南方双季稻田稻草还田的碳汇效应

利用长期稻草还田定位试验和短期不同稻草还田模式试验,研究稻草还田对南方双季稻田土壤固碳、甲烷排放和综合碳汇的影响.结果表明： 稻草还田能增加土壤有机碳,长期还田的耕层土壤碳汇年增长率为0.07 t C·hm^-2·a^-1,土壤有机碳的表观转化率随着稻草还田量的增加而减少.稻草还田导致稻田甲烷排放量显著增加,其中,NPK添加稻草（NPK+RS）处理早、晚稻期间甲烷排放通量比仅施NPK分别增加了75.0%和251.5%（P<0.01）.稻田甲烷排放随着稻草还田量的增加而增加,在水稻产量和耕作方式相近的条件下,稻草（茬）的甲烷表观转化率接近.综合土壤固碳和甲烷排放的稻田净碳汇,NPK+RS处理负碳汇效应显著,基本与其水稻生物固碳接近,比稻草不还田处理（NPK）增加158.3%;不同还田模式中,稻草覆盖免耕处理能显著减少甲烷排放,其净碳汇（负值）比高桩翻耕处理减少50.9%,有利于水稻高产稳产.     

长期不同施肥模式对双季稻田土壤酸解有机氮组分的影响

为明确南方双季稻区长期不同施肥模式对稻田不同耕层(0～10和10～20 cm)土壤酸解有机氮组分及其含量的影响,本研究以长期(36年)定位施肥试验田为平台,系统分析了单独施用化肥(CF)、秸秆还田+化肥(RF)、30%有机肥+70%化肥(OM)和不施肥对照(CK)下双季稻田0～10和10～20 cm土壤酸解有机氮及其组分氨基酸氮、氨基糖氮、铵态氮和酸解未知氮含量的变化特征及其与土壤全氮、有机碳含量的关系。结果表明: 与CK相比,OM和RF处理均显著增加了双季稻田0～10和10～20 cm土壤全氮、碱解氮和有机碳含量。OM、RF和CF处理双季稻田0～10和10～20 cm土壤酸解有机氮含量均显著高于CK,分别比CK增加10.7%～42.6%和12.2%～51.5%。与CF和CK相比,OM和RF处理显著提高了双季稻田0～10和10～20 cm土壤氨基酸氮、铵态氮、酸解未知氮和氨基糖氮含量。不同施肥处理稻田0～10和10～20 cm土壤酸解有机氮和非酸解性氮含量大小顺序均表现为OM>RF>CF>CK。各施肥处理稻田0～10 cm土壤氨基酸氮、铵态氮、氨基糖氮和非酸解性氮含量均高于10～20 cm土壤。土壤酸解有机氮含量与土壤全氮、有机碳含量均存在极显著的正相关关系。综上,RF和OM处理有利于增加双季稻田0～10和10～20 cm土壤有机氮含量,增强稻田土壤供氮能力,提高土壤肥力。     

施肥对稻田生态系统气体调节功能及其价值的影响

 该文以2002年在上海市奉贤县五四农场进行的稻田生态系统田间实验为基础,对尿素施用对稻田生态系统气体调节功能（释放O2和温室气体调节）的影响进行研究。研究结果表明：1）在水稻（Oryza sativa）生长期间,施加尿素能显著增加稻田日O2释放量及其价值量;2）在水稻生长期间,施加尿素稻田综合CO2的通量及其价值并不比未施肥稻田存在显著优势,尿素施用能明显增强稻田N2O排放通量,降低稻田CH4排放通量。尿素施用对温室气体调节具有正效应,促进稻田对温室气体吸收。     

施肥对水稻产量和稻田土壤理化性质的影响

稻田土壤中养分的平衡主要取决于养分的输入与输出,其又主要受肥料的输入与植物所带走的养分所制约。不同的肥料品种、不同的施肥时期都影响养分在土壤中的吸收、转化与淋失,从而影响养分的输入与输出。稻田土壤生态系统中养分循环的研究已有很多报道。主要是不同耕作制度、不同施肥水平下,各输入输出因子的研究以及对土壤肥     

控释氮肥对洞庭湖区双季稻田表面水氮素动态及其径流损失的影响

用渗漏池模拟洞庭湖区2种主要稻田土壤(河沙泥和紫潮泥),研究了施用尿素(CF)和控释氮肥(CRNF)对双季稻田表面水pH、电导率(EC)、全氮（TN）、铵态氮（NH₄⁺-N）和硝态氮（NO₃^--N）浓度变化规律及TN径流损失的影响.结果表明,双季稻田施用尿素后,表面水TN、NH₄⁺-N浓度分别在第1、3天达到高峰,然后迅速下降;NO₃^--N浓度普遍很低;早稻表面水pH在施用尿素后15 d内(晚稻3 d)逐渐升高;EC与NH₄⁺动态变化一致.与尿素相比,施用CRNF能显著降低双季稻田表面水pH、EC、TN和NH₄⁺-N浓度,70% N控释氮肥的控制效果最显著;但后期NO₃^--N浓度略有升高.径流监测结果表明,洞庭湖区种植双季稻期间施用尿素的TN径流损失为7.70 kg·hm^-2,占施氮量的2.57%;施肥后20 d内发生的径流事件对双季稻田TN径流损失的贡献极为显著;与施用尿素相比,施用控释氮肥显著降低了施肥后10 d内发生的第1次径流液中的TN浓度,施用CRNF和70%N CRNF的氮素径流损失分别降低24.5%和27.2%.     

长期施肥对红壤稻田氮储量的影响

稻田背景氮高是我国氮肥利用率低的主要原因之一,减少氮肥施用量对提高氮肥的农学利用率和缓解环境压力具有重要的意义。研究采用长期定位试验(19902006年)土壤全氮、稻谷产量等数据,分析施肥模式对稻田耕层土壤氮储量、氮肥农学利用率的影响,探讨在降低常规施用氮量的33.3%而不明显减产措施的可行性。结果表明:长期有机物质循环利用能显著提高耕层土壤全氮含量,氮储量与试验前相比平均提高了18.8%,仅施用化肥对土壤全氮含量没有显著影响,减量施肥处理(JS)对耕层土壤氮的积累效应一直优于仅施化肥的处理(NP、NPK)。17a的JS处理并没有降低稻谷产量,与常量NPK储量相比年际产量相对误差仅为3.2%,而输入N的农学利用率提高了12%。在半量稻草还田的条件下减少氮肥的施用量到180kg·hm-2是可行的,红壤稻田产量可维持在10t·hm-2左右。     

长期不同施肥方式对稻田杂草群落的影响

利用太湖地区农业科学研究所31年的长期肥料定位试验田,分别于2011—2012年水稻抽穗期、结实期和收获期进行了杂草群落调查,并对杂草种群分布与土壤养分因子进行冗余分析。结果表明:随着水稻的生育进程,田间杂草密度增大,而氮磷肥的配施也能有效减少试验区田间杂草的密度;牛毛毡、鸭舌草、耳叶水苋和水蕨是水稻生长期的主要杂草类型;在施入磷肥的处理中,莎草科杂草密度减少甚至消失,鸭舌草密度则增加,耳叶水苋和水蕨则是在没有施肥的处理生长最好;氮磷配施减少群落丰富度的同时能增加群落的均匀度,人为干预相对最少的处理方式有利于群落结构的稳定发展。抽穗期RDA结果显示,第1、第2排序轴特征值分别为0.901和0.080,土壤全P、有效磷、全氮、碱解氮与第1排序轴相关系数分别为-0.887、-0.816、-0.810和-0.794。太湖地区稻麦两熟制条件下,长期不同施肥方式显著影响稻田杂草的群落组成,土壤养分库的差异性影响田面杂草密度和优势种群分布,影响稻田中杂草分布的土壤养分因子主要为氮、磷和有机质,土壤钾含量对杂草的总体分布影响相对较小。     

南方不同“冬种+双季稻”种植模式对土壤有机碳和作物产量的影响

设置了冬闲-双季稻、紫云英-双季稻、油菜-双季稻、大蒜-双季稻,马铃薯、紫云英、油菜轮作接茬双季稻5个处理,通过3年(2013—2015)大田试验,系统研究了双季稻田冬季复种对产量和土壤有机碳、活性有机碳及碳库管理指数等的影响。结果表明:冬种作物早稻产量均高于对照,晚稻产量除冬种油菜有所降低外,其他各冬作处理均高于对照。各冬种处理土壤总有机碳、活性有机碳、可溶性有机碳、微生物量碳含量和碳库指数较冬闲处理均有显著提高。土壤碳库管理指数除了冬季作物轮种处理外,其他冬种处理较冬闲处理均有显著提高。土壤总有机碳与活性有机碳和微生物量碳之间呈极显著相关,与可溶性有机碳和碳库管理指数存在显著相关,碳库活度和碳库活度指数各冬种处理也有所提高,但影响不显著。     

不同施肥模式对下辽河平原水稻生态系统生产力及养分收支的影响

采用田间肥料试验,研究了不同施肥模式对稻田生态系统的生产力和养分收支的影响。结果表明:随养分配施均衡程度的增加,系统的生产力逐渐提高,其中氮磷钾处理的生产力最高;氮肥对水稻生产力的贡献最大(对生物量的贡献约20%,对籽实产量的贡献约34%),磷肥和钾肥的贡献相当;在水稻各部位对氮、磷、钾养分的吸收中,氮的吸收主要集中在籽实和秸秆中,磷的吸收则主要集中在籽实中,钾的吸收主要集中在秸秆中;在各施肥处理中,土壤全量养分和有机质的变化不大,而速效养分的变化较大,特别是速效磷库和速效氮库;单施化肥处理的土壤,其速效养分含量不高,而施有机肥处理土壤的速效养分含量较高,表明有机肥较有利于土壤养分的积累。     

长期施肥制度对稻田土壤反硝化细菌群落活性和结构的影响

以中国科学院桃源农业生态试验站长期定位施肥试验为平台,研究了3种长期施肥制度(对照不施肥-CK,化学施肥-NPK,化学施肥+有机肥-NPKOM)下土壤反硝化速率的差异.同时,以硝酸还原酶基因(narG)作为反硝化细菌的功能标志物,分析了施肥对反硝化细菌群落结构和多样性的影响.结果表明,长期施用有机肥的土壤反硝化速率,反硝化菌多样性都高于对照和施用化肥处理.从3个处理的土壤样品中共获得35个narG基因的可操作分类单元(OTU)主要分布在两个簇,与变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)的反硝化细菌有一定的亲缘关系,均为首次从土壤中克隆.Shannon多样性指数显示,NPKOM处理的narG基因多样性最高,CK处理次之,NPK处理最低.LUBSHUFF软件对narG基因群落组成的分析显示,施有机肥后含narG基因的细菌群落组成与CK之间有显著性差异(P<0.05),而化肥(NPK)没有产生显著影响.实验结果为进一步研究亚热带地区水稻土反硝化作用及反硝化功能菌提供了重要的依据.     

太湖地区长期施肥条件下水稻-油菜轮作生态系统净碳汇效应及收益评估

以太湖地区水稻-油菜轮作系统长期施肥处理试验田为研究对象,利用历年作物产量、凋落物固碳和农田CO₂排放等实测资料,以及生态系统的物质投入和管理投入等调查资料,估算了该系统的年碳平衡和经济收益.结果表明：不同施肥处理的年碳汇量在0.9～7.5 t C·hm^-2·a^-1,有机无机肥配施的净碳汇量是单施化肥的3倍.系统物质投入的碳成本在0.37～1.13 t C·hm^-2·a^-1,人工管理的碳成本在1.69～1.83 t C·hm^-2·a^-1,年度经济收益在5.8×10³～16.5×10³ CNY·hm^-2·a^-1,有机无机肥配施下的经济效益是单施化肥下的1.1倍.与单施化肥相比,有机无机肥配施单位碳汇的边际成本为217.1 CNY·t^-1 C,与欧盟碳交易市场的碳价格每吨20欧元相近.与单施化肥相比,有机无机肥配施下生态系统不仅生产力较高,而且表现出更高的碳汇效应和经济收益.     

稻田生态系统氮素吸收功能及其经济价值

稻田生态系统中水稻植株吸收土壤中氮素并转化为秸秆中的氮素以及籽粒中的蛋白质和氨基酸的过程是稻田氮素转化的主要过程。在2003年上海市郊五四农场田间试验数据的基础上,研究了稻田生态系统氮素吸收功能及其形成过程,然后运用替代价格法估算了稻田氮素吸收经济价值,同时还对不同地区、施氮水平和作物的氮素吸收物理量和价值量进行了对比。结果表明,稻田植株地上部分氮素累积吸收量在拔节期至抽穗期之间增长最快,抽穗期至成熟期增加减缓,而在收获前有所下降。稻田植株氮素吸收经济价值随生育期不断提高,到成熟期显著增加。施加氮肥对水稻氮素吸收物理量及其价值量都具有促进作用。就不同作物而言,水稻氮素吸收转化量及其经济价值高于小麦和油菜。几乎所有作物籽粒氮素吸收量及其经济价值都高于秸秆。     

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。     

不同施肥措施对我国南方稻田表土有机碳含量及固碳持续时间的影响

基于我国南方38个稻田试验点222个样本的表土有机碳数据,设5种施肥措施类型［无机氮肥(N)、无机氮磷肥配施(NP)、无机氮磷钾肥配施(NPK)、单施有机肥(O)和有机无机肥配施(OF)］,研究了不同施肥措施下我国南方稻田表土有机碳含量的相对年变化量和固碳持续时间.结果表明：5种施肥措施下,稻田表土有机碳含量相对年变化量集中在0～0.4 g·kg^-1·a^-1,两熟制和三熟制的表土有机碳含量相对年均增量分别为0.20和0.26 g·kg^-1·a^-1;有机肥处理(O和OF)比无机肥处理(N、NP和NPK)的表土有机碳含量相对年增量更高,其中,OF处理最高,为0.32 g·kg^-1·a^-1;随着时间的延长,土壤有机碳的累积速率逐渐降低,N、NP、NPK、O和OF处理下表土固碳持续时间分别为22、28、38、57和54年.从土壤固碳角度考虑,有机无机肥配施为我国南方稻田最佳施肥措施.     

长期施肥对水稻土颗粒有机碳和矿物结合态有机碳的影响

在23a的田间定位试验区,研究了长期施肥对水稻土颗粒有机碳和矿物结合态有机碳的影响.结果表明,在不施肥(CK)、无机肥(NPK)、有机肥(猪粪 紫云英绿肥)(OM)和无机肥与有机肥配施(NPKM)处理中,A层游离态和闭蓄态颗粒有机物含量比P层高,随着土层的加深呈下降的趋势;而矿物态有机物呈相反的趋势.增施有机肥(NPKM,OM处理)有利于提高土壤中游离态和闭蓄态颗粒有机物及其有机碳的含量以及占土壤有机碳的比例.团聚体中颗粒有机物占土壤团聚体重量的比例及颗粒有机物的有机碳含量均随着团聚体粒径的减小而明显增加.增施有机肥显著提高了团聚体特别是微团聚体(<0.25mm)中颗粒有机物及其有机碳的含量.团聚体中颗粒有机物的有机碳含量显著高于容积土壤中颗粒有机物的有机碳含量.这些结果表明微团聚体对颗粒有机物具有富集和保护作用. 和闭蓄态颗粒有机物含量比P层高,随着土层的加深呈下降的趋势;而矿物态有机物呈相反的趋势.增施有机肥(NPKM,OM处理)有利于提高土壤中游离态和闭蓄态颗粒有机物及其有机碳的含量以及占土壤有机碳的比例.团聚体中颗粒有机物占土壤团聚体重量的比例及颗粒有机物的有机碳含量均随着团聚体粒径的减小而明显增加. 施有机肥显著提高了团聚体特别是微团聚体(<0.25mm)中颗粒有机物及其有机碳的含量.团聚体中颗粒有机物的有机碳含量显著高于容积土壤中颗粒有机物的有机碳含量.这些结果表明微团聚体对颗粒有机物具有富集和保护作用. 和闭蓄态颗粒有机物含量比P层高,随着土层的加深呈下降的趋势;而矿物态有机物呈相反的趋势.增施有机肥     

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。     

双季稻田冬季种植模式对土壤有机碳和碳库管理指数的影响

为探讨冬季覆盖作物还田对稻田土壤碳库的影响,通过冬季种植油菜、紫云英、黑麦草、马铃薯,并以冬闲为对照进行大田试验,测定了不同冬季作物模式下早稻和晚稻的土壤有机碳、活性有机碳含量,并计算了稳态碳、碳库活度、活度指数、碳库指数和土壤碳库管理指数.结果表明:冬季作物还田增加了土壤有机碳含量,早稻和晚稻后的土壤有机碳含量比对照分别提高了1%～8%和3%～18%;油菜、黑麦草和紫云英还田均促进了土壤活性有机碳含量的增加,早稻后增加16.2%～84.2%,晚稻后增加24.4%～28.1%;冬季作物还田增加了土壤碳库管理指数,增加幅度为1.4%～41.8%.综上所述,冬种作物还田有利于提高土壤的固碳效应,并提升土壤质量,以种植黑麦草、紫云英的综合效果较佳.     

陆地生态系统碳汇评估方法研究进展

“碳中和”是我国作出的一项重大的国家战略决策,陆地生态系统碳汇作为碳增汇的重要组成部分,在碳中和目标实现的过程中发挥着重要的作用。但当前基于不同观测数据和方法的陆地碳汇计算仍有很大的不确定性,为了全面了解陆地生态系统碳汇分布特征,提高陆地生态系统碳汇评估的准确性,梳理了近年来关于陆地生态系统碳汇评估的国内外研究进展,从“自下而上”和“自上而下”两类途径阐述了陆地生态系统碳汇评估的主要方法(样地清查法、涡度相关法、模型模拟法和碳同化反演法)的主要原理和特征,优势和缺陷,及在不同尺度碳汇研究中的应用,并从土地利用/覆盖变化、气候因素(大气CO₂浓度、氮沉降)、环境因素(太阳辐射、温度、降水)等因素阐述了陆地系统碳汇主要驱动因子;分析了我国陆地生态系统碳汇的主要特征及时空变化趋势,并从人类活动(生态工程)和环境因素阐述了中国陆地生态系统碳汇的驱动因素;最后,展望了新的监测手段和评估方法在提升陆地生态系统碳汇评估精度中的作用,从而更好的服务于我国“碳中和”的长远目标。     

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。     

有机物料还田对双季稻田土壤有机碳及其活性组分的影响

有机物料还田是提升农田土壤有机碳、培肥土壤的重要措施。为探讨不同有机物料的还田效果,采用室外培养方法,研究了在等碳输入条件下,施用水稻秸秆、紫云英、生物有机肥、猪粪和水稻秸秆生物炭对洞庭湖双季稻区潮土有机碳和活性有机碳组分含量的影响。结果表明: 经过180 d的培养试验,与不施用有机物料相比,施用有机物料提高了土壤活性有机碳含量。生物有机肥、猪粪和水稻秸秆生物炭处理分别使土壤有机碳含量显著提升了26.1%、9.7%和30.7%,水稻秸秆和紫云英对土壤有机碳含量的提升效应在试验期间并不显著。水稻秸秆和紫云英还田更有利于土壤可溶性有机碳和微生物生物量碳的积累,猪粪更有利于土壤可溶性有机碳的积累,生物有机肥更有利于土壤微生物生物量碳和易氧化有机碳的积累,水稻秸秆生物炭则更有利于土壤微生物生物量碳和轻组有机碳的积累。与水稻秸秆还田相比,紫云英、生物有机肥、猪粪和水稻秸秆生物炭还田使土壤碳库管理指数分别提高了31.8%、111.6%、62.2%和50.7%。从土壤固碳和土壤碳库管理指数来看,生物有机肥、猪粪和水稻秸秆生物炭的还田效果优于水稻秸秆和紫云英还田。