微生物生物量C、土壤呼吸的季节性变化与黑土稻田甲烷排放

对黑土水稻田一个生长季中土壤微生物生物量C、土壤呼吸和甲烷排放通量进行了监测。结果表明,在水稻生长初期,长效尿素能显著抑制微生物生物量C和土壤呼吸(P<0．05),间歇灌溉措施对二者几乎没有影响,间歇灌溉能减少稻田甲烷的排放,平均排放量比对照减少了32．5％,长效尿素的施用稻田使甲烷的排放略有增加,施用长效尿素的处理,微生物生物量C与甲烷排放量之间呈显著正相关关系。     

生物黑炭对旱地土壤CO2、CH4、N2O排放及其环境效益的影响

采用土柱室内模拟的方法,通过添加0%、0.5%、2%、4%、6%、8%生物黑炭于土壤中,测定土壤CO2、CH4、N2O排放通量,探讨生物黑炭对旱地土壤CO2、CH4、N2O排放及其环境效益的影响。结果表明:室内模拟土柱培养期内,施用生物黑炭能显著增加CO2排放,且生物黑炭添加百分数(x)与CO2累积排放量(y)之间满足线性方程:y=12.591x+235.02(R2=0.834,n=24);当生物黑炭添加量达到2%及以上时,基本抑制了CH4的排放和显著减少土壤N2O排放,并显著减少CH4和N2O的综合温室效应,当其达到4%以上时,CH4和N2O的综合温室效应降幅更大并趋于稳定,但施用少量生物黑炭(0.5%)可显著促进N2O排放,对减少CH4和N2O综合温室效应并无明显效果。生物黑炭表观分解率随其添加量的增加逐渐减少,生物黑炭添加比例越高,积累于土壤中的碳越多,从投入生物黑炭量与固碳量和减排比角度综合考虑,农业生产中推荐生物黑炭施用量为20 t/hm2,其固碳减排效果俱佳。     

DCD不同施用时间对水稻生长期CH4和N2O排放的影响

硝化抑制剂传统的施用方法是在作物移栽或播种前与基肥配合施用.通过温室盆栽试验研究相同施肥条件下,硝化抑制剂双氢胺(dicyandiamide, DCD)不同施用时间(与基肥混施、分孽肥后施入、穗肥后施入)对水稻生长期CH4和N2O排放的影响.结果表明,施入DCD能同时降低CH4和N2O排放量.就整个水稻生长期而言,与基肥混施DCD分别降低21.41%的CH4排放量和8.00%的N2O排放量;调节DCD施用时间至分孽肥后显著降低30.30%的N2O排放量,同时降低5.24%的CH4排放量.就施入DCD到水稻收获的特定生长阶段而言,缓施DCD分别降低32.65%的N2O排放量和11.18%的CH4排放量;晚施DCD对CH4和N2O排放的影响不大.CK、早施DCD、缓施DCD及晚施DCD处理CH4平均排放通量分别为0.95、0.75、0.87 mg/(m2 · h)及0.94 mg/(m2 · h),N2O平均排放通量为155.67、143.24、108.50 μg/(m2 · h)及153.24 μg/(m2 · h),缓施DCD显著降低CH4和N2O排放量(p＜0.01).土壤温度是影响N2O排放的主要因素,而CH4排放通量与土壤Eh呈显著负相关(p＜0.01).     

日本长期不同施肥稻田N_2O和CH_4排放特征及其环境影响

观测了75年长期连续不施肥、施硫酸铵、施熟制水稻秸秆与豆饼混合堆肥、施绿肥苜蓿4种处理下日本单季稻田温室气体N2O和CH4的排放特征及其环境影响.结果表明:在水稻生长季节,不同处理间N2O排放无显著差异,但CH4排放差异显著;长期连续施用有机肥虽然没有增加N2O排放却促进了CH4排放.各系统排放N2O和CH4所产生的累积全球增温潜势(GWP)以绿肥处理最大(310.7gCO2e·m-2),熟制有机堆肥次之(151gCO2e·m-2),硫酸铵处理最小(60.6gCO2e·m-2).稻田系统的GWP主要来自CH4排放,控制和减少稻田系统CH4排放是稻田温室气体减排的核心问题.长期连续施用熟制有机堆肥既能增加土壤有机质,改善地力,满足水稻高产,又能实现CH4减排,是实践中值得推荐的水稻生产模式.     

下辽河平原典型农田融化期氧化亚氮和甲烷排放通量研究

应用静态箱／气相色谱法对下辽河平原典型农田（大豆地、玉米地、水稻田）土壤融化期N2O和CH4排放通量进行了研究。结果表明,在融化期间,3种农田N20排放量均较大,这段时期的农田是大气N2O的一个重要源;3种农田CH4排放不明显,成为大气CH4的汇。在融化期间,农田N2O排放量,旱田CH4排放量与箱内温度间均无显著相关性。而水稻田CH4排放量与箱内温度呈显著负相关,相对于生长季来说,这是土壤融化期间的特定现象。     

控释肥及其与尿素配合施用对水稻生长期N_2O排放的影响

通过田间试验,采用静态箱法研究相同施氮量条件下,施用尿素、控释肥及尿素与控释肥配施(尿素与控释肥以3:7配合施用)对稻田N2O排放的影响.结果表明:与单施尿素处理相比,配施处理和控释肥处理水稻生长期N2O排放量分别减少40.4%和59.6%(P<0.05),其中烤田期分别减少65.1%和83.9%;与配施处理相比,施用控释肥处理N2O排放量略微减少(P>0.05),其中烤田期减少53.9%.施用控释肥可增加水稻产量,与尿素处理相比,施用控释肥和配施处理水稻产量分别增加7.8%和9.8%(P>0.05).施用控释肥使土壤无机氮峰值出现时间延后,烤田期N2O排放减少.水稻生长期N2O排放通量与土壤氧化还原电位(Eh)和土壤温度均无明显相关性(P>0.05).     

控释肥料对稻田氧化亚氮排放的影响

采用静态箱法研究了控释肥料和常规肥料处理对华南赤红壤发育的稻田N2O排放的影响．结果表明,施用控释肥处理与非包膜复合肥处理,在水稻移栽后10d内水层中NH4^+-N和NO3^--N浓度问差异达极显著水平,各处理水层中NO3^--N浓度与2d后或当天N2O排放量间的偏相关系数达极显著水平．包膜型控释肥比未包膜复合肥能极显著地降低稻田N2O的排放量．在施肥后100d内,控释肥的N2O累积排放量仅为未包膜型复合肥料的13．45％～21．26％,是尿素处理的71．17％～112．47％．复合肥处理的N2O排放主要集中在施肥后1～25d和水稻晒田期间,控释肥在此时期的排放量显著降低,尿素处理则延缓并减小了N2O排放峰．控释肥一次施用和尿素分次施用都能减少N2O排放．     

不同种类氮肥对土壤释放N2O的影响

用培养试验模拟研究了在正常水分 ( 2 2 % )、干旱 ( 1 2 % )和高含水量 ( 32 % )条件下 ,普通碳酸氢铵 (普碳 )、尿素及新型肥料长效碳酸氢铵 (长碳 )对土壤释放N2 O的影响 ;同时考察了土壤NO-3 的形成时间和形成量 .结果表明 ,农田中施加的无机氮肥是大气中N2 O的重要来源 ,而长碳与普碳和尿素相比 ,不但可以明显延后N2 O释放高峰期出现时间 ,而且大多数情况下可以显著减少其释放量 (P <0 .0 1 ) .在 5个月的监测期内 ,与普碳和尿素相比其减少N2 O释放的比例分别为 80 .2 3和 88.41 % ( 1 2 %含水量 ) ,40 .0 0和2 7.59% ( 2 2 %含水量 ) ,无减少作用和 45.88% ( 32 %含水量 ) .本研究结果提示长碳具有作为农田生态系统N2 O减排措施的巨大潜力 ,同时暗示在农业中用长碳代替目前普遍应用的普碳 ,可以减少地下水中NO-3 引起的污染 .     

小兴安岭典型草丛沼泽湿地CO2、CH4和N2O的排放动态及其影响因素

2007年6～10月,采用静态箱-气相色谱法,同步研究了小兴安岭典型修氏苔草(Carex schmidtii)沼泽湿地CO2、CH4和N2O排放通量的季节动态及其与环境因子的关系,估算CO2、CH4和N2O的生长季排放量,探讨了沼泽湿地碳与氮的源汇关系.结果表明:草丛沼泽生长季节温室气体排放量以CO2占绝对优势(99.61%),CH4的排放量次之(0.39%),N2O的排放量最低(0.000 7%),且为碳、氮的吸收汇(分别为固定量的53.93%和0.04%);CO2、CH4和N2O生长季平均排放通量依次为487.89、1.88和0.004 mg·m-2·h-1,且具有明显的季节变化特征,CO2和N2O的最高排放量均出现在夏季(6月24日至8月14日和7月14日至8月14日),CH4的最高排放量出现在夏秋季(8月24日至9月24日),其中,CO2季节变化与空气温度和0～20 cm土壤温度具有显著相关性(p＜0.05),CH4与空气温度具有显著相关性(p<0.01),N2O与水位具有显著的负相关性(p＜0.05).     

大气氮沉降对森林土壤甲烷吸收和氧化亚氮排放的影响及其微生物学机制

水分非饱和的森林土壤是大气甲烷(CH4)汇和氧化亚氮(N2O)源,大气氮沉降增加是导致森林土壤碳氮气体通量不平衡的主要原因之一。土壤CH4吸收和N2O排放之间存在协同、消长和随机等复杂的耦合关系,关于氮素对两者产生过程的调节作用以及内在的微生物学机制至今尚不完全清楚。综述了森林土壤CH4吸收和N2O排放耦合过程的理论基础,土壤CH4和N2O的产生与消耗过程对增氮响应的生物化学和微生物学机制,指出各研究领域的不足和未来的研究重点。总体而言,低氮倾向于促进贫氮森林土壤CH4吸收,不改变土壤N2O的排放,而高氮显著抑制富氮森林土壤CH4吸收以及促进N2O排放。外源性氮素通过竞争抑制和毒性抑制来调控森林土壤CH4的吸收,而通过促进土壤硝化和反硝化过程来增加N2O的排放。然而,由于全球氮沉降控制试验网络分布的不均匀性、土壤碳氮通量产生过程的复杂性以及微生物分子生态学方法的局限性等原因,导致氮素对森林土壤碳氮通量的调控机制研究一直进展缓慢,未能将微生物功能群落动态与土壤碳氮通量真正地联系起来。未来研究应该从流域、生态系统和分子尺度上深入探讨土壤碳氮通量耦合作用的环境驱动机制,氮素对土壤CH4氧化和N2O产生过程的调控作用,以及增氮对土壤甲烷氧化菌和N2O产生菌活性和群落组成的影响。     

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。     

东北典型旱作农田N_2O和CH_4排放通量研究

应用封闭式箱法技术测定了玉米、大豆田中Ｎ２Ｏ和ＣＨ４全年的通量变化．指出Ｎ２Ｏ排放有明显的季节变化和明显的日变化．大量的Ｎ２Ｏ排放发生在作物生长季节中．在冰雪溶化期和收割作物后也有一定量的Ｎ２Ｏ从土壤中排放．此外,实验结果也指出,玉米和大豆田作为大气ＣＨ４源或汇的作用不明显．     

水稻植株对稻田甲烷排放的影响

稻田CH4排放是稻田土壤中CH4产生、氧化和传输不同过程的净效应,水稻植株强烈影响稻田CH4的产生、氧化和传输过程,是导致稻田CH4排放季节性变化规律的一个重要因素,本文综述了水稻植株对稻田CH4排放过程的不同影响,水稻植株根系分泌物和脱落物作为产甲烷前体促进稻田土壤中CH4的产生,在水稻生长后期,植株根系分泌物和脱落物被认为是稻田土壤甲烷产生的主要基质,是导致这一时期稻田CH4高排放通量的主要原因;水稻植株根系泌氧在根际环境形成一个微氧区域氧化稻田甲烷,整个水稻生长季稻田土壤中产生的CH4大约36％～90％在植株根际环境中被氧化;约80％甚至更多的稻田CH4通过水稻植株的通气组织进入大气圈,植株对稻田CH4的传输具有十分重要的意义。     

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.     

Estimation of nitrous oxide, nitric oxide and ammonia emissions from croplands in East, Southeast and South Asia

Agricultural activities have greatly altered the global nitrogen (N) cycle and produced nitrogenous gases of environmental significance. More than half of all chemical N fertilizer produced globally is used in crop production in East, Southeast and South Asia, where rice is central to nutrition. Emissions of nitrous oxide (N₂O), nitric oxide (NO) and ammonia (NH₃) from croplands in this region were estimated by considering background emission and emissions resulting from N added to croplands, including chemical N, animal manure, biologically fixed N and N in crop residues returned to fields. Background emission fluxes of N₂O and NO from croplands were estimated to be 1.22 and 0.57 kg N ha^?1 yr^?1, respectively. Separate fertilizer‐induced emission factors were estimated for upland fields and rice fields. Total N₂O emission from croplands in the study region was estimated to be 1.19 Tg N yr^?1, with 43% contributed by background emissions. The average fertilizer‐induced N₂O emission, however, accounts for only 0.93% of the applied N, which is less than the default IPCC value of 1.25%, because of the low emission factor from paddy fields. Total NO emission was 591 Gg N yr^?1 in the study region, with 40% from background emissions. The average fertilizer‐induced NO emission factor was 0.48%. Total NH₃ emission was estimated to be 11.8 Tg N yr^?1. The use of urea and ammonium bicarbonate and the cultivation of rice led to a high average NH₃ loss rate from chemical N fertilizer in the study region. Emissions were displayed at a 0.5° × 0.5° resolution with the use of a global landuse database.     

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.     

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N2 O排放的影响 .结果表明 ,在 15 0和 2 5 0kgN·hm-2 两种氮肥水平下大气CO2 浓度增加 2 0 0 μmol·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 15 0和 2 5 0kgN·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 15 0和 2 5 0kgN·hm-2 两种氮肥水平下稻田N2 O排放的明显变化 ,与大多数研究结果一致 .     

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。     

Methane and nitrous oxide emissions from rice paddy fields as affected by nitrogen fertilisers and water management

Methane and N₂O emissions affected by nitrogen fertilisers were measured simultaneously in rice paddy fields under intermittent irrigation in 1994. Ammonium sulphate and urea were applied at rates of 0 (control), 100 and 300 kg N ha^-1. The results showed that CH₄ emission, on the average, decreased by 42 and 60% in the ammonium sulphate treatments and 7 and 14% in the urea treatments at rates of 100 and 300 kg N ha^-1, respectively, compared to the control. N₂O emission increased significantly with the increase in the nitrogen application rate. N₂O emission was higher from ammonium sulphate treatments than from the urea treatments at the same application rate. A trade-off effect between CH₄ and N₂O emission was clearly observed. The N₂O flux was very small when the rice paddy plots were flooded, but peaked at the beginning of the disappearance of floodwater. In contrast, the CH₄ flux peaked during flooding and was significantly depressed by mid-season aeration (MSA). The results suggest that it is important to evaluate the integrative effects of water management and fertiliser application for mitigating greenhouse gas emissions in order to attenuate the greenhouse effect contributed by rice paddy fields.