增温和秸秆还田对黑土农田土壤氮素有效性和N_2O通量的影响

土壤氮转化速率决定着土壤供氮能力,除受到温度的影响,还受到底物有效性的影响。然而,在农田生态系统中,关于土壤氮素有效性和N_2O通量对气候变暖和秸秆还田耦合的响应研究仍不足。本研究在东北黑土区进行增温和秸秆还田试验,采用离子交换树脂膜和静态暗箱法,原位监测0~20 cm土层土壤铵态氮、硝态氮有效性和氧化亚氮(N_2O)通量,探究增温和秸秆还田对农田黑土氮转化的影响。结果表明:增温、秸秆还田没有显著影响土壤氮有效性,但其在不同时期存在显著差异。秸秆还田显著增加了N_2O通量,且7月增温和秸秆还田处理对N_2O通量具有显著交互作用。在不增温条件下,秸秆还田使N_2O显著提升了109%;在增温条件下,秸秆还田使N_2O显著下降了2%。增温、秸秆还田和取样月份对N_2O通量也具有显著交互作用。研究结果有利于评估全球气候变暖背景下秸秆还田对农田生态系统氮周转的调控作用,对研究黑土氮循环过程具有重要参考价值。

基于同位素特征的华北平原菜地N_2O排放监测中取样时间的探讨

【目的】为了长期监测土壤释放N_2O的通量和同位素变化规律,了解产生N_2O的微生物过程,提高对N_2O排放量和排放系数估计的准确性,需要对N_2O的日变化规律做深入研究,以便获得具有代表性的取样时间点及密闭时间。【方法】采用田间原位试验对华北平原的莴苣菜地进行了N_2O排放监测,选取N_2O排放高峰期即施肥灌溉后5 6 d为监测时间段,采用静态气体箱收集土壤释放的N_2O气体,结合气相色谱和质谱技术测定N_2O的含量及其同位素值(δ^(15)N-N_2O,δ^(18)O-N_2O和SP)。试验设2种取样间隔,即2 h和10 min,分别对N_2O日变化规律和密闭时间进行研究。【结果】1)在莴苣菜地N_2O排放高峰期内,N_2O通量日变化范围为34.65 131.45μg/(m^2·h),最大和最小的通量分别发生在13:00和次日5:00,9:00的N_2O通量为83.66μg/(m^2·h),与日通量平均值82.81μg/(m^2·h)相接近。N_2O通量产生日变化的原因与土壤温度有关,相关分析表明,N_2O通量与地下5 cm处土壤温度呈显著正相关(R2=0.82,P<0.01),而与土壤充水孔隙度(WFPS)无显著相关性。2)24 h内,δ^(15)Nbulk-N_2O和δ^(18)O-N_2O随着时间呈现先降低后增加的变化趋势,变化范围分别为-31.22‰-11.09‰和-7.45‰-0.68‰;SP值随时间呈现先增加后降低的变化趋势,变化范围为16.13‰26.41‰。N_2O各个同位素值随时间的变化表明产生N_2O的微生物过程随之变化,但SP值在9:00 17:00较稳定,变化范围为23.26‰26.21‰,极显著高于其他时刻(P<0.01),表明硝化作用在这一时间段内对N_2O的产生起主导作用。3)扣箱40min后,N_2O含量、δ15N-N_2O和SP值都达到稳定状态,因此选取40 min作为单次观测N_2O含量和同位素变化的密闭时间。4)24 h内N_2O通量加权SP值为22.54‰。根据前人总结的规律,本研究中N_2O主要由细菌硝化作用产生,且估计60.92%的N_2O来自于细菌硝化作用,39.08%的N_2O来自于反硝化作用。【结论】华北平原莴苣菜地的N_2O通量和同位素值具有较大的日变化,综合N_2O通量和同位素值,建议选取9:00作为观测莴苣菜地N_2O排放通量和同位素特征值变化规律的时刻,建议静态气体箱密闭时间为40 min。

节水灌溉对稻田N_2O季节排放特征的影响

为了揭示节水灌溉对技术对稻田N2O排放的影响,采用静态暗箱-气相色谱法对稻田N2O排放进行了田间原位观测,分析了节水灌溉对稻田N2O季节排放特征的影响。结果表明,水稻全生育期节水灌溉稻田N2O平均排放通量为41.84μg/(m2·h),较淹水灌溉稻田N2O平均排放通量增加了33.3%;节水灌溉稻田N2O排放总量为119.86mg/m2,比淹水灌溉稻田显著增加了17.8%;节水灌溉稻田N2O排放通量呈现明显的季节变化规律,有两次较大的排放峰值,峰值主要出现在施肥后1周左右;节水灌溉稻田土壤的每次脱水过程均不同程度地加剧了N2O排放,复水后N2O排放通量有增有减但变幅不大,而淹水灌溉稻田在黄熟期落干阶段N2O排放出现反弹。由此可见,不同灌溉模式下的稻田土壤水分状况决定了N2O季节排放的差异,与淹水灌溉相比,控制灌溉显著增加了稻田N2O季节排放量。

凋落茶叶对华中地区酸化茶园土壤N_2O与CO_2排放的影响

采用室内培养试验方法,研究了凋落茶叶添加(0、5、10 g·kg-1和20 g·kg^(-1))对酸化茶园土壤N_2O和CO_2排放特征的影响。结果表明:4种添加水平下,N_2O和CO_2排放通量分别为0.24~3.92μg·kg^(-1)·h^(-1)和0.33~1.84 mg·kg^(-1)·h^(-1);凋落茶叶的添加显著促进了酸化茶园土壤N_2O和CO_2排放(P<0.05),且两种气体的排放通量随着凋落茶叶添加量的增加而增加;凋落茶叶显著提高了酸化土壤pH值(P<0.05),且添加量越多,pH值变幅越大,其一定程度上改善了茶园土壤酸化现象。茶园土壤铵态氮与N_2O排放通量呈极显著相关,而硝态氮与N_2O排放通量未呈显著相关性。土壤可溶性有机碳含量与N_2O和CO_2排放通量均呈极显著相关关系。茶园土壤N_2O排放通量和CO_2排放通量呈极显著正相关。研究结果有助于阐明凋落茶叶对茶园土壤温室气体排放的作用规律,且对了解茶园生态系统碳氮循环有一定的理论意义。

紫色土菜地生态系统土壤N_2O排放及其主要影响因素

应用静态箱/气相色谱法对种菜历史超过20a的紫色土菜地进行了1a N2O排放的定位观测,分析了菜地N2O排放特征及施氮、土壤温度、土壤湿度和蔬菜参与对N2O排放的影响.结果表明,紫色土菜地生态系统在不施氮和施氮(N150kg/hm2)情况下N2O平均排放通量为(50.7±13.3)和(168.4±37.3)μg.m-.2h-1,N2O排放系数为1.86%.菜地生态系统N2O排放强度高于当地粮食作物农田,其主要原因在于菜地较高的养分水平和频繁的施肥、浇水等田间管理措施.从菜地N2O排放总量的季节分配来看,有64%的N2O排放量来自于土壤水热条件较好的夏秋季蔬菜生长期,冬春季蔬菜生长期N2O排放量较少,仅占34%.因此,土壤水热条件不同是造成菜地N2O排放量季节分配差异的重要原因.氮肥对增加N2O排放的效应因蔬菜生育期内单位时间施肥强度不同而异,蔬菜生育期越短,施氮对增加N2O排放的效应越明显.不施氮和常规施氮菜地N2O排放通量与地下5cm处土壤温度呈显著的正相关,但不种蔬菜的空地两者之间的关系不显著,并且常规施氮菜地土壤温度(T)对N2O排放通量(F)的影响可用指数方程F=11.465e0.032 T(R=0.26,P<0.01)表示.土壤湿度对菜地N2O排放的影响存在阈值效应,当土壤含水空隙率(WFPS)介于60%—75%时更易引发N2O高排放.因此,依据蔬菜生育期特点,结合土壤水分状况调节施肥量与施肥时间可能会减少菜地N2O排放.

河流梯级开发对乌江中上游水体溶存N_2O释放的影响

当前河流筑坝导致水库释放温室气体N_2O的问题已经引起了世界范围内的广泛关注,梯级开发河流N_2O释放过程和机理的研究有助于准确评估河流N_2O释放水平.本研究选取了乌江中上游梯级开发河段,采集了河水、库区表层水和水库下泄水样进行了相关地球化学分析.结果显示,乌江干流的梯级开发对水化学条件、氮化物以及N_2O的释放产生了显著影响,氮化物受到显著的拦截效应,N_2O在库区附近的释放明显强于河流.N_2O饱和度平均为347%,均表现为大气N_2O的释放源,并受各水库自身库龄、营养状态和有机质等条件的影响.春夏季受水库内部氮的生物地球化学影响,具有较高的N_2O释放水平.温度、酸碱度(pH)和溶解氧(dissolved oxygen,DO)是影响N_2O释放的关键因子,对于库龄较老的乌江渡和东风湖来说,有机碳埋藏和水库营养条件显著促进着N_2O的释放,而氮负荷水平并未表现出显著促进N_2O的释放.硝化作用是河流N_2O产生的主要过程,但是下泄水较高的N_2O含量说明库区底部反硝化作用具有重要的贡献.全年河流水-气界面释放通量平均为0.33μmol·m^(-2)·h^(-1),下泄水的释放通量为0.64μmol·m^(-2)·h^(-1),水库表层水释放通量为0.43μmol·m^(-2)·h^(-1).与世界其他河流相比,乌江中上游干流N_2O的释放水平属中等水平,主要控制因素可能是氮负荷水平和水体水化学条件.然而,下泄水体具有高于河流和库区表层水的释放通量,需要引起重视.

不同施氮方式对玉米产量及N_2O排放的影响

通过3年定位试验,采用静态箱/气相色谱法对壤质草甸土区玉米生产进行了全生长季N2O排放通量的观测,分析了不同施氮方式对N2O排放总量、排放系数和玉米产量的影响。结果表明:减少氮肥用量20%的缓控释肥处理与秸秆还田配化肥处理产量居高,而且二者间差异不显著;秸秆还田促进了农田土壤N2O排放,使得秸秆还田配化肥处理的年均N2O季节排放总量最高,达到1.50 kg N·hm-2;年均N2O季节排放总量与施肥量之间相关系数达到了0.97;随着试验年限的增加,N2O-N季节排放系数受施肥量的影响逐年增加,相关系数从2009年的-0.015增加到2011年的0.624。因此不同施氮方式对N2O季节排放的影响需要通过多年定位来准确把握,同时在研究农田N2O-N季节排放时要适当考虑植株生长过程中N2O的排放。兼顾产量和减排2个因素,建议推广缓控释肥的减量施用。

pH对生物膜同步硝化反硝化脱氮及其N_2O产量的影响

采用自制连续流生物膜反应器,控制进水pH在6.0~8.0,考察pH对生物膜SND脱氮效果和N_2O产量的影响。结果表明,NH4＋-N去除率随pH的升高而提高,pH由6.0升高到8.0时,NH4＋-N去除率由70.66%提高到95.56%;TN去除率随pH的升高先升高后下降,当pH为7.5左右时,TN去除率达到70.98%,生物膜SND效果为佳。pH对N_2O的产量影响较大,pH为6.0时,系统N_2O产量最大,转化率也最高,为3.54%左右。随着pH的升高,系统中N_2O的释放量逐渐降低。pH=6.0时N_2O的产量是pH=8.0时的2.4倍左右。从SND脱氮效果和控制N_2O产量2方面考虑,将进水pH控制在7.5左右比较合理,既可以达到良好的脱氮效果,又可以减少N_2O的产量。

广州地区晚季稻田CH_4、N_2O排放研究初报

采用广州地区农民常用施肥类型（１化肥；２有机肥＋化肥）和灌溉方式（间歇灌溉），研究晚季稻田ＣＨ４、Ｎ２Ｏ排放规律及排放量。试验初步表明，在一定的施肥量及气候条件下，灌溉水管理是决定ＣＨ４、Ｎ２Ｏ排放量的较主要因素，而这一因素对ＣＨ４、Ｎ２Ｏ排放量的影响互为相反，即施肥后稻田处于灌溉淹水状态有利于ＣＨ４排放而不利于Ｎ２Ｏ排放；稻田处于干湿状态有利于Ｎ２Ｏ排放，但非常不利于ＣＨ４排放；研究初步结果：施纯化肥水稻田所排放的ＣＨ４、Ｎ２Ｏ总量对温室效应及地球臭氧层破坏的综合影响强度大于施有机肥加化肥水稻田。广州地区晚季稻田ＣＨ４排放通量为７．８ｍｇ／ｍ２·ｈ；Ｎ２Ｏ排放通量为２２６μｇ／ｍ２·ｈ。

基于ETG-通量校正传输法的短间隙SF_6/N_2混合气体流注放电数值仿真

利用粒子输运方程及耦合泊松方程,研究了短间隙中10%~90%SF_6/N_2混合气体在不同阶段的流注放电特性。针对流注头部粒子空间分布出现陡梯度问题,基于不均匀的三角元网格剖分,采用Euler-Taylor-Galerkin(ETG)格式对粒子连续性方程进行时间离散,利用通量校正传输法(FCT)对离散后的方程进行求解,可以明显提高计算准确度和减小数值扩散。基于以上算法,考虑电子与SF_6/N_2中性混合气体的电离、复合、吸附以及光电离等过程,对短间隙气体流注放电过程进行了仿真。仿真结果表明,初始场强的大小影响流注的发展,随着流注发展,流注头部空间电荷加剧了两极板间的电场畸变,间隙击穿时流注头部电子浓度达到10^(20)/m^3,最大空间场强达到114k V/cm;光电离对加速流注的形成和发展有很大的影响;仿真结果也验证了ETG-FCT法应用于气体放电研究的有效性。

N_2O吸入与口服曲马多缓解光动力治疗尖锐湿疣术中疼痛的疗效观察

目的观察N_2O吸入与口服曲马多缓释片在光动力治疗尖锐湿疣术中的镇痛效果。方法将接受光动力(PDT)治疗的尖锐湿疣患者以数字评分法(NRS)对疼痛进行评分,观察并记录PDT照光过程中1min,5min,10min,15min,20min疼痛评分及照光结束后3h,6h,24h,48h及72h疼痛评分。将患者随机分为N_2O组及曲马多组,在第2次光动力治疗过程中分别给予N_2O镇痛及曲马多镇痛:其中N_2O组吸入低浓度笑氧混合气;曲马多组照光前2h口服盐酸曲马多缓释片。结果在照光过程中,N_2O组与曲马多组均具有良好的镇痛效果,与患者的疼痛基础值比较,差异均有统计学意义(P均<0.05),N_2O组优于曲马多组(P<0.05)。照光结束后两组患者疼痛均缓解,术后24h内曲马多组疼痛平均值明显低于N_2O组(P<0.05)。两组不良反应发生率差异无统计学意义(P>0.05),均未发生严重不良事件。N_2O组患者吸入N_2O前后HR,BP,SpO_2比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结论对于光动力治疗过程中疼痛评分NRS>6分的患者,应用N_2O吸入镇痛能更有效的缓解治疗过程中的疼痛,而口服曲马多镇痛则可持续更长时间。

进水氮负荷波动下地下渗滤系统N_2O释放研究

地下渗滤系统(subsurface wastewater infiltration system,SWIS)是一种生态化的污水处理技术模式,在处理小水量、分散污水方面具有较为明显的技术优势,例如管理简单、运行费用低、兼具生态服务功能等。SWIS对污水中氮的去除主要依靠微生物硝化-反硝化作用,脱氮效果受内外部条件因子制约。当基质层内部溶解氧含量不足、NO_2^-积累、氧化亚氮还原酶活性受到抑制时,硝化和反硝化过程均可释放N_2O气体。进水水质、操作条件、温度等因素影响N_2O释放量和转化率。利用原位实验平台,采用静态箱-气相色谱分析方法,以实际生活污水为研究对象,分析了进水氮负荷波动条件下SWIS中N_2O产率、转化率和释放周期的变化规律。研究表明,进水氮负荷显著影响SWIS除污效率、N_2O产率和转化率。随着进水氮负荷由1.6 g·m^(-2)·d^(-1)增至7.2 g·m^(-2)·d^(-1),出水COD、NH_4^+-N、TN质量浓度分别由(9±3)、(0.4±0.1)、(1.5±0.11)mg·L^(-1)升高到(70±7)、(11.0±1.0)、(15.4±0.4)mg·L^(-1);N_2O产率与转化率表现出先升高后降低的趋势,其中,N_2O产率可高达(60.6±2.0)mg·m^(-2)·d^(-1),同时,进水总氮(转化率1.33%±0.03%)转化成N_2O逸出系统;随着系统落干时间的延长,N_2O产率呈下降趋势。综合考虑处理能力、出水水质和N_2O释放量,建议在工程应用中,选用具有一定脱氮能力的前处理工艺,控制SWIS进水氮负荷在4.0~5.6g·m^(-2)·d^(-1)之间,且适当延长SWIS干化周期。此时,出水水质满足城市景观地表水水质标准(GB/T18921—2002),N_2O产率和转化率均维持在较低水平。

神府丝炭制备分离CH_4/N_2的炭分子筛工艺及其性能研究

以神府煤丝炭(SFF)为原料,采用炭化-KOH活化-苯气相碳沉积方法制备用于变压吸附分离CH_4/N_2所用的成型炭分子筛(FCMS),活化过程的最优条件为:碱炭质量比=3∶1,活化温度为700℃,活化时间为90 min;碳沉积过程最优条件为:碳沉积温度为800℃,碳沉积时间为5 min,苯流率为3 m L/min,在此条件下,FCMS的碘吸附值和比表面积分别为985.23 mg/g和1 195.52 m2/g,微孔孔容占63.18%。利用FCMS进行了CH_4和N_2吸附量测试和Langmuir吸附模型的拟合,得出CH_4为强吸附组分,CH_4/N_2在FCMS上的分离系数为2.50。单塔穿透实验表明,CH_4在FCMS上的穿透时间延迟了171 s,证实了FCMS吸附甲烷的能力增强。

不同碳源条件下污水生物脱氮过程中N_2O的释放规律

以3类常用的碳源(乙酸钠、葡萄糖和甲醇)为研究对象,在3个稳定运行的SBR系统内考察了碳源种类对污水生物脱氮过程中N_2O释放的影响。结果显示,各系统内N_2O的释放主要发生在好氧硝化阶段,且在以乙酸钠为碳源的系统内氨氧化速率最快,TN去除率最大,但同时N_2O的释放速率、累积释放量(4.44 mg)和转化率(1.3%)也最大。而以甲醇为碳源的小试系统脱氮效果较差,TN去除率仅为59.5%,但N_2O的释放速率、累积释放量和转化率均最低。在实际污水处理过程中,当以温室气体N_2O释放作为判断标准时,此研究结果可为碳源的选择提供依据。

施氮水平对不同株型水稻品种N_2O排放通量的影响

以穗型直立的紧凑型水稻品种沈农07425和穗型弯曲的松散型水稻品种秋光为材料,在不同施氮水平下研究两种株型水稻品种的N_2O排放通量。结果表明,不同株型品种间N_2O排放通量差异显著,紧凑型沈农07425的N_2O排放通量远小于松散型秋光。不同株型品种N_2O排放通量随施氮量的变化存在差异。沈农07425的N_2O排放通量随着施氮量提高而增加,高氮处理下N_2O排放通量最大,秋光的N_2O排放通量则在中氮处理下达到最大值。

大气N_2O的稳定氮同位素质量平衡探讨

地表释放源释放的N2 O均比对流层大气N2 O贫15N ,对流层N2 O的氮同位素质量由平流层回流的富15N的N2 O来平衡 ,若全球N2 O源汇质量估算结果是平衡的 ,则地表释放源对对流层N2 O的氮同位素质量的贡献量应与平流层回流的贡献量相等。本文根据全球N2 O释放源最近的年释放量估算值 ,在考虑土壤N2 O生成过程中的氮同位素分馏效应后 ,推论出全球N2 O释放源最近的年释放量估算值能使对流层大气N2 O稳定氮同位素质量接近于平衡。

用N_2O-C_2H_2火焰原子吸收光谱法测定变形钛合金中的铝

采用N2O-C2H2火焰原子吸收光谱法对变形钛合金中的铝进行分析。考察了铝的最佳测定条件、线性浓度范围以及样品分析中的干扰因素。实验表明,该方法测定结果的相对标准偏差小于0.5%(n=6),加标回收率为97.6%～99.0%。该方法适用于变形钛合金中铝的分析,满足实验室化学分析技术与分析质量的控制要求。

N_2—局部连通图的圈扩张与点泛圈

文[2]证明了每个连通,N_2——局部连通,无爪、又δ≥2,且不含同构于G_1或 G_2的导出子图的图具有圈扩张性。本文在同样前题下,在含导出于图 G_1、G_2时得具有[2]中结论的一类图。

滴灌施肥对设施菜地N_2O排放的影响及减排贡献

以京郊典型设施菜地为研究对象,设置了农民习惯(FP)、水肥一体化(FPD)、优化水肥一体化(OPTD)和对照(CK)4个处理,采用静态箱-气相色谱法,分析了设施菜地N_2O排放特征及其影响因素,评估了滴灌施肥对水氮利用效率的影响和N_2O排放量的减排贡献。结果表明:N_2O排放在施肥和灌溉事件后呈现出一段短而急促的排放峰,基肥期排放峰持续10 d左右,追肥持续时间为3~5 d,水肥一体化技术能降低N_2O排放峰值和持续时间,N_2O排放通量变化范围为-2.67~22.56 mg N·m^(-2)·h^(-1);在保持作物产量的条件下,FPD、OPTD处理分别比FP处理减少N_2O排放29.41%、32.63%,FPD处理的氮肥偏生产力和灌溉水利用效率比漫灌FP处理分别增加14.62%和43.54%。可见,在相同施氮量的条件下,改常规漫灌方式为滴灌,能降低设施菜地N_2O排放29.4%,同时氮肥和灌溉水利用效率分别提高14.62%和43.54%,是未来设施菜地值得推荐的一种生产技术。

生物质炭对酸性菜地土壤N_2O排放及相关功能基因丰度的影响

【目的】生物质炭显著影响土壤氧化亚氮(N_2O)排放,但关于其相关微生物机理的研究相对匮乏,尤其是生物质炭对酸性菜地土壤N_2O排放的微生物作用机理。本文通过研究氮肥配施生物质炭对酸性菜地土壤N_2O排放以及硝化和反硝化过程相关功能基因丰度的影响,探讨酸性菜地土壤N_2O排放与功能基因丰度的关系,阐释生物质炭对酸性菜地土壤试验N_2O排放的微生物作用机理。【方法】在田间一次性施入生物质炭40 t/hm^2,试验连续进行了3年,共9茬蔬菜。设置4个处理:对照(CK)、氮肥(N)、生物质炭(Bc)和氮肥+生物质炭(N+Bc)。在施用后第三年,采集土壤样品进行室内培养,应用荧光定量PCR技术检测硝化过程氨氧化古菌(AOA)、氨氧化细菌(AOB)功能基因amo A和反硝化过程亚硝酸还原酶基因(nir K、nir S)以及N_2O还原酶基因(nos Z)等相关功能基因丰度,同时监测土壤p H值、无机氮(铵态氮、硝态氮)含量及N_2O排放。【结果】与CK相比,生物质炭(Bc)处理的土壤有机碳(SOC)提高了27.1%,总氮(TN)提高了8.2%,amo A-AOB基因丰度显著降低了11.0%,nos Z基因丰度增加了21.2%(P<0.05),N_2O排放没有显著变化(P>0.05)。与CK相比,施用氮肥(N)显著降低土壤p H(P<0.05),显著增加土壤无机氮含量、nir K、nir S和nos Z功能基因丰度以及土壤N_2O累积排放量(P<0.05)。与N处理相比,生物质炭与氮肥联合施用(N+Bc)处理显著增加amo A-AOA、amo A-AOB、nir K、nir S和nos Z基因丰度,增幅分别为68.1%、39.3%、21.1%、19.8%、48.4%(P<0.05),但(nir K+nir S)/nos Z的比值降低,同时N_2O累积排放量显著降低33.3%(P<0.05)。室内培养期间N_2O排放峰出现在1~5 d,N和N+Bc处理排放速率分别为N 1.70×10~3和1.76×10~3 ng/(kg·h)。相关分析结果显示,N_2O排放速率与氧化亚氮还原酶的标记基因nos Z基因拷贝数(P<0.05)、NH4+-N含量(P<0.01)呈显著正相关,与p H呈显著负相关(P<0.01)。【结论】在菜地生态系统中氮肥和生物质炭联合施用可以有效缓解菜地土壤酸化,减少菜地土壤N_2O排放,主要归因于反硝化作用nos Z基因丰度增加,(nir K+nir S)/nos Z比值降低。