冬季水分管理和水稻覆膜栽培对川中丘陵地区冬水田CH4排放的影响

采用静态箱-气相色谱法观测冬季水分管理和水稻覆膜栽培对川中丘陵地区冬水田全年的CH_4排放通量。试验设置持续淹水(CF)、冬季直接落干+稻季淹水(TF)与冬季覆膜落干+稻季覆膜(PM)3个处理。结果表明,冬季休闲期,CF、TF和PM处理CH_4排放分别为16.1、1.4 g/m~2和2.7 g/m~2;水稻生长期,CF、TF和PM处理CH_4排放分别为57.7、27.7 g/m~2和13.5 g/m~2。相较于CF处理,TF与PM处理分别减少其全年CH_4排放60.6%和78.0%。TF与PM处理水稻生长期CH_4排放峰值分别较CF处理低33.0%和56.1%。休闲期,TF、PM处理厢面与厢沟区域CH_4排放与土壤温度显著正相关(P0.05),与土壤氧化还原电位(土壤Eh)显著负相关(P0.05),而CF处理CH_4排放仅与土壤温度显著正相关(P0.05)。水稻生长期,CF处理CH_4排放与土壤温度显著正相关(P0.05),与土壤Eh显著负相关(P0.05),TF处理CH_4排放仅与土壤Eh显著负相关(P0.05),PM处理厢沟CH_4排放与土壤Eh显著正相关(P0.05)。各处理水稻生长期土壤可溶性有机碳含量(DOC)与微生物生物量碳含量(MBC)显著高于休闲期(P0.05)。研究结果为进一步研究冬水田全年CH_4排放规律及寻求有效的减排措施提供数据支撑和科学依据。     

施用生物炭和秸秆还田对华北农田CO2、N2O排放的影响

以华北农田冬小麦-夏玉米轮作体系连续6a施用生物炭和秸秆还田的土壤为研究对象,于2013年10月—2014年9月,采用静态暗箱-气相色谱法,对CO_2、N_2O通量进行了整个轮作周期的连续观测,探究施用生物炭与秸秆还田对其排放通量的影响。试验共设4个处理:CK(对照)、C1(低量生物炭4.5 t hm~(-2)a~(-1))、C2(高量生物炭9.0 t hm~(-2)a~(-1))和SR(秸秆还田straw return)。结果表明:在整个轮作周期内,各处理CO_2、N_2O通量随时间的变化趋势基本一致。随着生物炭施用量的增加,CO_2排放通量分别增加了0.3%—90.3%(C1)、1.0%—334.2%(C2)和0.4%—156.3%(SR)。其中,C2处理对CO_2累积排放量影响最大,增幅为42.9%。对N_2O而言,C2处理显著降低了N_2O累积排放量,但增加了CO_2和N_2O排放的综合增温潜势,C1和SR处理对N_2O累积排放量及综合增温潜势均没有显著影响。相关分析表明,土壤温度和土壤含水量是影响CO_2通量最主要的因素,两者之间呈极显著的正相关关系;N_2O通量与土壤温度、土壤含水量、NO_3~--N和NH_4~+-N均表现出极显著的正相关关系,而与土壤p H值表现出极显著的负相关关系。由此可见,添加生物炭对于减少氮素的气体损失具有较大的潜力。     

放牧对若尔盖高原湿地CH4排放的影响

湿地是大气甲烷(CH_4)的主要排放源,而有关放牧对湿地CH_4排放的影响特征仍未得到足够的报道。因此,通过静态箱法,研究了放牧对四川省若尔盖高原湿地CH_4排放的影响,CH_4气体通过快速温室气体分析仪测量。结果表明:放牧样地和围栏内样地生长季CH_4排放量为(31.32±19.57)g/m~2和(30.31±23.46)g/m~2,它们之间无差异显著;但是集中放牧期间(7—9月),放牧样地(21.01±12.35)g/m~2较围栏内样地显著增加了CH_4排放量为54.3%。2014年生长季期间通过刈割植物模拟放牧表明两种刈割强度CH_4排放量为(5.01±5.37)g/m~2和(4.69±5.99)g/m~2,较未刈割样地(1.15±1.89)g/m~2增加了335.9%和308.0%,其原因可能是放牧或者刈割减少地表植物生物量,降低植物高度,缩短了CH_4排放的路径距离。该结果可为我国高原湿地保护与管理决策提供基础数据支撑。     

水肥一体化条件下设施菜地的N2O排放

在保证作物产量的前提下,研究减少农田土壤N_2O排放的水肥统筹管理措施对全球温室气体减排具有重要意义。以京郊典型设施菜地为例,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,对果菜-叶菜(黄瓜-芹菜)轮作周期内土壤N_2O排放进行了观测,并分析了氮肥施用量、灌溉方式、土壤温度和湿度等因素对土壤N_2O排放的影响。结果表明:在黄瓜-芹菜种植模式中,各施氮处理除基肥施用后N_2O排放峰持续10—15d外,一般施肥、施肥+灌溉事件后土壤N_2O排放峰均呈现3—5d短而急促的情形。黄瓜生长季N_2O排放通量与土壤湿度(WFPS)之间呈现显著相关的关系;芹菜生长季N_2O排放通量与土壤温度之间呈现显著相关的关系。观测期内FP处理N_2O排放量为(31.00±2.15)kg N/hm~2,FPD处理与之相比N_2O排放量减少了4.2%,而OPTD处理在减少40%化肥氮量的情况下,N_2O累积排放量比FP处理减少了42.7%,且达到显著水平。说明在水肥一体化条件下,合理改变施肥体系是减少N_2O排放的前提,在此基础上进行水肥优化是设施菜地保持产量、减少N_2O排放的重要技术措施。     

再生稻田温室气体排放特征及碳足迹

研究中国东南区域不同稻作方式对水稻生产过程中稻田温室气体排放特征及其碳足迹的影响,对促进水稻可持续生产有重要意义。本研究以当前推广的常规稻‘佳辐占'和杂交中稻‘甬优2640'为材料,构建4种适合福建不同生态类型区的稻作模式: 1) 双季稻,早稻和晚稻均种植佳辐占(D-J);2) 早熟再生稻,头季稻和再生季稻均种植佳辐占(R-J);3) 中熟再生稻,头季稻和再生季稻均种植甬优2640(R-Y);4) 单季晚稻,与中熟再生季稻同期抽穗的单季晚稻,种植甬优2640(S-Y)。采用密闭静态暗箱观测法和气相色谱法分别收集并检测稻田土壤温室气体排放量,借用生命周期法对不同稻作方式产生的直接和间接温室气体排放总量(即碳足迹)进行数据采集与比较分析。结果表明: 不同稻作方式稻田温室气体排放特征均表现为生育前期排放量较低,到孕穗期前后达到高峰后又下降,即全生育期呈前高后低的双峰曲线,其中早稻或头季稻达到的第1个峰值较相应晚稻或再生季稻的第2个峰值高。不同稻作模式稻田温室气体排放总量差异显著。各种植模式全球增温潜势(GWP)表现为:R-Y>D-J>S-Y>R-J,温室气体排放强度(GHGI)表现为:D-J>S-Y>R-Y>R-J;与双季稻模式相比,佳辐占再生稻模式GWP和GHGI分别降低26.1%和14.1%;与同期抽穗的单季晚稻相比,甬优2640再生季稻稻田GWP和GHGI分别降低74.3%和56.7%。不同稻作模式下水稻单位产量碳足迹为0.38~1.08 kg CO₂-eq.·kg^-1,其中双季稻模式下最高,再生稻模式下甬优2640的单位产量碳足迹最低。不同稻作模式产生的碳足迹主要来源于CH₄,其贡献率高达44.2%~71.5%。可见,再生稻种植模式能显著降低水稻全球增温潜势和碳排放强度。选用高产低碳排放的水稻优良品种并配套科学栽培技术,是有效降低稻田CH₄排放量和碳足迹、促进再生稻生产可持续发展的关键。     

模拟SO42-沉降对闽江口淡水感潮野慈姑湿地甲烷排放通量的影响

2015年12月—2016年10月,每月小潮日原位定期向闽江口塔礁洲淡水感潮野慈姑(Sagittaria trifolia L.)湿地施加剂量为60、120 kg S hm~(-2)a~(-1)的K_2SO_4溶液(分别记做S-60和S-120),探讨模拟硫酸根(SO_4~(2-))沉降对河口淡水感潮湿地甲烷(CH4)排放通量及间隙水SO_4~(2-)浓度的影响。对照、S-60和S-120处理组CH_4排放通量年均值分别为(7.88±1.00)mg h~(-1)m~(-2)、(6.55±0.97)mg h~(-1)m~(-2)和(6.66±1.49)mg h~(-1)m~(-2)。在年尺度上,两个高强度模拟SO_4~(2-)沉降处理组均未显著降低闽江口淡水感潮野慈姑湿地CH_4排放通量(P0.05),即高强度SO_4~(2-)沉降不会对河口淡水感潮湿地CH_4排放通量产生类似于其对泥炭湿地和水稻田的显著抑制效应。在年尺度以及秋、冬季,两个施加K_2SO_4溶液处理显著增加了野慈姑湿地10 cm深度土壤间隙水SO_4~(2-)浓度。对于各个处理组,温度较高的夏、秋季CH_4排放通量均显著高于温度相对较低的冬、春季(P0.05)。不同处理组CH_4排放通量均与土壤温度呈显著正相关关系,温度仍然是影响亚热带河口淡水感潮湿地CH_4排放通量的重要环境因子。     

长期施肥对双季稻田甲烷排放和关键功能微生物的影响

研究不同施肥措施对双季稻田甲烷(CH_4)排放特征的影响及其微生物学机理,对合理利用及评价不同施肥模式对水稻生长的影响具有重要意义。以长期施肥定位试验田为平台,采用静态箱-气相色谱法对施用化肥(MF:mineral fertilizer alone)、秸秆还田配施化肥(RF:rice residues plus mineral fertilizer)、30%有机肥配施70%化肥(LOM:30%organic matter plus 70%mineral fertilizer)、60%有机肥配施40%化肥(HOM:60%organic matter plus 40%mineral fertilizer)和无肥(CK:without fertilizer)条件下双季稻田CH_4排放及其微生物学机理进行了分析。结果表明,早稻和晚稻生长期,不同施肥处理稻田CH_4排放通量均显著高于CK,表现为HOMLOMRFMFCK。各处理间CH_4总排放量差异达显著水平,其大小顺序与排放通量趋势一致,以HOM处理为最高,比CK处理增加105.56%,其次是LOM和RF处理,分别比CK处理增加72.97%和54.17%。关键功能土壤微生物测定结果表明,早稻和晚稻各个主要生育时期,各处理稻田土壤产甲烷古菌的数量变化范围为(3.18—81.07)×10~3cfu/g,土壤甲烷氧化细菌的数量变化范围为(24.82—379.72)×10~3cfu/g。稻田土壤产甲烷古菌和甲烷氧化细菌数量大小顺序为HOMLOMRFMFCK,各施肥处理均显著高于CK;HOM、LOM、RF处理显著高于MF、CK处理。双季稻田CH_4排放与稻田土壤产甲烷古菌、甲烷氧化细菌数量变化关系密切。采用有机无机肥配施促进了双季稻田生态系统CH_4的排放和关键功能微生物的数量。     

不同施肥处理对土壤活性有机碳和甲烷排放的影响

通过采集田间试验区连续3a施入有机肥的稻田耕层土壤,分析土壤中微生物量碳(MBC)、水溶性有机碳(DOC)、易氧化有机碳(ROC)和可矿化有机碳(readily mineralizable carbon,RMC)等活性有机碳的含量,稻田甲烷(CH_4)的排放通量,探讨施用有机肥的土壤活性有机碳变化及与CH_4排放的关系。研究结果显示:(1)施有机肥对土壤中的活性有机碳均有一定的促进作用。3a不同施肥处理土壤中DOC、ROC、MBC和RMC的平均含量分别为383.6、2501.2、640.4 mg/kg和291.7 mg/kg。3a施猪粪(猪粪+化肥,PM)、鸡粪(鸡粪+化肥,CM)和稻草(稻草+化肥,RS)的DOC的含量分别比化肥(CF)处理增加5.6%、6.7%和19.3%,ROC的含量分别比CF增加6.6%、8.4%和9.8%;MBC含量分别比CF增加5.1%、14.8%和21.5%,RMC增加6.8%、22.0%和33.9%。不同施肥处理的稻田土壤活性有机碳为分蘖期高于成熟期。(2)施肥处理显著增加稻田CH_4排放,CH_4分蘖期的排放通量是成熟期的143倍,3a PM、CM和RS处理的CH_4排放分别比CF处理增加37.0%(P0.05)、92.7%(P0.05)和99.4%(P0.05)。(3)不同施肥处理的DOC、ROC、MBC和RMC含量与CH_4排放通量均存在显著正相关关系,ROC与CH_4排放的相关系数最高,为0.754(P0.01),且4种有机碳间关系密切。稻田分蘖期土壤中的活性有机碳与稻田CH_4排放呈显著正相关关系。(4)综合分析,在4种有机碳中,土壤中ROC和MBC的含量直接影响CH_4排放。     

博斯腾湖人工和天然芦苇湿地土壤CO2、CH4和N2O排放通量

为研究干旱区淡水湖泊人工、天然芦苇湿地土壤温室气体源汇强度及其影响因素,采用静态箱-气相色谱法,于2015年1月—12月对博斯腾湖人工和天然芦苇湿地土壤CO_2、CH_4和N_2O通量进行全年观测。结果表明,人工芦苇湿地土壤CO_2、CH_4和N_2O排放通量变化范围分别为:10.1—588.4mg m~(-2)h~(-1)、2.9—82.4μg m~(-2)h~(-1)和1.32—29.7μg m~(-2)h~(-1),天然芦苇湿地土壤CO_2、CH_4和N_2O排放通量变化范围分别为10.3—469.6mg m~(-2)h~(-1)、3.1—64.8μg m~(-2)h~(-1)和1.9—14.3μg m~(-2)h~(-1)。人工和天然芦苇湿地夏季土壤CO_2排放通量均明显高于其他季节,而土壤CH_4和N_2O排放通量较大值多集中在春末夏初。全年观测期间,人工芦苇湿地土壤CO_2、CH_4和N_2O排放通量高于天然芦苇湿地(P0.05);温度是影响人工、天然芦苇湿地土壤CO_2和N_2O排放通量的关键因素,近地面温度和5cm土壤温度与CO_2和N_2O排放通量呈现极显著的正相关关系(P0.01)。土壤CH_4排放通量是温度和水分二者共同影响的,由近地表温度、5cm土壤温度和土壤含水量共同拟合的方程可以分别解释人工、天然芦苇湿地土壤CH_4排放通量的71%、74.5%;土壤有机碳、pH、盐分、NH_4~+-N、NO_3~--N也是人工、天然芦苇湿地土壤CO_2、CH_4和N_2O排放通量的影响因素;人工和天然芦苇湿地土壤均是CO_2、CH_4和N_2O的"源"。基于100年尺度,由3种温室气体计算全球增温潜势得出,人工芦苇湿地全球增温潜势大于天然芦苇湿地(15150.18kg/hm~212484.21kg/hm~2)。     

生物炭与氮肥对旱作春玉米农田CO_2和CH_4排放特征的影响

为了研究生物炭与氮肥对旱作春玉米农田CO_2和CH_4排放通量季节变化、累积排放总量及CO_2+CH_4排放强度的影响,试验设置C_0N_0(不加生物炭,不施氮肥)、C_0N_1(不加生物炭,施氮肥225kg·hm~(-2))和C_1N_1(添加生物炭50t·hm~(-2),施氮肥225kg·hm~(-2))3个处理,采用密闭式静态暗箱-气相色谱法对不同生物炭和氮肥输入旱作春玉米农田CO_2和CH_4排放通量进行连续观测,同时对影响通量变化的0~20cm土层温度和水分因子进行测定。结果表明:(1)试验期内不同处理春玉米农田均表现为CO_2累积通量的源,且CO_2排放通量均呈现一定的峰值变化规律。(2)C_1N_1处理减少了春玉米生长季农田CO_2排放通量和累积排放总量,在试验的2个生长季内农田CO_2平均排放通量和累积排放总量各处理均表现为C_0N_0C_0N_1C_1N_1,且C_1N_1处理降低显著。(3)土壤CO_2排放通量与土壤温度变化呈显著正相关关系,可用指数方程和二次方程较好拟合二者关系,且与10cm土层温度的相关性优于0cm土层温度,但土壤CO_2排放通量与土壤含水量呈负相关关系。(4)试验各处理农田土壤CH_4排放通量在-16.08~-73.96μg·m~(-2)·h~(-1)之间,表现为大气CH_4的净吸收库;C_1N_1处理增加了土壤CH_4排放通量和累积排放总量,但作用效果的显著性受年际环境因子的影响;农田土壤CH_4排放通量与土壤含水量呈显著正相关关系,与土壤温度呈显著负相关关系。研究发现,添加生物炭和施氮减少了旱作农田春玉米生长季CO_2排放通量和累积排放总量,增加了CH_4排放通量和累积排放总量,总体上显著增加了春玉米产量,显著减少农田CO_2+CH_4排放强度。     

稻田土壤氧化态有机碳组分变化及其与甲烷排放的关联性

稻田土壤有机碳是甲烷排放的关键底物之一,不同研究者由于采取的有机碳研究方法不同而得出稻田甲烷排放与土壤有机碳关系的结论不一.为明确影响稻田甲烷排放的土壤有机碳组分,设计了稻田施用不同外源有机碳(稻草还田、鸡粪和猪粪)的田间试验,对稻田甲烷排放和土壤有机碳组分的动态变化及其关联性进行监测和分析.结果表明,猪粪处理的甲烷排放与化肥处理无显著差异,而鸡粪和稻草2个处理的甲烷排放分别比化肥增加1.67倍(P＜0.05),2.69倍(P＜0.05);甲烷排放量与土壤易氧化有机碳含量显示相同顺序:稻草＞鸡粪＞猪粪＞化肥;通径分析表明,土壤易氧化有机碳组分1(被33 mmol/L KMnO4氧化的有机碳)与甲烷排放直接相关,其他有机碳组分仅通过组分1间接作用于水稻生育后期甲烷排放,且排放量较低.由此推断,易氧化有机碳组分1是甲烷排放的主要底物,通过有效措施降低肥源中易氧化态有机碳组分1是减排甲烷的关键技术之一.     

春玉米-晚稻与早稻-晚稻种植模式碳足迹比较

量化作物生产的碳足迹有助于为农业生态系统温室气体减排提供理论依据。利用生命周期法研究了我国南方地区稻田春玉米-晚稻水旱轮作种植模式和早稻-晚稻连作种植模式下粮食生产的碳足迹,并定量分析粮食生产过程中各种碳排放源的相对贡献。结果表明,与早稻-晚稻的连作模式相比,春玉米-晚稻轮作模式的单位面积碳排放降低了6724 kg CO₂-eq/hm²,单位产量的碳足迹降低了0.56 kg CO₂-eq/kg。春玉米比早稻少排放6228 kg CO₂-eq/hm²;与早稻-晚稻模式中晚稻碳排放相比,春玉米-晚稻轮作模式晚稻碳排放降低了497 kg CO₂-eq/hm²。早稻-晚稻种植模式的碳足迹主要来源于甲烷（CH₄）,其碳排放为9776 kg CO₂-eq/hm²（54.8%）,氮肥生产和施用的碳排放为2871 kg CO₂-eq/hm²（16.1%）,灌溉电力消耗的碳排放2849 kg CO₂-eq/hm²（16.0%）。春玉米-晚稻轮作模式的碳足迹主要来源于CH₄的碳排放4442 kg CO₂-eq/hm²（39.9%）,氮肥生产和施用的碳排放2871 kg CO₂-eq/hm²（25.8%）,灌溉电力消耗的碳排放1508 kg CO₂-eq/hm²（13.6%）。该模式中晚稻的碳足迹组成情况与春玉米-晚稻模式的碳足迹相似。但是,对于春玉米而言,其碳足迹主要来源氮肥生产和施用的碳排放1436 CO₂-eq/hm²（50.1%）,氧化亚氮（N₂O）的碳排放为579 kg CO₂-eq/hm²（20.2%）,CH₄的碳排放为378 CO₂-eq/hm²（13.2%）。同时,相比于早稻-晚稻中晚稻的产量（6333 kg/hm²）,春玉米-晚稻轮作模式下的晚稻产量（7270 kg/hm²）提高了14.8%。因此,引入春玉米-晚稻轮作模式有利于提升稻田生产力,降低稻田连作系统碳排放和碳足迹。     

西南喀斯特区坡耕地秸秆覆盖对土壤生态化学计量特征及产量的影响

土壤养分亏缺是限制作物生长的关键因素,同时也是制约作物产量的重要影响因子。为提高西南喀斯特区坡耕地土壤肥力和作物产量,于2018—2019年连续两年在贵州省黔西县开展了野外原位径流小区观测试验。通过该试验探讨不同秸秆覆盖率下土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)、钾(K)含量及其生态化学计量特征,揭示不同秸秆覆盖率下土壤养分状况及土壤改良效果。共设6个秸秆覆盖梯度,玉米单作+秸秆覆盖(SM₀—SM₅,0,1111、2222、3889、5556,6944 kg/hm~2),其中SM₀为对照组(CK)。结果表明：(1)秸秆覆盖不同程度增加了土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)及全磷(TP)含量,总体上随覆盖量的增加而增加,尤其是覆盖量较多的情况下(SM₄,SM₅),均显著高于对照(P<0.05),但两者之间差异不显著(P> 0.05),而全钾(TK)则随着覆盖量的增加而减少。(2)在高秸秆覆盖条件下(SM₄,SM₅),除了N∶P外,两...     

Crop Yields, Internal Nutrient Efficiency, and Changes in Soil Properties in Rice–Wheat Rotations Under Non-Flooded Mulching Cultivation

A field experiment was conducted for 5 years to examine the effects of non-flooded mulching cultivation on crop yield, internal nutrient efficiency and soil properties in rice–wheat (R–W) rotations of the Chengdu Plain, southwest China. Compared with traditional flooding (TF), non-flooded plastic film mulching (PM) resulted in 12 and 11% higher average rice (Oryza sativa L.) yield and system productivity (combined rice and wheat yields), and the trends in rice and wheat (Triticum aestivum L.) yields under PM were stable over time. However, non-flooded wheat straw mulching (SM) decreased average rice yield by 11% compared with TF, although no significant difference in system productivity was found between SM and TF. Uptakes of N and K by rice under PM were higher than those under TF and SM, but internal nutrient efficiency was significantly lower (N) or similar (K) under PM compared to SM and TF. This implies that more N and K accumulated in rice straw under PM. After 5-year rice–wheat rotation, apparent P balances (112–160 kg ha⁻¹) were positive under all three cultivation systems. However, the K balances were negative under PM (−419 kg ha⁻¹) and TF (−90 kg ha⁻¹) compared with SM (45 kg ha⁻¹). This suggests that higher K inputs from fertilizer, straw or manure may be necessary, especially under PM. After five rice seasons and four wheat seasons, non-flooded mulching cultivation led to similar (PM) or higher (SM) soil organic carbon (SOC), total N (TN) and alkali hydrolyzable N (AH-N) in the top 0–5 and 5–12 cm layers compared with TF. SOC, TN, AH-N and Olsen-P (OP) in the sub-surface layer (12–24 cm) were significantly higher under PM or SM than under TF, indicating that rice under non-flooded mulching conditions may fail to make use of nutrients from the subsoil. Thus, the risk of decline in soil fertility under non-flooded mulching cultivation could be very low if input levels match crop requirements. Our data indicate that PM and SM may be alternative options for farmers using R–W rotations for enhancement or maintenance of system productivity and soil fertility.     

不同施氮措施对旱作玉米地土壤酶活性及CO2排放量的影响

对施用速效氮肥(尿素)和缓释氮肥的旱作夏玉米地土壤酶活性及CO2排放量进行分析。结果表明,与不施肥处理比较,不同氮肥种类和施用量均可显著提高土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性和CO2的排放量。在整个生育期,尿素与缓释氮肥处理土壤酶活性和土壤CO2排放量表现出相同变化趋势,尿素和缓释氮肥处理土壤CO2平均排放量分别为459.12 mg·m-·2h-1和427.11 mg·m-·2h-1,两者达到显著差异水平(P<0.5)。相关分析表明,土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性与土壤CO2排放量呈显著或极显著正相关,相关系数分别为0.79、0.64和0.80。说明相同施氮量缓释氮肥较尿素能有效提高土壤酶活性并降低土壤碳排放量。     

黄河上游灌区稻田N2O排放特征

黄河上游灌区稻田高产区过量施肥现象十分突出,氮肥过量施用引起土壤氮素盈余,导致N₂O排放量增大,由此引起的温室效应引起广泛关注。采用静态箱-气相色谱法研究黄河上游灌区稻田不同施肥处理下N₂O排放特征。试验设置5个施肥处理,包括常规氮肥300 kg/hm²下单施尿素和有机肥配施2个处理,分别用N300和N300-OM代表;优化氮肥240 kg/hm²下单施尿素和有机肥配施2个处理,分别用N240和N240-OM代表;对照不施氮肥用N0代表。试验结果得出,灌区水稻生长季稻田土壤N₂O排放主要集中在水稻分蘖前及水稻生长的中后期,稻田氮肥施用、灌水及土壤温度的变化对N₂O排放通量影响较大,不同处理水稻各生育阶段N₂O累积排放量与稻田土壤耕层NO^-₃-N含量动态变化显著相关。稻田N₂O排放不是黄河上游灌区稻田氮素损失的主要途径,但灌区稻田N₂O排放的增温潜势较大;稻田氮肥过量施用会显著增加N₂O排放量,在相同氮素水平下,有机肥配施会显著增加稻田土壤N₂O的排放量(P＜0.01)。优化施氮能有效减少灌区稻田水稻生长季N₂O排放量。稻田不同处理的水稻整个生长季土壤N₂O排放总量为2.69-3.87 kg/hm²,肥料氮通过N₂O排放损失的百分率仅为0.43%-0.64%。在灌区习惯灌水和高氮肥300 kg/hm²时,N300-OM处理的稻田N₂O排放量达3.87 kg/hm²,在100 a时间尺度上的全球增温潜势(GWPs)为20.76×10⁷ kg CO₂/hm²;优化施氮240 kg/hm²水平下,N240和N240-OM处理的N₂O累计排放量较N300-OM处理,分别降低了1.18 kg/hm²和0.57 kg/hm²,在100 a尺度上每年由稻田N₂O排放引起的GWPs分别降低了6.33×10⁷ kg CO₂/hm²和3.06×10⁷ kg CO₂/hm²。     

Effects of elevated ozone concentration on methane emission from a rice paddy in Yangtze River Delta,China

Few investigations have been made on the impact of elevated ozone (O₃) concentration on methane (CH₄) emission from rice paddies. Using open‐top chambers in situ with different O₃ treatments, CH₄ emissions were measured in a rice paddy in Yangtze River Delta, China in 2007 and 2008. There were four treatments applied: charcoal‐filtered air (CF), nonfiltered air (NF), and charcoal‐filtered air with different O₃ additions (O₃‐1 and O₃‐2). The mean O₃ concentrations during the O₃ fumigation were 19.7, 22.6, 69.6 and 118.6 ppb in 2007 and 7.0, 17.4, 82.2 and 138.3 ppb in 2008 for treatments CF, NF, O₃‐1 and O₃‐2, respectively. The rice yields, as compared with CF, were reduced by 32.8% and 37.1%, 58.3% and 52.1% in treatments O₃‐1 and O₃‐2 in 2007 and 2008, respectively. The diurnal patterns of CH₄ emission varied temporally with treatments and there was inconsistence in diurnal variations in CH₄ emissions from the paddy field. The daily mean CH₄ emissions were significantly lower in treatments O₃‐1 and O₃‐2 than those in treatments CF and NF. Compared with CF treatment, CH₄ emissions from the paddy field were decreased to 46.5% and 38.3%, 50.6% and 46.8% under treatments O₃‐1 and O₃‐2 in the whole growing seasons of 2007 and 2008, respectively. The seasonal mean CH₄ emissions were negatively related with AOT40 (accumulative O₃ concentration above 40 ppb; P < 0.01 in both years), but positively related to the relative rice yield (reference to CF; P < 0.01 in 2007 and P < 0.001 in 2008), aboveground biomass (P < 0.01 in both years) and underground biomass (P < 0.01 in 2007 and P < 0.05 in 2008). The decreased CH₄ emission from the rice paddy due to an increased O₃ exposure might partially mitigate the global warming potential induced by soil carbon loss under elevated O₃ concentrations.