秸秆还田与氮肥施用对稻田温室气体排放的影响

秸秆还田与氮肥施用是农田生态系统中碳氮元素的两大主要补给途径,其在调控稻田甲烷(CH₄)和氧化亚氮(N₂O)排放以及水稻产量方面具有重要作用。以往的研究主要关注秸秆还田或氮肥施用单因素对稻田温室气体排放的影响,而双因素互作对甲烷和氧化亚氮排放的影响尚未明确。同时,在秸秆还田条件下如何进行合理的氮肥施用鲜有深入研究。本研究基于3个氮肥处理(0、180、360 kg N/hm²)和3个秸秆还田处理(0、2.25、3.75 t/hm²)进行多年水稻田间定位试验,研究结果表明:CH₄季节累积排放随秸秆还田量增加而增加,与施氮量无显著正相关关系;N₂O季节累积排放随施氮量增加而增加,与秸秆还田量无显著正相关关系;秸秆还田对于产量的影响具有不确定性,两年均在秸秆不还田+不施氮处理(S0N0)出现最低产量,2021与2022年最低产量分别为5740.64和4903.75 kg/hm²。2021与2022年最高产量分别在秸秆不还田+高氮(S0N2)和高量秸秆还田+高氮(S2N2)出现,分别为10938.48和10384.83 kg/hm²。同时,本研究发现在低量秸秆还田条件下,在碳足迹(CF, Carbon Footprint)方面,施氮量为251 kg N/hm²时碳足迹达到最低点,为1.01 kg C/kg;而在生态经济净收益(NEEB, Net Ecosystem Economic Benefits)方面,施氮量为294 kg N/hm²时生态经济净收益达到最高点,为11778.15 元/hm²。为协同生态经济净收益与碳排放,在低量秸秆还田(S1)下,配合251-294 kg N/hm²的施氮量为最优施肥方案。研究结果为指导稻田温室气体减排、实现稻田碳中和以及农田管理提供了理论支撑,为实现水稻的高产稳产与低碳生产科学依据。     

施氮对桉树人工林生长季土壤温室气体通量的影响

施肥是维持短期轮伐人工林生产量的重要手段,为了提高肥料利用效率,缓释氮肥逐渐成为广泛采用的氮肥种类。评估缓释肥施用对人工林生长季土壤温室气体通量的影响对于全面评估人工林施肥的环境效应具有重要意义。以我国南方广泛种植的桉树林为对象,采用野外控制实验研究了4种施氮处理(对照CK:0 kg/hm2;低氮L:84.2 kg/hm2;中氮M:166.8 kg/hm2;高氮H:333.7 kg/hm2)对土壤-大气界面3种温室气体(CO2、N2O和CH4)通量的影响,结果表明:(1)4种施氮水平下CO2排放通量、N2O排放通量和CH4吸收通量分别为276.84—342.84 mg m-2h-1、17.64—375.34μg m-2h-1和29.65—39.70μg m-2h-1;施氮显著促进了N2O的排放(P0.01),高氮处理显著增加CO2排放和显著减少CH4吸收(P0.05),且CO2排放通量与CH4吸收通量随着施氮量的增加分别呈现增加和减少的趋势;(2)生长季CO2和N2O排放呈现显著正相关(P0.01),CO2排放和CH4吸收呈现显著负相关(P0.05),N2O排放和CH4吸收呈现显著负相关(P0.01);(3)土壤温度和土壤水分是影响CO2、N2O排放通量和CH4吸收通量的主要环境因素。结果表明:施用缓释肥显著增加了桉树林生长季土壤N2O排放量,且高氮处理还显著促进CO2排放和显著抑制CH4吸收,上述研究结果可为人工林缓释肥对土壤温室气体通量评估提供参数。     

中国氮磷钾肥制造温室气体排放系数的估算

通过收集、整合国内相关数据,推算了符合中国目前情况的各种氮肥、磷肥和钾肥的制造过程中的温室气体排放系数(从原料到工厂大门)。结果显示,我国平均水平的氮肥制造碳排放系数为:合成氨(液氨)1.672 t CE/t N,尿素2.041 t CE/t N,碳铵1.928 t CE/t N,硝酸铵4.202 t CE/t N,氯化铵2.220 t CE/t N,氮肥综合系数为2.116 t CE/t N。我国一般水平的磷肥制造碳排放系数为:重钙0.467 t CE/t P2O5,磷酸二铵1.109 t CE/t P2O5,磷酸一铵0.740 t CE/t P2O5,普钙0.195 t CE/t P2O5,钙镁磷肥2.105 t CE/t P2O5,磷肥综合系数为0.636 t CE/t P2O5。我国先进水平的钾肥制造碳排放系数为:氯化钾0.168 t CE/t K2O,硫酸钾0.409 t CE/t K2O(其中罗钾法硫酸钾0.443 t CE/t K2O、曼海姆法硫酸钾0.375 t CE/t K2O),钾肥综合系数为0.180 t CE/t K2O。我国大部分氮磷钾肥的温室气体排放系数普遍为欧美平均水平的2倍左右,因此利用国外系数来估算我国的农业温室气体排放量将严重低估化肥施用的影响。     

多年冻土退化地区湿地土壤温室气体排放及其影响因子

采用野外原位实验静态箱-气相色谱法,研究了兴安岭多年冻土不同程度退化地区生长季湿地土壤温室气体CH₄、CO₂和N₂O的排放通量特征,同时分析了环境因子对土壤温室气体排放的影响。结果表明:1) 3种类型冻土区(季节性冻土区、岛状多年冻土区、连续多年冻土区,分别用D1、D2、D3表示)土壤在生长季时期表现为CO₂和N₂O的源; D1和D3为CH₄的源,D2为CH₄的汇。D1、D2、D3土壤在生长季中平均CH₄排放通量分别为(0.127±0.021)、(-0.020±0. 006)、(0. 082±0. 019) mg·m^-2·h^-1; CO₂排放通量分别为(371.50±66.73)、(318.43±55.67)、(213.19±37.05) mg·m^-2·h^-1; N₂O排放通量分别为...     

西安市温室气体排放的动态分析及等级评估

为了解西安市温室气体排放的动态规律和排放水平,基于全球标杆的温室气体排放等级评价方法,并采用国际公认的《2006年IPCC国家温室气体清单指南》和基于IPCC的《省级温室气体编制指南》推荐的方法对西安市的温室气体排放进行了动态分析和排放等级评估。结果表明,从1995年到2011年,西安市温室气体排放呈快速上升趋势,16年间温室气体排放量从1207.16×104t上升为3934.17×104t,年均增高7.66%。增幅最高的是水泥温室气体(年均增高11.75%)、废弃物(8.77%)和能源(7.63%),农业年均降低1.74%,林业固碳年圴增加3.56%。从温室气体构成看,能源占80.13%—90.55%,水泥占1.75%—7.49%,农业占1.86%—8.01%,林业固碳占-2.58%—-5.22%,废物处理占7.52%—16.38%。可见能源消费的增加是导致西安市温室气体排放增长的主要原因,林业碳汇能力有待提高。万元GDP温室气体排放不断降低,说明西安市碳减排方面的科技进步在不断提高。人均、单位面积温室气体排放量和排放指数增速很快,年均增幅分别达5.84%、7.66%和6.84%。西安市温室气体排放等级持续增高,16年间从较低等级(Ⅰc)上升为中下等级(Ⅱa),目前距应对气候变暖目标(Ⅰb)已高出两个亚级,温室气体排放增高的趋势不容忽视。     

玉米植株对大田温室气体N2O排放的影响

利用封闭式箱法对玉米田Ｎ２Ｏ排放通量的观测表明,大田种植玉米后,对Ｎ２Ｏ排放产生了很大影响,玉米土壤系统的Ｎ２Ｏ排放通量大于不种玉米的土壤．此外,植物根系能明显促进土壤中Ｎ２Ｏ的排放,特别是在玉米生长后期尤为明显．从播种开始到年底,施尿素导致Ｎ２Ｏ排放为３．３ｋｇ·ｈｍ－２,玉米植株为０．６９ｋｇ·ｈｍ－２,占总排放量的１７．３％．     

生物炭影响农田温室气体排放的研究进展

针对生物炭在农业生产中对温室气体排放的影响问题,论文综述了近几年有关生物炭对农田生态系统CO2、CH4和N2O三种主要温室气体排放的影响研究,发现生物炭总体上可以减少温室气体的排放,但其实际效果受生物炭种类、土壤理化性质和微生物活性与丰度等多种因素的影响。为此,本文进一步总结了生物炭影响农田系统温室气体排放的作用机理。提出了三条可能机制:(1)生物炭疏松多孔,具有吸附性,依靠自身的吸附作用吸收土壤中的温室气体;(2)生物炭能改变土壤理化性质,使土壤疏松,团聚体和固体物含量提升,抑制土壤矿化,固碳能力提升,吸附性增强;(3)生物炭能改善土壤微生物的生存环境,提高土壤微生物的丰度和活性,微生物活动增强,可以更多地固定土壤中的氮,影响温室气体的排放。通过生物炭途径可助力农业碳减排。     

火干扰对小兴安岭白桦沼泽温室气体排放的短期影响

利用静态箱-气相色谱法,研究了火干扰对小兴安岭白桦沼泽生长季CH4、CO2和N2O排放的季节变化、源/汇功能的影响,以及其与环境因子的关系.结果表明:轻度火干扰使白桦沼泽的气温和地表温度升高1.8℃～3.9℃,水位下降6.3 cm;重度火干扰使气温和0～40 cm土壤温度升高1.4 ℃～3.8℃,水位下降33.9 cm.轻度火烧、未火烧样地CH4呈春季吸收、夏秋季排放,重度火烧样地则呈春夏季吸收、秋季排放;未火烧样地CO2呈夏季>秋季≈春季,火干扰样地呈夏季>秋季>春季;未火烧样地N2O呈春季>夏季>秋季,轻度火烧样地呈秋季>春季>夏季,重度火烧样地呈夏季>秋季≈春季.未火烧样地CO2通量与气温、地表温度呈显著正相关,轻度火烧样地CO2通量与气温、5～10 cm土壤温度和水位呈显著正相关,重度火烧样地CO2通量与5～40 cm土壤温度呈显著正相关.火干扰使其CHM4排放量提高169.5%(轻度)或转变为弱吸收汇(重度),CO2和N2O排放量分别下降21.2%～34.7%和65.6%～95.8%,全球温暖潜势下降22.9%～36.6%.火干扰能够减少白桦沼泽温室气体排放,湿地管理实践中可适当开展有计划的火烧.     

基于DNDC模型模拟气候变化影响下的中国水稻田温室气体排放

当前国内外开展了很多农业温室气体对气候变化的响应研究,但气候变化对农业温室排放的影响机制研究还很少见.本文利用国际上广泛应用的生物地球化学过程模型——DNDC模型,模拟了中国过去40年(1971—2010年)气候变化对水稻田温室气体排放的影响.结果表明:与1971—1990年相比,1991—2010年的全国稻季平均气温上升了0.49℃,稻季平均降雨上升了11 mm;由于稻季气候变化导致全国水稻田1991—2010年的平均CH4排放量上升了0.25 kg C·hm-2,平均N2O排放量上升了0.25 kg N·hm-2.表明温度升高会促进CH4排放,降雨量增加会促进N2O排放,气候变化影响了水稻温室气体排放机制.     

火干扰对小兴安岭落叶松-苔草沼泽温室气体排放的影响

利用静态箱-气相色谱法,研究火烧干扰(轻度、重度)对小兴安岭落叶松-苔草沼泽生长季CO₂、CH₄、N₂O排放的影响.结果表明:火烧干扰使CO₂排放通量提高24.0%-45.9%, CH₄提高135.1%(轻度)或下降31.3%(重度),N₂O由吸收转化为排放.重度火烧改变了CO₂的季节排放规律,火干扰改变了CH₄与N₂O的季节排放规律.火烧与未火烧样地CO₂排放与水位呈显著负相关,与空气温度、土壤温度呈显著正相关;未火烧样地CH₄排放与水位呈显著负相关,与地表温度呈显著正相关,轻度火烧样地CH₄排放与气温和个别土壤温度呈显著正相关,而重度火烧样地CH₄排放、各样地的N₂O排放与水位和温度相关性均不显著.火干扰使CO₂排放源强度较未火烧提高,轻度火烧样地CH₄排放源强度较未火烧提高、重度样地则下降;N₂O则由吸收汇转化为排放源.火烧样地温室效应贡献潜力较未火烧样地提高了1/4-1/2,且呈现出随火干扰强度增大而递增的变化规律\.     

Effects of nitrogen deposition on the greenhouse gas fluxes from forest soils

Nitrogen (N) deposition can alter the rates of microbial N- and C- turnover, and thus can affect the fluxes of greenhouse gases (GHG, e.g., CO₂, CH₄, and N₂O) from forest soils. The effects of N deposition on the GHG fluxes from forest soils were reviewed in this paper. N deposition to forest soils have shown variable effects on the soil GHG fluxes from forest, including increases, decreases or unchanged rates depending on forest type, N status of the soil, and the rate and type of atmospheric N deposition. In forest ecosystems where biological processes are limited by N supply, N additions either stimulate soil respiration or have no significant effect, whereas in “N saturated” forest ecosystems, N additions decrease CO₂ emission, reduce CH₄ oxidation and elevate N₂O flux from the soil. The mechanisms and research methods about the effects of N deposition on GHG fluxes from forest soils were also reviewed in this paper. Finally, the present and future research needs about the effects of N deposition on the GHG fluxes from forest soils were discussed.     

模拟氮沉降对藏北高寒草甸温室气体排放的影响

目前,高寒草甸对全球温室效应的贡献仍具有不确定性,而随着N沉降的增加,该系统温室体气排放也必将发生变化。为揭示高寒草甸对N沉降的响应机制,探讨其对全球变化的反馈作用,利用人工添加氮素的方法,于2014年生长季(6-9月)在那曲地区那曲县设置不同水平N添加梯度(0、7、20kg hm~(-2)a~(-1)和40 kg hm~(-2)a~(-1)),模拟氮沉降增加对藏北高寒草甸温室气体排放的影响。经过1a的研究结果表明:1)施氮显著促进了CO_2排放但对CH_4的吸收和N_2O的排放无显著影响。总体而言,添加氮素明显增加了温室气体排放总量,其中N2O处理下高寒草甸温室气体排放总量最高。2)回归分析结果表明,CO_2与NPP(总生物量)和TOC(土壤有机碳)线性相关(P0.05),而与TN(总氮)、NH_4~+-N和NO_3~--N均无显著相关关系(P0.05),CH_4与TN/NPP/TOC/NH_4~+-N/NO_3~--N均不相关(P0.05),N_2O与NPP/TOC/NO_3~--N均显著线性相关(P0.05),而与TN/NH_4~+-N不相关。综合初步研究结果,未来氮沉降增加条件下,藏北高寒草甸温室气体排放通量将有可能明显增加,从而对气候变化产生重要的反馈作用。     

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 ...     

Closing the yield gap could reduce projected greenhouse gas emissions: a case study of maize production in China

Although the goal of doubling food demand while simultaneously reducing agricultural environmental damage has become widely accepted, the dominant agricultural paradigm still considers high yields and reduced greenhouse gas (GHG) intensity to be in conflict with one another. Here, we achieved an increase in maize yield of 70% in on‐farm experiments by closing the yield gap and evaluated the trade‐off between grain yield, nitrogen (N) fertilizer use, and GHG emissions. Based on two groups of N application experiments in six locations for 16 on‐farm site‐years, an integrated soil‐crop system (HY) approach achieved 93% of the yield potential and averaged 14.8 Mg ha^?1 maize grain yield at 15.5% moisture. This is 70% higher than current crop (CC) management. More importantly, the optimal N rate for the HY system was 250 kg N ha^?1, which is only 38% more N fertilizer input than that applied in the CC system. Both the N₂O emission intensity and GHG intensity increased exponentially as the N application rate increased, and the response curve for the CC system was always higher than that for the HY system. Although the N application rate increased by 38%, N₂O emission intensity and the GHG intensity of the HY system were reduced by 12% and 19%, respectively. These on‐farm observations indicate that closing the yield gap alongside efficient N management should therefore be prominent among a portfolio of strategies to meet food demand while reducing GHG intensity at the same time.     

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.     

氮沉降对森林土壤主要温室气体通量的影响

大气氮沉降已经并将继续对森林土壤主要温室气体(CO2、CH4和N2O)通量产生影响.综述了国内外氮沉降对森林土壤主要温室气体通量影响及其机理的研究现状.由于森林类型、土壤N状况、氮沉降量及沉降类型等不同,氮沉降对森林土壤主要温室气体通量的影响主要表现为抑制、促进和不显著3种效果.在N限制的森林中,氮沉降对土壤主要温室气体通量无显著影响,或促进土壤CO2排放;在"N饱和"的森林中,氮沉降可减少土壤CO2排放,抑制对大气CH4的吸收,增加N2O排放.分析了产生以上影响效果的作用机理,介绍了氮沉降对森林土壤主要温室气体通量影响的研究方法,探讨了该领域存在的问题及未来研究的方向.