几种旱地农作物在农田N2O释放中的作用及环境因素的影响

用封闭箱法原位观测几种旱田N₂O的排放通量,并与裸地N₂O通量比较,评价植物在农田N₂O释放中的作用。田间观测与室内模拟实验结合,考察环境因子对N₂O通量的影响。结果表明1d内大豆田N₂O通量有两个释放高峰,而菠菜田和春小麦田只有1个释放高峰。种植大豆较大地提高了农田N₂O的排放通量。农田裸地为一较弱的N₂O释放源,且在1年的一定时期内表现为大气N₂O的汇。光照变化对植物N₂O通量影响很大,在较弱的光照条件下,植物释放N₂O的通量较高。     

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。     

微生物多样性损失对农田土壤CO2和N2O排放功能稳定性的影响

生物多样性与生态系统稳定性的关系一直是生态学领域的研究热点,然而已有研究主要关注地上植物系统,对地下土壤系统尚不够重视。本研究通过逐步稀释法获得3种微生物多样性不同的土壤悬液(10⁰、10^-2、10^-6),重新接种后考察农田黑土与红壤CO₂和N₂O排放功能在铜污染和热胁迫下的稳定性(用抵抗力和恢复力来表征)。结果表明：黑土CO₂排放的功能稳定性在不同微生物多样性处理下没有差异,N₂O排放对铜污染和热胁迫的抵抗力和恢复力均在10^-6多样性处理下发生明显下降;红壤N₂O排放对铜污染和热胁迫的抵抗力和恢复力在10^-2多样性处理下开始显著下降,而CO₂排放的功能稳定性在10^-6多样性处理下显著下降。说明微生物多样性损失对农田土壤功能稳定性的影响会因土壤类型和所选取的土壤功能而不同,当土壤养分含量较高、微生物群落中耐胁迫种类较多时,土壤...     

土壤磷含量与有效性对N2O排放量的影响元分析

土壤氧化亚氮(N₂O)主要产生于土壤微生物参与的氮循环过程,其排放量受磷含量及有效性影响。添加磷肥有助于缓解陆地生态系统磷限制,提升土壤有效磷含量,进一步影响土壤微生物对氮的利用,同时控制N₂O排放。然而不同独立实验中N₂O对外源磷添加的响应差异较大。研究从发表的中、英文文献中收集了54份关于施用磷肥与N₂O排放量的观测结果,采用元分析方法确定添加外源磷后N₂O排放量的响应差异及潜在影响因素。结果表明：(1)外源磷添加对土壤N₂O排放量影响不显著;但在磷肥施用量> 50 kg P/hm²的室外实验中土壤N₂O排放量显著降低了32.5%;施用NaH₂PO₄的室内实验中N₂O排放量显著降低了18.4%。(2)土壤N₂O对外源磷添加响应的高变异性是磷肥施用量和土壤含水量、土壤pH、土地利用类型、磷肥种类、纬度和实验时间多种影响...     

生物炭及其老化对农田NH3挥发及N2O排放的影响

生物炭具有减缓农田NH₃挥发和N₂O排放的重要潜力,但在施入环境后常常存在“老化”现象,这为其缓解全球变暖的长期有效性带来了不确定性。为了探明生物炭的长期效应,人工加速模拟了自然界中水分、温度、氧气、土壤矿物质及微生物多种老化因素,结合多元表征手段对比不同老化方式对生物炭性质的影响,利用主成分分析法建立新的生物炭性质综合指标来反映老化强度。再通过大田控制试验,采用原位通气法和静态箱—气相色谱法监测夏玉米生长周期内老化前后生物炭施用对农田NH₃挥发和N₂O排放的影响,为生物炭的可持续应用提供科学依据。结果表明,老化过程增加了原生物炭(BC)的氧含量、比表面积(S_BET)、总孔容(V_t)及含氧官能团数量,降低了灰分、碱性、碳含量、平均孔径及其芳香性,各老化作用强度排序为：氧化老化生物炭(OBC)>矿化老化生物炭(KBC)>微生物老化生物炭(MBC)>干湿循环老化生物炭(WBC)>冻融循环老化生物炭(FBC)>BC。生物炭的添加减少...     

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%.     

黄绵土N2O排放的温度效应及其动力学特征

以室内试验为手段,以黄绵土为供试土壤,研究了不同水热条件下农田土壤中N2O的排放特征,并借助于化学反应动力学理论对N2O排放的热效应机理进行了探讨.结果表明:在适宜的温度范围内,表现为土壤N2O排放量随温度升高而增大.14.50%水分时,20～25℃温区N2O排放呈现"跃增"现象,即温度效应较强,而18.70%和22%水分时,N2O排放的"跃增区"分别出现在15～20℃温区和25～30℃温区,即水分条件影响着N2O排放的温度效应.土壤N2O累积排放量随时间t的变化均符合修正的Elovich方程y=a+blnt,并应用表观排放速率b从动力学角度验证了N2O排放"跃增"现象的存在.在一定的水分条件下,随着温度的增加,土壤N2O排放出现最大值(此时温度为T0),在T1～T0温区内,随温度升高土壤N2O排放量增加,在T0～T2温区内,随温度升高土壤N2O排放量降低,对于黄土性土壤而言,这一转折点(T0)在30℃左右.7.86%水分时干燥土壤存在吸收N2O的现象.     

北亚热带地带性森林土壤温室气体通量对土地利用方式改变和降水减少的响应

弄清土地利用和降水变化对林地土壤主要温室气体(CO₂、CH₄和N₂O)排放通量变化的影响, 是准确评估森林土壤温室气体排放能力的重要基础。该研究以常绿落叶阔叶混交林原始林、桦木(Betula luminifera)次生林和马尾松(Pinus massoniana)人工林为对象, 采用静态箱-气相色谱法研究了3种土地利用方式(常绿落叶阔叶混交林原始林、桦木次生林和马尾松人工林)和降水减少处理状况下森林土壤CO₂、CH₄和N₂O通量排放特征, 并探讨了其环境驱动机制。研究结果表明: 原始林土壤CH₄吸收通量显著高于次生林和人工林, 次生林CH₄吸收通量显著高于人工林土壤。人工林土壤CO₂排放通量显著高于原始林和次生林土壤。次生林土壤N₂O排放通量高于原始林和人工林, 但三者间差异不显著。降水减半显著抑制了3种不同土地利用方式下林地土壤CH₄吸收通量; 降水减半处理对原始林和次生林土壤CO₂排放通量均具有显著的促进作用, 而对人工林土壤CO₂排放通量具有显著的抑制作用; 降水减半处理促进了原始林和人工林林地土壤N₂O排放而抑制了次生林林地土壤N₂O排放。原始林和次生林林地土壤CH₄吸收通量随土壤温度升高显著增加, CH₄吸收通量与土壤温度均呈显著相关关系; 原始林、次生林和人工林土壤CO₂和N₂O排放通量与土壤温度均呈显著正相关关系; 土壤湿度抑制了次生林和人工林土壤CH₄吸收通量, 其CH₄吸收通量随土壤湿度增加显著减少; 原始林土壤CO₂排放通量与土壤湿度呈显著正相关关系。自然状态下, 原始林土壤N₂O排放通量与土壤湿度呈显著正相关关系, 原始林和次生林土壤N₂O排放通量与硝态氮含量呈显著相关关系。研究结果表明全球气候变化(如降水变化)和土地利用方式的转变将对北亚热带森林林地土壤温室气体排放通量产生显著的影响。     

基于模型和GIS技术的中国稻田甲烷排放估计

将一个比较成熟的稻田甲烷排放模型CH4MOD和GIS空间化数据库结合,模拟估计了中国大陆2000年水稻生长季稻田甲烷的排放。模型的空间输入参数包括:逐日气温、耕层土壤砂粒含量、外源有机质施用量、稻田水分管理模式、水稻移栽期与收获期、水稻种植面积与单产,空间分辨率为10km×10km。模拟结果表明:2000年稻田甲烷排放量为6.02Tg,其中:早稻生长季排放1.63Tg、晚稻1.46Tg、单季稻2.93Tg。提高区域稻田甲烷排放估计精度的进一步目标应放在减小输入参数误差和提高空间数据精度上,在现有数据库基础和模型———GIS技术下探讨我国稻田甲烷排放估计的不确定性范围是必要的。     

基于BP神经网络模型的全球森林土壤异养硝化过程N2O排放通量估算

N₂O作为重要的温室气体之一,对地球和人类都有很大的影响。为了深入探究对有机氮异养硝化作用及其产生N₂O过程的影响机制,完善全球N₂O通量估算模型,本研究采用Pearson相关性分析与广义可加模型(GAM)对全球135个样点有机氮异养硝化速率及其产生N₂O速率的影响因子进行分析,然后将主要影响因子作为BP神经网络的输入层来模拟全球森林土壤有机氮异养硝化速率及其产生N₂O速率的空间分布。结果显示,土壤pH和土壤C/N是影响有机氮异养硝化速率的主要因素,土壤C/N、土壤孔隙含水量(WFPS)以及土壤温度是影响有机氮异养硝化产生N₂O速率的主要因素。全球森林土壤异养硝化速率平均为0.4241(0.0014～0.689)μg N·g^-1·d^-1,异养硝化产生N₂O速率平均为0.2936(0.21～1.103)μg N₂O·kg^-1·d^-1     

施氮和玉米生长对土壤氧化亚氮排放的影响

运用土壤盆栽试验、静态箱法采样和气相色谱分析技术研究了种植玉米土壤和裸土在两种土壤施氮水平 (低氮:150 mg·kg^-1土,和高氮:300 mg·kg^-1土) 下对土壤排放N₂O的影响.结果表明,在种植玉米的土壤中,N2O排放率的峰值出现在苗期,且氮肥施用量的影响显著,土壤N₂O排放率与温度没有显著的相关性.在裸土中,土壤N₂O排放率的峰值出现在试验后期,土壤N₂O排放率与温度呈极显著指数相关.土壤施氮量增加,土壤N₂O排放总量增加,裸土N₂O增加尤其显著,种植玉米比裸土减少87%～92%的N₂O排放量.这一结果表明种植作物与否,不仅改变了土壤N₂O排放的季节变化和排放量,而且改变了温度与土壤N₂O排放之间的关系.     

作物对黄土性土壤氧化亚氮排放的影响——根系与土壤氧化亚氮排放

以冬小麦田耕作层原状土为研究对象,采用了室内培养实验的方法,观测了小麦生长期不同阶段根系对土壤N2O排放的影响,及对土壤N2O排放的水、热效应的影响。结果表明,在实验的各个时期土壤N2O平均排放通量麦田均高于休耕地,在孕穗期麦田N2O排放通量出现最大值;而随根系质量和活性下降,生殖后期N2O排放量减少。小麦主根区与行间土壤N2O排放量存在差异,其主要表现在孕穗期,行间N2O排放通量是主根区的5.64倍,但开花期和成熟期差异表现并不明显。在小麦开花期和成熟期土壤N2O排放温度效应受作物根系的影响显著,而孕穗期不明显。小麦根系对水分效应影响主要集中表现在15～20cm的土层。同时,研究还发现种植小麦使土壤中N2O排放的主要区域扩大。     

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.     

浮床植物净化生活污水中N、P的效果及N2O的排放

在温室内采用浮床无土栽培技术,研究了黑麦草(Lolium mutliflorum)、水芹(Oenanthe javanica)和香根草(Vetiveria Zizanioides)3种植物对生活污水中N、P的去除效果及净化过程中N2O的排放特征。结果表明,浮床植物系统对生活污水的TN、NH4 -N和TP具有良好的净化效果。同对照系统相比,浮床黑麦草、水芹和香根草系统对TN的平均去除率分别提高了26.2%,22.9%,4.1%;对NH4 -N的去除率分别提高了31.4%,14.5%,3.0%;对TP去除率分别提高了33.1%,54.2%,15.5%。净化周期内,浮床各系统的TN、NH4 -N和TP浓度随着污水停留时间的延长直线下降,而NO3-N浓度却因系统内硝化强度大于反硝化强度而产生了累积;植物的存在明显的促进了浮床系统的N2O排放,浮床黑麦草、水芹、香根草和对照系统N2O的平均排放通量分别为174.44μg/(m2.h),82.19μg/(m2.h),112.49μg/(m2.h)和44.81μg/(m2.h)。浮床系统N2O排放通量的日变化呈现出夜间下降而白天增加的规律,与温度的昼夜变化规律基本相同,表明温度的升降直接影响了N2O的生成及排放。     

垃圾填埋场渗滤液灌溉及覆土土质对填埋场氧化亚氮释放的影响

采用静态箱法,现场监测黏土和砂土覆盖层生活垃圾填埋场N₂O释放通量的春夏季节及昼夜变化,研究渗滤液灌溉、覆土土质对填埋场N₂O释放的影响.结果表明：砂土和黏土覆盖层填埋场N2O夏季的释放通量均值分别为（242±576）和（591±767） μg N₂ON·m^-2·h^-1,是春季［分别为（74.4±314）和（269±335） μg N₂ON·m^-2·h^-1］的3.2（P>0.05）和2.2倍（P<0.05）.渗滤液灌溉促进了砂土填埋场覆土N₂O的释放,填埋场中灌溉区N₂O的释放通量为无灌溉区的2倍（P>0.05）.渗滤液灌溉的砂土覆盖层填埋场N₂O春夏两季释放通量均值［（211±460） μg N₂ON·m^-2·h^-1］仅为无渗滤液灌溉的黏土覆盖层填埋场［（430±605） μg N₂ON·m^-2·h^-1］的1/2（P>0.05）.无论渗滤液灌溉与否,选择贫瘠的砂性覆盖土均有助于减少生活垃圾填埋场N₂O释放.     

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.     

三江平原典型沼泽湿地氧化亚氮通量

2002～2004年利用静态箱-气相色谱法对三江平原3种具有代表性的湿地类型(常年积水的毛果苔草沼泽、季节性积水的小叶章湿草甸和常年土壤过湿的灌丛湿地)进行了为期两年半的N₂O现场观测研究.结果表明,三江平原3种类型湿地N₂O通量均有明显的季节变化和年际变化,一般在非冰冻期表现为排放,冰雪覆盖期表现为微弱的吸收.生长季的N₂O通量以灌丛湿地N₂O排放通量最大,毛果苔草沼泽最小.全年平均N₂O交换通量: 毛果苔草沼泽为53.928 mg·m^-2·yr^-1,小叶章湿地为21.408 mg·m^-2·yr^-1,灌丛湿地为657.120 mg·m^-2·yr^-1,证明沼泽湿地是大气N₂O的源.3种类型湿地生长季N₂O通量无明显的日变化,与温度的相关性不大.     

三江平原典型小叶章湿地土壤硝化反硝化作用与氧化亚氮排放

应用C₂H₂抑制原状土柱培育法研究了三江平原典型小叶章湿地土壤N₂O排放速率及反硝化速率的变化,分析了它们与环境因子的关系,并估算了N₂O排放量及反硝化损失量.结果表明：草甸沼泽土和腐殖质沼泽土N₂O排放速率的变化基本一致,其范围分别为0.020～0.089 kg N·hm^-2·d^-1和0.012～0.033 kg N·hm^-2·d^-1,前者的N₂O排放速率均明显高于后者(平均为1.79±1.07倍),且其差异达到显著水平(P＜0.05);二者反硝化速率的变化并不一致,其范围分别为0.024～0.127 kg N·hm^-2·d^-1和0.021～0.043 kg N·hm^-2·d^-1,前者的反硝化速率一般也要高于后者(平均为1.67±1.56倍),但其差异并未达到显著水平(P＞0.05);硝化作用在前者N₂O排放和氮素损失过程中发挥了重要作用,而反硝化作用则是导致后者N₂O排放和氮素损失的重要过程;氮素物质基础不是影响二者硝化-反硝化作用的重要因素;温度对前者硝化 反硝化作用的影响比后者更为明显,其反硝化速率与5、10和15 cm地温均呈显著正相关(P＜0.05);二者所处湿地水分条件的差异是导致其N₂O排放速率及反硝化速率差异的重要原因.生长季内,前者的N₂O排放量和反硝化损失量分别为5.216 kg N·hm^-2和6.166 kg N·hm^-2,而后者分别为3.196 kg N·hm^-2和4.407 kg N·hm^-2;在二者的反硝化产物中,N₂O/N₂的比率最高,分别为5.49和3.76,表明N₂在后者反硝化产物中所占的比例明显高于前者,说明季节积水条件会导致N₂O/N₂比例降低.     

双氢胺对土壤裂缝产生过程中N2O释放的影响

模拟稻田土壤在加入不同量的 (NH₄)₂SO₄和双氢按(DCD)抑制剂的溶液后先进行淹水培养,然后让土壤自然蒸发变干,直至土壤产生裂缝到裂缝稳定,最后在裂缝稳定后的复水的连续培养试验。通过模拟对土壤进行复杂的、动态的水分含量变化过程中试验,探讨双氢胺抑制剂对其N₂O释放的影响。每天监测土体释放的N₂O通量,以及渗漏液中溶解的N₂O浓度和pH值。这些监测结果表明：在相同的水分管理条件下,土壤中没有氮肥加入,只有DCD加入的A处理释放N₂O气体最少,其平均释放通量为340.91 μg m^-2 h^-1; 土壤中有高剂量的氮肥和DCD加入的E处理释放N₂O最多,其平均释放通量为9280.23 μg m^-2 h^-1。裂缝产生稳定后的复水能减少N₂O向空气中的释放。渗漏液中的N₂O浓度都是过饱和的。当土壤中肥料(NH₄)₂SO₄加入量(每千克土壤中外加N≤3g)相对较少的情况下,DCD抑制剂能抑制裂缝产生过程中的N2O释放;当土壤中肥料(NH₄)₂SO₄加入量(每千克土壤中外加N≥6g)相对较多的情况下,DCD抑制裂缝产生过程中的N₂O释放效果不明显。此外还得出(NH₄)₂SO₄和DCD的加入量比是10:1 时,其抑制N₂O排放的效果比(NH₄)₂SO₄和DCD的加入量比分别是10∶1.5和10∶2要好。土体释放的N₂O通量和渗漏液中溶解的N₂O浓度之间不存在相关性,土体释放的N₂O通量和渗漏液中的pH值之间也不存在相关性。但是渗漏液中的N2O浓度和pH值之间存在显著的正线性相关关系。     

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%.