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 .     

氢醌和双氰胺对种稻土壤N2O和CH4排放的影响

通过盆栽试验,研究了脲酶抑制剂氢醌（ＨＱ）、硝化抑制剂双氰胺（ＤＣＤ）及二者的组合（ＨＱ＋ＤＣＤ）对种稻土壤Ｎ２Ｏ和ＣＨ４排放的影响．结果表明,在未施麦秸粉时,所有施抑制剂的处理均较单施尿素的能显著减少水稻生长期供试土壤Ｎ２Ｏ和ＣＨ４的排放．特别是ＨＱ＋ＤＣＤ处理,其Ｎ２Ｏ和ＣＨ４排放总量分别约为对照的１／３和１／２．而在施麦秸粉后,该处理的Ｎ２Ｏ排放总量为对照的１／２,但ＣＨ４排放总量却较少差别．不论是Ｎ２Ｏ还是ＣＨ４的排放总量,施麦秸粉的都比未施的高出１倍和更多．因此,单从土壤源温室气体排放的角度看,将未腐熟的有机物料与尿素共施,并不是一种适宜的施肥制度．供试土壤的Ｎ２Ｏ排放通量,与水稻植株的ＮＯ－３Ｎ含量和土表水层中的矿质Ｎ量分别呈显著的指数正相关和线性正相关;ＣＨ４的排放通量则与水稻植株的生长量和土表水层中的矿质Ｎ量呈显著的线性负相关．在Ｎ２Ｏ与ＣＨ４的排放间,未施麦秸粉时存在着定量的相互消长关系;施麦秸粉后,虽同样存在所述关系,但难以定量化．     

增温对土壤N2O和CH4排放的影响与微生物机制研究进展

全球变暖已引起人们的广泛关注,大气温室效应气体浓度增加是导致全球变暖的主要因素之一,土壤是温室效应气体的主要来源。反过来,全球变暖对土壤温室气体的排放具有反馈作用。温度升高不仅会影响植物、动物、微生物的生长及其相互作用,还会影响土壤的物质(尤其是氮、碳)循环过程,从而影响土壤温室效应气体的排放。本文主要总结了增温对土壤主要温室气体N₂O和CH₄排放的影响及其微生物机制。总体来看,增温能够促进这两种温室气体的排放,其排放主要与温度对氨氧化细菌(AOB)、反硝化功能基因、甲烷产生菌和甲烷氧化菌的丰度和组成的影响有关。土壤温室气体排放也受到植物的物种特性、养分吸收和群落组成,以及土壤营养元素含量、含水量、pH值等理化性质的影响。未来应更深入地从微生物角度探讨全球变暖对土壤温室气体排放的反馈作用机制,加强不同增温模式对土壤温室气体排放的影响研究,并关注增温与其他环境因子相互作用对土壤温室气体排放的影响等,以期为全球变暖对土壤温室气体排放反馈作用的预测提供理论依据。     

植物排放N2O和CH4的研究

N2O和CH4是2种重要的温室气体,但其排放源尚未得到充分鉴别.1990年和2006年先后报道植物能排放N2O和CH4,并日益受到广泛的关注.然而,迄今为止对植物排放这2种气体的研究均是分开单独进行的.该文以8种陆生草本植物为研究对象,首次同步考察了新鲜离体植物地上部排放N2O和CH4的通量.研究结果表明:8种植物均能排放这2种气体.其中,黑麦草(Lolium perenne)、抱茎苦荬菜(Ixendium sonchifolium)和菠菜(Spinacia oleracea)的CH4通量较高,分别为165.38、52.28和21.64 ngCH4.g-1dw·h-1;抱茎苦荬菜、蒙古蒿(Artemisia mongolica)、大豆(Glycine max)和菠菜的N2O通量较高,分别为7.19、6.92、5.44和4.05 ngN2O·g-1dw.h-1.研究结果不仅为植物本身既能排放N2O又能排放CH4在植物中可能具有普遍性提供了进一步的实验依据,而且为深入研究其机理找到了几种适宜的植物种(如抱茎苦荬菜、菠菜).     

植物排放N2O和CH4的研究

N₂O和CH₄是2种重要的温室气体, 但其排放源尚未得到充分鉴别。1990年和2006年先后报道植物能排放N₂O和CH₄, 并日益受到广泛的关注。然而, 迄今为止对植物排放这2种气体的研究均是分开单独进行的。该文以8种陆生草本植物为研究对象, 首次同步考察了新鲜离体植物地上部排放N₂O和CH₄的通量。研究结果表明: 8种植物均能排放这2种气体。其中, 黑麦草(Lolium perenne)、抱茎苦荬菜(Ixeridium sonchifolium)和菠菜(Spinacia oleracea)的CH₄通量较高, 分别为165.38、 52.28和21.64 ngCH₄·g^–1dw·h^–1; 抱茎苦荬菜、蒙古蒿(Artemisia mongolica)、大豆(Glycine max)和菠菜的N₂O通量较高, 分别为7.19、6.92、5.44和4.05 ngN₂O·g^–1dw·h^–1。研究结果不仅为植物本身既能排放N₂O又能排放CH₄在植物中可能具有普遍性提供了进一步的实验依据, 而且为深入研究其机理找到了几种适宜的植物种(如抱茎苦荬菜、菠菜)。     

川中丘陵区旱地小麦生态系统CO2、N2O和CH4排放特征

利用静态箱/气相色谱法观测川中丘陵旱地小麦生态系统CO2、N2O和CH4的排放通量.结果表明,旱地小麦CO2、N2O和CH4排放具有明显的日变化和季节变化特征.在小麦的整个生长季中,常规、无氮、空白、裸地等实验处理的CO2、N2O和CH4的排放通量具有显著差异.CO2排放通量表现为常规＞空白＞裸地,CO2日最高排放值在每日1300～1500时出现,最低排放值出现在凌晨300～600,且作物的不同生长季CO2排放通量具有一定的差异.在小麦生长季中,N2O通量排放呈递增趋势,N2O排放通量表现为常规＞空白＞裸地.旱地小麦CH4通量排放和温度、湿度等环境因子不具有显著的相关性,排放无规律.     

长白山北坡不同土壤N2O和CH4排放的初步研究

用箱法技术原位测定了长白山北坡不同土壤（苔原土、生草森林土、棕色针叶林土和暗棕色森林土）６—８月间的Ｎ２Ｏ和ＣＨ４排放．结果表明,这些土壤既是Ｎ２Ｏ的源,又同时是ＣＨ４的汇．Ｎ２Ｏ通量变化于６．１７—１２．３３μｇ·ｍ－２·ｈ－３之间（平均９．３７μｇ·ｍ－２·ｈ－１）,ＣＨ４通量为－８５．６３—－７．５８μｇ·ｍ－２·ｈ－１（平均－４１．４５μｇ·ｍ－３·ｈ－１）,并观察到在Ｎ２Ｏ排放和ＣＨ４吸收之间有着相互消长关系．实验室培养实验表明,最大反硝化作用活性存在于土壤上层（０—６ｃｍ）;不同土壤的反硝化作用活性明显不同．山地暗棕色森林土的ＣＨ４吸收作用也主要发生在土壤的上层（０—１２ｃｍ）．     

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).     

模拟增温对荒漠生物土壤结皮-土壤系统CO2、CH4和N2O通量的影响

目前, 有关增温条件下荒漠生物土壤结皮(BSCs)-土壤系统与大气之间主要温室气体(CO₂、CH₄和N₂O)通量变化的研究十分匮乏, 以致很难准确地评估荒漠生态系统温室气体通量对气候变暖的响应与反馈的方向和程度。该文选择腾格里沙漠东南缘天然植被区由藻类、藓类以及二者混生的3种类型的BSCs覆盖土壤为研究对象, 以开顶式生长室(OTC)为增温方式模拟全球变暖, 采用静态箱-气相色谱法探究了2012年7月至2013年6月增温和不增温处理下CO₂、CH₄和N₂O通量的变化特征。结果表明: 增温和结皮类型对CO₂、CH₄和N₂O通量没有显著影响。采样日期、结皮类型与采样日期, 以及增温与结皮类型和采样日期的互作显著影响CO₂和CH₄通量, 增温和采样日期互作显著影响CH₄通量。BSCs-土壤系统的CO₂、CH₄和N₂O年通量及其增温潜能在增温和不增温处理下的差异均不显著。CO₂通量与5 cm深度的土壤温度呈显著的指数正相关关系, 与10 cm深度的土壤湿度呈线性正相关关系; 藓类、混生结皮的CH₄通量与5 cm深度的土壤温度和10 cm深度的土壤湿度均呈显著的线性负相关关系; 3种结皮类型的N₂O通量与5 cm深度的土壤温度均无相关关系, 藓类结皮的N₂O通量与10 cm深度的土壤湿度呈显著的线性负相关关系。藓类结皮的CO₂和CH₄在增温和不增温两种处理下的通量差异与5 cm深度的土壤温度差异呈显著的负线性相关, 藻类结皮N₂O的通量差异与温度差异呈近似正相关关系(p = 0.051)。以上结果说明: 在全球变暖的背景下, 荒漠BSCs-土壤系统主要温室气体通量不会有明显的变化, 意味着荒漠生态系统温室气体的排放可能对气候变暖没有明显的 反馈。     

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。     

渗滤液负荷和灌溉深度对土壤氧化亚氮与二氧化碳释放的影响

采用预设取样器和静态箱气相色谱法,对渗滤液灌溉条件下,土柱土壤不同深度剖面 N2O的浓度以及N2O和CO2的表面释放通量进行了监测.结果表明: 渗滤液灌溉可促进N2O的生成和释放,灌溉后24 h内土柱N2O的释放通量与表土下10 cm(r=0.944,P< 0.01)、20 cm(r=0.799,P<0.01)、30 cm(r=0.666,P<0.01)和40 cm(r=0.482,P<0.05)处所生成的N2O浓度呈显著相关,且相关程度依次递减.渗滤液灌溉还促进了CO2的释放,但N2O与CO2释放通量之间无显著相关性(P>0.05).渗滤液的灌溉负荷主要决定温室气体释放总量的强弱(N2O和CO2,以CO2当量计),灌溉负荷为6 mm·d-1条件下温室气体释放总量为灌溉负荷2 mm·d-1的3倍多.采用表土下20 cm处灌溉方式可比表土下10 cm处灌溉方式削减47%的温室气体释放总量.渗滤液灌溉土壤14 d内,N2O释放量约占温室气体释放总量的57.0%～91.0%.     

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.     

Legacy effects override soil properties for CO2 and N2O but not CH4 emissions following digestate application to soil

The application of organic materials to soil can recycle nutrients and increase organic matter in agricultural lands. Digestate can be used as a nutrient source for crop production but it has also been shown to stimulate greenhouse gas (GHG) emissions from amended soils. While edaphic factors, such as soil texture and pH, have been shown to be strong determinants of soil GHG fluxes, the impact of the legacy of previous management practices is less well understood. Here we aim to investigate the impact of such legacy effects and to contrast them against soil properties to identify the key determinants of soil GHG fluxes following digestate application. Soil from an already established field experiment was used to set up a pot experiment, to evaluate N₂O, CH₄ and CO₂ fluxes from cattle‐slurry‐digestate amended soils. The soil had been treated with farmyard manure, green manure or synthetic N‐fertilizer, 18 months before the pot experiment was set up. Following homogenization and a preincubation stage, digestate was added at a concentration of 250 kg total N/ha eq. Soil GHG fluxes were then sampled over a 64 day period. The digestate stimulated emissions of the three GHGs compared to controls. The legacy of previous soil management was found to be a key determinant of CO₂ and N₂O flux while edaphic variables did not have a significant effect across the range of variables included in this experiment. Conversely, edaphic variables, in particular texture, were the main determinant of CH₄ flux from soil following digestate application. Results demonstrate that edaphic factors and current soil management regime alone are not effective predictors of soil GHG flux response following digestate application. Knowledge of the site management in terms of organic amendments is required to make robust predictions of the likely soil GHG flux response following digestate application to soil.     

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.     

间作对旱地CO2和N2O排放影响的研究进展

农田温室气体排放是近年来科学界的研究热点,采用合适的种植模式是减少农田温室气体排放的有效途径之一.本文综述了作物间作对旱地土壤CO₂和N₂O排放的影响及机理.合理间作能够提高土壤有机碳(SOC)含量、促进不同作物秸秆向SOC转化、降低SOC矿化速率,从而减少CO₂排放.禾本科与豆科作物间作能够在维持作物产量的情况下,减少化学氮肥投入、土壤有效氮残留及还田秸秆产生的无机氮,降低N₂O排放.间作作物的互作、田间小气候环境的改善也是影响土壤温室气体排放的重要因素.今后,要增加土壤温室气体监测时长并对影响因子进行综合、全面的分析,尤其是从分子水平探究间作模式下土壤微生物对温室气体产生过程的作用机理,为构建环境友好型农业模式提供科学依据.     

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。     

N2O, CH4 and CO2 emissions from seasonal tropical rainforests and a rubber plantation in Southwest China

The main focus of this study was to evaluate the effects of soil moisture and temperature on temporal variation of N₂O, CO₂ and CH₄ soil-atmosphere exchange at a primary seasonal tropical rainforest (PF) site in Southwest China and to compare these fluxes with fluxes from a secondary forest (SF) and a rubber plantation (RP) site. Agroforestry systems, such as rubber plantations, are increasingly replacing primary and secondary forest systems in tropical Southwest China and thus effect the N₂O emission in these regions on a landscape level. The mean N₂O emission at site PF was 6.0 ± 0.1 SE μg N m⁻² h⁻¹. Fluxes of N₂O increased from <5 μg N m⁻² h⁻¹ during dry season conditions to up to 24.5 μg N m⁻² h⁻¹ with re-wetting of the soil by the onset of first rainfall events. Comparable fluxes of N₂O were measured in the SF and RP sites, where mean N₂O emissions were 7.3 ± 0.7 SE μg N m⁻² h⁻¹ and 4.1 ± 0.5 SE μg N m⁻² h⁻¹, respectively. The dependency of N₂O fluxes on soil moisture levels was demonstrated in a watering experiment, however, artificial rainfall only influenced the timing of N₂O emission peaks, not the total amount of N₂O emitted. For all sites, significant positive correlations existed between N₂O emissions and both soil moisture and soil temperature. Mean CH₄ uptake rates were highest at the PF site (−29.5 ± 0.3 SE μg C m⁻² h⁻¹), slightly lower at the SF site (−25.6 ± 1.3 SE μg C m⁻² h⁻¹) and lowest for the RP site (−5.7 ± 0.5 SE μg C m⁻² h⁻¹). At all sites, CH₄ uptake rates were negatively correlated with soil moisture, which was also reflected in the lower uptake rates measured in the watering experiment. In contrast to N₂O emissions, CH₄ uptake did not significantly correlate with soil temperature at the SF and RP sites, and only weakly correlated at the PF site. Over the 2 month measurement period, CO₂ emissions at the PF site increased significantly from 50 mg C m⁻² h⁻¹ up to 100 mg C m⁻² h⁻¹ (mean value 68.8 ± 0.8 SE mg C m⁻² h⁻¹), whereas CO₂ emissions at the SF and RP site where quite stable and varied only slightly around mean values of 38.0 ± 1.8 SE mg C m⁻² h⁻¹ (SF) and 34.9 ± 1.1 SE mg C m⁻² h⁻¹ (RP). A dependency of soil CO₂ emissions on changes in soil water content could be demonstrated for all sites, thus, the watering experiment revealed significantly higher CO₂ emissions as compared to control chambers. Correlation of CO₂ emissions with soil temperature was significant at the PF site, but weak at the SF and not evident at the RP site. Even though we demonstrated that N and C trace gas fluxes significantly varied on subdaily and daily scales, weekly measurements would be sufficient if only the sink/ source strength of non-managed tropical forest sites needs to be identified.