开放式空气CO2增高对稻田CH4和N2O排放的影响

在FACE(free-aircarbondioxideenrichment)平台上,采用静态暗箱气相色谱法观测研究了大气CO₂浓度增加对稻田CH₄和N₂O排放的影响.结果表明,在150和250kgN·hm^-2两种氮肥水平下大气CO₂浓度增加200μmol·mol^-1均明显促进水稻生长,水稻生物量积累.大气CO₂浓度增加对150和250kgN·hm^-2两种氮肥水平下稻田CH₄排放均无显著影响,并简要分析了与现有文献报道结果不一致的原因.大气CO₂浓度增加也未导致150和250kgN·hm^-2两种氮肥水平下稻田N₂O排放的明显变化,与大多数研究结果一致.     

西双版纳地区稻田CO2排放通量

采用静态暗箱-气相色谱法对云南西双版纳地区单季稻田CO2排放及氮肥、水热因子对CO2排放的影响进行田间原位观测研究.试验设3个氮肥水平处理:N0(0 kg N hm-2)、N150(150 kg N hm-2)和N300(300 kg N hm-2).结果表明,受一天温度变化的影响,西双版纳地区稻田生态系统呼吸日变化为单峰型,其最大值出现在11:00～13:00之间,最小值出现在凌晨.稻田土壤呼吸呈明显的季节变化趋势,土壤呼吸平均速率为水稻收获后休闲季节>种植前休闲季节>水稻生长季节,差异达到1%显著水平.不同季节影响土壤呼吸的环境因子不同.土壤水分含量低于34%时,土壤呼吸速率与土壤含水量呈正相关,达5%显著水平;地面淹水时,土壤呼吸速率与淹水深度呈1%极显著负相关;水分含量高于38%时,土壤呼吸速率与温度呈极显著指数相关.长期考虑(整个生长季节),氮肥的施用对稻田土壤呼吸和生态系统呼吸无影响;N300处理抑制植株呼吸作用,单位生物量呼吸速率下降.氮肥的施用对土壤呼吸有短期影响,氮肥用量增加,土壤呼吸速率增加.计算得出N0、N150和N300处理年土壤呼吸量分别为6.27、6.31 t C hm-2 a-1和5.89 t C hm-2 a-1;年净固定大气中CO2-C分别为1.41、2.22 t C hm-2 a-1和1 11 t C hm-2 a-1,表明西双版纳稻田生态系统是碳汇.     

大气CO2增加对陆地生态系统微量气体地-气交换的影响

简要综述了近年来国内外在大气CO2浓度增加对微量气体交换影响方面的研究进展,首先介绍了有关大气CO2浓度增加的研究技术和方法,比较了目前两种常用技术开顶箱（OTC）和开放式空气CO2增加（FACE）方法的优缺点,然后着重阐述了用OTC和FACE研究陆地生态系统CH4、N2O、CO2等微量气体的地气交换对大气CO2浓度增加的响应,综合现有的资料表明,大气CO2浓度增加,会促进绿色植物生物量增加,同时改变生物质的C/N,降低有机质的分解速率,增强了陆地生态系统对大气CO2的固特作用;大气CO2浓度增加会提高产甲烷菌的活性和影响CH4的排放过程,有可能导致湿地生态系统CH4的排放增加;大气CO2浓度增加对N2O排放影响的研究较少,且尚无一致的结论;另外,对于其他微量气体,尚没有盯关研究报道,鉴于此,今后应加强大气CO2浓度增加的微量气体地气交换响应研究。     

外源氮对沼泽湿地CH4和N2O通量的影响

三江平原沼泽湿地受到大气沉降、地表径流、农业排水等外源氮素的输入,对湿地生态系统CH4和N2O通量有重要影响。采用野外原位施肥试验模拟外源氮输入,设0,60,120,240kgN·hm^-24种试验处理,探讨外源氮对沼泽湿地CH4和N2O通量的影响。结果表明,外源氮促进了CH4和N2O排放。与对照处理比较,各施氮水平CH4平均排放通量分别增加了181％,254％和155％,N2O排放通量分别增加了21％,100％和533％。外源氮输入对CH4排放的季节变化形式影响不大,而N2O的季节变化形式随着氮输入表现出波动变化的趋势。不同施氮水平对CH4排放的促进作用与植物生长阶段和产CH4的微生物过程密切相关,N2O排放通量随氮输入量呈指数增加（R^2=0．97,P〈0．01）。外源氮通过影响湿地微生物过程来进一步影响CH4和N2O的排放。     

华东稻麦轮作生态系统的N2O排放研究

根据对华东稻麦轮作周期的N2 O排放及其影响因子的连续观测结果 ,分析了N2 O排放时间变化以及施肥、灌溉、温度、土壤湿度和土壤速效N素含量对N2 O排放的影响 ,同时还比较分析了稻田N2 O和CH4排放 .研究结果表明 ,稻麦轮作周期内 ,水稻生长季的N2 O排放量仅占 30 % ,稻田持续淹水可比常规灌溉增加CH4排放量 2 6% ,减少N2 O排放量 1 1～ 2 6% .     

中国地区稻田CH4和生物质燃烧CO排放对对流层氧化性的影响

利用稻田甲烷排放模型估计中国地区稻田CH4排放,得到排放总量为9.26Tg,排放有明显的季节和空间变化。运用中尺度气象模式MM5以及光化学模式CALGRID,研究上述稻田CH4排放以及Streets等估计的生物质燃烧CO排放对对流层化学的影响。结果表明,这些排放对对流层低层CH4、CO、OH、HO2、O3浓度均有影响。稻田CH4排放在主要水稻种植区附近使得CH4浓度明显增加、最大增量达到66.97μg.m-3。由于大气中存在活性更强的VOC和CO,稻田CH4排放对自由基和O3全国平均浓度的影响不大,使O3增加0.24%、使HO2增加0.4%、使OH减小0.06%。生物质燃烧CO排放使主要排放区附近CO浓度增加大于60μg.m-3,使OH全国平均浓度减小2.2%,使HO2和O3浓度分别增加2.8%和0.9%。生物质燃烧CO排放对中国地区近地面O3浓度影响强于稻田CH4排放。两者的综合影响使得全国对流层低层O3浓度平均增加1.2%,局部地区最大增加量达4.12μg.m-3。上述自然源排放的影响有明显的空间变化,与下垫面类型有关;还有强烈的季节变化,通常夏季影响最为显著。     

广州地区晚稻田CH4和N2O的排放通量及其影响因素

用密闭箱法同时研究了广州地区晚稻田CH4和N2 O的排放通量。结果表明 ,连续淹水、常规连作和水旱轮作等 3种处理的CH4平均排放通量分别为 1 7 63、2 84和0 36mg·m- 2 ·h- 1 ,而N2 O的平均排放通量分别为 6 74、1 1 69和 55 0 7μgN2 O N·m- 2 ·h- 1 ,表明稻田连续淹水显著增加CH4的排放而降低N2 O的排放。水旱轮作降低CH4排放而提高N2 O的排放 ,说明稻田CH4和N2 O排放之间存在着消长关系。讨论了这 2种温室气体排放的影响因素 ,并初步分析了它们对温室效应的相对贡献。     

稻鸭共作生态系统中N2O排放及经济效益评价

稻鸭共作技术是中国传统农业的精华,研究稻鸭共作生态系统中N2O排放产生的环境效应并对其经济价值进行评价,为进一步开发利用这一经典农艺提供理论基础和实践依据.采用静态箱技术,研究稻鸭共作生态系统N2O排放规律,并运用增温潜势对稻鸭共作生态系统N2O排放的温室效应及经济效益进行了估算.结果表明,稻鸭共作生态系统N2O排放呈现明显的日变化和季节变化.N2O日变化与鸭子的活动呈现明显的相关性,其排放峰值出现在清晨和16:00;N2O季节变化幅度较大,排放峰值出现在水稻成熟期.在施用等量基肥条件下,稻鸭稻田排放的N2O高于常规稻田,其平均排放通量分别为(149 46±25.81)μg·m-2·h-1和(138.84±25.26)μg·m-2·h-1,产生的温室效应成本分别为283.14yuan·hm-2和265.47yuan·hm-2.除去N2O排放产生温室效应的环境成本,采用稻鸭生态种养技术的经济效益为7687.66yuan·hm-2,比常规不养鸭稻田增加1932.33 yuan·hm-2.可见,稻鸭共作技术仍具有较好的推广价值.     

CO2倍增对稻田CH4排放的影响

 利用开顶室熏气装置,研究了CO2倍增对稻田CH4排放的影响。发现CO2倍增在分蘖初期、孕穗期、抽穗期、灌浆期和成熟期对稻田CH4排放具有明显的促进作用,分别比对照增加了253％、288％、273％、273％和157％。在分蘖末期至灌浆期有一个高峰,排放通量约为1.91mgCH4·d-1·p-1。这种促进作用可能主要是由于CO2倍增使水稻根系生物量以及根系代谢活性发生变化造成的。     

鼎湖山苗圃和主要森林土壤CO2排放和CH4吸收对模拟N沉降的短期响应

研究了鼎湖山生物圈保护区苗圃(幼苗)、马尾松、混交林和季风常绿阔叶林(季风林)土壤CO2排放和CH4吸收的一些特征及其对模拟N沉降增加的响应.结果表明,土壤CO2日(白天)平均排放量的大小顺序为(平均值±标准误)苗圃(258±62mg·m-2·h-1)＞季风林(177±42 mg·m-2·h-1)＞马尾松林(162±39 mg·m-2·h-1)＞混交林(126±30 mg·m-2·h-1).土壤CH4日(白天)平均吸收量的大小顺序为马尾松林(-0.15±0.02 mg·m-2·h-1)＞季风林(-0.08±0.01 mg·m-2·h-1)＞混交林(-0.07±0.01 mg·m-2·h-1)＞苗圃(-0.05±0.01 mg·m-2·h-1).低N(50 kg N·hm-2·a-1)和中N(100kg N·hm-2·a-1)处理对苗圃、马尾松林和混交林样地土壤CO2日平均排放量的影响均不明显,高N(150 kg N·hm-2·a-1)处理对苗圃土壤CO2的日平均排放量也无显著影响,但倍高N(300kg N·hm-2·a-1)处理显著促进苗圃样地土壤CO2的排放.然而,所有N(低N、中N和高N)处理均显著促进季风林土壤CO2日平均排放量,且这种促进作用随N处理水平的升高而增加.N处理显著促进季风林和马尾松林土壤对CH4吸收速率,但对混交林土壤CH4吸收则无明显的影响.在苗圃样地,除倍高N外,N处理对土壤CH4吸收速率也无显著作用,但倍高N处理使苗圃土壤发生功能转变,即从CH4汇转变为CH4源.     

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.     

双季稻田种植不同冬季作物对甲烷和氧化亚氮排放的影响

研究双季稻收获后填闲种植不同冬季作物在其生长季节内CH₄和N₂O的排放特征,对合理利用冬闲稻田,发展冬季作物生产及合理评价不同种植模式具有重要意义。采用静态箱-气相色谱法对冬季免耕直播黑麦草、紫云英、油菜以及翻耕移栽油菜和冬闲的双季稻田中甲烷(CH₄)和氧化亚氮(N₂O)排放进行了分析。结果表明:在冬季作物生长期,CH₄、N₂O平均排放通量和总排放量均表现为翻耕移栽油菜＞免耕直播黑麦草＞免耕直播油菜＞免耕直播紫云英＞冬闲。不同冬季作物稻田CH₄和N₂O总排放量与对照(冬闲)的差异均达到极显著水平(P<0.01);翻耕移栽油菜的双季稻田中CH₄和N₂O排放量最高,分别达2.989 g/m²和0.719 g/m²。翻耕移栽油菜稻田的CH₄和N₂O温室效应总和也最大,为2893.92 kg CO₂/hm²;免耕直播黑麦草和免耕直播油菜处理次之,而免耕直播紫云英处理最低。种植不同冬季作物促进了稻田生态系统CH₄和N₂O的排放。     

Nitrogen-regulated effects of free-air CO2 enrichment on methane emissions from paddy rice fields

Using the free‐air CO₂ enrichment (FACE) techniques, we carried out a 3‐year mono‐factorial experiment in temperate paddy rice fields of Japan (1998–2000) and a 3‐year multifactorial experiment in subtropical paddy rice fields in the Yangtze River delta in China (2001–2003), to investigate the methane (CH₄) emissions in response to an elevated atmospheric CO₂ concentration (200±40 mmol mol^?1 higher than that in the ambient atmosphere). No significant effect of the elevated CO₂ upon seasonal accumulative CH₄ emissions was observed in the first rice season, but significant stimulatory effects (CH₄ increase ranging from 38% to 188%, with a mean of 88%) were observed in the second and third rice seasons in the fields with or without organic matter addition. The stimulatory effects of the elevated CO₂ upon seasonal accumulative CH₄ emissions were negatively correlated with the addition rates of decomposable organic carbon (P<0.05), but positively with the rates of nitrogen fertilizers applied in either the current rice season (P<0.05) or the whole year (P<0.01). Six mechanisms were proposed to explain collectively the observations. Soil nitrogen availability was identified as an important regulator. The effect of soil nitrogen availability on the observed relation between elevated CO₂ and CH₄ emission can be explained by (a) modifying the C/N ratio of the plant residues formed in the previous growing season(s); (b) changing the inhibitory effect of high C/N ratio on plant residue decomposition in the current growing season; and (c) altering the stimulatory effects of CO₂ enrichment upon plant growth, as well as nitrogen uptake in the current growing season. This study implies that the concurrent enrichment of reactive nitrogen in the global ecosystems may accelerate the increase of atmospheric methane by initiating a stimulatory effect of the ongoing dramatic atmospheric CO₂ enrichment upon methane emissions from nitrogen‐poor paddy rice ecosystems and further amplifying the existing stimulatory effect in nitrogen‐rich paddy rice ecosystems.     

川中丘陵区冬灌田甲烷和氧化亚氮排放研究

采用静态暗箱/气相色谱法对川中丘陵区冬灌田CH₄和N₂O排放特征进行连续一年的田间原位测定.结果表明,种植水稻区(种植区)在水稻生长季平均CH₄排放速率为22.76±2.76 mg·m^-2·h^-1,休闲期平均为1.43±0.20 mg·m^-2·h^-1,全年平均为9.64±1.17 mg·m^-2·h^-1;全年CH₄排放主要集中在水稻生长季,其累计CH₄排放量占全年总CH₄排放量的91.2%未种植水稻区(对照区) 全年CH₄平均排放速率为2.03±0.18 mg·m^-2·h^-1,水稻生长季CH₄排放量占全年总排放量的86.2%.N₂O的排放在稻田落干时呈现脉冲排放.在水稻生长季,对照区CH₄和N₂O的季节排放速率分别为4.53±0.38mg·m^-2·h^-1和32.01±5.02 μg·m^-2·h^-1,而种植区则分别为22.76±2.76 mg·m^-2·h^-1和73.04±5.03 μg·m^-2·h^-1,植株参与导致CH₄和N₂O排放速率分别增加302%和128%.CH₄和N₂O的排放随土水分条件的变化呈互为消长关系.在冬灌田中,即使考虑500年的时间尺度,全年N₂O排放产生的全球增温潜势也只有CH₄的7.9%,与CH₄相比,冬灌田排放的N₂O所产生的温室效应很小.     

下辽河平原稻田非生长季碳排放观测研究

应用静态箱 /气相色谱法对下辽河平原稻田非生长季碳排放动态变化规律进行了测定。结果表明 ,非生长季 (10月至翌年 4月 )稻田CH4、CO2 和N2 O排放总体上随气温变化而发生变化。在冻融期 (3月中下旬 )CO2 和N2 O有明显的排放。非生长季节的稻田是大气CO2 和N2 O的源 ,作为大气CH4的源或汇的作用不明显。     

黑土稻田CH4与N2O排放及减排措施研究

通过对黑土稻田CH₄和N₂O排放的观测,发现水稻生长季CH₄和N₂O排放量低于全国其它地区稻田CH₄和N₂O排放之间存在互为消长关系(r=-0．513,P<0．05),但在同样施肥水平条件下,间歇灌溉与长期淹灌相比,CH₄排放明显减少而N₂O略有增加,其相对综合温室效应被大大减少且水稻产量未受影响。为此,间歇灌溉可作为减少稻田温室气体排放的水分管理措施。另外,通过对CH₄和N₂O排放的相关微生物过程探讨,揭示产甲烷菌数与CH4排放问呈显著性正相关(R²=0．82,P<0．05),硝化菌数和反硝化菌数与N2O排放有重要关系。     

不同水分管理下稻田土壤CH4和N2O排放与微生物菌群的关系

采用MPN计数法对黑土(海伦)和草甸棕壤(沈阳)稻田生长季4种微生物菌群数量进行了测定,同时采用封闭式箱法对CH4和N2O通量进行观测,以深入了解稻田生物源温室气体排放的微生物学过程,两地试验田均采用长期淹灌与间歇灌溉两种不同水分管理,对实验结果多元回归分析,结果表明,海伦与沈阳两地稻田两种水分管理条件下CH4通量季节变化与产甲烷菌数季节变化存在极显著正相关关系沈阳稻田生长季CH4通量季节变化与甲烷氧化菌数季节变化具有显著正相关性,间歇灌溉条件下黑土稻田N2O通量与反硝化菌数呈显著性正相关关系,两种水分管理条件下沈阳稻田N2O通量与硝化菌数具有显著正相关关系,间歇灌溉条件下沈阳稻田N2O通量与反硝化菌数呈显著性正相关关系。     

施肥对稻田生态系统气体调节功能及其价值的影响

 该文以2002年在上海市奉贤县五四农场进行的稻田生态系统田间实验为基础,对尿素施用对稻田生态系统气体调节功能（释放O2和温室气体调节）的影响进行研究。研究结果表明：1）在水稻（Oryza sativa）生长期间,施加尿素能显著增加稻田日O2释放量及其价值量;2）在水稻生长期间,施加尿素稻田综合CO2的通量及其价值并不比未施肥稻田存在显著优势,尿素施用能明显增强稻田N2O排放通量,降低稻田CH4排放通量。尿素施用对温室气体调节具有正效应,促进稻田对温室气体吸收。