改变施肥管理后不同肥力稻田土壤CO2排放特征

利用一个长达30a水稻土长期定位试验,在保证原有定位试验继续正常开展的前提下,将原化肥处理改施有机肥,原有机肥处理改施化肥或者增施有机肥。通过观测田间试验2012—2013年双季稻轮作周期内不同肥力水平稻田土壤施肥管理改变后的土体CO2排放通量(FCO2),研究不同后续施肥管理对不同肥力红壤性水稻土CO2排放的影响。结果表明:变更施肥能明显改变CO2排放动态变化,其中长期施用有机肥处理改施化肥后其FCO2明显减小,长期施用化肥或有机肥处理增施有机肥后其FCO2显著增大。有机肥和土壤有机碳均可促进土体CO2排放,有机肥处理有机物料碳添加量与CO2-C年排放量呈极显著的正相关关系(r=0.9015**,n=21),单施化肥处理土壤有机碳含量与土体CO2-C年排放量符合线性方程:y=10.962x-68.86(R2=0.7507,n=9,P0.01)。长期施用有机肥土壤改施化肥会导致其有机碳矿化损失,土壤有机碳含量越高,矿化损失量越多,最终其有机碳水平将与长期施用化肥的土壤有机碳平衡值一致;长期施用化肥或有机肥土壤改施或增施有机肥可促进土壤有机碳积累,外源添加碳越多,土壤积累碳越多;相同有机肥施用量下土壤有机碳含量越高,有机物料表观分解率越大,积累于土壤中的有机碳越少,不同有机碳水平土壤在相同有机肥管理下其有机碳最终会达到相同的平衡值。在有机碳水平较低(20.46 g/kg)红壤稻田上增施有机肥是提升已培肥水稻土有机碳含量的可持续发展措施,而在有机碳水平较高(14.45 g/kg)红壤稻田上应避免改施化肥。总之,在有机碳含量较高或者较低的中国南方红壤性水稻土上,持续的有机肥施用是保持或者提高其有机碳水平的必要措施。     

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。     

基于生命周期评价的上海市水稻生产的碳足迹

碳足迹是指由企业、组织或个人引起的碳排放的集合。参照PAS2050规范并结合生命周期评价方法对上海市水稻生产进行了碳足迹评估。结果表明:(1)目前上海市水稻生产的碳排放为11.8114 t CO2e/hm2,折合每吨水稻生产周期的碳足迹为1.2321 t CO2e;(2)稻田温室气体排放是水稻生产最主要的碳排放源,每吨水稻生产的总排放量为0.9507 t CO2e,占水稻生产全部碳排放的77.1%,其中甲烷(CH4)又是最主要的温室气体,对稻田温室气体碳排放的贡献率高达96.6%;(3)化学肥料的施用是第二大碳排放源,每吨水稻生产的总排放量为0.2044 t CO2e,占水稻生产总碳排放的16.5%,其中N最高,排放量为0.1159 t CO2e。因此,上海低碳水稻生产的关键在降低稻田甲烷的排放,另外可通过提高氮肥利用效率,减少氮肥施用等方法减少种植过程中碳排放。     

土壤有机碳和外源添加碳对水稻土土体呼吸的影响

土体呼吸输出碳来源于土壤固有有机碳和外源添加碳,而以往关于不同施肥措施对水稻土碳排放的研究少有区分碳的来源。本试验利用一个长达30年的水稻土定位试验,在保证原有定位试验继续正常开展的前提下变更部分施肥处理,得到继续施用高量有机肥(HOM)、施用常量有机肥30年后改施高量有机肥(N-H)、继续施用常量有机肥(NOM)、施用化肥30年后改施常量有机肥(C-N)、施用高量有机肥30年后改施化肥(H-C)、施用常量有机肥30年后改施化肥(N-C)、继续施用化肥(CF)等7种施肥处理。通过观测早稻生长期间原有施肥和改施肥处理土体CO2排放通量(FCO2),研究不同后续施肥对水稻土FCO2的影响,以期探讨土壤原始有机碳和外源添加碳对土壤FCO2的影响。结果表明:7种不同施肥处理土体CO2平均排放通量(F珔CO2)分别为85.34、69.10、51.27、49.15、14.89、12.92和11.59 mg C.m-2.h-1;对施用无机肥料和常量有机肥料的土体而言,土壤本身有机碳含量对F珔CO2无显著影响,但对施用高量有机肥的土体而言,土壤本身的高有机碳含量会增强F珔CO2;CO2排放通量(Y)与添加外源碳量(x)之间符合指数方程:Y=13.33e1.719 x(R2=0.967,n=21),施入的外源有机碳对土体FCO2产生极显著影响;当季外源添加碳以CO2-C矿化分解释放的碳占其总碳量的14%左右,且该分解率受土壤有机碳含量和有机物料添加量的影响较小。     

不同施肥对水稻土作物碳同化与土壤碳固定的影响——以太湖地区黄泥土肥料长期试验为例

肥料施用对农田土壤生产力及土壤碳循环的影响是农业与陆地生态系统碳循环及全球变化研究的重要科学问题。以太湖地区黄泥土的长期肥料定位试验为例,研究不同施肥处理对水稻土-作物系统作物碳同化及土壤碳固定的影响。所研究的肥料施用处理包括不施肥(NF)、单施化肥(CF)、化肥与秸秆配施(CFS)以及化肥与猪粪配施(CFM) 4个处理,始于1987年,一直实行稻-油轮作,实行少耕。连续观测水稻和油菜的产量,并于2004年和2005年分别采集了土壤剖面样品和耕作层（0～5cm和5～15cm）土壤,测定土壤总有机碳含量。研究表明,不同施肥处理对水稻产量有显著影响,尤其以配施有机无机肥处理水稻产量显著最高且最为稳定,而对油菜产量的影响不明显。施肥显著提高了耕层土壤碳密度,而对全土碳密度没有显著影响。施肥处理的固碳速率介于0.1～0.4t/(hm^２•a), 配施有机肥处理显著高于单施化肥处理。相关分析表明,土壤固碳速率与作物根茬+有机肥源碳的总碳输入量呈显著的对数关系。这提示土壤有机碳积累主要与作物产量有关,而并非依变于有机肥源碳输入。因此,与作物产量直接关联的作物碳输入的增加是土壤中碳固定提高的重要途径。施入N素对水稻碳同化和土壤碳固定的效应均为化肥配施有机肥处理显著高于单施化肥处理,这揭示化肥配施有机肥是提高与稳定稻田生产力和促进土壤固碳和温室气体减排的双赢措施。当然,不同施肥下上述效应的差异可能与土壤-作物系统中碳分配和土壤生物碳利用的差异有关。     

不同施肥对水稻土作物碳同化与土壤碳固定的影响——以太湖地区黄泥土肥料长期试验为例

肥料施用对农田土壤生产力及土壤碳循环的影响是农业与陆地生态系统碳循环及全球变化研究的重要科学问题。以太湖地区黄泥土的长期肥料定位试验为例,研究不同施肥处理对水稻土-作物系统作物碳同化及土壤碳固定的影响。所研究的肥料施用处理包括不施肥(NF)、单施化肥(CF)、化肥与秸秆配施(CFS)以及化肥与猪粪配施(CFM)4个处理,始于1987年,一直实行稻-油轮作,实行少耕。连续观测水稻和油菜的产量,并于2004年和2005年分别采集了土壤剖面样品和耕作层(0~5cm和5~15cm)土壤,测定土壤总有机碳含量。研究表明,不同施肥处理对水稻产量有显著影响,尤其以配施有机无机肥处理水稻产量显著最高且最为稳定,而对油菜产量的影响不明显。施肥显著提高了耕层土壤碳密度,而对全土碳密度没有显著影响。施肥处理的固碳速率介于0.1~0.4t/(hm2.a),配施有机肥处理显著高于单施化肥处理。相关分析表明,土壤固碳速率与作物根茬 有机肥源碳的总碳输入量呈显著的对数关系。这提示土壤有机碳积累主要与作物产量有关,而并非依变于有机肥源碳输入。因此,与作物产量直接关联的作物碳输入的增加是土壤中碳固定提高的重要途径。施入N素对水稻碳同化和土壤碳固定的效应均为化肥配施有机肥处理显著高于单施化肥处理,这揭示化肥配施有机肥是提高与稳定稻田生产力和促进土壤固碳和温室气体减排的双赢措施。当然,不同施肥下上述效应的差异可能与土壤-作物系统中碳分配和土壤生物碳利用的差异有关。     

不同有机肥对砂田西瓜产量、品质和养分吸收的影响

探讨不同有机肥对西北砂田西瓜生长、产量、品质和养分吸收利用的影响,为砂田西瓜合理施肥、优质高效生产提供理论依据.本试验以单施化肥为对照,在氮、磷、钾等养分条件下,设置了牛粪、鸡粪、羊粪、猪粪4个处理,测定了西瓜不同生育时期生长指标、产量、品质及养分吸收积累量.结果表明: 施用牛粪、鸡粪和猪粪有机肥较单施化肥可促进西瓜营养生长和氮、钾养分的运转,显著提高西瓜产量和养分的吸收积累量,其中西瓜产量较化肥处理分别显著提高了27.4%、31.6%和30.2%,氮素积累量分别提高了26.3%、39.8%和47.4%,磷素积累量分别提高了49.3%、48.3%和55.9%,钾素积累量分别提高了35.8%、41.6%和51.9%.猪粪处理的西瓜品质最优,中心、边缘可溶性固形物含量较化肥处理分别显著提高了5.5%和11.6%,Vc含量提高了19.9%.羊粪处理各指标与化肥处理间差异不显著,甚至略低于化肥处理.综上,砂田西瓜种植应优先选用猪粪和鸡粪有机肥,避免或减少施用羊粪有机肥.     

2004—2013年东北三省主要粮食作物生产碳足迹

东北是我国重要的粮食主产区,在国家粮食安全保障中起着至关重要的作用.作物生产是主要的碳排放源,探明不同作物生产的碳足迹差异,对促进低碳农业发展具有重要意义.本研究利用2004—2013年东北三省主要粮食作物(水稻、玉米和大豆)的产量、播种面积、农田生产投入等统计数据,估算了该区粮食生产碳足迹.结果表明: 2004—2013年,东北地区3种主要粮食作物中,水稻生产单位面积碳足迹最高,平均达到(2463±56) kg CE·hm^-2,玉米次之.玉米的碳足迹上升趋势最明显,从2004年的1164 kg CE·hm^-2增加到2013年的1768 kg CE·hm^-2,增速为67 kg CE·hm^-2·a^-1.在碳足迹构成中,化肥贡献最大,分别占水稻、玉米、大豆总碳投入的45%、90%、83%.水稻生产中灌溉用电所占比例为29%~42%,远高于玉米和大豆.东北三省碳足迹差异显著,3种作物的单位产量碳足迹均在吉林省最高,单位面积碳足迹均在黑龙江省最低.随着农村劳动力非农化和作物生产机械化的快速递增,未来粮食生产中柴油等机械化碳投入将快速增长.提升化肥利用效率、灌溉效率和机械化作业效率将是发展东北地区低碳农业的关键途径.     

云南省农田生态系统碳足迹时空变化及其影响因素

农田碳足迹研究对农田生态系统管理与农业可持续发展具有重要意义,也可表征农田扩展的生态影响程度。利用县域尺度统计数据与空间分析,对云南省农田生态系统近30年的碳足迹的时空演变进行研究。结果表明:1985—2015年期间,云南省农田生态系统碳排放年均增幅为13.9%,化肥施用引起的碳排放贡献率最大,为56%,2015年的化肥单位面积碳排放达到331.6kg/hm2。云南省农田生态系统碳吸收年均增幅为3.04%,稻谷的碳吸收比例最大,为41%,然而,玉米的碳吸收的增幅最大,为8.76%。云南省农田生态系统存在碳生态盈余,且碳足迹总体呈现增长趋势,年均增长率为16.8%,单位面积碳足迹随年份增加不断增长。从空间上看,云南省农田生态系统碳排放、碳吸收在空间上均呈东南高、西北低的分布格局,而碳足迹在空间上呈现东西部高、中部低的分布格局,三者的空间差异和变化幅度差异都较大。     

长期施肥条件下黄土高原黑垆土作物产量与土壤碳氮的关系

通过设置在黄土高原黑垆土区的长期定位试验系统,研究了长期施肥条件下作物产量与土壤碳氮的互馈关系.试验设不施肥(CK)、单施氮肥(N)、氮磷配施(NP)、秸秆与氮磷配施(SNP)、施有机肥(M)和有机肥与氮磷配施(MNP)6个处理.结果表明: 与对照相比,长期平衡施用化肥、单施有机肥、化肥与有机肥配合施用和秸秆还田配施化肥显著增加了作物产量及其稳定性, NP、SNP、M、MNP处理玉米和小麦产量分别增加92%、97%、93%、141%和147%、164%、139%、214%.NP处理玉米和小麦年均产量与当地常规施肥作物产量相当且稳定,小麦-玉米轮作体系施肥量为N 90 kg·hm^-2、P₂O₅ 75 kg·hm^-2能够满足作物需要.秸秆还田与隔年施磷相配合的SNP处理与NP处理作物产量相似,且可减少磷肥施用量50%.平衡施用化肥、有机肥、化肥与有机肥配施和秸秆还田配施化肥均可显著增加土壤有机碳含量,而施用化肥对土壤全氮含量影响不明显,综合所有处理,土壤有机碳和全氮含量呈显著正相关.不同处理土壤有机碳固存率在15%～41%.SNP处理土壤有机碳累积投入量增加1 t·hm^-2,土壤有机碳含量增加0.06 g·kg^-1,而CK、N、NP、M和MNP处理的增幅在0.12～0.15 g·kg^-1.玉米和小麦产量都与土壤全氮含量呈显著正相关,玉米产量随土壤有机碳含量的增加而增加,但小麦产量随土壤有机碳含量的增加先快速增加后趋于平稳,拐点出现在6.8 g·kg^-1.长期平衡施用化肥、有机肥、有机肥与化肥配合施用及秸秆还田配施化肥可显著增加黄土高原黑垆土土壤有机碳和全氮含量、作物产量和根茬还田量,根茬还田量的增加又进一步增加了土壤有机碳和全氮含量,形成了相互促进的互馈关系.     

不同施肥措施下亚热带稻田土壤碳、氮演变特征及其耦合关系

在湖南省稻田生态系统长期定位监测点研究了不同施肥措施下稻田土壤碳、氮演变及其耦合特征.结果表明：1986—2003年,无肥处理（对照,CK）稻田土壤有机碳和全氮含量略呈下降趋势;化肥（NPK）处理有机碳和全氮含量基本保持稳定,而有机 无机肥配施处理有机碳和全氮含量均呈增加趋势.与对照相比,化肥处理的土壤有机碳和全氮含量分别提高13%和18%,低量有机肥（LOM）处理分别提高54%和45%,高量有机肥（HOM）处理分别提高89%和67%.统计分析表明,土壤有机碳和全氮含量呈显著正相关（P<0.01）.稻田土壤C/N为8.5～12.9,多数分布在10左右.研究表明,有机-无机肥配合施用能在一定程度上促进稻田土壤碳、氮的固定与积累;稻田土壤碳、氮具有较好的耦合关系.     

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。     

腐熟紫茎泽兰对土壤细菌、养分和辣椒产量品质的影响

【目的】紫茎泽兰(Ageratina adenophora)内含对微生物、植物和动物有毒的化学物质,列为我国危害最严重的外侵植物,评价腐熟紫茎泽兰对土壤微生物和作物的毒性,有益于无害化处理生产有机肥。【方法】利用微生物菌剂腐熟紫茎泽兰,田间设置不施肥(CK)、单施化肥(CF)、单施紫茎泽兰有机肥(OF)、化肥配施紫茎泽兰有机肥(50%化肥+50%紫茎泽兰有机肥,CF+OF)等4种施肥处理,研究了紫茎泽兰有机肥对土壤细菌、养分和辣椒产量品质等的影响。【结果】在施用OF的土壤中,微生物碳氮高于CF、OF和CF+OF提高细菌群落的多样性指数,CF增加优势度指数。在4种施肥处理的土壤中,酸杆菌门和变形菌门均为优势门类,丰富度合计超过50%;在20种优势菌株中,有7株细菌普遍存在,6–8株细菌单独存在于不同处理土壤中。此外,在辣椒初果期,CF土壤中的有效养分含量较高;但至末果期,CF+OF处理的有效磷钾显著高于CF,碱解氮CF+OF与CF相似。施用CF+OF使辣椒吸收了较多的氮、磷、钾,辣椒产量比CF增加14.42%,并使果实游离氨基酸和维生素C含量提高,硝酸盐含量降低。【结论】紫茎泽兰有机肥兼具供肥改土作用,能提高土壤微生物生物量,丰富土壤细菌种群,增加辣椒产量,改善果实品质。     

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.     

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.     

平衡施肥对缺磷红壤性水稻土的生态效应

为了研究平衡施肥对缺磷水稻土的生态效应,对长期缺施磷肥水稻土进行了3.5年平衡施肥试验。试验采取盆栽水稻的方式,在长期缺施磷肥的红壤性水稻土上比较不施磷肥（NK）、平衡施用氮磷钾无机肥（NPK）、无机氮磷钾肥配施硅肥（NPKSi）、无机氮磷钾肥配施有机肥（无机肥占3/5）、NPK基础上增施磷肥（NKhP）、NPKM基础上增施磷肥（NKhPM）处理的土壤肥力、土壤微生物特性、土壤磷的渗漏量以及地上部水稻产量、养分利用率、磷肥利用率的变化。试验表明,平衡施肥处理NPK、NPKSi、NPKM、NKhPM显著提高水稻产量,比不施磷肥（NK）平均增产147%,其中NPKM提高152%;能提高土壤肥力,比不施磷肥土壤有机质含量平均提高18.5%,其中NPKM提高30.1%;显著提高土壤微生物生物量,比不施磷肥土壤微生物生物量碳（MBC）平均提高57.2%,其中NPKM提高87.1%;提高氮素、钾素养分利用率,比不施磷肥平均分别提高120.3%、33.6%,其中NPKM分别提高152%、43%。而长期重施无机磷肥处理（NKhP）虽然水稻产量比不施磷肥处理提高125.1%,但因土壤中磷酸根离子含量过高影响土壤微生物正常生长,土壤微生物活度比不施磷处理降低9.4%,土壤微生物量碳（MBC）降低2.4%,稻田土壤微生物生态系统质量劣化。此外,重施磷肥处理（包括NKhP、NKhPM）易导致稻田水体的磷污染。各处理比较,NPKM综合生态效应最佳,以下依次是NKhPM、NPKSi、NPK,NKhP,NKhP对稻田土壤微生物生态系统产生负效应。根据试验结果,平衡施肥是恢复缺磷水稻土的有效措施,其中在平衡施用氮磷钾化肥的基础上增施有机肥或硅肥效果较好。     

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.     

农田生态系统碳足迹时空变化——以河南省为例

农田生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,起着碳源和碳汇的双重作用,对维持整个生态系统碳平衡具有重要意义.本文基于ArcGIS 10.1、SPSS 20.0、Sigmaplot 12.5等分析平台,以农田生态系统为研究对象,构建农田生态系统碳足迹模型,分析2005—2014年河南省农田生态系统碳排放、碳吸收和碳足迹及三者之间的关系.结果表明: 2005—2014年,研究区碳排放年平均增长率为2.7%,其中因化肥施用引起的碳排放量占总碳排放量的比例最高,占66.2%,且化肥的使用强度为890.38 kg·hm^-2,远高于发达国家公认的安全警戒线225 kg·hm^-2.河南省农田生态系统的碳总储量整体呈逐年上升趋势,其中,小麦的碳吸收比例最高,占总吸收量的60%,水稻的碳吸收增速最快,为7.9%.河南省农田生态系统存在碳生态盈余,且农田生态系统碳足迹总体呈现不断增加趋势,农田生态系统碳足迹占同期生产性土地面积(耕地)的平均比例为5.7%.研究区碳排放、碳吸收、碳足迹的空间变化较为一致,均呈现东南多、西北少的空间分布规律,且地区差异及变化幅度差异较大是三者的最主要外部特征.     

长期施肥对水稻土有机碳分布及化学结合形态的影响

采用湖南省4个23年连续施肥的稻田长期定位试验,研究了施肥对湖南省水稻土有机碳分布及化学键合形态的影响。试验设不施肥(CK)、化肥(NPK)、中量有机肥(MOM)和高量有机肥(HOM)4个处理。结果表明:在所有施肥处理中,水稳性团聚体均以0.25～1mm和2～5mm粒径含量最高,分别达全土总量的18%～43%和13%～48%。中、高量有机肥处理显著增加了>1mm大团聚体含量以及有机碳在大团聚体中的分配,其中0.25～1mm和1～2mm粒径团聚体中有机碳含量均略高于其余粒径组。与不施肥比较,钙结合态有机碳(Ca-SOC)占总有机碳的比例在2%～4%左右且随有机肥施用呈下降趋势,而铁铝结合态有机碳Fe(Al)-SOC占总有机碳的18%～33%呈上升趋势。有机肥施用条件下,有机碳在大团聚体中的分布的增加、Fe(Al)-SOC的提升以及Ca-SOC的降低意味着土壤有机碳物理和化学保护作用的增强,有利于稻田土壤有机碳的积累,是有机肥施用条件下保持稻田土壤较高固碳速率的重要原因。     

东北黑土地区稻田甲烷排放时空演变及排放潜力分析

稻田甲烷排放是农业源甲烷排放的主要来源。东北黑土地区是我国最大的粮食生产基地,农业温室气体减排是实现黑土地永续利用的关键议题之一。运用稻田甲烷排放模型(CH4MOD)核算并分析了2009-2018年东北黑土地区稻田甲烷排放的时空演变特征,结合GOSAT卫星遥感数据探究了水稻生产与区域甲烷排放的时空动态联系,进一步量化了稻田甲烷对区域甲烷排放的贡献程度及不同情景下的排放潜力。结果表明,受水稻生产面积扩张和排放强度提高的影响,东北黑土地区稻田甲烷排放总量从2009年的39.05万t增加到2018年的79.53万t。东北黑土地区区域甲烷排放在季节变化和栅格单元上表现出与稻田甲烷排放较为一致的时空动态,大规模的稻田耕作可能会增加水稻生产与区域甲烷排放直接相关的可能性。随着水稻持续扩种稳产,2018年东北黑土地区水稻生产贡献了区域甲烷排放总量的15.04%,其中黑龙江省的贡献率高达31.06%。在基准发展情景下,预计2035年东北黑土地区稻田CH₄排放量较2018年增加19.5%;在粮食供给保障情景下,维持当前稻田耕作面积,水稻生产集约化程度提高,预计其稻田CH₄排放量较2018年减少0.88%;在此基础上,采取促进秸秆还田、增施有机肥、实施节水间歇灌溉等稻田管理措施将使稻田CH₄排放量增加17.8%-63.6%。以满足膳食需求和供给保障为导向,优化水稻种植结构、控制稻田耕作面积,推动技术进步、品种改良以提升单产水平,采取化肥和有机肥搭配施用、节水间歇灌溉等途径能够缓解稻田甲烷排放。研究综合运用自上而下的遥感数据和自下而上的模型运算,刻画了水稻生产与区域甲烷排放的时空联系,进一步评估了稻田甲烷的排放潜力及减排措施的减排效果,为促进东北黑土地区农业甲烷减排和生产布局优化提供了理论依据和决策参考。