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排放间呈显著性正相关(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.     

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.     

不同冬季覆盖作物对稻田甲烷和氧化亚氮排放的影响

采用静态箱-气相色谱法对不同冬季覆盖作物处理［免耕直播黑麦草-双季稻(T₁)、免耕直播紫云英 双季稻(T₂)、翻耕移栽油菜-双季稻(T₃)、免耕直播油菜-双季稻(T₄)和冬闲-双季稻(CK)］下稻田甲烷（CH₄）和氧化亚氮（N₂O）排放进行观测,分析了不同冬季覆盖作物对稻田CH₄和N₂O排放的影响.结果表明：在冬季作物生长期,不同冬季覆盖作物稻田CH₄和N₂O总排放量与对照（CK）的差异均达到极显著水平（P<0.01）;T₃和T₁处理的稻田CH₄和N₂O排放量最高,其CH₄排放量分别为0.88 和0.60g·m^-2,N₂O排放量分别为0.23 和0.20 g·m^-2;冬季作物还田后,各处理早、晚稻田CH4排放量均明显高于对照.早稻田CH₄排放量最高的为T₁和T₂处理,分别达21.70和20.75 g·m^-2;晚稻田CH₄排放量最高的为T₃和T₄处理,分别为58.90和54.51 g·m^-2.各处理早、晚稻田N₂O总排放量均显著高于对照,T₁、T₂、T₃和T₄处理的早稻田N₂O总排放量分别比对照增加53.7%、12.2%、46.3%和29.3%,晚稻田分别比对照增加28.6%、3.8%、34.3%和27.6%.     

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N₂O排放及其影响因子的连续观测结果,分析了N₂O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N₂O排放的影响,同时还比较分析了稻田N₂O和CH₄排放.研究结果表明,稻麦轮作周期内,水稻生长季的N₂O排放量仅占30%,稻田持续淹水可比常规灌溉增加CH₄排放量26%,减少N₂O排放量11～26%.     

长期不施磷对稻田温室气体排放的影响

稻田磷肥的“旱重水轻”施肥策略是有效提高磷素利用率、减少磷素流失的有效技术途径,但稻季不施磷对温室气体排放的影响尚不明确。本研究监测了苏州和宜兴两块长期定位试验田中正常施磷与不施磷处理水稻生育期内CH₄和N₂O的排放通量。结果表明: 与正常施磷处理相比,长期不施磷处理均显著促进了稻田CH₄和N₂O排放,其中,苏州试验田CH₄和N₂O排放量分别增加57%和25%,宜兴试验田CH₄和N₂O排放量分别增加221%和70%。长期不施磷使土壤的速效磷、有机酸和可溶性有机碳含量下降,与CH₄排放密切相关,特别是土壤速效磷含量与CH₄排放量呈显著负相关,相关系数r=-0.987。两处试验田不施磷处理的全球增温潜势均大于施磷处理。因此,稻田长期缺磷会对土壤有机酸、可溶性有机碳和速效磷含量产生影响,进而增加稻田CH₄和N₂O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.     

稻田CH4和N2O的排放及养萍和施肥的影响

用箱法对我国东北稻田CH₄和N₂O排放进行观测研究表明,东北稻田的CH₄排放通量比南方稻田小,平均日排放通量和生长季节排放总量分别为0.07和7.4g·m^-2.稻田淹水期几乎没有N₂O的净排放,但在非淹水期内却有大量N₂O排放(平均通量59μgN₂O·m^-2·h^-1).稻田养萍和施肥明显促进CH₄和N₂O排放。稻田CH₄和N₂O排放之间存在消长关系。制定稻田温室气体减排技术措施时应充分注意这一关系。     

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N₂O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1.763、2.84和0.36mg·m^-2·h^-1,而N₂O的平均排放通量分别为6.74、11.69和55.07μgN₂O-N·m^-2·h^-1,表明稻田连续淹水显著增加CH₄的排放而降低N₂O的排放。水旱轮作降低CH₄排放而提高N₂O的排放,说明稻田CH₄和N₂O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。     

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.     

太湖地区不同轮作模式对稻田温室气体(CH4和N2O)排放的影响

通过田间试验,研究了太湖地区不同轮作模式下稻季温室气体排放规律.结果表明: 水稻生长季CH₄排放呈先升高后降低趋势,CH₄排放主要集中在水稻生育前期,烤田后至水稻收获期间CH₄排放量较低;N₂O的排放主要集中在3次施肥及烤田期.稻季排放的CH₄对全球增温潜势(GWP)的贡献远高于N₂O,各处理所占比例为94.7%～99.6%,是温室气体减排的主要对象.不同轮作模式下,稻季CH₄排放总量及其GWP存在显著差异,表现为小麦-水稻>紫云英-水稻>休闲-水稻轮作;稻季N₂O排放总量及其GWP没有显著性差异.与不施肥处理相比,紫云英-水稻轮作模式下施加氮肥显著降低了CH₄排放量和GWP,但不同氮肥用量下的CH₄排放量和GWP没有显著性差异,而紫云英还田稻季施氮240 kg·hm^-2下的水稻产量却最高.综合经济效益和环境效益,紫云英还田稻季施氮240 kg·hm^-2下的增产减排综合效果更好,是值得当地推广的耕作制度.     

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。     

稻麦轮作系统冬小麦农田耕作措施对氧化亚氮排放的影响

2008—2011年,采用静态箱-气相色谱法对长江下游稻麦轮作系统冬小麦农田N2O排放进行了为期3a的田间原位观测,研究不同耕作措施(免耕、旋耕和翻耕)对冬小麦生长季N2O排放的影响。结果表明:不同耕作措施下冬小麦农田N2O排放高峰出现在施用基肥后的1个月内以及施用孕穗肥后的4月中旬至小麦成熟期,其余时间N2O排放通量均较小。年度和耕作措施对冬小麦农田N2O季节排放总量均有极显著影响(P<0.01),不同处理N2O季节排放总量表现为免耕>翻耕>旋耕,2008—2011年3年平均分别为2.50 kg/hm2、2.05 kg/hm2和1.66 kg/hm2,免耕比翻耕增加N2O排放22.0%(P<0.05),旋耕比翻耕减排19.0%(P<0.05)。冬小麦生长期内施用孕穗肥后1个月内N2O排放通量与农田土壤充水孔隙率(WFPS)及10 cm地温呈显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)正相关,2009—2010年施用基肥后1个月内N2O排放通量与WFPS呈显著负相关(P<0.05)。结果说明旋耕是减少长江下游稻麦轮作系统冬小麦农田N2O排放的最佳耕作措施。     

Effects of tillage and nitrogen fertilizers on CH4 and CO2 emissions and soil organic carbon in paddy fields of central China

Quantifying carbon (C) sequestration in paddy soils is necessary to help better understand the effect of agricultural practices on the C cycle. The objective of the present study was to assess the effects of tillage practices [conventional tillage (CT) and no-tillage (NT)] and the application of nitrogen (N) fertilizer (0 and 210 kg N ha(-1)) on fluxes of CH(4) and CO(2), and soil organic C (SOC) sequestration during the 2009 and 2010 rice growing seasons in central China. Application of N fertilizer significantly increased CH(4) emissions by 13%-66% and SOC by 21%-94% irrespective of soil sampling depths, but had no effect on CO(2) emissions in either year. Tillage significantly affected CH(4) and CO(2) emissions, where NT significantly decreased CH(4) emissions by 10%-36% but increased CO(2) emissions by 22%-40% in both years. The effects of tillage on the SOC varied with the depth of soil sampling. NT significantly increased the SOC by 7%-48% in the 0-5 cm layer compared with CT. However, there was no significant difference in the SOC between NT and CT across the entire 0-20 cm layer. Hence, our results suggest that the potential of SOC sequestration in NT paddy fields may be overestimated in central China if only surface soil samples are considered.     

剔除林下灌草和添加翅荚决明对尾叶桉林土壤温室气体排放的影响

森林土壤是CO₂、CH₄和N₂O等温室气体的重要排放源。采用静态箱/色谱分析技术对中国科学院鹤山丘陵综合开放试验站的尾叶桉(Eucalyptus urophylla)林土壤CO₂、CH₄和N₂O排放通量进行了原位测定, 研究剔除林下灌草和添加翅荚决明(Cassia alata)对尾叶桉林土壤温室气体排放的影响。结果表明: 尾叶桉林土壤CO₂排放通量在湿季维持在较高水平, 在旱季则明显降低。CH₄和N₂O在湿季波动幅度较大, 在旱季则相对稳定。土壤CO₂和CH₄通量峰值均出现在湿季, 但N₂O峰值出现在旱季的12月。尾叶桉林土壤在不同处理下可能是CH₄的源, 也可能是CH₄的汇, 而对于CO₂和N₂O则主要是源。尾叶桉林下剔除灌草及添加翅荚决明能显著增大土壤CO₂和N₂O的排放, 但林下灌草剔除后有利于CH₄的吸收, 添加翅荚决明有利于CH₄的排放。表层土壤温度和湿度是影响土壤温室气体排放的首要因子。呼吸底物(氮源)和土壤微生物量也是影响土壤温室气体排放的重要因子。     

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.     

耕作和培肥对豫中区小麦-玉米轮作系统土壤氮平衡和温室气体排放的影响

豫中区作为黄淮海平原粮食的主产地,节能、减排和增效是该区农业发展的重要方向。本研究基于2010年耕作与培肥定位试验,在2018—2019年探究了3种耕作方式(深耕、浅耕和免耕)和2种培肥模式(氮肥和氮肥+有机肥)对土壤氮平衡和温室气体排放的影响。结果表明: 增施有机肥能增加土壤全氮积累量;在小麦和玉米成熟期,0～60 cm土层土壤全氮积累量在浅耕+有机肥处理下最高,分别为8058.53和8299 kg N·hm^-2,较其他处理高3.2%～27.4%和4.3%～7.2%。分析土壤氮素投入与输出可知,增施有机肥处理氮素均表现为盈余,浅耕+有机肥处理盈余量最高,为13.57 kg N·hm^-2,比深耕+有机肥和免耕+有机肥分别高9.52和0.18 kg N·hm^-2;氮损失以硝态氮淋溶为主,占总损失的73.4%～76.9%,其中深耕+有机肥处理硝态氮淋溶量最高,为48.37 kg N·hm^-2,较其他处理高18.9%～35.1%。2018—2019周年全球增温潜势在深耕+有机肥处理下最高,为33070 kg N·hm^-2,较其他处理高6.6%～26.8%;增施有机肥增加了N₂O和CO₂的排放,降低了CH₄的吸收。作物周年产量在深耕+有机肥处理下最高,较其他处理高5.0%～17.1%;但作物收获指数在浅耕+有机肥处理下最高。综上,在保证作物产量、维持氮素平衡和降低温室气体排放方面,推荐的种植模式为浅耕+增施有机肥。     

Phosphorus fertilization and tillage effect on dinitrogen fixation in soybeans

Summary Tillage has been shown to affect the uptake of phosphorus (P) and yield of soybeans, [Glycine max (L.) Merr.], but there is little information concerning the effects of P fertilization on nitrogen (N₂) fixation in soybeans under no-tillage. Two field experiments were conducted in 1980 and 1981 to determine the effects of soil P on N₂ fixation under no-tillage and to study the interaction of P fertilization and tillage of N₂ fixation, nutrient uptake, and yield of soybeans. In Exp. I, P was applied in 1977 at five rates up to 384 kg P ha⁻¹ and the effects of residual soil P were evaluated in 1980 and 1981 under no-tillage management. Nitrogen fixation rates, as measured by acetylene reduction assay, were significantly affected by soil P in Exp. I, but the assay proved to be a poor technique for estimating total plant N in these tests. Acetylene reduction rates and plant P increased rapidly as soil P increased from 2 to 20 mg kg⁻¹, with little additional increase above 20 mg P kg⁻¹. In Exp. II, rates (0, 32, 64, and 128 kg P ha⁻¹) and time (fall, spring and fall plus spring) of P application were compared under conventional tillage and no tillage. However, plant P increased with increasing levels of applied P. Applied P had no affect on acetylene reduction rates but rates were greater for no-tillage than conventional tillage at the V9 and R5 stages of growth in 1981. Plant uptake of P was more efficient under no-tillage than under conventional tillage in 1980 and 1981. Application of 64 kg P ha⁻¹ under no-tillage resulted in equivalent plant P levels as the 128 kg P ha⁻¹ applied under conventional tillage.     

土壤氧气可获得性对双季稻田温室气体排放通量的影响

为探讨土壤氧气可获得性(SOA)对双季稻田温室气体排放的影响,利用静态箱气相色谱法对多种管理措施影响下稻田温室气体排放通量和土壤氧化还原电位(Eh)、pH值及田间淹水深度(H)等3种SOA因子进行了观测。结果表明,甲烷(CH₄)排放最集中的Eh值、pH值和H范围分别为-100-0mV、5 < pH < 6和1-5cm,3个范围内分别观测到48.8%、61.1%和77.0%的CH₄排放,其中H对CH₄排放影响最明显,单独由其就可解释37.8%的CH₄排放通量(P < 0.0001)。对于氧化亚氮(N₂O),观测到较多的负通量,其纯排放最密集的3种SOA因子的范围分别是:0-100mV、5 < pH < 6和1-5cm,而200-300mV是其排放的临界Eh范围,高于此范围N₂O排放极少。厌氧的反硝化过程是双季稻田N₂O产生的主导过程。可为水稻田温室气体排放机理研究提供基础数据。     

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。     

小叶章生态系统根际土壤微生物及CO2、CH4、N2O动态

研究了培养 4 5 d的小叶章根际土壤微生物和二氧化碳 ,甲烷及氧化亚氮产生与消耗之间的关系。结果表明好氧微生物与厌氧微生物的空间分布与甲烷 ,二氧化碳及氧化亚氮的产生和氧化有着密切的关系。好氧微生物与甲烷产生呈负相关 ,与二氧化碳和氧化亚氮的产生呈正相关关系。厌氧微生物与甲烷的产生呈正相关 ,与二氧化碳和氧化亚氮的产生呈负相关关系