不同氮肥对东北春玉米农田温室气体周年排放的影响

为探明不同氮肥条件下高纬度农田土壤的温室气体排放特性,采用静态箱-气相色谱法研究了常规施氮(CN)、施用缓释肥(SLN)、尿素添加硝化抑制剂和脲酶抑制剂(NIUI)、不施氮肥(NN)对东北春玉米农田土壤温室气体排放的影响.结果表明: CN、SLN和NIUI处理产量分别为9618、9376和9645 kg·hm^-2.与CN处理相比,SLN促进了玉米生长季土壤N₂O的排放,降低了非生长季土壤N₂O的排放;NIUI处理N₂O累积排放量比CN降低了39.0%;各处理土壤CO₂周年累积排放通量无显著差异;东北春玉米田是大气中CH₄的弱汇,NIUI处理较CN促进了玉米生长季土壤对CH₄的吸收.综上,尿素添加脲酶抑制剂和硝化抑制剂可以在实现玉米高产的同时有效减少土壤温室气体排放.     

稳定性氮肥配合秸秆还田对水稻产量及N2O和CH4排放的影响

以中国科学院辽宁沈阳农田生态系统国家野外科学观测研究站连续两年的试验平台为依托,以潮棕壤为供试土壤,开展了稳定性氮肥配合秸秆还田对水稻产量及N₂O和CH₄排放的影响研究,设置对照(CK)、尿素(U)、尿素+脲酶抑制剂+硝化抑制剂(U+I)、秸秆还田(S)、秸秆还田+尿素(S+U)、秸秆还田+尿素+脲酶抑制剂+硝化抑制剂(S+U+I)6个处理.结果表明: 与CK相比,尿素显著提高了水稻产量、N₂O和CH₄累积排放及全球增温潜势.硝化抑制剂和脲酶抑制剂与尿素配施可显著减缓N₂O的累积排放.秸秆还田显著增加了N₂O和CH₄累积排放、全球增温潜势和温室气体排放强度.S+U+I处理水稻产量最高,但温室气体排放强度也显著高于其他处理;U+I处理产量略低于S+U+I,但温室气体排放强度最小.秸秆单独还田处理作物产量与对照相比无显著差异.在东北潮棕壤发育的水田中,S+U+I和U+I是相对较优的施肥模式.     

施肥对露地菜地氨挥发和氧化亚氮排放的影响

为探究施氮量和不同肥料调控措施对露地菜地土壤氨(NH₃)挥发和氧化亚氮(N₂O)排放的影响,在华北地区典型露地菜地设置了不同施氮水平和肥料调控措施的田间试验.结果表明: 春播黄瓜生育期内减氮20%和50%分别比常规施氮量降低氨挥发25.7%和48.0%;添加抑制剂(脲酶抑制剂+硝化抑制剂)和生物炭分别比等氮量氮肥处理氨挥发降低10.0%和6.1%;春播黄瓜生育期内减氮20%和50%分别使N₂O排放量比常规施肥处理降低28.8%和61.0%;等氮量条件下添加联合抑制剂使N₂O排放降低58.9%,而添加生物炭处理的N₂O排放增加14.1%;在同样的条施覆土施肥方法下,与纯化学氮肥处理相比,有机肥替代30%氮肥对氨挥发和N₂O减排的作用效果都不显著.对于集约化菜地,合理控制氮肥用量是降低土壤氨挥发及N₂O排放的最有效措施.     

稳定性氮肥配合秸秆还田对水稻产量及N2O和CH4排放的影响

以中国科学院辽宁沈阳农田生态系统国家野外科学观测研究站连续两年的试验平台为依托,以潮棕壤为供试土壤,开展了稳定性氮肥配合秸秆还田对水稻产量及N₂O和CH₄排放的影响研究,设置对照(CK)、尿素(U)、尿素+脲酶抑制剂+硝化抑制剂(U+I)、秸秆还田(S)、秸秆还田+尿素(S+U)、秸秆还田+尿素+脲酶抑制剂+硝化抑制剂(S+U+I)6个处理.结果表明: 与CK相比,尿素显著提高了水稻产量、N₂O和CH₄累积排放及全球增温潜势.硝化抑制剂和脲酶抑制剂与尿素配施可显著减缓N₂O的累积排放.秸秆还田显著增加了N₂O和CH₄累积排放、全球增温潜势和温室气体排放强度.S+U+I处理水稻产量最高,但温室气体排放强度也显著高于其他处理;U+I处理产量略低于S+U+I,但温室气体排放强度最小.秸秆单独还田处理作物产量与对照相比无显著差异.在东北潮棕壤发育的水田中,S+U+I和U+I是相对较优的施肥模式.     

施用生物炭与硝化抑制剂对菜地综合温室效应的影响

采用静态暗箱-气相色谱法,研究施用生物炭与添加硝化抑制剂对菜地周年综合温室效应的影响.结果表明: 与不施用生物炭相比,施用生物炭处理N₂O和CH₄的综合温室效应增加8.7%~12.4%,蔬菜产量增加16.1%~52.5%,温室气体强度降低5.4%~28.7%.添加硝化抑制剂显著减少N₂O排放,不影响CH₄排放,综合温室效应减少17.5%~20.6%,蔬菜产量增加21.2%~40.1%,温室气体强度显著降低.混合施用生物炭与硝化抑制剂一方面增加蔬菜产量,另一方面显著增加综合温室效应(增幅为10.6%～11.2%).因此,在菜地添加硝化抑制剂,既能保证蔬菜产量又能减少温室气体排放,是合适的减排措施.     

高效氮肥对新疆膜下滴灌棉田土壤氧化亚氮排放的影响

高效氮肥对新疆灰漠土农田氧化亚氮(N₂O)排放的影响目前尚不明确.本研究选取树脂包膜尿素(ESN)和尿素配施脲酶抑制剂和硝化抑制剂(U+I)两种高效氮肥处理,以传统尿素(U)处理为对照,研究高效氮肥对新疆膜下滴灌棉田N₂O排放的影响.ESN在播种时一次性施入,而其他处理的氮肥在生育期内随灌溉分次施入.在生育期内,采用静态箱-气相色谱法每周采集和分析2次气体样品.结果表明: 与其他处理相比,ESN处理显著增加了生育期间土壤N₂O的排放量,增幅47%～73%;在施肥后的4个月内,ESN处理下的土壤铵态氮(NH₄⁺-N)和硝态氮(NO₃^--N)含量始终处于较高水平,随后则逐渐减小并与其他处理的含量相近.ESN在播种时全部施入可能是导致土壤高NH₄⁺-N和NO₃^--N含量以及高N₂O排放量的原因.与U处理相比,U+I处理减少了9.9%的N₂O排放量,但两者间差异不显著;U+I处理NO₃^--N含量始终低于ESN和U处理.新疆灰漠土膜下滴灌棉田生育期土壤的N₂O排放为300～500 g N₂O-N·hm^-2,整体低于其他农田生态系统.与播种前全部施入相比,氮肥随滴灌多次施入更利于降低N₂O排放.本试验条件下,高效氮肥对干旱区膜下滴灌棉田土壤N₂O的减排效应有限.     

缓/控释尿素对稻田周年CH4和N2O排放的影响

通过田间试验研究了不同缓/控释尿素对水稻产量和稻田周年温室气体排放的影响,评估生产单位质量水稻的温室气体排放量.结果表明: 优化施肥(OPT)处理在减氮(N)21.4%条件下产量与习惯施肥(FFP)处理持平,同时减少了稻田周年CH₄和N₂O的排放,其中水稻季CH₄和N₂O分别减排12.6%和12.5%,休闲季N₂O减排33.3%.与OPT处理相比,控释尿素(CRU)处理在水稻季CH₄减排28.9%,休闲季CH₄零排放;硝化抑制剂(DMPP)处理在水稻季CH₄和N₂O分别减排41.6%和85.7%,休闲季CH₄和N₂O分别减排76.9%和6.5%.休闲季节N₂O排放占周年N₂O排放的76.8%～94.9%,是评价整个稻田温室气体排放不容忽视的因素.OPT、CRU和DMPP处理生产1.0 kg稻谷的温室气体排放强度分别为0.50、0.41和0.33 kg·kg^-1,综合考虑周年的温室气体排放总量和产量,尿素和硝化抑制剂配合施用可以在保证水稻产量的情况下,减少温室气体的排放.     

缓/控释尿素对稻田周年CH4和N2O排放的影响

通过田间试验研究了不同缓/控释尿素对水稻产量和稻田周年温室气体排放的影响,评估生产单位质量水稻的温室气体排放量.结果表明: 优化施肥(OPT)处理在减氮(N)21.4%条件下产量与习惯施肥(FFP)处理持平,同时减少了稻田周年CH₄和N₂O的排放,其中水稻季CH₄和N₂O分别减排12.6%和12.5%,休闲季N₂O减排33.3%.与OPT处理相比,控释尿素(CRU)处理在水稻季CH₄减排28.9%,休闲季CH₄零排放;硝化抑制剂(DMPP)处理在水稻季CH₄和N₂O分别减排41.6%和85.7%,休闲季CH₄和N₂O分别减排76.9%和6.5%.休闲季节N₂O排放占周年N₂O排放的76.8%～94.9%,是评价整个稻田温室气体排放不容忽视的因素.OPT、CRU和DMPP处理生产1.0 kg稻谷的温室气体排放强度分别为0.50、0.41和0.33 kg·kg^-1,综合考虑周年的温室气体排放总量和产量,尿素和硝化抑制剂配合施用可以在保证水稻产量的情况下,减少温室气体的排放.     

持续施用缓/控释尿素条件下水田土壤NH3挥发与N2O排放特征

以持续9年施用不同缓／控释尿素的水田棕壤为试验对象,以普通大颗粒尿素为对照,研究了持续施用不同缓／控释尿素条件下水田土壤NH₃挥发与N₂O排放特征.结果表明: 与普通大颗粒尿素(U)相比,除1% 3,4－二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)+U处理 NH₃挥发增加了25.8%外,其他缓／控释尿素肥料处理对NH₃有明显的减排效果.树脂包膜尿素(PCU)对NH₃减排效果最明显,为73.4%,硫包膜尿素(SCU)为72.2%,0.5% N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)+1% DMPP+U为71.9%,1% 氢醌(HQ)+3% 双氰胺(DCD)+U为46.9%,0.5% NBPT+U为43.2%,1% HQ+U为40.2%,3% DCD+U为25.5%, 1% DMPP均与施用普通大颗粒尿素差异显著;所有缓／控释尿素处理与对照相比均可显著减少N₂O排放.1% DMPP+U对N₂O减排效果最明显,为74.9%,PCU为62.1%,1% HQ+3% DCD+U为54.7%,0.5% NBPT+1% DMPP+U为42.2%,3% DCD+U为35.9%,1% HQ+U为28.9%,0.5% NBPT+U为17.7%,SCU为14.5%,均与施用普通大颗粒尿素差异显著.比较0.5% NBPT+1% DMPP+U、SCU、PCU对NH₃和N₂O减排的综合效果,3种肥料作用相近,且均明显优于其他处理,但包膜材料的成本较抑制剂高数倍.因此,同时添加脲酶和硝化抑制剂的缓释尿素是减少水田氮素损失及环境污染的首选氮肥.     

长效碳酸氢铵对土壤硝化-反硝化过程和NO与N2O排放的影响

室内实验(25℃和50%WFPS)比较研究了碳酸氢铵(普碳)和长效碳酸氢铵(长碳)对粘质土壤(粘土)和壤质土壤(壤土)硝化反硝化过程和NO与N₂O排放的影响.长碳中的DCD在粘土中的硝化抑制作用很弱,在壤土中显著,与普碳处理相比,NH₄⁺持续时间分别延长7d和33d.15d内,施普碳(100μgN·g^-1)情况下,粘土和壤土NO排放量分别占施N量的0.60%和1.06%,分别是相应土壤N₂O排放量的30和12倍.施长碳后,粘土和壤土NO排放量分别减少67%和95%,N₂O排放量分别减少64%和55%.有氧培养39d后,外加硝酸盐(200μgKNO₃-N·g^-1),接着淹水厌氧培养7d,壤土长碳处理较普碳处理反硝化总损失减少50%,但N₂O排放量增加113%.     

氮沉降和施生物质炭对毛竹林土壤N2O通量的影响

本研究于2019年7月—2020年7月在浙江省杭州市典型毛竹林布置野外控制实验,采用静态箱-气相色谱法测定毛竹林土壤N₂O通量,分析生物质炭(10 t·hm^-2)、氮沉降(60 kg N·hm^-2·a^-1)、生物质炭+氮沉降混合处理对土壤N₂O通量的影响,并探讨了土壤N₂O通量与环境因子的关系。结果表明: 与对照相比,氮沉降处理使毛竹林土壤N₂O年累积排放量增加了14.6%,而施用生物质炭及其与氮沉降混合处理则分别降低了20.8%和10.6%。相关分析表明,在所有处理下,毛竹林土壤N₂O排放速率与土壤温度、硝态氮含量、脲酶和蛋白酶活性之间均呈极显著相关,与土壤铵态氮含量均呈显著相关。在氮沉降背景下,施用生物质炭对毛竹林土壤N₂O通量仍具有显著的减排效应。     

生物炭施用3年后对稻麦轮作系统CH4和N2O综合温室效应的影响

本试验对比观测研究了在稻田土壤中经3年陈化后的生物炭(B₃)和新施入生物炭(B₀)对稻麦轮作系统CH₄和N₂O综合温室效应和温室气体强度的影响,旨在明确生物炭对土壤温室气体排放的长期效应.田间试验设置4个处理,分别为对照(CK)、施用氮肥不施用生物炭(N)、施用氮肥和新生物炭(NB₀)以及施用氮肥和陈化生物炭(NB₃)处理.结果表明: NB₀和NB₃处理均显著提高了稻田土壤pH值、有机碳和全氮含量,并且显著影响与温室气体排放相关的微生物潜在活性.与N处理相比,NB₃处理显著增加了作物产量,增幅14.1%,并且显著降低了CH₄和N₂O排放,降幅分别为9.0%和34.0%;而NB₀处理显著增加作物产量,增幅9.3%,显著降低N₂O排放,降幅38.6%,但增加了CH₄排放,增幅4.7%;同时NB₀和NB₃处理均能降低稻麦轮作系统的综合温室效应和温室气体强度,且NB₃处理能更有效地减少温室气体的排放并提高作物产量.在土壤中经3年陈化后的生物炭仍然具有固碳减排能力,因此,施用生物炭对稻麦轮作系统固碳减排和改善作物生产具有长期效应.     

生物炭施用3年后对稻麦轮作系统CH4和N2O综合温室效应的影响

本试验对比观测研究了在稻田土壤中经3年陈化后的生物炭(B_3)和新施入生物炭(B_0)对稻麦轮作系统CH_4和N_2O综合温室效应和温室气体强度的影响,旨在明确生物炭对土壤温室气体排放的长期效应.田间试验设置4个处理,分别为对照(CK)、施用氮肥不施用生物炭(N)、施用氮肥和新生物炭(NB_0)以及施用氮肥和陈化生物炭(NB_3)处理.结果表明:NB_0和NB_3处理均显著提高了稻田土壤pH值、有机碳和全氮含量,并且显著影响与温室气体排放相关的微生物潜在活性.与N处理相比,NB_3处理显著增加了作物产量,增幅14.1%,并且显著降低了CH_4和N_2O排放,降幅分别为9.0%和34.0%;而NB_0处理显著增加作物产量,增幅9.3%,显著降低N_2O排放,降幅38.6%,但增加了CH_4排放,增幅4.7%;同时NB_0和NB_3处理均能降低稻麦轮作系统的综合温室效应和温室气体强度,且NB_3处理能更有效地减少温室气体的排放并提高作物产量.在土壤中经3年陈化后的生物炭仍然具有固碳减排能力,因此,施用生物炭对稻麦轮作系统固碳减排和改善作物生产具有长期效应.