华北平原典型农田CO2和N2O排放通量及其与土壤养分动态和施肥的关系

对华北平原小麦-棉花(麦棉)、小麦-大豆(麦豆)、小麦-玉米(麦玉)轮作田的CO2和N2O排放通量进行了测定,分析了温室气体排放通量与土壤中碳、氮元素、气温以及施肥等之间的关系。主要结论:1)麦棉、麦豆、麦玉田的土壤CO2平均排放通量分别为CO2-C 141.7、109.8、128.2 mg.m-2.h-1,其中夏播作物的排放通量高于小麦季;2)麦棉、麦豆及麦玉田作物生长季的土壤N2O平均排放通量分别为N2O-N 98.8、38.9、44.7μg.m-2.h-1,也表现为麦后季作物的排放量高于小麦季;3)同一生育期中不同处理的N2O排放主要与土壤中无机氮含量相关,不同生育期的N2O排放通量主要受不同生育期的土壤温度及水分状况的影响;4)在施肥灌溉后的9 d内土壤N2O排放通量较高,之后逐渐降低,至施肥后22～27 d即与不施肥处理的排放持平。

沼泽湿地草甸N2O排放通量日变化规律研究

利用静态暗箱／气相色谱法对三江平原小叶章（Calamagrostis angustifolia）草甸进行N2O排放通量的日变化观测实验。结果表明，小叶章草甸土壤一植物系统和土壤的N20通量均具有明显的日变化规律，小叶章草甸土壤-植物系统和土壤的N20通量最大值均出现在16：00，最小值均出现在6：00，其变化趋势与气温、地表温度和5、10、15、20cm地温均呈正相关关系。小叶章植株的存在，促进了土壤-植物系统N2O的排放，土壤-植物系统N2O日平均通量是土壤的1．61倍。小叶章草甸土壤-植物系统N2O通量日变化的变异系数大于土壤。

小兴安岭典型苔草和灌木沼泽N2O排放通量日变化研究

探明小兴安岭修氏苔草(Carex schmidtii)沼泽和油桦-修氏苔草(Betula ovalifolia-Carex schmidtii)灌木沼泽N2O排放通量日变化动态,可为山地沼泽N2O排放季节动态及总量估算提供基础数据。因此,于生长季初期(2008年6月4~5日)、中期(2007年8月4~5日)和末期(2007年9月24~25日),在小兴安岭苔草和灌木沼泽中,采用静态暗箱—气相色谱法,在晴天观测了N2O排放通量。两种沼泽N2O排放通量日变化在生长季中期呈现昼高夜低规律,末期和初期的日排放规律性不显著。生长季中期和初期,苔草沼泽N2O日排放通量最高值出现在9:00,末期最高值出现在3:00;生长季初期和末期的最低值出现在21:00,中期最低值出现在18:00。生长季初期、中期和末期,灌木沼泽N2O日排放通量最高值分别出现在9:00、15:00和6:00;最低值分别出现在3:00、21:00和18:00。两种沼泽生长季初期为N2O的吸收汇,中期和末期为弱排放源。灌木沼泽的N2O日排放通量明显高于苔草沼泽。生长季初期和末期,两种沼泽N2O日排放通量与温度呈负相关,中期呈正相关。其中,苔草沼泽N2O日排放通量与10 cm土温呈现显著负相关,灌木沼泽与15 cm土温呈现显著负相关。苔草沼泽N2O日排放通量与地表温度呈现显著正相关,灌木沼泽与40 cm土温呈现显著正相关。据此,小兴安岭苔草沼泽和灌木沼泽为N2O排放弱源或吸收汇,温度、水位和植被类型是N2O日排放通量的主要影响因素。

小兴安岭不同沼泽CO2、CH4和N2O排放通量的相互关系研究

利用静态箱-气相色谱法连续两个生长季(2007-2008年)对小兴安岭典型修氏苔草(Carex schmidtii)沼泽和油桦(Betula ovalifolia)-修氏苔草灌木沼泽CO2、CH4和N2O的排放通量进行野外原位观测。结果表明,除2008年灌木沼泽为N2O的弱汇外,其他均为温室气体的排放源。除苔草沼泽生长季初期,CH4与N2O具显著负相关外,CO2与CH4、CO2与N2O及CH4与N2O均呈正相关,但显著性水平视不同湿地类型以及不同季节而定。

减氮对华北地区麦玉轮作农田土壤N2O排放调控机理

【目的】探究减氮对华北地区麦玉轮作农田土壤N2O排放调控机制。【方法】冬小麦季和夏玉米季均以不施氮为对照(CK),设置2个施氮量,分别为常规施氮量(纯氮300 kg/hm2,N2)、减氮20%(纯氮240 kg/hm2,N1),研究施氮量对麦玉轮作农田土壤性质及N2O排放通量影响,基于逐步回归分析,研究减氮对麦玉轮作农田土壤N2O排放调控机制。【结果】(1)减氮有效降低了N2O排放通量,且夏玉米季N2O排放通量远高于冬小麦季,夏玉米季由施肥引起的N2O排放量较高。(2)冬小麦季N2O排放通量与环境因子逐步回归公式为:N2O排放通量=181.952+1.450×硝态氮+8.401×铵态氮-0.514×电导率;硝态氮、铵态氮会对冬小麦季N2O排放通量产生显著的正向影响,而电导率会对冬小麦季N2O排放通量产生显著的负向影响。(3)夏玉米季N2O排放通量与环境因子逐步回归公式为:N2O排放通量=-354.606+4.592×硝态氮+157.848×铵态氮;硝态氮、铵态氮会对夏玉米季N2O排放通量产生显著的正向影响。【结论】综上可知,适量减氮显著降低夏玉米季N2O累积排放量和增温潜势,应加强夏玉米季农田水肥管理。

农田土壤磷酸酶活性与土壤N_2O排放通量的相关性

以黄土高原南部旱地小麦田和空闲地为研究对象,设置6种处理,研究了耕作措施、肥料条件变化对小麦不同生育期土壤磷酸酶活性和土壤N2O排放通量的影响.结果表明,耕层土壤磷酸酶活性与土壤N2O排放通量呈显著负相关,相关系数为0.4660.在小麦生育期内,N2O排放通量在拔节期最高,苗期和成熟期最低;磷酸酶活性变化与之相反.农田种植小麦和覆膜均增加了土壤磷酸酶活性和N2O的排放.施肥可以提高磷酸酶活性,单施磷肥比同时施用氮、磷肥时N2O的排放量高.

玉米地土壤反硝化速率与N_2O排放通量的动态变化

应用乙炔抑制原状土柱培育法测定了4种施肥处理的玉米地N素反硝化损失速率和氧化亚氮(N_2O)排放通量,并分析了它们与土壤湿度、土壤温度以及硝态氮(NO_3^--N)含量之间的关系,计算了因反硝化和N_2O排放造成的N肥损失率。结果表明,玉米生育期内土壤N素的反硝化损失量为0.67～3.85kg/hm^2,N肥的反硝化损失率为0.5％～1.5％;土壤N_2O排放总量为0.55～1.42kg/hm^2,N肥的N_2O排放系数为0.2％～0.5％。

不同土层土壤理化生性状与反硝化酶活性N_2O排放通量的相关性研究

采用田间试验方法研究了干旱半干旱地区小麦田不同土层土壤理、化、生等因素与土壤反硝化酶活性、N2O排放通量的相关性。结果表明,在冬小麦生育期内,0—5cm土层土壤硝酸还原酶活性与相应土层土壤亚硝酸还原酶活性呈显著正相关,0—5cm,5—10cm土层土壤的温度与相应土层土壤硝酸还原酶活性呈显著负相关,土壤硝态氮含量和pH与土壤反硝化还原酶活性的相关性因土壤的不同土层而有差异;0—5cm,5—10cm土层土壤含水量,0—5cm,10—20cm土层土壤脲酶活性,5—10cm有机碳含量,硝酸还原酶活性与土壤中N2O排放通量呈显著正相关;5—10cm土层土壤温度、pH和10—20cm土层土壤磷酸酶活性、pH与之呈显著负相关。土壤N2O的排放主要是土壤反硝化作用的结果。

若尔盖高原沼泽湿地N_2O排放通量研究

应用静态箱/气相色谱法,测定了若尔盖高原沼泽N2O排放能量,测定期为该地植物生长期,即2004年4 月末至10月初。结果表明,若尔盖高原沼泽湿地N2O排放通量平均值为0.010 mg·m-2h-1,最大值为0.079 mg·m-2h-1, 最小值为-0.051mg·m-2h-1。高峰排放期为5月,最低排放期为地表水深最大的6月。沼泽湿地N2O排放通量季节变化与沼泽湿地水深呈负相关关系。沼泽湿地N2O排放通量日变化与大气温度呈正相关关系,排放高值出现在午后。若尔盖高原沼泽湿地在植物生长期的年排放总量约为0.159Gg·a-1。

施肥对夏玉米季紫色土N_2O排放及反硝化作用的影响

采用原状土柱-乙炔抑制培养法研究了施肥对紫色土玉米生长季土壤N2O排放通量和反硝化作用的影响。结果表明:玉米季施肥显著增加土壤N2O排放和反硝化损失,同时,各施肥处理间N2O排放与反硝化损失量差异显著。猪厩肥、猪厩肥配施氮磷钾肥、氮肥、氮磷钾肥和秸秆配施氮磷钾肥等处理的土壤N2O排放量分别为3.01、2.86、2.51、2.19和1.88 kg hm-2,分别占当季氮肥施用量的1.63%、1.53%、1.30%、1.09%和0.88%,反硝化损失量分别为6.74、6.11、5.23、4.69和4.12 kg hm-2,分别占当季氮肥施用量的3.97%、3.55%、2.97%、2.61%和2.23%,不施肥土壤的N2O排放量和反硝化损失量仅为0.56和0.78 kg hm-2。施肥是紫色土玉米生长前期(2周内)土壤N2O排放和反硝化速率出现高峰的主要驱动因子,土壤铵态氮和硝态氮含量是影响土壤N2O排放、土壤硝化和反硝化作用的限制因子,土壤含水量是重要影响因子,降雨是主要促发因素。土壤N2O排放量与反硝化损失量的比值介于0.45～0.72之间,土壤反硝化损失量极显著高于土壤N2O排放量,说明土壤反硝化作用是紫色土玉米生长季氮肥损失的重要途径。

稻秆还田方式对麦田N_2O排放的影响

通过田间试验研究了3种稻秆还田方式(表面覆盖、均匀混施和原位焚烧)对麦田N2O排放的影响。结果表明,不同稻秆还田方式麦田N2O排放量为:表面覆盖>对照(不施稻秆)>均匀混施>原位焚烧。与对照相比,稻秆表面覆盖显著增加麦田N2O排放量,而均匀混施和原位焚烧显著减少N2O排放量。N2O排放通量与土壤温度无显著相关性,与土壤水分呈显著正相关。与对照相比,稻秆均匀混施使小麦产量显著增加,表面覆盖和原位焚烧对小麦产量无显著影响。

浮床植物净化生活污水中N、P的效果及N_2O的排放

在温室内采用浮床无土栽培技术,研究了黑麦草(Lolium mutliflorum)、水芹(Oenanthe javanica)和香根草(Vetiveria Zizanioides)3种植物对生活污水中N、P的去除效果及净化过程中N2O的排放特征。结果表明,浮床植物系统对生活污水的TN、NH4+-N和TP具有良好的净化效果。同对照系统相比,浮床黑麦草、水芹和香根草系统对TN的平均去除率分别提高了26.2%,22.9%,4.1%;对NH4+-N的去除率分别提高了31.4%,14.5%,3.0%;对TP去除率分别提高了33.1%,54.2%,15.5%。净化周期内,浮床各系统的TN、NH4+-N和TP浓度随着污水停留时间的延长直线下降,而NO3-N浓度却因系统内硝化强度大于反硝化强度而产生了累积;植物的存在明显的促进了浮床系统的N2O排放,浮床黑麦草、水芹、香根草和对照系统N2O的平均排放通量分别为174.44μg/(m2.h),82.19μg/(m2.h),112.49μg/(m2.h)和44.81μg/(m2.h)。浮床系统N2O排放通量的日变化呈现出夜间下降而白天增加的规律,与温度的昼夜变化规律基本相同,表明温度的升降直接影响了N2O的生成及排放。

固定化氮循环细菌修复城市湖泊水体脱氮效果及N_2O排放

利用从镇江金山湖天然水体中筛选分离出的土著氨化、亚硝化、硝化和反硝化细菌,将氮循环细菌固定化后在金山湖示范工程区进行水体脱氮净化效果研究.结果表明,运行一段时间后水质明显得到改善,氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮以及总氮浓度均显著下降,氨氮浓度指标达到国家水质Ⅰ类标准,总氮浓度指标达到水质Ⅱ类标准.同时,对湖泊水体的N2O气体排放通量进行了检测,结果显示,随着实验的进行,金山湖区的N2O气体排放通量逐渐升高,4月份的平均值为23.51μg/(m2·h)、5月份的平均值为29.52μg/(m2·h)、6月份的平均值为59.10μg/(m2·h).水质氮素指标以及N2O气体排放通量数据说明利用微生物固定化载体强化净化技术对城市湖泊水质净化具有显著效果和重要意义.

长期咸水滴灌对棉花产量、土壤理化性质和N_2O排放的影响

通过田间试验研究了咸水微咸水滴灌对棉花产量、土壤理化性质及N2O排放的影响。试验设置3种灌溉水,盐度(电导率,EC)分别为0.35、4.61、8.04 dS·m-1(分别代表淡水、微咸水和咸水);同时,设置0、360 kg·hm-2(360 kg·hm-2为当地棉田推荐氮肥用量)2个施氮水平。结果表明:灌溉第一年,微咸水处理的棉花产量最高,分别较淡水和咸水处理高出了6.50%和22.46%;随灌溉年限的增加,棉花产量随灌溉水盐度的增加而显著降低,咸水灌溉显著抑制棉花产量。土壤含水量、电导率、铵态氮含量随灌溉水盐度的增加而增加,土壤pH、全氮、有机质、硝态氮含量则随灌溉水盐度的增加而减小;咸水和微咸水灌溉显著抑制土壤硝酸还原酶、亚硝酸还原酶活性,施用氮肥可提高酶活性;土壤N2O排放通量随灌溉水盐度的增加显著降低,施氮肥促进了土壤N2O的排放,土壤N2O排放通量与土壤有机质、铵态氮、硝态氮、硝酸还原酶和亚硝酸还原酶活性呈显著正相关,与土壤含水量呈显著负相关,而与土壤pH、电导率和全氮无相关性。

冻融过程不同粒径土壤N_2O排放特征

通过室内模拟的方法,研究了潮土两种粒径范围(≤1cm粒径,简称1cm粒径;≤0.25mm,简称0.25mm粒径)土壤在冻融过程中N2O排放的特征.结果表明,冻结前,0.25mm粒径土壤N2O排放通量比1cm粒径土壤平均高26.5%;冻结过程中,0.25mm粒径土壤比1cm粒径土壤较早达到稳定冻结状态(分别在冻结1410min和2610min时),并且在稳定冻结状态下,0.25mm粒径土壤N2O排放通量小于1cm粒径土壤;融化阶段,0.25mm粒径土壤比1cm粒径土壤较早出现N2O排放通量高峰(分别在融化2670min和2790min时),并且其峰值小于1cm粒径土样.1cm粒径土壤在冻结过程、融化过程和整个冻融过程中,土壤平均N2O排放量分别比0.25mm粒径土壤多3952.74、1512.51和5465.25μgm-2,相应增加76.83%、18.65%和41.23%.建议在土壤冻结前平整土地以减少N2O排放.

植物对沼泽湿地生态系统N_2O排放的影响

利用静态暗箱/气相色谱法连续3个生长季(2003—2005年)对三江平原小叶章草甸和毛果苔草沼泽N2O排放通量进行野外对比观测试验。结果表明,植物不同生长阶段对湿地生态系统N2O排放通量的影响不尽相同。植物的参与促进了湿地生态系统N2O的排放,2003—2005年生长季小叶章草甸土壤-植物系统N2O排放通量分别是土壤表观N2O排放通量的1.58倍、2.09倍和2.34倍,同期毛果苔草沼泽土壤-植物系统N2O排放通量分别是土壤表观N2O排放通量的1.86倍、1.50倍和1.33倍。3个生长季小叶章草甸N2O排放通量均大于毛果苔草沼泽,这主要是由土壤理化性质的空间变异性以及水文情况的差异造成的。

土壤质地及环境因子对农田N_2O排放的影响

[目的]研究土壤质地与环境因素对N2O排放通量的影响情况。[方法]采用实验室培养法,设4种土壤质地,8个土壤深度梯度(5～40 cm),6个温度梯度(10～35℃)、5个湿度含水量等进行试验研究。[结果]相同培养条件下,粘土类N2O排放通量高于粘壤土和粘砂质壤土,最低的为砂质土壤;在不同培养深度条件下的N2O排放通量,壤土类明显高于砂质土壤,两土壤类加入氮肥后的N2O排放通量高于对照土壤;土壤的N2O排放通量随温度的增加而增长,在相同温度下壤土类土壤N2O排放通量高于砂质土壤;N2O排放通量随土壤含水量的上升随之增加,至田间持水量时N2O排放通量达到最大;在相同的湿度条件下,N2O排放通量壤土类高于砂质土壤。[结论]重质地旱作土壤N2O排放通量要高于轻质地土壤。

间歇流模拟人工湿地去氮除磷效果及N_2O排放的小试研究

为研究不同基质人工湿地对氮、磷的去除效果及净化过程中N2O的排放,在温室内选用炉渣、沸石和土壤为基质,以水芹(Oenanthe javanica)、黑麦草(Lolium mutliflorum)和香根草(Vetiveria Zizanioides)为植被构建了人工湿地处理生活污水。结果表明,在较低的氮、磷负荷和水力停留时间为6d条件下,炉渣、沸石和土壤基质湿地对TN、NH4+-N、NO-3-N和TP的去除主要集中于污水停留的前3d,之后各污染物浓度下降的幅度较平缓。3种基质人工湿地系统对TN、NH4+-N和TP均表现出很好的去除效果,各系统的TN、NH+4-N和TP的平均去除率均超过91.0%;3种基质人工湿地系统对NO-3-N的去除率相对较低,为58.0%～85.5%。植物种类不同,其吸收N、P的能力存在很大差异。3种基质湿地中黑麦草对N、P的吸收能力远高于水芹和香根草;黑麦草吸收的N、P总量占各湿地系统TN、TP输入量的38.3%～57.4%和87.6%～91.1%,已成为人工湿地系统去氮除磷的主要途径;水芹和香根草的氮、磷吸收总量仅分别占各系统TN、TP输入量的9.7%～18.3%,15.6%～34.5%和4.7%～8.1%,6.1%～13.4%。炉渣、沸石和土壤湿地系统N2O的平均排放通量分别为3.68～15.19!g·m-2·h-1,4.29～8.33!g·m-2·h-1和7.03～18.94!g·m-2·h-1;整个试验期,3种基质湿地系统的N2O排放总量为4.24～21.82mg·m-2,占各系统TN输入量的0.014%～0.100%,此途径排出的N对各湿地系统TN的去除贡献很小。

旱区覆膜滴灌棉田N_2O排放对化肥减量有机替代的响应

覆膜滴灌条件下,采用静态箱-气相色谱法研究了不同施肥策略:CK(不施肥)、CF(N 300 kg/hm^2;P2O590 kg/hm^2;K2O 60 kg/hm^2)、60%CF+OF(普通有机肥6 000 kg/hm^2)、60%CF+BF(生物有机肥6 000 kg/hm^2)对棉田土壤N_2O排放的影响,旨在明确滴灌棉田连续不同施肥策略下土壤N_2O的排放特征。结果表明,棉花生育期N_2O排放通量表现为施肥处理大于不施肥处理,滴灌施肥后第3/4天N_2O排放通量顺序为CF>60%CF+OF>60%CF+BF>CK,而滴灌后第7/8天N_2O排放通量则表现为有机肥处理高于化肥处理,滴灌施肥结束后表现与之相同;生育期的N_2O排放总量以100%化肥处理(CF)最高,与其相比,60%CF+OF和60%CF+BF处理分别降低3.75%和8.37%,N_2O排放系数则分别降低1.39%和73.8%;相关及通径分析均表明,与土壤NH+4-N相比,NO-3-N与N_2O排放的关系更密切。

水热条件对黄土性小麦田N_2O排放特征的影响

以西北地区黄土性冬小麦田为研究对象,观察分析了不同年份小麦在不同生长期、不同水热条件下,各耕层土壤N2O排放的特征。结果表明,降雨和气温与N_2O排放通量存在相关性,二者的共同作用引起年际间土壤N_2O排放量的差异,而温度效应更大。小麦生长季节大田土壤N_2O排放通量的变化与土壤10￣20cm深处温度有显著线性相关,但在孕穗期至开花期,N_2O排放通量与土壤温度相关性不明显,其排放通量的升高主要受控于作物根系活动。在适宜土壤含水量范围内,土壤水分增加对土壤N_2O排放具有正效应,但与耕层水分相关性未达显著。值得注意的是在干旱缺水条件下土壤N2O排放通量与NH_4^+-N含量大小间呈极显著相关。