农田土壤固碳措施的温室气体泄漏和净减排潜力

农田土壤固碳措施作为京都议定书认可的大气CO2减排途径受到了广泛关注.研究表明,农田土壤固碳措施在主要农业国家和全球都具有很大的固碳潜力.但是,实施农田土壤固碳措施有可能影响农业中化石燃料消耗和其他农业投入的CO2排放和非CO2温室气体排放.这些土壤碳库以外的温室气体排放变化可能抵消部分甚至全部土壤固碳效果,构成了农田土壤固碳措施的温室气体泄漏.因此,将土壤固碳和温室气体泄漏综合计算的净减排潜力成为了判定土壤固碳措施可行性的首要标准.综述总结了目前较受重视的一些农田措施(包括施用化学氮肥、免耕和保护性耕作、灌溉、秸秆还田、施用禽畜粪便以及污灌)的土壤固碳潜力,温室气体泄漏和净减排潜力研究成果.结果表明,温室气体泄漏可抵消以上措施土壤固碳效益的-241%～660%.建议在今后的研究中,应该关注土壤碳饱和、气候变化及土地利用变化对农田固碳措施温室气体泄漏和净减排潜力的评估结果的影响.     

大气CO2浓度升高对稻季土壤中麦秸降解及氮素分趋的影响

利用中国唯一的稻麦轮作FACE(free-air carbon dioxide enrichment,开放式空气CO2浓度增高)试验平台,研究大气CO2浓度升高对稻季土壤中小麦秸秆降解速率及其氮素分趋的影响.试验设置Ambient(目前空气对照)和FACE(Ambient+200 μmol·mol-1)两个CO2浓度以及低氮处理(LN,150 kg·hm-2)和高氮处理(HN,250 kg·hm-2)两个氮肥水平,在稻季之初按标记麦秸/土壤重量比0.3%添加15N标记小麦秸秆,根据水稻生长时期依次采样测定秸秆降解速率,并通过分析土壤全氮、植株全氮及其15N丰度来观察已降解秸秆的氮素分趋情况.结果发现,大气CO2浓度升高对高氮处理土壤中小麦秸秆降解速率没有显著影响,但显著促进了低氮处理土壤中小麦秸秆的降解(p < 0.05),使其提高到与高氮处理土壤相当水平;大气CO2浓度升高显著增加了已降解秸秆中氮素的流失,在高氮处理土壤中尤为严重,而对植物吸收已降解秸秆中的氮素没有显著影响.结果表明,大气CO2浓度升高在土壤氮素相对不足时会加速土壤中小麦秸秆的降解,而在土壤氮素相对充足时又会加大降解秸秆中氮素的流失.     

添加氮肥对沙地樟子松幼苗生物量分配与叶片生理特性的影响

设计5个氮肥(NH4NO3)添加水平(g.m-2):0(CK)、10.0(N1)、20.0(N2)、40.0(N3)和50.0(N4),研究了沙地樟子松幼苗生长与生理学指标的季节变化。结果表明,添加氮肥促进了幼苗的高生长、相对生长速率、单株总生物量的增加,对叶片相对含水量没有影响;N4水平促进了叶片脯氨酸含量的积累。单叶重、株高、地径、叶重比、叶绿素(a b)、叶绿素a以及叶绿素b含量等均在N3水平下达到最大值。在1个生长季的观测中,添加氮肥主要促进了樟子松幼苗在5~7月份的生长,其中N3水平对樟子松幼苗生长发育的促进作用最大。     

我国农牧交错区耕作方式与施氮量对小麦氮素利用的影响

在我国内蒙古自治区赤峰市农牧交错区研究了不同耕作方式及不同施氮量对小麦氮肥吸收利用和产量的影响.结果表明：长期实施保护性耕作使小麦对氮素的利用率提高3%～4%,减轻氮肥对农田环境的污染;保护性耕作有利于促进小麦对氮素的吸收,提高小麦产量.当施氮量由120 kg·hm^-2增加到360 kg·hm^-2时,小麦对氮素的吸收利用由36.5%降低为26%;氮素损失增加约5%,对应的氮素损失量则从60 kg·hm^-2增加到约200 kg·hm^-2,对环境的污染明显增加.小麦对上季残留氮素的利用受耕作方式影响较小,受上季施氮量影响较大,总体趋势为施氮量越高,小麦利用率越低,损失越多.经过两季小麦种植后,小麦-土壤系统回收的总氮素比例约为44%～50%,其中土壤残留氮素约占施氮量的13%～18%.     

过量施氮对冬小麦生产力的影响

设置0、70、140、210和280 kg N·hm ^-2 5个施N梯度, 对冬小麦(Triticum aestivum)旗叶光合速率(A_leaf)、群体冠层光合速率(A_canopy)、作物生长速率(CGR)和籽粒产量(GY) 4个生产力水平进行综合观测研究, 结果发现: 在0-210 kg N·hm ^-2区间, A_leaf、A_canopy、CGR和GY都随施N量的增大而增大; 在施N量由210增加到280 kg N·hm ^-2时, GY没有显著变化, 而灌浆期A_leaf、开花期和灌浆期A_canopy、开花-成熟阶段CGR有显著减小。综合分析认为: 1)过量施N (280 kg N·hm ^-2)能显著降低灌浆期冬小麦A_leaf、A_canopy和CGR, 进而抑制GY; 2)过量施N对冬小麦光合生产力的抑制作用主要发生在灌浆期; 3)在A_leaf、A_canopy、CGR和GY 4个生产力指标中, A_canopy对过量施N的反应最敏感。     

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.     

施氮水平和收获时期对夏玉米产量和籽粒品质的影响

为明确黄淮海夏玉米适宜的施肥量和最佳收获时期,设计了5个氮肥水平（不施肥、113、181、249和375 kg N·hm^-2）和2个收获时期（S₁：9月23日,农民习惯收获时间;S₂：9月29日,推迟6 d收获）,研究施氮量和收获时期对夏玉米产量和品质的影响.结果表明：随施肥量增加,夏玉米穗粒数、千粒重和产量均增加,但差异不显著,其中施肥量在113～181 kg N·hm^-2的玉米产量、氮素利用效率均相对较高;随施肥量增加,夏玉米蛋白质和赖氨酸含量增加,淀粉含量降低.与9月23日蜡熟期收获相比,9月29日完熟期收获的夏玉米籽粒千粒重、产量、淀粉和赖氨酸含量均增加,籽粒蛋白质和脂肪含量降低.依据产量水平,黄淮海高产夏玉米区适宜的施肥量在113～180 kg N·hm^-2,最佳收获时期应推迟至9月29日-10月5日.     

玉/豆和玉/薯模式下氮肥运筹对玉米氮素利用和土壤硝态氮残留的影响

过量施用氮肥造成的环境问题日益严重,氮肥合理使用已成为人们研究的热点.本文研究了西南玉米两种主要套作模式下氮肥运筹对玉米氮素利用和土壤硝态氮残留的影响.结果表明：连续分带轮作种植玉/豆模式后,玉米收获期植株中的氮素积累较玉/薯模式平均提高了6.1%,氮收获指数增加了5.4%,最终使氮肥利用效率提高4.3%,氮素同化量提高了15.1%,氮肥偏生产力提高了22.6%;玉米收获后硝态氮淋溶损失减少,60～120 cm土层中硝态氮残留玉/豆模式较玉/薯模式降低了10.3%,而0～60 cm土层中平均提高了12.9%,有利于培肥地力,两年产量平均较玉/薯模式高1249 kg·hm^-2,增产22%;增加施氮量提高了植株氮素积累,降低了氮肥利用率,显著提高了表层土壤中硝态氮的累积,60～100 cm土层中硝态氮的累积量在0～270 kg·hm^-2处理间差异不显著,继续增加施氮量会显著增加土壤硝态氮的淋溶;氮肥后移显著提高了土壤0～60 cm土层硝态氮的积累.两种模式下施氮量和底追比对玉米氮素吸收和硝态氮残留的影响结果不一致,玉/豆模式以施氮180～270 kg·hm^-2、按底肥∶拔节肥∶穗肥=3∶2∶5的施肥方式有利于提高玉米植株后期氮素积累、氮收获指数和氮肥利用效率,减少了氮肥损失,两年最高产量平均可达7757 kg·hm^-2;而玉/薯模式在180 kg·hm^-2、按底肥∶穗肥=5∶5的施肥方式下,氮素积累利用及产量均优于其他处理,两年平均产量为6572 kg·hm^-2,可实现两种模式下玉米高产、高效、安全的氮肥管理体系.
     

水氮互作对小麦土壤水分利用和茎中果聚糖含量的影响

通过田间试验,以强筋小麦济麦20为材料,设置3个施氮水平：0 kg·hm^-2（N₀）、180 kg·hm^-2（N₁）、240 kg·hm^-2（N₂）;4个灌水处理：不灌水（W₀）、底墒水+拔节水+开花水（W₁）、底墒水+冬水+拔节水+开花水(W₂)、底墒水+冬水+拔节水+开花水+灌浆水(W₃),每次灌水量为60 mm,研究水氮互作对土壤水分含量、旗叶光合速率、倒二茎中果聚糖含量及氮肥和水分利用效率的影响.结果表明：施氮水平为180 kg·hm^-2处理的旗叶光合速率和倒二茎中果聚糖含量较高,籽粒产量、氮肥表观利用效率、氮肥农学利用率和水分利用效率最高;施氮水平为240 kg·hm^-2处理的茎中果聚糖含量较高;不施氮（N₀）或施氮过多（N₂）均不利于小麦籽粒产量、氮肥和水分利用效率的提高.W₁水分处理促进了倒二茎中果聚糖的积累和向籽粒的转运,有利于产量的提高.180 kg·hm^-2施氮水平配合灌溉底墒水+拔节水+开花水的水氮交互处理（N₁W₁）具有较高的籽粒产量及较高的氮肥和水分利用效率,在此基础上增加施氮量或灌水量,小麦旗叶光合速率和倒二茎中果聚糖含量升高,籽粒产量无显著变化或降低,氮肥和水分利用效率降低.     

不同改良剂对珊瑚砂理化性质和氮素固持的影响

高碱环境和土壤养分的匮乏严重限制了我国热带珊瑚岛土壤环境下植物的生长适应能力,因此,珊瑚砂改良对促进珊瑚岛植被恢复,维持珊瑚岛生态环境可持续健康发展具有重要意义。该研究通过室内土柱模拟试验,对比了同一梯度下4种常用土壤改良材料(蛭石、珍珠岩、生物炭和钙基膨润土)对珊瑚砂理化性质、氮素淋溶以及总氮含量的影响。结果表明,与对照(CK)相比,施用生物炭使珊瑚砂pH显著降低1.4%,钙基膨润土、生物炭和蛭石能够显著提高珊瑚砂的阳离子交换量至CK的24.21、10.43和9.43倍。同时,施用生物炭、钙基膨润土和蛭石并不能降低以硝态氮形式为主的氮素淋失,但是能显著减少其他途径的氮素损失,从而达到促进珊瑚砂氮素固持的效果,3种改良剂施用下的珊瑚砂总氮损失相较于CK分别降低了40.92%、27.32%和25.09%。因此,施用生物炭、钙基膨润土和蛭石均能有效提高珊瑚砂土壤质量,对改良珊瑚砂和热带珊瑚岛植被恢复具有重要意义,其中生物炭的改良效果最为显著,是改良珊瑚砂的理想材料。