长期不施磷对稻田温室气体排放的影响

稻田磷肥的“旱重水轻”施肥策略是有效提高磷素利用率、减少磷素流失的有效技术途径,但稻季不施磷对温室气体排放的影响尚不明确。本研究监测了苏州和宜兴两块长期定位试验田中正常施磷与不施磷处理水稻生育期内CH₄和N₂O的排放通量。结果表明: 与正常施磷处理相比,长期不施磷处理均显著促进了稻田CH₄和N₂O排放,其中,苏州试验田CH₄和N₂O排放量分别增加57%和25%,宜兴试验田CH₄和N₂O排放量分别增加221%和70%。长期不施磷使土壤的速效磷、有机酸和可溶性有机碳含量下降,与CH₄排放密切相关,特别是土壤速效磷含量与CH₄排放量呈显著负相关,相关系数r=-0.987。两处试验田不施磷处理的全球增温潜势均大于施磷处理。因此,稻田长期缺磷会对土壤有机酸、可溶性有机碳和速效磷含量产生影响,进而增加稻田CH₄和N₂O的排放。     

增密减氮对东北水稻产量、氮肥利用效率及温室效应的影响

水稻生产正向资源节约和环境友好的方向转型,常规高产稻作技术亟待创新.本研究以粳稻辽星1号为试材,在2012、2013年研究密度增加、基蘖肥减少、穗肥稳定的“增密减氮”栽培模式对东北水稻产量和氮肥利用效率及温室效应的影响.结果表明： 与常规高产栽培模式相比,在基本苗增加33.3%和基蘖肥施氮量减少20.0%的条件下,氮肥农学效率和氮肥偏生产力两年平均分别提高49.6%(P<0.05)和20.4%(P<0.05),单位面积和单位产量的温室效应两年平均分别下降9.9%和12.7%(P<0.05).虽然水稻有效穗数和总生物量下降,但结实率和收获指数提高,所以产量基本稳定甚至提高.增密减氮降低了土壤NH₄⁺-N和NO₃^--N浓度,提高了氮素回收效率.表明适度增密减氮可兼顾水稻高产、氮肥高效利用和温室气体减排.     

猪粪与沼气渣对双季稻田甲烷排放的影响

随着环境温度的升高,稻田甲烷排放通量增加。早稻期间甲烷排放通量随着水稻生育期的增加而逐步加快,而晚稻甲烷排放主要集中在水稻生长的前中期,而且排放量很高。一天中甲烷排放具有很强的周期性,在6：00～8：00时,甲烷排放通量进入谷底,14：00时甲烷排放通量达到峰值。稻田甲烷排放通量与土壤5cm处的温度及土壤水溶解甲烷含量具有较高的相关性。猪粪和沼气渣的施用分别提高稻田甲烷排放量22．14％和4．40％。在早稻期间,施用猪粪和沼气渣分别提高土壤水溶解甲烷含量40．3％和11．9％,而晚稻期间仅分别提高23．9％和5．04％。     

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。     

稻田温室气体排放与土壤微生物菌群的多元回归分析

为揭示多种田间管理措施综合影响下双季稻田温室气体平均排放通量与土壤微生物菌群的多元回归关系,利用静态箱—气相色谱法和稀释培养计数法进行了温室气体排放通量和土壤产气微生物菌群数量的连续观测。两年研究结果显示,稻田甲烷排放通量与土壤微生物总活性和产甲烷菌数量关系密切,甲烷排放通量与二者的关系可分别由指数和二次多项式模型拟合。一元回归分析表明,仅产甲烷菌数量就能单独解释96.9%的稻田甲烷排放通量变异（R2=0.969,P<0.001）,但考虑两种因素以后的二元回归拟合优度高于一元回归（R2=0.975,P<0.001）。氧化亚氮排放通量与土壤硝化细菌和反硝化细菌数量也密切相关（P <0.05）,氧化亚氮排放通量与二者的二元非线性混合回归模型可以解释至少70.4%的稻田氧化亚氮排放通量（R2≥0.704, P <0.001）,其拟合优度也高于一元回归。稻田温室气体排放通量受多种影响因素控制,土壤产气微生物活性和数量是多种因素影响的直接响应,因此二者与温室气体排放存在显著相关,基于田间试验的多元非线性回归分析客观的揭示了温室气体排放通量与环境因子的相关关系。     

长期施肥对双季稻田甲烷排放和关键功能微生物的影响

研究不同施肥措施对双季稻田甲烷(CH_4)排放特征的影响及其微生物学机理,对合理利用及评价不同施肥模式对水稻生长的影响具有重要意义。以长期施肥定位试验田为平台,采用静态箱-气相色谱法对施用化肥(MF:mineral fertilizer alone)、秸秆还田配施化肥(RF:rice residues plus mineral fertilizer)、30%有机肥配施70%化肥(LOM:30%organic matter plus 70%mineral fertilizer)、60%有机肥配施40%化肥(HOM:60%organic matter plus 40%mineral fertilizer)和无肥(CK:without fertilizer)条件下双季稻田CH_4排放及其微生物学机理进行了分析。结果表明,早稻和晚稻生长期,不同施肥处理稻田CH_4排放通量均显著高于CK,表现为HOMLOMRFMFCK。各处理间CH_4总排放量差异达显著水平,其大小顺序与排放通量趋势一致,以HOM处理为最高,比CK处理增加105.56%,其次是LOM和RF处理,分别比CK处理增加72.97%和54.17%。关键功能土壤微生物测定结果表明,早稻和晚稻各个主要生育时期,各处理稻田土壤产甲烷古菌的数量变化范围为(3.18—81.07)×10~3cfu/g,土壤甲烷氧化细菌的数量变化范围为(24.82—379.72)×10~3cfu/g。稻田土壤产甲烷古菌和甲烷氧化细菌数量大小顺序为HOMLOMRFMFCK,各施肥处理均显著高于CK;HOM、LOM、RF处理显著高于MF、CK处理。双季稻田CH_4排放与稻田土壤产甲烷古菌、甲烷氧化细菌数量变化关系密切。采用有机无机肥配施促进了双季稻田生态系统CH_4的排放和关键功能微生物的数量。     

有机、无机氮肥施用对苜蓿产量、土壤硝态氮和温室气体排放的影响

2012年5月—2014年6月,采用田间小区试验方法,研究了不同氮肥管理对N₂O与CH₄的排放、土壤硝态氮含量以及苜蓿干草产量的影响.试验共设5个处理:对照(CK)、单施尿素处理(100 kg N·hm^-2, CF)、尿素(100 kg N·hm^-2)与腐熟牛粪(60 kg N·hm^-2)混施处理(DM₁)、尿素(100 kg N·hm^-2)与沼液(60 kg N·hm^-2)混施处理(DT)及减量尿素(40 kg N·hm^-2)与牛粪(60 kg N·hm^-2)混施处理(DM₂).结果表明: 与CK相比,CF、DM₁、DT和DM₂处理苜蓿干草产量分别增加44.2%、38.9%、56.3%和30.6%,N₂O排放分别比对照增加52.2%、89.1%、133.7%和59.4%,但各施肥处理对甲烷吸收表现出不同程度的抑制作用.苜蓿生产中,尿素和牛粪处理N₂O-N排放与肥料氮素投入量比值(排放系数)为0.25%～0.28%,而沼液处理N₂O-N排放系数为0.64%,显著高于前者.苜蓿生产中,施用化肥或有机无机混施均能显著增加苜蓿干物质产量,土壤硝态氮深层淋洗风险较小,但增加了CO_2-equivalent净排放量.     

土壤氧气可获得性对双季稻田温室气体排放通量的影响

为探讨土壤氧气可获得性(SOA)对双季稻田温室气体排放的影响,利用静态箱气相色谱法对多种管理措施影响下稻田温室气体排放通量和土壤氧化还原电位(Eh)、pH值及田间淹水深度(H)等3种SOA因子进行了观测。结果表明,甲烷(CH₄)排放最集中的Eh值、pH值和H范围分别为-100-0mV、5 < pH < 6和1-5cm,3个范围内分别观测到48.8%、61.1%和77.0%的CH₄排放,其中H对CH₄排放影响最明显,单独由其就可解释37.8%的CH₄排放通量(P < 0.0001)。对于氧化亚氮(N₂O),观测到较多的负通量,其纯排放最密集的3种SOA因子的范围分别是:0-100mV、5 < pH < 6和1-5cm,而200-300mV是其排放的临界Eh范围,高于此范围N₂O排放极少。厌氧的反硝化过程是双季稻田N₂O产生的主导过程。可为水稻田温室气体排放机理研究提供基础数据。     

生物质炭化还田对稻田温室气体排放及土壤理化性质的影响

通过水稻种植田间试验,研究了水稻秸秆直接还田、水稻秸秆与生活垃圾炭化后还田对稻田温室气体CH4、CO2和N2O排放及土壤理化性质和水稻产量的影响.结果表明:与直接还田相比,秸秆炭化后还田可显著降低稻田CH4和N2O的累积排放量,降幅分别为64.2%～78.5%和16.3%～18.4%.与不添加生物炭相比,无论种植水稻与否,添加秸秆炭和垃圾炭均显著降低了稻田N2O的累积排放量;不种植水稻情况下,添加垃圾炭显著降低了稻田CO2的累积排放量,降幅为25.3%.秸秆炭对提高稻田土壤pH和速效钾含量的作用优于垃圾炭.两种生物炭均能显著提高稻田土壤有机碳含量,但对土壤容重、全氮、有效磷、阳离子交换量及水稻籽粒产量均未产生显著影响.与秸秆直接还田相比,秸秆炭化后还田对水稻增产的效果更佳.     

大气氮沉降对森林土壤甲烷吸收和氧化亚氮排放的影响及其微生物学机制

水分非饱和的森林土壤是大气甲烷(CH4)汇和氧化亚氮(N2O)源,大气氮沉降增加是导致森林土壤碳氮气体通量不平衡的主要原因之一。土壤CH4吸收和N2O排放之间存在协同、消长和随机等复杂的耦合关系,关于氮素对两者产生过程的调节作用以及内在的微生物学机制至今尚不完全清楚。综述了森林土壤CH4吸收和N2O排放耦合过程的理论基础,土壤CH4和N2O的产生与消耗过程对增氮响应的生物化学和微生物学机制,指出各研究领域的不足和未来的研究重点。总体而言,低氮倾向于促进贫氮森林土壤CH4吸收,不改变土壤N2O的排放,而高氮显著抑制富氮森林土壤CH4吸收以及促进N2O排放。外源性氮素通过竞争抑制和毒性抑制来调控森林土壤CH4的吸收,而通过促进土壤硝化和反硝化过程来增加N2O的排放。然而,由于全球氮沉降控制试验网络分布的不均匀性、土壤碳氮通量产生过程的复杂性以及微生物分子生态学方法的局限性等原因,导致氮素对森林土壤碳氮通量的调控机制研究一直进展缓慢,未能将微生物功能群落动态与土壤碳氮通量真正地联系起来。未来研究应该从流域、生态系统和分子尺度上深入探讨土壤碳氮通量耦合作用的环境驱动机制,氮素对土壤CH4氧化和N2O产生过程的调控作用,以及增氮对土壤甲烷氧化菌和N2O产生菌活性和群落组成的影响。     

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。     

Methane and nitrous oxide emissions from rice paddy fields as affected by nitrogen fertilisers and water management

Methane and N₂O emissions affected by nitrogen fertilisers were measured simultaneously in rice paddy fields under intermittent irrigation in 1994. Ammonium sulphate and urea were applied at rates of 0 (control), 100 and 300 kg N ha^-1. The results showed that CH₄ emission, on the average, decreased by 42 and 60% in the ammonium sulphate treatments and 7 and 14% in the urea treatments at rates of 100 and 300 kg N ha^-1, respectively, compared to the control. N₂O emission increased significantly with the increase in the nitrogen application rate. N₂O emission was higher from ammonium sulphate treatments than from the urea treatments at the same application rate. A trade-off effect between CH₄ and N₂O emission was clearly observed. The N₂O flux was very small when the rice paddy plots were flooded, but peaked at the beginning of the disappearance of floodwater. In contrast, the CH₄ flux peaked during flooding and was significantly depressed by mid-season aeration (MSA). The results suggest that it is important to evaluate the integrative effects of water management and fertiliser application for mitigating greenhouse gas emissions in order to attenuate the greenhouse effect contributed by rice paddy fields.     

水稻品种与氮肥施用水平对田间褐飞虱发生的影响

于2010年在田间条件下研究了水稻品种和氮肥施用水平(250 kg/hm2有效氮,125 kg/hm2有效氮及不施氮肥的处理)对褐飞虱Nilaparvata tugens(St(a)l)发生的影响.结果表明,8月10日-9月10日期间,南粳44、宁粳1号、丙123、淮稻9号4个水稻品种上褐飞虱虫量显著低于感虫对照TN1...     

茉莉酸甲酯和虫害诱导棉花对棉蚜及其天敌选择行为的影响

以棉蚜及其天敌十一星瓢虫、叶色草蛉为对象,通过Y型嗅觉仪测定了3种昆虫对不同味源物的行为反应。结果表明,健康棉株叶片对棉蚜的吸引作用与虫害棉叶和茉莉酸甲酯(MeJA)处理棉叶未存在显著性差异;十一星瓢虫和叶色草蛉对虫害棉叶的选择性是健康棉叶的2.7和2.2倍(P<0.001),对MeJA处理棉叶的选择性明显高于健康叶片(P<0.001),其中0.02μmol.mL-1处理的棉叶对天敌的吸引力最强,单一的MeJA对十一星瓢虫和叶色草蛉也具有吸引作用。     

种植密度与施氮量对麦茬复种饲料油菜土壤微生物活性的影响

通过田间小区试验,研究了不同油菜种植密度与施氮肥对麦茬复种饲料油菜耕层土壤(0～5 cm)微生物活性的影响.结果表明,复种油菜能显著或极显著性提高耕层土壤微生物量碳(C_mic)、土壤微生物量氮(N_mic)、土壤细菌数(SBN)、土壤真菌数(SFN)和土壤放线菌数(SAN),而显著降低土壤微生物量碳/氮比(C_mic/N_mic).随油菜种植密度的提高,耕层C_mic、C_mic/N_mic、SBN呈逐渐增加态势,而N_mic、SAN呈降低趋势.随着施氮肥梯度增加,耕层SFN显著提高,C_mic和N_mic呈先降低后增加再降低趋势,以1 000 kg·hm^-2施肥处理最高.SFN和收获期SAN为先降低后升高,苗期SAN则为先升高后降低.相同处理油菜收获期各土壤微生物活性指标均高于苗期,而600 kg·hm^-2苗期SAN则相反.SBN和SAN与C_mic、N_mic呈正相关,与C_mic/N_mic呈负相关,SFN与C_mic、N_mic及C_mic/N_mic之间均无明显相关性.     

施氮和肥料添加剂对水稻产量、氮素吸收转运及利用的影响

在苏南太湖地区开展田间试验,研究了施氮和肥料添加剂对水稻产量、氮素吸收转运及利用的影响.结果表明:施氮对水稻产量、各生育时期植株累积吸氮量、阶段氮累积量和花后氮素转运量具有显著的促进作用(P＜0.01),当施氮量高于200 kg·hm-2时,增施氮肥的增产效应不显著(P＞0.05);花后氮素转运率和氮肥利用率均随施氮量的增加而降低.施用肥料添加剂可进一步提高水稻产量、累积吸氮量、花后氮素转运量和氮肥利用率,且该效应在高施氮量( ≥200 kg·hm-2)条件下表现更明显.本试验条件下不施用肥料添加剂时,施氮150kg·hm-2可同时获得较高的产量和氮肥利用率.     

有机无机肥配施提高麦-稻轮作系统中水稻氮肥利用率的机制

采用盆栽试验,研究了有机无机肥配施对麦-稻轮作系统中水稻氮素累积动态和土壤氮素供应动态的影响,并从微生物学角度探讨了有机无机肥协同提高水稻氮肥利用率的机制.结果表明：有机无机肥配施处理的土壤微生物生物量碳、氮和矿质态氮在水稻分蘖期前低于化肥处理,而在抽穗期至灌浆期显著高于其他处理.土壤氮素供应动态与水稻吸收利用氮素规律吻合程度最高,促进了水稻产量、生物量和氮素累积量的增加,显著提高了水稻的氮肥利用率.其主要机制是有机无机肥配施促进了土壤微生物繁殖,使其在水稻生育前期固持了较多的矿质氮,在水稻生育中、后期这些氮素逐渐被释放以供水稻吸收利用,较好地满足了水稻各阶段生长发育对氮素养分的需求.     

高产水稻品种及种植方式对稻田甲烷排放的影响

采用大田试验研究了不同水稻品种（早稻：超级稻“陆两优996”和常规稻“创丰1号”;晚稻：T优259）及不同种植方式（直播和移栽）对稻田甲烷排放通量的影响.结果表明：早稻晒田前甲烷排放量占排放总量的52%～73%,排水晒田减少了甲烷排放通量;晚稻生育前期甲烷排放量占生长期间甲烷排放总量的70%.早稻直播方式的甲烷排放通量均值低于移栽种植方式,但甲烷排放总量大于移栽种植方式;晚稻直播方式的甲烷排放通量均值与排放总量都大于移栽种植方式.早、晚稻直播方式的单位稻谷甲烷排放量与移栽种植方式间均存在显著差异,早稻中超级稻和常规稻直播方式的单位稻谷甲烷排放量分别比移栽方式高4.84和3.48 g·kg^-1稻谷,常规稻的甲烷排放量高于超级稻;晚稻直播方式的单位稻谷甲烷排放量比移栽方式高6.67 g·kg^-1稻谷.相同面积、相同时间不同种植方式的稻田甲烷排放量、单位经济产量甲烷排放量表现为：早稻：常规稻直播＞常规稻移栽＞超级稻直播＞超级稻移栽;晚稻：直播＞移栽.