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Two-Dimensional Graphitic Carbon-Nitride(g-C_(3)N_(4))-Coated LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)Cathodes for High-Energy-Density and Long-Life Lithium Batteries
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作者 Zhenliang Duan Pengbo Zhai +1 位作者 Ning Zhao Xiangxin Guo 《Energy & Environmental Materials》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第6期140-149,共10页
High-capacity nickel-rich layered oxides are promising cathode materials for high-energy-density lithium batteries.However,the poor structural stability and severe side reactions at the electrode/electrolyte interface... High-capacity nickel-rich layered oxides are promising cathode materials for high-energy-density lithium batteries.However,the poor structural stability and severe side reactions at the electrode/electrolyte interface result in unsatisfactory cycle performance.Herein,the thin layer of two-dimensional(2D)graphitic carbon-nitride(g-C_(3)N_(4))is uniformly coated on the LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)(denoted as NCM811@CN)using a facile chemical vaporization-assisted synthesis method.As an ideal protective layer,the g-C_(3)N_(4)layer effectively avoids direct contact between the NCM811 cathode and the electrolyte,preventing harmful side reactions and inhibiting secondary crystal cracking.Moreover,the unique nanopore structure and abundant nitrogen vacancy edges in g-C_(3)N_(4)facilitate the adsorption and diffusion of lithium ions,which enhances the lithium deintercalation/intercalation kinetics of the NCM811 cathode.As a result,the NCM811@CN-3wt%cathode exhibits 161.3 mAh g^(−1)and capacity retention of 84.6%at 0.5 C and 55°C after 400 cycles and 95.7 mAh g^(−1)at 10 C,which is greatly superior to the uncoated NCM811(i.e.129.3 mAh g^(−1)and capacity retention of 67.4%at 0.5 C and 55°C after 220 cycles and 28.8 mAh g^(−1)at 10 C).The improved cycle performance of the NCM811@CN-3wt%cathode is also applicable to solid–liquid-hybrid cells composed of PVDF:LLZTO electrolyte membranes,which show 163.8 mAh g^(−1)and the capacity retention of 88.1%at 0.1 C and 30°C after 200 cycles and 95.3 mAh g^(−1)at 1 C. 展开更多
关键词 cathode materials g-C_(3)n_(4)coating Lini_(0.8)co_(0.1)Mn_(0.1)o_(2) lithium batteries PVDF:LLZTo electrolyte membranes
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自牺牲法合成氮空位g-C_(3)N_(4)/Cu_(2)(OH)_(2)CO_(3)异质结及其广谱光固氮性能
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作者 梁红玉 王斌 +1 位作者 陆光 商丽艳 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第16期62-67,共6页
本研究采用原位自牺牲法合成了N空位掺杂的g-C_(3)N_(4)/Cu_(2)(OH)_(2)CO_(3)(VCN/Cu)异质结催化剂,该催化剂体现出优异的可见-近红外宽光谱驱动性。实验结果表明,g-C_(3)N_(4)与Cu_(2)(OH)_(2)CO_(3)之间的电荷迁移遵循“Z”型机制。... 本研究采用原位自牺牲法合成了N空位掺杂的g-C_(3)N_(4)/Cu_(2)(OH)_(2)CO_(3)(VCN/Cu)异质结催化剂,该催化剂体现出优异的可见-近红外宽光谱驱动性。实验结果表明,g-C_(3)N_(4)与Cu_(2)(OH)_(2)CO_(3)之间的电荷迁移遵循“Z”型机制。氮空位的存在抑制了电荷载流子的重组,降低了界面电荷转移的能量屏障,对N 2和O_(2)的吸附和活化激发了固氮还原反应的进行,并提供了更多的反应活性位点。体系中甲醇作为空穴清除剂时O_(2)的添加对制备的催化剂的光固氮性能有显著的促进作用,在50%O_(2)和50%N_(2)混合气氛下VCN/Cu异质结催化剂的铵离子产率高达14.52 mg·L^(-1)·h^(-1)·g^(-1),是纯N 2气氛下的2.7倍,且按照“三线”光固氮机理运行。本研究为低耗、绿色环保固氮工艺提供了一条新途径。 展开更多
关键词 石墨相氮化碳 碱式碳酸铜 光催化固氮 氮空位 自牺牲法
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新型氮空位g-C_(3)N_(4)/Cu_(2)(OH)_(2)CO_(3)异质结的构建及广谱光催化降解有机染料的性能
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作者 梁红玉 王斌 陆光 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第19期16-21,共6页
本研究设计了一款不含贵金属、宽光谱响应的氮空位异质结催化剂g-C_(3)N_(4)/Cu_(2)(OH)_(2)CO_(3)(VCN/Cu),并考察了其对罗丹明B(RhB)的光催化降解性能。采用扫描电镜/透镜(SEM/TEM)、X射线衍射光谱(XRD)、X光电子能谱(XPS)、荧光光谱(... 本研究设计了一款不含贵金属、宽光谱响应的氮空位异质结催化剂g-C_(3)N_(4)/Cu_(2)(OH)_(2)CO_(3)(VCN/Cu),并考察了其对罗丹明B(RhB)的光催化降解性能。采用扫描电镜/透镜(SEM/TEM)、X射线衍射光谱(XRD)、X光电子能谱(XPS)、荧光光谱(PL)等分析手段对产物形貌、结构、元素能态等性质进行了表征。结果表明,VCN/Cu异质结催化剂对250~1800 nm的光均有较强吸收。VCN/Cu光催化降解RhB最大反应速率常数达到0.052 min^(-1),分别是Cu_(2)(OH)_(2)CO_(3)和g-C_(3)N_(4)的12.7倍和5.8倍,且具有优异的光催化稳定性。Cu_(2)(OH)_(2)CO_(3)一方面作为红外光吸收材料,提高了对太阳光全光谱的利用率;另一方面与VCN构成异质结,提高了光生电子-空穴的分离效率,同时VCN上的氮空位强化了对光生电子的捕获、对氧的吸附及还原作用。此外,本研究还考察了VCN/Cu异质结催化剂光催化降解RhB的机理。 展开更多
关键词 石墨相氮化碳 碱式碳酸铜 有机染料 氮空位 光催化
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CO_(2)/N_(2)置换-降压强化开采天然气水合物
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作者 高宇星 赵建忠 +1 位作者 高强 张驰 《化学工程》 CSCD 北大核心 2024年第1期12-17,共6页
将天然气水合物中的CH_(4)置换为CO_(2)水合物是未来能源生产和温室气体控制的一种创新方法,但通常条件下CO_(2)对水合物中CH_(4)的置换效率较低,因此采用混合气联合降压强化置换的开采方法被提出。模拟(海底静水压力)在三轴应力约束状... 将天然气水合物中的CH_(4)置换为CO_(2)水合物是未来能源生产和温室气体控制的一种创新方法,但通常条件下CO_(2)对水合物中CH_(4)的置换效率较低,因此采用混合气联合降压强化置换的开采方法被提出。模拟(海底静水压力)在三轴应力约束状态下,通过注入固定比例[n(CO_(2))∶n(N_(2))=4∶1]的置换气体,研究降压强化置换过程中储层气相组分、CH_(4)开采率与CO_(2)封存率的变化。结果表明:CO_(2)+N_(2)联合降压强化置换法大幅度提高CH_(4)水合物置换效率,CH_(4)置换率相较于传统置换法的15.2%提升至35.22%,其中N_(2)直接贡献率占8.66%。通过降压强化,显著增强分解后期阶段气体扩散效果,提高CH_(4)开采率与CO_(2)封存率,对提高水合物转换开采具有良好的应用前景。 展开更多
关键词 天然气水合物 置换反应 CH_(4) co_(2) n_(2)
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鸡蛋壳负载Co_(3)O_(4)催化剂制备及其N_(2)O分解性能研究
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作者 胡晓波 冯林雁 +2 位作者 武瑞芳 王永钊 赵永祥 《燃料化学学报(中英文)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期707-716,共10页
采用废弃的鸡蛋壳作载体,沉积沉淀法制备了一系列不同Co_(3)O_(4)含量Co_(3)O_(4)/鸡蛋壳催化剂,并在连续流动微反装置上考察了N_(2)O分解性能。结果表明,当Co_(3)O_(4)质量分数为20%时,催化剂表现出优异的N_(2)O分解性能。在空速10000 ... 采用废弃的鸡蛋壳作载体,沉积沉淀法制备了一系列不同Co_(3)O_(4)含量Co_(3)O_(4)/鸡蛋壳催化剂,并在连续流动微反装置上考察了N_(2)O分解性能。结果表明,当Co_(3)O_(4)质量分数为20%时,催化剂表现出优异的N_(2)O分解性能。在空速10000 h^(−1)和N_(2)O含量0.1%的条件下,400℃可实现N_(2)O完全转化;其比活性约为Co_(3)O_(4)催化剂的4.3倍(反应温度为440℃);同时,该催化剂对原料气中3%O_(2)、3.3%H_(2)O和/或2.0×10^(−4)NO表现出较强的耐受性和较高的稳定性。分析催化剂的多种表征结果发现,CaCO_(3)作为鸡蛋壳的主要成分,与活性组分Co_(3)O_(4)紧密结合,两者的强相互作用导致20%Co_(3)O_(4)/鸡蛋壳催化剂中产生更多的氧空位和Co^(3+);Co_(3)O_(4)氧化还原性能得到提高,Co−O键被有效削弱;此外,该强相互作用可提高20%Co_(3)O_(4)/鸡蛋壳催化剂表面碱性位点的强度,增大碱性位点数量,更易于转移电子而促进N_(2)O分解。 展开更多
关键词 鸡蛋壳 Caco_(3) co_(3)o_(4) n_(2)o 催化分解
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CO_(2)浓度缓增对冬小麦田N_(2)O排放的影响
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作者 曹琰梅 柯浩楠 +4 位作者 商东耀 武熳秋 帅斯樑 胡正华 李琪 《江苏农业学报》 CSCD 北大核心 2024年第5期855-864,共10页
为研究CO_(2)浓度缓增对冬小麦田N_(2)O排放的影响,利用由开顶式气室(OTC)组成的CO_(2)浓度自动调控平台,扬麦22号为供试材料开展田间试验。将大气CO_(2)浓度作为对照(CK),设置CO_(2)浓度缓增处理C_(80)(CO_(2)浓度缓慢增加80μmol/mol)... 为研究CO_(2)浓度缓增对冬小麦田N_(2)O排放的影响,利用由开顶式气室(OTC)组成的CO_(2)浓度自动调控平台,扬麦22号为供试材料开展田间试验。将大气CO_(2)浓度作为对照(CK),设置CO_(2)浓度缓增处理C_(80)(CO_(2)浓度缓慢增加80μmol/mol)和C_(120)(CO_(2)浓度缓慢增加120μmol/mol)。结果表明,CO_(2)浓度缓增处理没有改变小麦田N_(2)O排放通量的季节性变化特征。在2017-2018年冬小麦生长季,CK、C_(80)处理土壤N_(2)O累积排放量分别为(25.49±3.33) mg/m^(2)、(26.83±3.21) mg/m^(2);2018-2019年冬小麦生长季,CK、C_(120)处理土壤N_(2)O累积排放量分别为(113.06±2.66) mg/m^(2)、(121.20±9.28) mg/m^(2)。在2017-2018年冬小麦生长季,CK、C_(80)处理土壤-冬小麦系统N_(2)O累积排放量分别为(25.99±1.39) mg/m^(2)、(29.83±4.20) mg/m^(2)。各生育期土壤N_(2)O累积排放量与冬小麦地上部分生物量呈极显著正相关(P<0.01),土壤-冬小麦系统N_(2)O累积排放量与冬小麦地上部分生物量呈极显著正相关(P<0.01)。 展开更多
关键词 冬小麦 n_(2)o排放量 开顶式气室 co_(2)浓度缓增
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高分散Ru/Si_(3)N_(4)催化剂的制备及其在CO_(2)加氢中的应用
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作者 颜琳琳 魏宇学 +2 位作者 张成华 相宏伟 李永旺 《低碳化学与化工》 CAS 北大核心 2024年第3期9-17,共9页
氮化硅是一种良好的载体,具有较高的水热稳定性和机械稳定性,其表面的氨基基团能够较好地锚定金属,显著提高金属分散度。但是,商品氮化硅比表面积较低,对金属分散作用仍然有限。因此,以自制的高比表面积氮化硅(Si_(3)N_(4))为载体,通过... 氮化硅是一种良好的载体,具有较高的水热稳定性和机械稳定性,其表面的氨基基团能够较好地锚定金属,显著提高金属分散度。但是,商品氮化硅比表面积较低,对金属分散作用仍然有限。因此,以自制的高比表面积氮化硅(Si_(3)N_(4))为载体,通过浸渍法制备了不同Ru负载量(质量分数分别为0.5%、1.0%和2.0%)的催化剂(分别为0.5%Ru/Si_(3)N_(4)、1.0%Ru/Si_(3)N_(4)和2.0%Ru/Si_(3)N_(4)),并以商品氮化硅(Si_(3)N_(4)-C)为载体制备了2.0%Ru/Si_(3)N_(4)-C催化剂作为对照组。表征了催化剂的理化性质,测试了其在300℃、0.1 MPa下的CO_(2)加氢反应活性。结果显示,与Si_(3)N_(4)-C相比,Si_(3)N_(4)的比表面积较高(502 m^(2)/g),Si_(3)N_(4)作为载体显著提高了金属分散度,降低了金属粒径,催化剂暴露出更多的活性位点。0.5%Ru/Si_(3)N_(4)的金属粒径较小,展现出强的H_(2)吸附能力,H难以解吸,抑制了中间物种CO加氢生成CH_(4)。随着Ru负载量增加,金属粒径增大,催化剂的CH_(4)选择性更好。Ru/Si_(3)N_(4)系列催化剂中,2.0%Ru/Si_(3)N_(4)的CH_(4)选择性较高(98.8%)。空速为10000 m L/(g·h)时,0.5%Ru/Si_(3)N_(4)的CO选择性为88.2%。与2.0%Ru/Si_(3)N_(4)相比,2.0%Ru/Si_(3)N_(4)-C的金属粒径更大,活性位点较少,活性更低。2.0%Ru/Si_(3)N_(4)和2.0%Ru/Si_(3)N_(4)-C的CO_(2)转化率分别为53.1%和9.2%。Si_(3)N_(4)有效提高了金属分散度,提高了催化剂的CO_(2)加氢反应活性;通过调控Ru负载量控制催化剂金属粒径,可实现对产物CO或CH_(4)选择性的调控。 展开更多
关键词 co_(2)加氢 Ru/Si_(3)n_(4)催化剂 CH_(4)选择性 co选择性
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施氮对陇中黄土高原旱作麦田N_(2)O和CO_(2)排放的影响
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作者 何锦煜 袁建钰 +4 位作者 闫丽娟 杜梦寅 庞晔 成思潮 李广 《甘肃农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期81-89,共9页
【目的】探究陇中黄土高原半干旱区旱作麦田土壤N_(2)O和CO_(2)排放对不同施氮量的响应,阐明旱作麦田N_(2)O和CO_(2)排放特征及其主要影响因素,以期为该地区旱作麦田温室气体减排和氮肥管理提供依据。【方法】以陇中黄土高原旱作麦田为... 【目的】探究陇中黄土高原半干旱区旱作麦田土壤N_(2)O和CO_(2)排放对不同施氮量的响应,阐明旱作麦田N_(2)O和CO_(2)排放特征及其主要影响因素,以期为该地区旱作麦田温室气体减排和氮肥管理提供依据。【方法】以陇中黄土高原旱作麦田为研究对象,采用大田定位试验和室内指标测定相结合的方法,布设CK(不施肥)、LN(低量氮肥)、MN(中量氮肥)和HN(高量氮肥)共4个施氮梯度,分析不同施氮量对旱作麦田土壤硝态氮(NO_(3)^(-)-N)、铵态氮(NH_(4)^(+)-N)、有机碳(SOC)、土壤温度、含水量及土壤N_(2)O和CO_(2)排放的影响。【结果】0~10 cm土层土壤中,HN、MN、LN较CK处理,NO_(3)^(-)-N平均含量增幅为21.55%、26.06%和34.11%;NH_(4)^(+)-N平均含量增幅为21.77%、31.42%和39.20%;SOC平均含量增幅为20.43%、25.80%和35.9%。HN、MN、LN较CK处理,N_(2)O累计排放量增幅为78.63%、130.47%、217.51%;CO_(2)累计排放量增幅为5.73%、10.63%、21.75%。皮尔逊相关关系表明,不同施氮处理中,麦田0~10 cm土层土壤中NO_(3)^(-)-N、NH_(4)^(+)-N和SOC平均含量与N_(2)O、CO_(2)累计排放量呈极显著正相关关系(P<0.001),土壤温度与N_(2)O和CO_(2)累计排放量呈显著正相关关系(P<0.05),土壤含水量与N_(2)O累计排放量呈显著的负相关关系(P<0.05),与CO_(2)累计排放量相关关系不显著。【结论】施氮可以增加黄土高原旱作麦田表层土壤中NO_(3)^(-)-N、NH_(4)^(+)-N和SOC含量,进而增加了N_(2)O和CO_(2)累计排放量,是该地区麦田N_(2)O和CO_(2)排放的主要驱动因子,表层土温和土壤含水量也一定程度上影响着N_(2)O和CO_(2)的排放。 展开更多
关键词 旱作麦田 施氮量 n_(2)o co_(2) 排放通量 陇中黄土高原
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g-C_(3)N_(4)基金属复合材料光催化还原CO_(2)的研究进展
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作者 刘琦 王海北 +3 位作者 沈慧明 梁东东 崔静涛 孙贯永 《中国资源综合利用》 2024年第9期129-141,共13页
光催化还原CO_(2)是缓解温室效应和解决能源短缺问题的重要手段,因此制备工艺简单、稳定性高、催化性能优秀的光催化剂成为目前研究的重点。综述石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))材料的基本特性、催化还原CO_(2)的基本原理、g-C_(3)N_(4)基... 光催化还原CO_(2)是缓解温室效应和解决能源短缺问题的重要手段,因此制备工艺简单、稳定性高、催化性能优秀的光催化剂成为目前研究的重点。综述石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))材料的基本特性、催化还原CO_(2)的基本原理、g-C_(3)N_(4)基金属复合材料的发展现状,并阐述当前面临的挑战及未来发展方向,旨在为实现碳中和目标提供创新方向和理论支持。 展开更多
关键词 光催化 co_(2) 还原 g-C_(3)n_(4) 金属
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Solar-driven CO_(2) conversion to methane and methanol using different nanostructured Cu_(2)O-based catalysts modified with Au nanoparticles
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作者 João Angelo Lima Perini Lilian D.Moura Torquato +7 位作者 Juliana Fde Brito Gustavo A.Andolpho Mateus A.Gonçalves Leonardo D.De Angelis Lucas D.Germano Susana I.Córdoba de Torresi Teodorico C.Ramalho Maria V.Boldrin Zanoni 《Journal of Energy Chemistry》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第4期287-298,共12页
This work describes the use of TiO_(2)nanotubes-based electrodes(TNT)modified with Cu_(2)O nanostructures and gold nanoparticles for the photoelectroreduction of CO_(2)to produce value-added compounds.A thin layer of ... This work describes the use of TiO_(2)nanotubes-based electrodes(TNT)modified with Cu_(2)O nanostructures and gold nanoparticles for the photoelectroreduction of CO_(2)to produce value-added compounds.A thin layer of polydopamine was used as both an adherent agent and an electron transfer mediator,due to itsπ-conjugated electron system.The highest production yield was achieved using a TNT@PDA/Nc/Au40%electrode,with Faradaic efficiencies of 47.4%(110.5μM cm^(-2))and 27.8%(50.4μM cm^(-2))for methanol and methane,respectively.The performance of the photoelectrodes was shown to be Cu_(2)O facet-dependent,with cubic structures leading to greater conversion of CO_(2)to methanol(43%)and methane(27%),compared to the octahedral morphology,while a higher percentage of metallic gold on the nanostructured Cu_(2)O surface was mainly important for CH4production.Density functional theory(DFT)calculations supported these findings,attributing the superior photoelectrocatalytic performance of the TNT@PDA/Nc/Au40%electrode for CH4generation to the formation of an OCH3intermediate bonded to Au atoms.Studies using isotope-labeling and analysis by gas chromatograph-mass(GC-MS)demonstrated that13CO_(2)was the source for photoelectrocatalytic generation of13CH3OH and13CH313CH2OH. 展开更多
关键词 Cu_(2)o nanocubes PHoToELECTRoCATALYSIS PoLYDoPAMInE co_(2) photoelectroreduction DFT calculations
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Regulatory potential of soil available carbon,nitrogen,and functional genes on N_(2)O emissions in two upland plantation systems
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作者 Peng Xu Mengdie Jiang +4 位作者 Imran Khan Muhammad Shaaban Hongtao Wu Barthelemy Harerimana Ronggui Hu 《Journal of Integrative Agriculture》 SCIE CAS CSCD 2024年第8期2792-2806,共15页
Dynamic nitrification and denitrification processes are affected by changes in soil redox conditions,and they play a vital role in regulating soil N_(2)O emissions in rice-based cultivation.It is imperative to underst... Dynamic nitrification and denitrification processes are affected by changes in soil redox conditions,and they play a vital role in regulating soil N_(2)O emissions in rice-based cultivation.It is imperative to understand the influences of different upland crop planting systems on soil N_(2)O emissions.In this study,we focused on two representative rotation systems in Central China:rapeseed–rice(RR)and wheat–rice(WR).We examined the biotic and abiotic processes underlying the impacts of these upland plantings on soil N_(2)O emissions.The results revealed that during the rapeseed-cultivated seasons in the RR rotation system,the average N_(2)O emissions were 1.24±0.20 and 0.81±0.11 kg N ha^(–1)for the first and second seasons,respectively.These values were comparable to the N_(2)O emissions observed during the first and second wheat-cultivated seasons in the WR rotation system(0.98±0.25 and 0.70±0.04 kg N ha^(–1),respectively).This suggests that upland cultivation has minimal impacts on soil N_(2)O emissions in the two rotation systems.Strong positive correlations were found between N_(2)O fluxes and soil ammonium(NH_(4)^(+)),nitrate(NO_(3)^(–)),microbial biomass nitrogen(MBN),and the ratio of soil dissolved organic carbon(DOC)to NO_(3)^(–)in both RR and WR rotation systems.Moreover,the presence of the AOA-amoA and nirK genes were positively associated with soil N_(2)O fluxes in the RR and WR systems,respectively.This implies that these genes may have different potential roles in facilitating microbial N_(2)O production in various upland plantation models.By using a structural equation model,we found that soil moisture,mineral N,MBN,and the AOA-amoA gene accounted for over 50%of the effects on N_(2)O emissions in the RR rotation system.In the WR rotation system,soil moisture,mineral N,MBN,and the AOA-amoA and nirK genes had a combined impact of over 70%on N_(2)O emissions.These findings demonstrate the interactive effects of functional genes and soil factors,including soil physical characteristics,available carbon and nitrogen,and their ratio,on soil N_(2)O emissions during upland cultivation seasons under rice-upland rotations. 展开更多
关键词 upland-rice cultivation n_(2)o emission regulatory factors functional genes
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Mitigation of N_(2)O emissions in water-saving paddy fields:Evaluating organic fertilizer substitution and microbial mechanisms
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作者 Delei Kong Xianduo Zhang +5 位作者 Qidong Yu Yaguo Jin Peikun Jiang Shuang Wu Shuwei Liu Jianwen Zou 《Journal of Integrative Agriculture》 SCIE CAS CSCD 2024年第9期3159-3173,共15页
Water-saving irrigation strategies can successfully alleviate methane emissions from rice fields,but significantly stimulate nitrous oxide(N_(2)O)emissions because of variations in soil oxygen level and redox potentia... Water-saving irrigation strategies can successfully alleviate methane emissions from rice fields,but significantly stimulate nitrous oxide(N_(2)O)emissions because of variations in soil oxygen level and redox potential.However,the relationship linking soil N_(2)O emissions to nitrogen functional genes during various fertilization treatments in water-saving paddy fields has rarely been investigated.Furthermore,the mitigation potential of organic fertilizer substitution on N_(2)O emissions and the microbial mechanism in rice fields must be further elucidated.Our study examined how soil N_(2)O emissions were affected by related functional microorganisms(ammonia-oxidizing archaea(AOA),ammonia-oxidizing bacteria(AOB),nirS,nirK and nosZ)to various fertilization treatments in a rice field in southeast China over two years.In this study,three fertilization regimes were applied to rice cultivation:a no nitrogen(N)(Control),an inorganic N(Ni),and an inorganic N with partial N substitution with organic manure(N_(i)+N_(o)).Over two rice-growing seasons,cumulative N_(2)O emissions averaged 0.47,4.62 and 4.08 kg ha^(−1)for the Control,Ni and N_(i)+N_(o)treatments,respectively.In comparison to the Ni treatment,the N_(i)+N_(o)fertilization regime considerably reduced soil N_(2)O emissions by 11.6%while maintaining rice yield,with a lower N_(2)O emission factor(EF)from fertilizer N of 0.95%.Nitrogen fertilization considerably raised the AOB,nirS,nirK and nosZ gene abundances,in comparison to the Control treatment.Moreover,the substitution of organic manure for inorganic N fertilizer significantly decreased AOB and nirS gene abundances and increased nosZ gene abundance.The AOB responded to N fertilization more sensitively than the AOA.Total N_(2)O emissions significantly correlated positively with AOB and nirS gene abundances while having a negative correlation with nosZ gene abundance and the nosZ/nirS ratio across N-fertilized plots.In summary,we conclude that organic manure substitution for inorganic N fertilizer decreased soil N_(2)O emissions primarily by changing the soil NO_(3)^(−)-N,pH and DOC levels,thus inhibiting the activities of ammonia oxidation in nitrification and nitrite reduction in denitrification,and strengthening N_(2)O reduction in denitrification from water-saving rice paddies. 展开更多
关键词 organic manure substitution inorganic fertilizer n_(2)o functional microbe rice paddy
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Refining the Factors Affecting N_(2)O Emissions from Upland Soils with and without Nitrogen Fertilizer Application at a Global Scale
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作者 Wenqian JIANG Siqi LI +5 位作者 Yong LI Meihui WANG Bo WANG Ji LIU Jianlin SHEN Xunhua ZHENG 《Advances in Atmospheric Sciences》 SCIE CAS CSCD 2024年第9期1804-1820,共17页
Nitrous oxide(N_(2)O)is a long-lived greenhouse gas that mainly originates from agricultural soils.More and more studies have explored the sources,influencing factors and effective mitigation measures of N_(2)O in rec... Nitrous oxide(N_(2)O)is a long-lived greenhouse gas that mainly originates from agricultural soils.More and more studies have explored the sources,influencing factors and effective mitigation measures of N_(2)O in recent decades.However,the hierarchy of factors influencing N_(2)O emissions from agricultural soils at the global scale remains unclear.In this study,we carry out correlation and structural equation modeling analysis on a global N_(2)O emission dataset to explore the hierarchy of influencing factors affecting N_(2)O emissions from the nitrogen(N)and non-N fertilized upland farming systems,in terms of climatic factors,soil properties,and agricultural practices.Our results show that the average N_(2)O emission intensity in the N fertilized soils(17.83 g N ha^(-1)d^(-1))was significantly greater than that in the non-N fertilized soils(5.34 g N ha^(−1) d^(−1))(p<0.001).Climate factors and agricultural practices are the most important influencing factors on N_(2)O emission in non-N and N fertilized upland soils,respectively.For different climatic zones,without fertilizer,the primary influence factors on soil N_(2)O emissions are soil physical properties in subtropical monsoon zone,whereas climatic factors are key in the temperate zones.With fertilizer,the primary influence factors for subtropical monsoon and temperate continental zones are soil physical properties,while agricultural measures are the main factors in the temperate monsoon zone.Deploying enhanced agricultural practices,such as reduced N fertilizer rate combined with the addition of nitrification and urease inhibitors can potentially mitigate N_(2)O emissions by more than 60%in upland farming systems. 展开更多
关键词 n_(2)o emissions influencing factors nitrogen cycling upland farming systems
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丛枝菌根真菌对褐土玉米氮素吸收和土壤N_(2)O排放的影响 被引量:1
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作者 王艳芳 刘金钊 +1 位作者 李志超 刘领 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1972-1984,共13页
探究不同氮肥水平下丛枝菌根(AM)真菌对褐土玉米土壤N_(2)O排放和氮转化功能基因的影响,为阐明AM真菌在褐土N_(2)O排放中的作用和效应提供理论依据。设置氮肥用量(NⅠ:105 mg/kg;NⅡ:210 mg/kg)、AM真菌(M0:不接种AM真菌;M1:接种根内根... 探究不同氮肥水平下丛枝菌根(AM)真菌对褐土玉米土壤N_(2)O排放和氮转化功能基因的影响,为阐明AM真菌在褐土N_(2)O排放中的作用和效应提供理论依据。设置氮肥用量(NⅠ:105 mg/kg;NⅡ:210 mg/kg)、AM真菌(M0:不接种AM真菌;M1:接种根内根孢囊霉(Rhizophagus intraradices);M2:接种摩西斗管囊霉(Funneliformis mosseae);M3:接种Rhizophagus intraradices+Funneliformis mosseae等比例混合)双因素盆栽试验。测定植株地上部全氮含量、土壤铵态氮、硝态氮含量和N_(2)O排放量,采用实时荧光定量聚合酶链式反应(PCR)法分析土壤硝化功能基因(amoA-AOA和amoA-AOB)和反硝化功能基因(nirS、nirK和nosZ)的丰度。结果表明,两种施氮水平下,接种AM真菌均可显著降低土壤N_(2)O排放通量和累积排放量,不同AM真菌处理下N_(2)O累积排放量表现为:M0>M2>M1>M3。相同AM真菌处理的土壤N_(2)O排放通量和累积排放量在NⅡ施氮水平高于NⅠ施氮水平;相同AM真菌处理的玉米菌根侵染率在NⅡ施氮水平低于NⅠ施氮水平。与M0相比,NⅠ条件下M1、M2和M3处理土壤铵态氮含量分别降低24.5%、20.8%和45.3%,硝态氮含量分别降低19.7%、14.9%和30.2%,植株地上部全氮含量分别增加16.3%、35.2%和59.6%;与M0相比,NⅡ条件下M1、M2和M3处理土壤铵态氮含量分别降低20.9%、24.8%和40.0%,硝态氮含量分别降低36.3%、25.6%和45.2%,植株地上部全氮含量分别增加33.2%、43.9%和95.4%。两种施氮水平下,AM真菌可显著降低土壤硝化功能基因(amoA-AOA和amoA-AOB)丰度,增加反硝化功能基因(nirS、nirK和nosZ)丰度。AM真菌与N_(2)O排放通量呈极显著负相关。本盆栽试验条件下,接种AM真菌均可增强两种氮肥用量玉米植株氮素吸收能力,调节硝化、反硝化相关功能基因的丰度,减少土壤N_(2)O气体的排放,且两种AM真菌混合处理的N_(2)O减排效应强于单一AM真菌接种。 展开更多
关键词 丛枝菌根真菌 n_(2)o排放 氮转化功能基因 褐土 玉米
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生物炭及其老化对农田NH_(3)挥发及N_(2)O排放的影响 被引量:1
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作者 张聪 王震洪 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1418-1428,共11页
生物炭具有减缓农田NH_(3)挥发和N_(2)O排放的重要潜力,但在施入环境后常常存在“老化”现象,这为其缓解全球变暖的长期有效性带来了不确定性。为了探明生物炭的长期效应,人工加速模拟了自然界中水分、温度、氧气、土壤矿物质及微生物... 生物炭具有减缓农田NH_(3)挥发和N_(2)O排放的重要潜力,但在施入环境后常常存在“老化”现象,这为其缓解全球变暖的长期有效性带来了不确定性。为了探明生物炭的长期效应,人工加速模拟了自然界中水分、温度、氧气、土壤矿物质及微生物多种老化因素,结合多元表征手段对比不同老化方式对生物炭性质的影响,利用主成分分析法建立新的生物炭性质综合指标来反映老化强度。再通过大田控制试验,采用原位通气法和静态箱-气相色谱法监测夏玉米生长周期内老化前后生物炭施用对农田NH_(3)挥发和N_(2)O排放的影响,为生物炭的可持续应用提供科学依据。结果表明,老化过程增加了原生物炭(BC)的氧含量、比表面积(SBET)、总孔容(Vt)及含氧官能团数量,降低了灰分、碱性、碳含量、平均孔径及其芳香性,各老化作用强度排序为:氧化老化生物炭(OBC)>矿化老化生物炭(KBC)>微生物老化生物炭(MBC)>干湿循环老化生物炭(WBC)>冻融循环老化生物炭(FBC)>BC。生物炭的添加减少了13.57%-29.50%的NH_(3)挥发量。与BC相比,OBC和KBC分别显著降低了14.71%和9.38%的NH_(3)挥发(P<0.05),MBC降低了3.38%的NH_(3)挥发(P>0.05)。相反,WBC和FBC分别增加了4.55%和2.72%的NH_(3)挥发(P>0.05)。同时,生物炭的添加降低了22.36%-40.43%的N_(2)O排放量。其中,BC减排效果最优,老化作用均削弱了原生物炭对N_(2)O的减排效应。与BC相比,OBC和KBC显著增加了30.34%和26.36%的N_(2)O排放量(P<0.05),MBC、FBC和WBC分别增加了19.96%、18.29%和10.92%的N_(2)O排放量(P>0.05)。综上,不同老化方式会对生物炭的理化性质造成不同改变,进而影响土壤气态氮释放。通过对比不同的老化方式,OBC影响最为显著,其次为KBC,MBC居中,WBC和FBC的影响最弱。 展开更多
关键词 生物炭 老化 nH_(3)挥发 n_(2)o排放
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环戊酮对农田土壤N_(2)O排放的影响及作用机理研究
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作者 王炜 王文宇 +7 位作者 李雅群 刘凯 张坤 李东伟 李景元 全智 刘恩峰 李杰 《中国土壤与肥料》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期52-61,共10页
旨在明确新型植物源抑制剂环戊酮(CCO)在不同土壤条件下对氧化亚氮(N_(2)O)排放的影响及作用机理。以江西红壤和甘肃漠灌土为研究对象,试验共设3个处理:(1)空白对照(CK);(2)尿素处理(U);(3)CCO处理(U+CCO)。研究发现,施用CCO与单施尿素... 旨在明确新型植物源抑制剂环戊酮(CCO)在不同土壤条件下对氧化亚氮(N_(2)O)排放的影响及作用机理。以江西红壤和甘肃漠灌土为研究对象,试验共设3个处理:(1)空白对照(CK);(2)尿素处理(U);(3)CCO处理(U+CCO)。研究发现,施用CCO与单施尿素相比能够延长红壤和漠灌土中铵态氮在土壤中的留存时间,降低土壤硝化作用潜势;与尿素处理相比,CCO处理的N_(2)O累积排放量分别减少74.12%(红壤)和63.19%(漠灌土);荧光定量PCR结果表明,施用尿素能够增加土壤中氨氧化微生物的活性,配施CCO对氨氧化细菌的抑制效果在漠灌土中(85.81%)优于红壤(19.63%),而对氨氧化古菌无明显抑制作用;氮素输入同样能提高反硝化功能基因nirK与nirS的活性,且CCO对两种土壤中nirK与nirS基因均具有显著抑制作用;在不同土壤中,施用CCO抑制反硝化功能基因nirK与nirS活性的持续时间不同,在红壤上对反硝化功能基因nirK与nirS的抑制效果出现在培养的第7 d,而漠灌土出现在第25 d。新型植物源抑制剂CCO主要通过抑制氨氧化细菌和反硝化功能基因nirK与nirS来延缓硝化和反硝化过程,从而减少N_(2)O的排放。 展开更多
关键词 环戊酮 n_(2)o排放 硝化与反硝化 氨氧化微生物
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衰竭底水气藏注CO_(2)提高天然气采收率与碳封存机理
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作者 张烈辉 熊伟 +5 位作者 赵玉龙 文绍牧 曹正林 刘莉莉 罗山贵 汪永朝 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期25-38,I0001,共15页
气藏注CO_(2)提高天然气采收率并实现碳封存有望成为大幅度提高天然气产量与碳减排协同的潜在关键技术。为了给底水气藏注CO_(2)高效开发提供指导,针对地层水盐度对CO_(2)-CH_(4)-H_(2)O-NaCl体系相平衡影响、气藏注气过程中压力变化对C... 气藏注CO_(2)提高天然气采收率并实现碳封存有望成为大幅度提高天然气产量与碳减排协同的潜在关键技术。为了给底水气藏注CO_(2)高效开发提供指导,针对地层水盐度对CO_(2)-CH_(4)-H_(2)O-NaCl体系相平衡影响、气藏注气过程中压力变化对CO_(2)-CH_(4)-H_(2)O-NaCl体系相平衡影响、注采方案对注CO_(2)提高气藏采收率影响、盐度对注CO_(2)提产及封存影响等目前认识不清的问题开展了CO_(2)-CH_(4)-H_(2)O-NaCl体系相平衡规律及注CO_(2)提采与封存数值模拟研究。研究结果表明:①随着盐度增加,CO_(2)和CH_(4)在盐水中的溶解度降低,液相的密度和黏度增加,盐度对气相性质几乎没有影响;②随着压力增加,CO_(2)和CH_(4)在液相中的溶解度均增加,气相、液相密度和黏度均增加,液相偏差因子随压力增加而增加,气相偏差因子先减小后增加;③同注同采方案CH_(4)产量更稳定且产出的CO_(2)少,而先注后采方案则会加速CO_(2)与CH_(4)的混合,CO_(2)封存量低,前者更适合注CO_(2)提采及封存;④在不考虑盐析效应的前提下,盐度对CH_(4)采收率和CO_(2)封存量的影响几乎可以忽略不计,不同盐度的衰竭底水气藏中CH_(4)采收率均超过80%、CO_(2)封存率均超过99%,短期注CO_(2)过程中,CO_(2)主要以气态或超临界态的形式被封存,少部分CO_(2)溶解在液相中,100年后CO_(2)在液相中的溶解质量分数约为5%。结论认为,衰竭底水气藏注CO_(2)能增压补能、驱替置换残余天然气,提高采收率并实现碳封存。 展开更多
关键词 衰竭底水气藏 注二氧化碳 提高气藏采收率 碳封存 e-CPA状态方程 co_(2)-CH_(4)-H_(2)o-nacl体系 相态变化规律
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稻麦复种模式下氮肥与稻秸互作对小麦产量和N_(2)O排放影响及推荐施肥研究 被引量:3
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作者 陆汝华 王文轩 +4 位作者 曹强 田永超 朱艳 曹卫星 刘小军 《作物学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1300-1311,共12页
优化氮肥施用和秸秆还田技术为途径的农业管理措施被认为是提升农业可持续性的有效手段,然而当前关于氮肥和秸秆还田对小麦产量和N_(2)O排放影响的研究仍十分有限。为此,本研究基于2000—2022年发表的关于长江中下游流域氮肥和秸秆投入... 优化氮肥施用和秸秆还田技术为途径的农业管理措施被认为是提升农业可持续性的有效手段,然而当前关于氮肥和秸秆还田对小麦产量和N_(2)O排放影响的研究仍十分有限。为此,本研究基于2000—2022年发表的关于长江中下游流域氮肥和秸秆投入下小麦产量和N_(2)O排放变化的文献,运用随机森林建模,定量分析氮肥和秸秆还田对小麦产量和N_(2)O排放的影响,并结合情景设置进行了特定地点的小麦产量和N_(2)O排放模拟,同时评估了碳排放强度(CEE)和净生态系统经济效益(NEEB)。结果表明,建立的区域尺度小麦产量与N_(2)O排放对氮秸互作响应的随机森林模型,验证结果R^(2)分别为0.66和0.65,RMSE分别为0.70和1.11。结果表明施氮量和土壤有机质是影响小麦产量和N_(2)O排放的重要因素。综合来看,达到最大产量所需的氮肥量为208~212 kg hm^(-2),达到最小CEE所需的氮肥量为113~130 kg hm^(-2),达到最高的NEEB所需的氮肥量为202~205 kg hm^(-2),其中在6.75 t hm^(-2)的秸秆投入下施用202 kg hm^(-2)的氮肥可以获得最高的生态收益1.37万元。优化氮肥和秸秆投入具备减少作物碳排放强度并获得最大净生态环境效益的潜力。 展开更多
关键词 施氮量 秸秆投入 小麦 n_(2)o 排放模型 推荐施肥
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不同母质发育水稻土N_(2)O消耗潜力及环境影响因素 被引量:1
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作者 杨曼 钟金梅 +4 位作者 王薇 赵丽娅 李兆华 李昆 王玲 《中国土壤与肥料》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期35-44,共10页
土壤是N_(2)O的源和汇,在淹水和厌氧条件下具有消耗N_(2)O的能力。稻田土壤长期处于淹水状态,为N_(2)O的消耗提供了有利的环境,从而减少了N_(2)O排放。目前,有关稻田土壤N_(2)O排放的相关研究已有很多,但关于稻田表层土壤N_(2)O的消耗... 土壤是N_(2)O的源和汇,在淹水和厌氧条件下具有消耗N_(2)O的能力。稻田土壤长期处于淹水状态,为N_(2)O的消耗提供了有利的环境,从而减少了N_(2)O排放。目前,有关稻田土壤N_(2)O排放的相关研究已有很多,但关于稻田表层土壤N_(2)O的消耗能力及其与环境因素之间的关系研究较少。研究采集了第四纪红壤母质发育的壤土、湖积物砂土发育的砂质壤土、冲积土发育的粉砂质黏壤土3类土壤的各3个表层(0~5 cm)水稻土,风干后将其回填至具有5 cm深土柱的培养装置内,在土柱底部添加N_(2)O和添加氦气(He,对照)两个处理,于28℃下恒温淹水厌氧培养96 h。培养期间监测各土壤N_(2)O、N_(2)的动态变化,以及培养前后土壤养分的变化,量化N_(2)O消耗量和N2增量,以期揭示稻田表层土壤N_(2)O的消耗能力及其与环境因素之间的关系。结果表明,土壤剖面积累的N_(2)O有95.01%~99.92%被稻田表层土壤吸收,其中被还原为N2的N_(2)O量占总消耗量的64.50%~83.64%,表明淹水厌氧状态下,不同的水稻土均具有很强的N_(2)O吸收和消耗能力。研究还发现,3类土壤N_(2)O的消耗存在一定差异,其中影响砂质壤土N_(2)O消耗的主要环境因子为土壤砂粒含量,且两者之间存在显著的线性相关关系(R^(2)=0.964,P=0.000);土壤黏粒、粉砂粒、pH是粉砂质黏壤土N_(2)O消耗的主要环境影响因素,其中土壤黏粒与其消耗量呈显著线性相关(P<0.05);土壤速效钾和铵态氮增加量是影响壤土N_(2)O消耗的主要环境因子,其消耗量与速效钾之间在0.01水平上显著正相关。这些结果表明,土壤可溶性有机碳、土壤质地、土壤速效钾等是影响稻田土壤N_(2)O消耗的重要环境因子,且不同土壤N_(2)O消耗的环境影响因子存在差异,这将为调节土壤N_(2)O排放提供重要参考。 展开更多
关键词 表层水稻土 n_(2)o消耗 土壤pH 土壤可溶性有机碳 土壤质地 淹水缺氧
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节水灌溉下秸秆还田形式对黑土区稻田N_(2)O排放与产量的影响 被引量:1
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作者 薛里 张忠学 +4 位作者 齐智娟 韩羽 徐丹 张作合 周欣 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期280-289,共10页
为探寻不同灌溉模式下秸秆还田形式对黑土区稻田N_(2)O排放与产量的影响,于2023年进行大田试验,设置常规灌溉(F)与控制灌溉(C)两种灌溉模式,同时设置秸秆还田(S)、秸秆炭化为生物炭还田(B)、秸秆过牛腹为有机肥还田(O)3种还田形式,以及... 为探寻不同灌溉模式下秸秆还田形式对黑土区稻田N_(2)O排放与产量的影响,于2023年进行大田试验,设置常规灌溉(F)与控制灌溉(C)两种灌溉模式,同时设置秸秆还田(S)、秸秆炭化为生物炭还田(B)、秸秆过牛腹为有机肥还田(O)3种还田形式,以及秸秆不还田(N)作为对照组,共计8个处理。分析不同灌溉模式下秸秆还田形式对稻田N_(2)O排放通量与水稻产量的影响,测定了水稻各生育期稻田土壤铵态氮含量、硝态氮含量、微生物氮含量、pH值,并分析了N_(2)O排放总量和水稻产量与土壤环境因子之间的关系。结果表明:除返青期外,与秸秆不还田处理相比,秸秆还田与有机肥还田处理土壤铵态氮含量、硝态氮含量、微生物氮含量均表现为增加。相同秸秆还田形式下,控制灌溉模式下各处理生育期内土壤平均铵态氮含量、硝态氮含量较常规灌溉模式高36.23%~60.82%、14.16%~19.61%。同时,秸秆还田与生物炭还田能提高稻田土壤pH值。相同灌溉模式下,与秸秆不还田处理相比较,秸秆还田与有机肥还田处理N_(2)O排放总量分别增加14.44%~24.09%、8.22%~14.44%,生物炭还田处理N_(2)O排放总量降低14.31%~23.90%。生物炭还田与有机肥还田各处理水稻产量提高3.28%~13.07%,其中控制灌溉模式下生物炭还田处理产量最高。综上所述,控制灌溉下生物炭还田可以实现节水、增产、减排的目的。 展开更多
关键词 水稻产量 n_(2)o排放 黑土区稻田 灌溉模式 秸秆还田形式
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