀硝酸装置上投入试运行。活性评价试验结果表明,SCST-102型N_(2)O炉内减排催化剂能很好地适应高温、高空速工况条件,且在850℃以上杂质气体对N_(2)O分解效率几乎无影响,适用于硝酸装置氧化炉内N_(2)O的减排。工业应用情况表明,SCST-102型N_(2)O炉内减排催化剂活性稳定、选择性高,N_(2)O减排效果明显,且其颗粒破碎强度高、耐热稳定性好,可有效保护铂网。此外,相较于进口产品,SCST-102型N_(2)O炉内减排催化剂在自身性能、供货价格、生产(供货)周期等方面都具有明显的优势。

农田N_2O排放研究进展

指出了N2O作为土壤硝化及反硝化作用的中间产物,其排放受到土壤理化性状、气候因素及农田措施等因素的影响,在概述农田土壤N2O排放机制及影响因素的同时,系统总结了国内外其观测所采用的方法,并提出了相应的减排对策,以期为控制农田土壤N2O排放、发展低碳农业提供参考依据。

水分管理与秸秆施用对稻田CH_4和N_2O排放的影响

2000年6～10月在南京近郊江宁区实施大田试验.主要研究了水稻生长季常规灌溉和连续淹水条件下有机质(小麦秸杆)不同施用量(0,2.25,4.5t/hm2)对稻田CH4和N2O排放的影响.结果表明,在连续淹水条件下,CH4排放量与秸杆施用量成正比,N2O排放与秸杆施用量成反比.烤田的N2O的排放量在施用2.25t/hm2秸杆与对照之间无明显差异,但施用4.5t/hm2秸杆处理其N2O的排放量仅为对照或施用2.25t/hm2秸杆处理下的13%左右.综合考虑水稻生长季CH4和N2O排放的全球增温潜势(GWP),在增加有机质的施用量(如按4.5t/hm2施用量秸杆还田)的情况下,烤田的GWP只占连续淹水处理的60%,是减少稻田CH4和N2O综合温室效应的一种有效措施.