有机无机肥料配施对春玉米农田N2O排放及净温室效应的影响

为了明确有机无机肥料配施条件下华北旱地春玉米农田N2O周年排放规律、影响因素及其净温室效应，采用静态箱-气相色谱法和生物地球化学模型（DNDC）相结合的方法，对单施化肥（NPK）、有机无机肥料配施（50％M＋50％U）、单施有机肥（M）、对照（CK）等处理的春玉米农田N2O排放情况进行了周年监测，并对DNDC模型进行验证，利用验证后的模型定量评价了不同施肥处理的净温室效应。结果表明：不同有机无机肥料配施处理N2O放通量具有明显的季节变化规律，通量变化范围是-17．56—157．25μg·m2·h-1，在非生长季观测到明显的N2O排放峰，最大排放通量为83．85μg·m2·h-1。NPK、50％M＋50％U、M、CK处理周年累计排放量分别为1．49、1．20、0．82、0．61kgN·hm-2·a-1，非生长季排放总量分别占全年总排放量的40．6％、59．2％、61．7％和60．7％，非生长季N2O排放不容忽视；在整个周年观测期内，当土壤水分含量介于19％-37％之间时，各处理下的N2O通量同土壤含水量呈极显著正相关关系。综合考虑整个农田生态系统碳收支平衡和温室气体排放，经过DNDC模型模拟表明有机无机肥料配施同单施化肥处理相比净温室效应减少33．5％，可以达到在保持产量的基础上“减排”和“固碳”的协同效果。上述研究结果为有机无机肥料合理使用以及旱地农田“稳产、减排、固碳”相协调施肥技术的筛选提供了科学依据。

有机肥和缓控肥替代部分化肥降低双季稻田综合净温室效应

【目的】秸秆还田是我国水稻生产中的常规土壤培肥措施,在此背景下,进一步研究有机肥和包膜尿素替代部分普通尿素,以及施用硅肥和微量元素对土壤固碳效应和温室气体排放的影响及机理,为实现稻田"固碳减排"提供依据。【方法】江西高安县的双季稻田间定位试验始于2013年。在秸秆全部还田、早稻施N165kg/hm^2和晚稻施N 195 kg/hm^2条件下,设置4个氮素处理:100%普通尿素氮(CK);用20%有机肥氮替代普通尿素氮(N1);在N1基础上增加Si、Zn和S肥(N2);在N2基础上用30%的包膜尿素氮替代普通尿素氮(N3)。于收获期测定作物产量和地上部生物量,2016年测定了早稻和晚稻生育期温室气体(CO2、N2O和CH4)排放量。【结果】与早稻季相比,晚稻季温室气体排放总量较高,其中晚稻季CH4排放量是早稻季的4倍(P<0.05),生态系统呼吸增加了7.5%~9.3%(P>0.05)。同一季节4个处理间生态系统呼吸没有显著差异;N2O排放量以CK最高,其中早稻季CK处理比N1、N2和N3处理分别增加31.7%、27.2%和43.7%,晚稻季分别增加20.0%、31.5%和40.6%(P<0.05);与CK处理相比,有机肥替代处理显著增加了CH4的排放量,其中早稻季N1、N2和N3处理分别增加了13.1%、13.9%和21.4%,晚稻季分别增加了19.4%、12.7%和13.7%(P<0.05)。利用地上部生物量估计当季/年尺度土壤固碳效应,晚稻季有机肥处理(N1、N2和N3)与CK相比增加显著(P<0.05);2016年早稻产量比晚稻提高30%,所以早稻季综合净温室效应是负值(碳汇),而晚稻季是正值(碳源),全年总计为碳源,这表明稻田产生温室效应。与CK处理相比,有机肥和包膜尿素配施处理(N3)显著降低了全年综合净温室效应。【结论】连续4年的田间试验结果表明,在秸秆还田基础上,用有机肥部分替代普通尿素可显著增加CH4排放,但又显著降低N2O排放且增加土壤固碳效应。综合考虑,有机肥投入会显著降低双季稻田综合净温室效应。使用包膜尿素替代部分普通尿素可有效降低施用有机肥产生的CH4排放,且通过提高产量进一步降低双季稻生产系统的综合净温室效应。而施用中、微量元素肥料对综合净温室效应没有显著正效应。由于晚稻的温室气体排放量高于早稻,因此,通过优化施肥技术提高早稻产量是降低双季稻年度温室气体排放的有效措施。

秸秆还田年限及还田量对稻田净温室效应的影响

本文研究了不同秸秆还田年限(2 a和13 a)和还田量(0、1.6、3.2和4.8 t/hm^(2))对稻田CH和NO排放、土壤固碳速率和净温室效应的影响。结果表明:稻田CH排放量在第2年和第13年均随秸秆还田量的增加呈线性增加,但第13年单位秸秆还田量对CH排放的平均促进效应比第2年降低3%;各处理NO排放量在第2年无显著差异,第13年显著促进NO排放55%~171%,且随秸秆还田量的增加呈线性增加;土壤固碳速率在第13年的变幅为0.40~0.50 t/(hm^(2)·a),各处理间无显著差异;净温室效应在第13年随秸秆还田量的增加呈线性增加,表现为源,这说明秸秆还田量对净温室效应的影响受还田年限调控,其增加的温室效应逐步完全抵消了土壤固碳的减排效益,加剧了全球气候变暖。因此,稻田在长期秸秆还田条件下是一个重要的碳源,亟待优化秸秆还田技术,进一步固碳减排,以实现农业可持续发展。

不同施氮量对设施甜椒温室气体排放及净温室效应的影响

本研究在华北地区进行温室甜椒(Capsicum)栽培肥料试验,通过测定不同施氮处理土壤N2O和CH4排放量、排放特征和土壤呼吸强度,估算化肥投入、灌溉能源消耗、机械燃油、农药施用等生产投入产生的CO2当量进而计算净温室效应,探讨了氮肥用量对当地温室蔬菜栽培温室气体排放、净温室效应的影响。田间试验设当地农民传统施肥量(C)、不施氮肥(CK)、推荐施氮量(T1)、推荐施氮量+硝化抑制剂(NP)(T1+NP)4个处理,土壤排放的温室气体用静态箱法采集、Agilent 6820型气相色谱仪测定,土壤呼吸用LI-8100土壤碳通量自动监测系统监测。结果表明,与传统施肥量处理相比,推荐施肥量处理,N2O排放量明显下降;而4个处理的土壤CO2累积排放量分别为3.36、3.19、3.25、3.07 thm^-2,处理间无明显差异,CH4累积排放量表现出随施氮量升高而下降的趋势;4个处理的净温室效应分别为5460.91、3439.28、4873.21、4622.85 kghm^-2,因此,可以认为N2O排放和土壤CO2当量随施氮量的增加而升高,减少氮肥投入使之保持在适当水平,可降低N2O、CH4等温室气体的排放;而在等氮肥投入量的条件添加硝化抑制剂也能,减少温室气体排放和减轻净温室效应。

地膜覆盖和施氮量对旱作春玉米农田净温室效应的影响

以旱作雨养条件下的春玉米为试验对象,在长武黄土高原农业生态试验站进行田间试验,研究了地膜覆盖和施氮量对农田净温室效应和温室气体排放强度的影响.结果表明:采用地膜覆盖与增加施氮量都会影响净温室效应与温室气体排放强度,地膜覆盖条件下(FM),不同施氮量的春玉米产量为1643~16699 kg·hm-2,净温室效应(CO_2当量,下同)为595~4376 kg·hm^(-2)·a^(-1),温室气体排放强度为213~358 kg·t^(-1);无覆膜条件下(UM),不同施氮量的春玉米产量为956~8821 kg·hm-2,净温室效应为342~4004 kg·hm^(-2)·a^(-1),温室气体排放强度为204~520 kg·t^(-1).研究表明,对于旱作春玉米农田系统,地膜覆盖可以有效降低温室气体排放强度,增加作物产量,地膜覆盖下施氮250 kg·hm-2可以实现高产与降低环境代价的双赢.

施用氮肥与生物炭对菜地净综合温室效应的影响

采用静态暗箱-气相色谱法,研究施用氮肥与生物炭对菜地周年净综合温室效应(net GWP)的影响。结果表明:施用氮肥可以显著增加菜地N2O累积排放量和净综合温室效应,增幅分别为31.2%~116.4%和38.9%~308.5%,对蔬菜产量和CH4累积排放量无显著影响,增加菜地温室气体强度(GHGI)52.1%~293.8%;施用生物炭能够显著减少菜地N2O的累积排放量和净综合温室效应,减幅分别为1.6%~24.4%和89.5%~701.1%,显著增加蔬菜总产量2.4%~34.5%,降低菜地温室气体强度。因此,在菜地施用生物炭既能保证蔬菜产量又能减少温室气体排放,是合适的增产减排措施。

有机肥和秸秆炭分别替代部分尿素和秸秆降低黑土温室效应的效果

【目的】农田条件下研究用有机肥替代部分尿素、用秸秆生物炭替代秸秆对黑土有机质提升和温室气体排放的影响,为秸秆有效还田和"固碳减排"提供理论依据。【方法】2013—2015年在东北典型春玉米区进行田间定位试验,所有处理采用相同方法施用同量磷钾化肥,磷肥为磷酸氢二铵(P_5O_2 60 kg/hm^2),钾肥为硫酸钾(K2O 75 kg/hm^2),在施用4 t/hm^2玉米秸秆前提下,设置:1)不施尿素氮(N0);2)尿素氮100%(N 165 kg/hm^2,N1);3)尿素氮60%+有机肥氮20%+缓释氮20%(N2)。另外,处理4)除了用2 t/hm^2玉米秸秆炭替代4 t/hm^2玉米秸秆外,其他与N2一致(N3)。各生育期测定生态系统温室气体(CO_2、N_2O和CH_4)排放量,收获期测定作物产量和地上部生物量。【结果】N1、N2、N3处理间玉米产量差异不显著。在等氮条件下,N1、N2、N3处理生态系统CO2排放分别为13170、10521、9994 kg/hm^2,N2和N3处理降低CO2排放的效果显著好于N1,N2和N3处理差异不显著(P<0.05),N1、N2、N3处理N2O累积排放分别为6.092、6.597、3.604 kg/hm^2,N3降低N2O累积排放的效果显著好于N1和N2处理;N1、N2、N3处理CH4累积排放分别为0.694、1.652、–2.107 kg/hm^2,N3处理降低CH4累积排放的效果显著好于N1和N2处理。农田系统净碳收支(NECB,除土壤固碳外,作物-土壤系统产生的碳收支,如作物光合、呼吸和产量移出等),N2处理为C 766.5 kg/hm^2,是碳汇,而N1和N3处理是碳源(C-621.3 kg/hm^2和-673.3 kg/hm^2)。当季作物尺度上用NECB估算的土壤固碳效应N1、N2和N3处理分别为C-142.9、176.3、1385.1 kg/hm^2,N3处理土壤固碳效应显著好于N2和N1处理。在化肥生产和运输以及农事操作等投入产生的间接碳排放量方面,化肥氮是农业投入的主要碳源,分别占N1、N2和N3处理农业投入的73%、71%和66%。综合考虑农事操作带来的碳排放,化学品投入带来的碳排放,以及农田系统温室气体排放和土壤固碳的收支,综合净温室效应N1、N2、N3处理分别为2535.2、1488.2、–3769.7 CO_2 eq.kg/hm^2,只有N3处理是碳汇。【结论】在供试黑土条件下,用有机肥替代部分化肥增加生态系统净碳收入;用秸秆生物炭替代秸秆显著增加土壤固碳效应、减少N_2O排放;从综合净温室效应看,有机肥与秸秆生物炭分别替代部分化肥与秸秆"固碳减排"效果最佳。

全球变暖对高寒冻土区温室气体通量影响研究进展

泛北极地区和青藏高原是陆地生态系统重要的有机碳、氮库。在气候变暖驱动下,高纬度或高海拔冻土融化加速,冻土活动层冻融格局改变,土壤有机质分解增加,成为全球重要的温室气体排放源,其对气候变化的“正反馈”效应受到越来越多关注。本文重点综述了近年泛北极和青藏高原冻土区土壤CO_(2),CH_(4)和N_(2)O三种主要温室气体通量对冻土退化及冻融作用的响应特征和影响机制,探讨了高寒地区生态系统净温室效应与气候变暖的相互关系,并简要提出了目前冻土区土壤碳排放和氮转化关键过程研究中需要加强的方面,旨在为继续深入开展气候变化背景下冻土碳氮循环研究提供参考。

花生壳生物炭对潮土和红壤理化性质和温室气体排放的影响

为探讨花生壳生物炭用于农田土壤改良的效果,采用盆栽试验,结合静态箱-气相色谱法研究了施用不同剂量(0、0.5%、1%、2%、4%)花生壳生物炭对红壤和潮土的理化性质及温室气体排放变化特征的影响。结果表明,施用生物炭对潮土温室气体排放的影响较大,且两种土壤表现出不同的排放特征。总体上,潮土N_2O累积排放量显著高于红壤,与单施氮肥处理相比,随生物炭添加量的增加,潮土N_2O累积排放量显著降低,降幅达6.5%~26.6%;红壤N_2O累积排放量则随生物炭添加量的增加呈上升趋势,与单施氮肥处理相比,红壤N_2O累积排放量增幅为14.7%~54.3%。与对照相比,施用生物炭显著增加潮土CO_2排放,其累积排放量增幅最大为25.9%;而对红壤CO_2累积排放量则没有显著影响。此外,在施用不同剂量生物炭处理下,两种土壤CH_4排放无规律性变化,CH_4排放累积量总体在0左右。与空白对照和单施氮肥处理相比,随生物炭添加量的增加,两种土壤的固碳量显著增加,潮土增加了57.1%~78.7%,红壤增加了11.2%~59.9%;同时随生物炭的施用,潮土温室气体排放强度显著提高68.0%~76.8%,而生物炭添加量对红壤的温室气体排放强度无显著影响。分析认为,对潮土施用生物炭通过改变土壤容重、有机碳、无机氮等养分含量,显著提高温室气体排放强度,抑制供试作物生长,增强其净综合温室效应;而对红壤添加生物炭则可促进作物生长,其温室气体排放强度无显著增加,提升土壤固碳量,具有较好的生态效应。

东北季节性冻融农田土壤CO_2、CH_4、N_2O通量特征研究

为了评估季节性冻融交替对土壤温室气体排放的影响,采用静态暗箱-气相色谱法,监测了东北松嫩平原两种典型农田生态系统(稻田和玉米田)非生长季土壤CO_2、CH_4和N_2O通量变化。研究表明:三种温室气体排放在土壤冻结期、覆雪期、融雪期和解冻期具有明显的季节动态特征。冻结期和融雪期对温室气体排放贡献最大,这两个时期内稻田和玉米田CO_2排放量分别占非生长季总累积排放量的74.9%和68.6%,稻田CH_4排放占非生长季总排放的95.7%,尽管玉米田土壤CH_4以吸收为主,但在融雪过程中存在明显释放峰,短暂的融雪期内N_2O呈集中爆发性释放,稻田和玉米田N_2O通量峰值分别是冻结前的40倍和99倍,排放量占到总累积排放量的73.9%和80.7%,覆雪期土壤CH_4和N_2O存在弱的吸收。另外,土壤温室气体排放存在土地利用方式间的差异,表现在稻田土壤比玉米田(非生长季)具有更高的温室气体排放潜力。稻田土壤CO_2、CH_4和N_2O累积排放量均高于玉米田,表现为净排放(源),而玉米田土壤CH_4通量表现为净吸收(汇);稻田土壤CO_2和CH_4平均排放速率显著高于玉米田;除覆雪期外,其他时期内三种温室气体平均通量在两类农田之间也存在显著差异。总之,在评价季节性冻土区温室气体排放时需要重视土壤冻结和融化过程,同时需要考虑不同土地利用方式间的差异。

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。

太湖地区两种典型水产养殖系统CH_4排放研究

水产养殖系统是大气CH4重要的人为源,位于中国东南部的太湖地区是水产养殖最活跃的地区之一,但CH4排放原位监测数据比较缺乏,对水产养殖系统温室气体排放进行原位观测,有助于降低当前湿地生态系统温室气体排放估算的不确定性,可为进一步准确估算全球温室气体排放清单提供数据支撑和依据。为了比较太湖地区两种典型水产养殖系统CH4排放规律,探明其影响因素,以混养鱼塘和蟹塘两种具有代表性的水产养殖系统为研究对象,于2016年3月—2017年3月采用漂浮箱(淹水期)和静态箱(排水期)结合气相色谱法监测其CH4排放通量。结果表明,水产养殖系统中CH4排放主要集中在淹水时期,其排放通量与沉积物温度(t)、沉积物溶解有机碳(DOC)和水体溶解氧浓度(DO)呈显著相关(P<0.05)。混养鱼塘和蟹塘CH_4累积排放量分别为64.4 kg·hm^(-2)和51.6 kg·hm^(-2),差异显著(P<0.05)。水生植物(伊乐藻Elodea nattalii)显著影响蟹塘CH_4排放,有水生植物覆盖区域CH4排放量较无水生植物覆盖区域高14%(P<0.05)。与混养鱼塘相比,蟹塘单位收入的甲烷排放所引起净温室效应(NEB-scale·GWP-CH_4)提高了80%,达到显著水平(P<0.05)。以上结果表明,在评估区域温室气体排放清单时应考虑水产养殖池塘的类型。