常年淹水稻田甲烷产生潜力和产生途径的季节变化

甲烷的减排问题已成为各国政府和科研人员关注的焦点。稻田是温室气体甲烷的重要排放源,甲烷产生是排放的前提条件,主要有乙酸发酵和CO_(2)/H_(2)还原两条途径。常年淹水稻田甲烷排放量高,减排潜力大,但关于这类稻田甲烷产生途径的季节变化规律尚少见报道。于四川省资阳市的常年淹水稻田,采集水稻4个重要生育期(分蘖期、孕穗期、抽穗期、成熟期)的新鲜土样,通过室内厌氧培养试验观测了甲烷产生潜力,并采用稳定性碳同位素方法和氟甲烷(CH_(3)F,2%)抑制法,量化CO_(2)/H_(2)产甲烷的碳同位素分馏系数(α(CO_(2)/CH_(4))),从而定量评估乙酸产甲烷途径的相对贡献率(ƒ_(乙酸))。结果表明:添加CH_(3)F显著降低甲烷产生,甲烷产生潜力在成熟期最大,变化范围为3.22~12.71μg·g^(-1)·d^(-1);产生CH_(4)的δ^(13)C值(δ^(13)CH_(4))为-66.83‰~-59.62‰,较添加CH_(3)F的δ^(13)CH_(4)显著偏正(-90.83‰~-82.26‰);α_(CO_(2)/CH_(4))在分蘖期最大,孕穗期最小,变化范围为1.064~1.076;ƒ_(乙酸)由分蘖期的54%~61%急剧下降至孕穗期的30%~35%,在成熟期又上升至54%~61%。进一步分析发现:甲烷产生潜力的季节变化与土壤溶解性有机碳(DOC)含量的季节变化显著正相关,ƒ_(乙酸)的季节变化与土壤乙酸含量的季节变化显著正相关。综上,常年淹水稻田的甲烷产生潜力和产生途径均存在明显的季节变化,且分别主要受土壤DOC和乙酸含量的影响。

控释氮肥在淹水稻田土壤上的去向及利用率

通过土壤渗漏装置、微区和田间小区试验,研究了15N标记控释氮肥在淹水稻田土壤上氮素的去向和利用率。结果表明,施用控释氮肥能明显地降低氨挥发、淋失和硝化—反硝化的损失。控释氮肥处理的氨挥发量比尿素降低54 0%,氮淋失量降低32 5%。尿素的硝化—反硝化损失量占施入氮量的34 5%,而控释氮肥的只占2 0%;控释肥料与尿素氮在0—80cm土层中的残留率相近。控释氮肥一次性全量作基肥施入土壤,水稻的氮肥利用率平均为65 6%,比尿素(基肥+追肥)高出32 2个百分点。控释氮肥的农学效率显著地高于尿素。

淹水稻田中氮素损失及其对水环境影响的试验研究

采用野外田间试验方法，研究了淹水稻田施用碳铵后，氮素的转化、运移和损失的作用过程。结果表明，田间水中氮素以氨氮为主，淹水稻田剖面土壤溶液中氨氮和硝态氮的含量随深度增加而降低。土壤 0.5 m深度以下，淋溶液中硝态氮和氨氮水平较低，在 0.6— 4.8μ g· mL－ 1之间，对地下水环境有一定影响。模拟暴雨径流试验表明，田间氮素径流损失负荷随施肥与降雨间隔时间延长而明显降低，施肥后短时间内暴雨径流导致的氮肥损失较大，对地表水环境污染严重， 必须加强科学合理的田间水肥管理。

杭嘉湖地区淹水稻田氮素径流流失负荷估算

通过大田试验、定点观测等方法对现有的关于长江三角洲平原地区水田降雨径流产生模型进行验证,发现该模型在考虑排水堰的影响之后,基本能够模拟杭嘉湖平原水网区水田降雨径流产生过程,误差在-19.9%～+18.0%之间,同时提出了淹水稻田降雨径流氮素浓度模型(R=0.948),从而得到了该地区淹水稻田氮素径流流失负荷模型.在此基础上,搜集了该地区水稻田氮肥施用情况、30年逐日降雨量、1∶250000地形图、土地利用现状图和水系图等资料,利用GIS技术对该地区淹水稻田氮素的径流流失负荷以及空间分布进行了估算和分析.结果表明,该地区淹水稻田氮素径流流失负荷平均高达35.26kgN.hm-2,约占当季水稻氮素施用量的12.69%,而且在空间上存在着明显的差异,安吉、余杭等地区氮素流失负荷和流失率明显高于其它地区,海宁地区的流失情况也较为严重.

冬季淹水稻田CH_4产生、氧化和排放规律及其影响因素研究

采用静态箱/气象色谱法——田间原位观测和室内培养试验连续一年研究了冬季淹水稻田的CH4产生潜力、氧化潜力和排放通量,以探讨冬季淹水稻田CH4产生、氧化和排放的季节变化规律及其影响因素。结果表明：0~251 d（d表示淹水后天数）,CH4产生潜力逐渐增大,到251 d达最大值,之后逐渐减小;0~204 d,CH4氧化潜力变化较小,但到235 d急剧增至最大值,随后逐渐减小;0~169 d,稻田几乎没有CH4排放,192 d才开始有较明显的CH4排放,到230 d达最大值,为80.2 mg.m-2.h-1,随后逐渐减小,331 d出现一个CH4排放高峰。全观测期内CH4排放量为69.9 g.m-2,其中非水稻生长期排放6.7 g.m-2,占总量的9.5%。全观测期内CH4产生潜力与土温及土壤Eh均无显著相关性;全观测期内CH4氧化潜力与土温极显著正相关（P〈0.01）,水稻生长期CH4氧化潜力与土壤中氨氮含量呈极显著正相关（P〈0.01）;全观测期内稻田CH4排放与土温和CH4产生潜力两个因素均显著正相关（P〈0.05）而与土壤Eh呈显著负相关（P〈0.05）。

不同渗漏强度条件下淹水稻田中氨态氮转化和运移的研究

本文以溶质运移理论为基础，建立了淹水稻田中氨态氮（－Ｎ）运移、转化的数学模型，并以室内土柱试验进行了验证．应用该模型模拟计算了控制不同稻田中渗漏强度、施肥管理制度下淹水稻田中（－Ｎ）的运移及分布动态．可为拟定合理的水肥管理措施提供依据．

淹水稻田氮素淋溶损失及其控制

稻田土壤氮素淋溶研究较少,报道稻田氮素淋溶导致地下水NO3--N污染超标的例子更少。稻田紧实的犁底层,导致土壤渗漏率大大降低。目前研究稻田氮素淋溶的方法主要有模拟土柱法、田间实测法、平衡估算法以及数学模型法。试验报道稻田氮素淋溶量差异较大,普遍认为高施氮量可导致较大的氮素淋溶,且各层次的NO3--N淋溶量远大于NH4+-N。通过降氮的施肥管理和选择需氮量低的前茬作物,有利于控制氮素淋溶。

淹水稻田甲烷产生和排放的研究现状

大气中温室气体如ＣＯ＿２、ＣＨ＿４和Ｎ＿２Ｏ等增加，导致全球气候变暖。ＣＨ＿４虽浓度相对较低，但其捕获热量的效率却比ＣＯ＿２高２０─３０倍，并以每年１％的速度增加。本文阐述了淹水稻田ＣＨ＿４排放过程及数量，稻田土壤类型、栽培措施对ＣＨ＿４产生与排放的影响，ＣＨ＿４排放与水稻生长关系。同时讨论了控制和缓解稻田ＣＨ＿４排放的途径。

典型淹水稻田土壤微生物群落的基因转录活性及其主要生理代谢过程

【目的】利用环境转录组技术,研究复杂稻田土壤中微生物群落主要生理代谢过程的基因表达水平及其对长期施氮磷钾肥(Mineral nitrogen,phosphorus,and potassium,NPK)的响应规律。【方法】针对中国科学院常熟农田生态系统长期定位试验的NPK施肥处理和不施肥对照处理(Control check,CK)稻田土壤,淹水培养2周后提取土壤微生物总RNA进行高通量转录组测序,利用MG-RAST网络分析平台(Metagenomics Analysis Server)进行活性微生物组成分析、基因功能注释及基因功能分类。【结果】细菌是CK和NPK处理稻田土壤微生物的优势类群,占比高达95%以上,细菌中的活性基因主要源于变形菌门(Proteobacteria,占细菌的50%以上)。同时也检测到古菌、真核生物和病毒等多种微生物的活性基因,而古菌中的活性基因主要源于奇古菌门(Thaumarchaeota,约占古菌的70%)。酸杆菌门(Acidobacteria)在NPK处理土壤中的转录活性显著高于CK处理土壤,而其他的细菌及古菌类群的转录活性在CK和NPK处理土壤间无显著性差异。CK和NPK处理土壤中表达量最高的基因是ABC transporter编码基因,与物质跨膜运输紧密相关。基于COG(Clusters of Orthologous Genes)、Subsystem、KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)3种基因功能分类数据库,发现CK和NPK处理土壤中微生物的主要代谢活动均为能量产生与转化、碳水化合物代谢、蛋白代谢和氨基酸代谢,而最活跃的代谢路径为氧化磷酸化及氨酰-tRNA合成。【结论】淹水状态下CK和NPK处理稻田土壤中的活性微生物组成较为一致,仅Acidobacteria的转录活性在两者间差异较大;在微生物的主要代谢活动方面,CK和NPK处理土壤之间基本一致,均以能量获取与蛋白代谢为主,长期施用无机化肥对复杂土壤微生物群落水平的主要代谢活动影响较小。

DMPP对稻田田面水氮素转化及流失潜能的影响

采用杭嘉湖地区典型的小粉土和青紫泥土壤,进行水稻盆栽试验,研究新型硝化抑制剂3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)对稻田田面水氮素转化及径流流失潜能的影响.结果表明,小粉土和青紫泥土壤稻田应用添加DMPP抑制剂的尿素,与常规尿素处理相比,田面水中铵态氮的浓度增加24.8%和16.7%,硝态氮浓度降低47.7%和70.9%,亚硝态氮浓度降低90.6%和88.9%,总无机氮浓度下降13.5%与23.1%,能显著减轻农田氮素流失对水环境存在的污染;DMPP可使田面水的电导率下降,降低盐基离子随农田排水或暴雨径流所导致的流失风险,有助于保护河流水体等地表水环境.

稻田反硝化速率测定方法研究进展

反硝化作用是淹水稻田肥料氮损失的主要途径之一。采用合适的反硝化测定方法是开展稻田反硝化作用研究的前提。然而,由于反硝化过程主要产物N_(2)的大气背景值较高,以及反硝化作用具有高度时空异质性,淹水稻田反硝化作用损失氮量难以准确量化一直是阻碍科学评价稻田气态氮损失的关键难题。本文综述了研究稻田反硝化作用的4种方法(乙炔抑制法、^(15)N同位素示踪法、密闭培养–氦气环境法和N_(2)/Ar比值–膜进样质谱法),分析了这些方法各自的优缺点和适用性,并提出了稻田反硝化研究的参考建议,以期推动稻田反硝化的研究。

环球气候变化对水稻生长的影响

环球气候变化如“温度效应”、臭氧层破坏等对作物生长产生不良的影响。近几年,淹水稻田每年产生5亿吨甲烷（CH4）,其中大约有25％释放到大气层中。大气中二氧化碳的浓度为350ppm,而甲烷的浓度仅1.7ppm。

添加稻草和选择性抑制剂的红壤旱地和稻田可培养微生物的变化

本文探讨了添加稻草和选择性抑制剂下红壤旱地和淹水稻田土壤细菌和真菌数量的动态变化。结果表明,培养期间,旱地土壤中添加稻草（Str）处理细菌和真菌数量比对照（CK）分别增加271.4%~518.8%和2900%~3608%;添加稻草＋放线菌酮（Str＋Ac）处理土壤细菌数量比Str处理增加34.1%~81.4%;添加稻草＋四环素＋链霉素（Str＋Sm＋Tc）处理土壤细菌数量比St r处理下降14.3%~43.5%,而真菌增加17.1%~37.6%。淹水稻田土壤中,St r处理土壤细菌数量比CK增加115.3%~362.2%,而真菌数量下降5.8%~27.8%;Str＋Ac处理土壤细菌和真菌数量与Str处理基本相同;Str＋Sm＋Tc处理土壤细菌数量比Str处理下降39.0%~76.2%。旱地土壤中添加稻草使细菌与真菌（B/F）比率显著下降,而淹水稻田土壤中添加稻草使B/F比率明显升高。阐明旱土中添加稻草后细菌和真菌均参与其分解和转化,而真菌作用占主要,淹水稻田土壤中添加稻草的分解和转化主要为细菌。土壤水分对添加稻草土壤微生物群落变化有较大影响。