有机肥等氮替代化肥对稻田CH4和N2O排放的影响

自2015年中国实施化肥施用量零增长行动以来,有机肥部分替代化肥的研究越来越受到关注。该试验,采用静态箱-色谱法对宁波地区稻麦轮作系统CH4和N2O排放进行了田间原位观测,研究两种有机肥分别以不同比例等氮替代化肥对稻田CH4和N2O排放及水稻产量的影响。试验设置不施氮肥(CK)、全量化肥(U)、25%城市污泥堆肥(25%S)、25%猪粪堆肥(25%P)、50%城市污泥堆肥(50%S)、50%猪粪堆肥(50%P)6个处理。结果表明,与U处理相比,有机肥替代处理的CH4排放量增加18%-51%,其中50%S和50%P处理显著增加稻田CH4排放量34%-51%(P<0.05),CH4排放量随有机肥替代比例的增加而增加,相同替代比例的城市污泥堆肥处理和猪粪堆肥处理的CH4排放量无明显差异(P>0.05)。相对于U处理,有机肥替代处理显著降低了36%-51%的N2O排放量(P<0.05,25%P处理除外),各有机肥处理间N2O排放量无显著性差异(P>0.05)。稻田排放CH4和N2O的全球增温潜势(GWP)为:50%P>50%S>25%P>25%S>CK>U,其中50%P处理与U处理之间差异显著(P<0.05)。有机肥替代处理的水稻产量、有效穗数和穗实粒数分别比U处理高0.2%-3.8%、0.8%-4.1%、0.6%-1.4%(P>0.05)。等氮替代条件下,相对于猪粪堆肥,稻田中施用25%城市污泥堆肥替代化学氮肥是一种值得推荐的施肥模式,而其对稻米品质的影响仍需进一步研究。

水旱轮作稻田旱作季种植不同作物对CH_4和N_2O排放的影响

甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)是仅次于二氧化碳(CO2)的重要温室气体,农田是大气CH4和N2O的重要来源,但目前农业措施对CH4和N2O排放的影响尚不明确。以水旱轮作稻田旱作季休闲为对照,采用静态箱-气相色谱法研究了种植紫云英、黑麦草、冬小麦以及油菜等4种作物对稻田旱作季CH4和N2O排放及其温室效应的影响。结果表明:水旱轮作稻田旱作季CH4排放通量较低,而N2O排放较为明显。稻田旱作季CH4平均排放通量表现为油菜>黑麦草>冬小麦>紫云英>休闲,依次为8.96、7.19、6.94、6.52和6.02μg·m-2·h-1,季节N2O平均排放通量的顺序是油菜(61.1μg·m-2·h-1)>冬小麦(52.5μg·m-2·h-1)>黑麦草(34.0μg·m-2·h-1)>休闲(15.3μg·m-2·h-1)>紫云英(13.6μg·m-2·h-1)。稻田旱作季种植不同作物对CH4和N2O季节总排放量的影响达到极显著水平(P<0.01),CH4和N2O季节总排放量均以种植油菜为最大,分别达到43.2和294.7 mg·m-2,比对照休闲增加49%和299%。种植油菜、冬小麦和黑麦草较对照休闲显著增加稻田旱作季总增温潜势(P<0.05),紫云英和休闲处理间总增温潜势无显著差异(P>0.05)。研究表明,种植油菜、冬小麦和黑麦草等作物由于氮肥的施用增加了水旱轮作稻田旱作季温室效应。

硝化抑制剂对覆膜稻田CH_4和N_2O排放的影响

为明确硝化抑制剂对覆膜稻田CH_4和N_2O排放的影响,采用静态箱-气相色谱法和荧光定量PCR技术研究了双氰胺(Dicyandiamide,DCD)和2-氯-6-(三氯甲基)吡啶(Nitrapyrin,CP)两种硝化抑制剂的配施(处理为:覆膜施用尿素,PM;覆膜施用尿素配施DCD,PM+DCD;覆膜施用尿素配施CP,PM+CP)对覆膜栽培下稻田CH_4和N_2O排放及其相关功能菌群落丰度的影响。结果表明:整个水稻生长期,配施DCD(PM+DCD)显著降低N_2O季节总排放(P<0.05),降幅达24%,提高CH_4季节总排放(P>0.05);配施CP(PM+CP)同时降低CH_4和N_2O的季节总排放,降幅均为11%。CH_4排放主要集中在水稻分蘖盛期,此阶段,配施DCD显著提高产甲烷菌群落丰度,降低甲烷氧化菌群落丰度(P<0.05),而配施CP则降低产甲烷菌群落丰度,显著提高甲烷氧化菌群落丰度(P<0.05),这可能是由于配施DCD提高了CH_4排放总量而配施CP降低了CH_4排放。在N_2O排放集中时期(水稻生长前期),配施DCD和CP均降低了氨氧化菌群落丰度,显著提高了反硝化菌群落丰度的趋势(P<0.05)。配施DCD(PM+DCD)、配施CP(PM+CP)和覆膜栽培(PM)处理的碳交易成本GWP-cost分别为831、735和822 yuan·hm^(-2);温室气体排放强度GHGI分别为0.69、0.61和0.70 t·t^(-1);产量分别为9.20、9.24和9.00 t·hm^(-2)。因此,综合考虑温室气体效应和经济效益,覆膜栽培稻田模式下,配施CP可以保证增产和减排,值得推广。

稻麦轮作条件下机插水稻CH_4和N_2O的排放特征及温室效应

于2008年采用静态暗箱-气相色谱法对人工手插和机插2种水稻种植方式下CH4和N2O排放进行田间观测,研究稻麦轮作条件下机插水稻CH4和N2O的排放特征及其温室效应。结果表明,水稻生长季CH4排放通量人工手插水稻和机插水稻均呈先升高后降低的变化趋势,N2O仅在水稻搁田期间有明显排放,机插和人工手插水稻CH4平均排放通量分别为4.68、4.39 mg.m-2.h-1,N2O平均排放通量为92.80、111.33μg.m-.2h-1。与人工手插水稻相比,机插水稻增加CH4排放总量14%,减少N2O排放总量11%,使稻季排放CH4和N2O所产生的全球增温潜势(GWP)和"单位产量的GWP"分别提高8%和10%。在稻麦轮作条件下采用机插水稻种植方式,水稻生长期间排放的CH4和N2O所形成的温室效应有提高的趋势。

追施沼液对不同pH土壤CH_4和N_2O排放的影响

摸清不同pH土壤施用沼液后CH4和N2O的排放特征,对沼液农田回用的有效性及其养分管理具有重要意义。通过盆栽试验,探讨了猪粪沼液在pH为5.5(S5.5)、6.5(S6.5)和8.2(S8.2)的菜地土壤追施后CH4和N2O气体的排放特征。研究结果发现,不同pH菜地土壤追施猪粪沼液后,CH4和N2O排放速率和总量增加,特别是在S6.5和S8.2土壤中,二者增幅均显著高于施用化肥的处理。追施猪粪沼液后,CH4在pH较低的土壤(S5.5和S6.5)开始表现为负排放,随后逐渐表现为正排放,而在pH较高的土壤(S8.2)始终为正排放。N2O的排放表现为:S5.5土壤仅在第三次施沼液后,其N2O瞬时排放速率显著高于施用化肥和对照处理;而在S6.5和S8.2土壤N2O排放速率均显著增加,其平均排放速率显著高于施用化肥和对照处理。追施沼液后,整个生长季内CH4平均排放量在不同pH土壤间的变化趋势为S8.2>S6.5>S5.5,N2O排放的变化趋势为S6.5>S8.2>S5.5。碱性土壤上施用沼液会增加其氮素损失和环境污染的可能性。

神农架主要森林土壤CH_4、CO_2和N_2O排放对降水减少的响应

研究降水格局改变后森林土壤温室气体排放格局,可为森林温室气体排放清单制定提供科学依据。以神农架典型森林类型常绿落叶阔叶混交林和2种人工林马尾松和杉木林为研究对象,研究了降水格局改变后,其土壤CH_4吸收、CO_2和N_2O的排放格局和可能机制。结果表明:常绿落叶阔叶混交林吸收CH_4通量为(-36.79±13.99)μg Cm^(-2)h^(-1),显著大于马尾松和杉木两种人工林的CH_4吸收通量,其吸收通量分别为(-14.10±3.38)μg Cm^(-2)h^(-1)和(-7.75±2.80)μg Cm^(-2)h^(-1)。马尾松和杉木两种人工林CO_2排放通量分别为(107.03±12.11)μg Cm^(-2)h^(-1)和(80.82±10.29)μg Cm^(-2)h^(-1),显著大于常绿落叶阔叶混交林(71.27±10.59)μg Cm^(-2)h^(-1)。常绿落叶阔叶混交林N_2O排放通量为(8.88±6.75)μg Nm^(-2)h^(-1),显著大于杉木人工林(5.93±2.79)μg Nm^(-2)h^(-1)和马尾松人工林(1.64±1.02)μg Nm^(-2)h^(-1)。分析3种森林土壤CH_4吸收量与其环境因子之间的关系发现,常绿落叶阔叶混交林的CH_4吸收通量与其土壤温度呈现显著的指数负相关关系(P<0.01)。常绿落叶阔叶混交林、马尾松林和杉木林的土壤CO_2排放通量与其空气温度和土壤温度之间均呈现显著的指数正相关关系(P<0.01)。常绿落叶阔叶混交林和马尾松林土壤N_2O排放通量与空气温度之间均呈现显著的指数正相关关系(P<0.01),而马尾松林与土壤温度之间呈显著正相关(P<0.05),与土壤湿度之间均无显著相关。降水减半后,减少降水对常绿落叶阔叶混交林和马尾松林土壤CH_4吸收通量均具有明显的促进作用,但对杉木林土壤CH_4吸收量具有抑制作用,对常绿落叶阔叶混交林和杉木林土壤CO_2平均排放通量均具有明显的促进作用,而对马尾松林土壤CO_2平均排放通量明显抑制作用,对常绿落叶阔叶混交林、马尾松和杉木林土壤N_2O排放量具有明显的抑制作用。

三峡库区农业发展现状及农田CH_4和N_2O排放与减排对策

全球气候变暖的主要原因在于大气中的温室气体含量的急速增加。以低碳为特征的新发展模式成为目前减少温室气体排放、应对全球气候变暖的根本途径。农业生态系统作为最大的人工生态系统,成为温室气体的第二大来源。因此,农业活动与气候变暖关系密切。以三峡库区为例,在分析了库区农业发展面临的问题的基础上,初步估算了库区水田CH4及耕地（含水田和旱地）N2O温室气体的排放量。2008年库区水田CH4及农田N2O的排放量分别为5.5×104~6.5×104 t、8500~10000 t,提出推广免耕等保护性耕作法、改变传统种植模式,合理施肥、改进稻田生产管理技术、对稻田生产系统的时间和空间差异进行管理。

水稻机械化播栽对稻田甲烷和氧化亚氮排放的影响

为探明高产栽培条件下水稻机械化播栽对稻麦两熟农田稻季甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）排放的影响,以超级稻南粳44为材料,于2011年和2012年在麦秸还田和不还田两种条件下对机械直播、机械栽插、常规手栽3种水稻播栽方式的稻田CH4和N2O排放量和水稻产量进行了比较研究.结果表明,稻季CH4和N2O排放主要集中在水稻生育前中期,移栽至有效分蘖临界叶龄期CH4累积排放量占稻季总排放量的76.49%~91.13%,有效分蘖临界叶龄期至拔节N2O累积排放量占稻季总排放量的 33.56%~49.41%.麦秸还田显著提高稻季 CH4总排放量（P〈0.05）、降低 N2O 总排放量（P〉0.05）,机械栽插的稻季CH4总排放量较常规手栽略减3.25%~9.50%（P〉0.05）,机械直播显著低于机械栽插和常规手栽（P〈0.05）：2011年,麦秸不还田条件下机械直播较机械栽插和常规手栽稻季CH4分别减排15.69%和18.43%,麦秸还田条件下分别减排14.54%和22.66%;2012年,麦秸不还田条件下机械直播较机械栽插和常规手栽稻季CH4分别减排26.63%和32.12%,麦秸还田条件下分别减排30.51%和36.75%.机械直播较常规手栽显著增加稻季N2O总排放量0.16~0.97 kg/hm2（P〈0.05）,机械栽插和常规手栽的差异不大（P〉0.05）.机械直播的产量水平显著低于常规手栽（P〈0.05）,减产 8.43%~10.79%,机械栽插较常规手栽产量降低 1.27%~3.49%（P〈0.05）.稻季的全球增温潜势主要由排放 CH4产生,麦秸还田显著提高全球增温潜势（P〈0.05）,机械直播的全球增温潜势显著小于机械栽插和常规手栽（P〈0.05）.麦秸还田条件下,2011年和2012年机械直播的“单位产量的全球增温潜势”较常规手栽分别减少12.02%和28.71%（P〈0.05）.上述研究表明,在长江下游稻麦两熟区采用机械直播有利于减少稻季CH4排放,麦秸还田条件下机械直播替代常规手栽能减少稻田排放CH4和N2O产生的综合温室效应.

太湖地区不同水旱轮作方式下稻季甲烷和氧化亚氮排放研究

为准确编制我国稻田温室气体排放清单及制定合理减排措施提供基础数据,选择太湖地区典型水稻种植区江苏省苏州市,研究设计了休闲水稻（对照,CK）、紫云英水稻（T1）、黑麦草水稻（T2）、小麦水稻（T3）和油菜水稻（T4）5种水旱轮作方式,采用静态箱气相色谱法,开展了不同水旱轮作方式下水稻生长季田间甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）排放监测试验。试验结果表明：不同水旱轮作方式下水稻生长季CH4排放通量呈先升高后降低的变化趋势,CH4排放峰值出现在水稻生育前期,移栽至有效分蘖临界叶龄期CH4累积排放量占全生育期排放总量的比例为65%~81%,而N2O仅在水稻烤田期间有明显排放。水旱轮作方式对稻季CH4和N2O排放有极显著（P 0.01）影响,CH4季节总排放量表现为T1（283.2 kg.hm 2）CK（139.5 kg.hm 2）T3（123.4kg.hm 2）T4（114.7 kg.hm 2）T2（100.8 kg.hm 2）,N2O季节总排放量顺序为T1 T4 T3 T2 CK,依次为1.06kg.hm 2、0.87 kg.hm 2、0.81 kg.hm 2、0.72 kg.hm 2和0.53 kg.hm 2。T1处理稻季排放CH4和N2O产生的增温潜势最高[7 396 kg（CO2）.hm 2],显著（P 0.05）高于其他处理,比CK[3 646 kg（CO2）.hm 2]增加103%,T2[2 735kg（CO2）.hm 2]较CK减少25%（P 0.05）。紫云英水稻轮作方式增加了太湖地区水稻生长季的温室效应。

华南丘陵区冬闲稻田二氧化碳、甲烷和氧化亚氮的排放特征

采用静态箱-气相色谱法对收获后冬闲稻田CO2、CH4和N2O排放进行了田间原位测定,探讨了越冬稻田3种温室气体的排放规律.结果表明,残茬稻田和裸田的CO2的排放峰值分别出现在18:00和16:00左右.日间CH4排放为净值,夜间表现为弱吸收.残茬稻田和裸田N2O夜间排放分别为日间平均的1.79和1.58倍.残茬稻田的昼夜CO2平均排放通量显著高于裸田(P<0.05).在测定期间,残茬稻田CO2排放随温度升高而增高.相关分析表明,CO2排放与土温、地表温度和气温均呈显著相关,表明温度是影响收获后稻田CO2排放的主要因素.在11月10日至翌年1月18日测定期间,残茬稻田的CO2和CH4平均排放通量分别为(180.69±21.21)mg.m-2.h-1和(-0.04±0.01)mg.m-2.h-1,CO2排放通量较裸田高13.06%,CH4吸收增高50%.残茬稻田的N2O排放通量为(21.26±19.31)μg.m-2.h-1,较裸田低60.75%.由此说明华南丘陵区冬闲稻田是大气CO2和N2O的源,CH4的汇.

土壤氧气可获得性对双季稻田温室气体排放通量的影响

为探讨土壤氧气可获得性(SOA)对双季稻田温室气体排放的影响,利用静态箱气相色谱法对多种管理措施影响下稻田温室气体排放通量和土壤氧化还原电位(Eh)、pH值及田间淹水深度(H)等3种SOA因子进行了观测。结果表明,甲烷(CH4)排放最集中的Eh值、pH值和H范围分别为-100—0mV、5<pH<6和1—5cm,3个范围内分别观测到48.8%、61.1%和77.0%的CH4排放,其中H对CH4排放影响最明显,单独由其就可解释37.8%的CH4排放通量(P<0.0001)。对于氧化亚氮(N2O),观测到较多的负通量,其纯排放最密集的3种SOA因子的范围分别是:0—100mV、5<pH<6和1—5cm,而200—300mV是其排放的临界Eh范围,高于此范围N2O排放极少。厌氧的反硝化过程是双季稻田N2O产生的主导过程。可为水稻田温室气体排放机理研究提供基础数据。

不同秸秆还田模式对稻麦两熟农田稻季甲烷和氧化亚氮排放的影响

为了探讨不同秸秆还田模式下稻麦两熟农田稻季甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)的排放规律,为评估该地区温室气体排放量与发展循环农业提供依据,在江苏省苏州市稻麦两熟农田进行了6年的田间定位试验,采用静态箱-气相色谱法开展了不同秸秆还田模式下水稻生长季田间甲烷和氧化亚氮排放监测试验,研究设计了稻麦季秸秆均不还田(CK)、麦季稻秸还田(R)、稻季麦秸还田(W)和稻麦季秸秆均还田(RW)4种秸秆还田模式。结果表明:不同秸秆还田模式对稻季CH4和N2O排放、总增温潜势(GWP)及单位产量的GWP有极显著影响,CH4稻季总排放量表现为RW(233.04 kg/hm2)>W(197.99 kg/hm2)>R(122.14 kg/hm2)>CK(97.07 kg/hm2),N2O稻季总排放量的顺序是R>W>RW>CK,依次为4.74 kg/hm2、2.66 kg/hm2、2.14 kg/hm2和1.07 kg/hm2。RW处理水稻产量(10.54 t/hm2)和R处理(10.36 t/hm2)较秸秆不还田对照显著增产,而秸秆还田处理(R、W和RW)的GWP以及单位产量的GWP均显著高于秸秆不还田对照。说明,秸秆还田增加了稻季CH4和N2O排放,小麦秸秆还田是增加稻季CH4排放的重要原因。

不同灌溉施氮模式对稻田甲烷和氧化亚氮排放的影响

【目的】研究不同灌溉施氮模式对稻田甲烷(CH_(4))和氧化亚氮(N_(2)O)排放的影响,以获得降低2季稻田温室气体(GHG)排放的灌溉施氮模式。【方法】通过田间试验,测定了3种灌溉模式(常规灌溉CR、"浅湿晒"灌溉TR和干湿交替灌溉DR)和3种施氮处理下FN1(纯氮120 kg/hm^(2),ω(基肥)∶ω(分蘖肥)∶ω(穗肥)=20∶40∶40)、FN2(纯氮120 kg/hm^(2),ω(基肥)∶ω(分蘖肥)∶ω(穗肥)=50∶25∶25)、FN3(纯氮90 kg/hm^(2),ω(基肥)∶ω(分蘖肥)∶ω(穗肥)=50∶25∶25)2季稻田CH_(4)和N_(2)O通量,并计算了其全球增温潜势(GWP)和温室气体排放强度(GHGI)。【结果】FN1处理和FN3处理下DR模式2季稻产量合计较CR模式分别增加17.9%和21.1%。TR模式和CR模式下FN1处理早稻产量和2季稻产量合计较FN2处理分别增加13.4%和11.4%,以及16.1%和12.6%。DR模式下FN2处理早稻产量较FN3处理增加11.0%。DR-FN1处理2季稻产量合计最高。FN1、FN2处理和FN3处理下TR和DR模式整个生育期2季稻田CH_(4)累积排放量较CR模式分别降低17.1%~22.5%和43.0%~56.8%,但是FN1处理和FN2处理下稻田N_(2)O累积排放量较CR模式分别增加69.3%~85.2%和146.2%~160.7%。TR模式下,FN3处理整个生育期2季稻田CH_(4)和N_(2)O累积排放量分别较FN2处理降低26.8%和32.3%。TR和DR模式的GWP和GHGI低于CR模式,且DR模式GWP和GHGI最低。FN1处理和FN3处理的GHGI低于FN2处理,且FN1处理的GHGI最低。因此,不同施氮处理下,TR和DR模式代替CR模式可以降低GWP和GHGI。【结论】TR和DR模式下,采用低氮肥用量以及少施基肥和多施追肥方案来可以降低GWP和GHGI,其中DR-FN1处理是本研究合适的灌溉施氮模式,可以增加水稻产量并降低GWP和GHGI。

秸秆还田对稻麦两熟高产农田净增温潜势影响的初步研究

对长江下游稻麦两熟农田生态系统2009—2010年的CH4和N2O排放以及土壤碳固定进行了分析,初步研究了秸秆还田对稻麦两熟高产农田净增温潜势的影响。结果表明,秸秆还田对稻麦两熟高产农田周年CH4和N2O排放总量、土壤碳固定量以及净增温潜势均有显著或极显著影响:秸秆还田条件下周年CH4、N2O排放总量分别为394 kg CH4.hm-2、2.39 kg N2O.hm-2,土壤碳固定量、净增温潜势分别为1.14 t C·hm-2、6383 kg CO2-equivalents·hm-2;较秸秆不还田增加CH4排放总量152%、减少N2O排放总量14%、增加土壤碳固定量531%、增加净增温潜势57%。以上结果表明,秸秆还田使短期内稻麦两熟高产农田的温室效应明显提高,但其长期效果如何还有待观测。

间隙灌溉和控释肥施用耦合措施对稻麦轮作系统土壤微生物群落丰度的影响

间隙灌溉模式下控释肥施用可减缓稻麦轮作系统CH_4和N_2O排放交互排放效应,从而降低综合温室效应,然而有关间隙灌溉和控释肥施用耦合措施对稻麦轮作系统土壤微生物的影响鲜有研究。通过采集稻麦轮作系统田间原位试验新鲜土样,采用核酸定量技术研究间隙灌溉和控释肥施用耦合措施下稻麦轮作系统土壤微生物群落丰度的变化,以探讨此耦合措施降低稻麦轮作系统降低CH_4和N_2O排放的微生物机理。结果发现,除古菌外,稻季土壤细菌、产甲烷菌、甲烷氧化菌、氨氧化菌和反硝化菌群落丰度均高于麦季;间隙灌溉显著影响稻田产甲烷菌、甲烷氧化菌、氨氧化菌和反硝化菌数量的季节变化;与尿素相比,施用控释肥增加了稻麦轮作系统细菌、古菌和产甲烷菌数量,降低了甲烷氧化菌、氨氧化菌、反硝化菌数量。稻季CH_4和N_2O的排放量与土壤微生物丰度之间存在显著相关性:CH_4排放量与古菌、产甲烷菌和甲烷氧化菌数量均呈极显著正相关关系(P<0.01),而与氨氧化菌数量呈显著负相关关系(P<0.05);N_2O排放量与氨氧化菌、甲烷氧化菌、nirK型和nosZ型反硝化菌数量均呈显著正相关关系(P<0.05),而与nir S型反硝化菌无显著相关性。研究表明,间隙灌溉和控释肥施用耦合措施通过影响稻麦轮作系统相关功能微生物的群落丰度进而减缓CH_4和N_2O气体的交互排放效应。