不同水分管理方式下水稻生长季N2O排放量估算：模型应用

基于田间原位测定结果,作者建立了不同水分管理方式下稻田N₂O排放估算的统计模型. 在模型验证和输入参数检验的基础上, 本研究应用模型估算了20世纪50～90年代我国稻田水稻生长季N₂O直接排放量. 结果表明, 由于水稻种植面积和氮输入量的增加、以及水分管理方式的变化, 稻田N₂O-N季节排放量从20世纪50年代平均每年9.55 Gg增加到了90年代每年32.26 Gg, 同期伴随着水稻单产的增加. 在20世纪50～90年代间, 我国水稻生产的N₂O-N排放量以平均每10 a6.74 Gg的速度递增. 20世纪50年代和90年代稻田N₂O-N季节排放通量平均分别为0.32 kg·hm^-2和1.00 kg·hm^-2, 相当于季节氮输入总量的0.37%和0.46%. 本研究模型估算50～90年代间稻田N₂O季节排放量的不确定性为59.8%～37.5%. 就全国稻田的不同种植区域而言, 长江中下游地区稻田水稻生长季N₂O排放量占全国稻田N₂O排放总量的51%～56%. 20世纪90年代水稻生长季N₂O排放量约占我国农田N₂O年总排放量的8%～11%. 相对于旱地作物而言, 过去几十年水稻生产的发展在很大程度上减缓了我国农业生产的N₂O排放. 然而, 随着水稻生产中节水灌溉的推广和氮肥施用量的增加, 我国稻田N₂O季节排放量预计将相应增加.     

不同水分管理方式下水稻生长季N_2O排放量估算:模型验证和输入参数检验

利用2005～2007年我国稻田N2O排放通量的田间原位测定资料和国际上其它地区稻田N2O报道结果,对作者建立的不同水分管理方式下水稻生长季N2O排放估算模型进行了验证.结果表明,持续淹水稻田N2O排放的拟合结果与其他地区淹水稻田N2O通量值相一致.淹水-烤田-淹水的水分管理方式下,稻田N2O排放的拟合值接近于国际上同类研究结果.淹水-烤田-淹水-湿润灌溉的水分管理方式下,稻田N2O排放的估算模型对田间原位测定资料有很好的适切性.为了检验模型输入参数的可信度,将本研究建立的有关我国水稻生产的相关资料数据库与以往研究报道结果进行了比较,结果表明,两者具有高度的一致性.数据库资料表明,在20世纪50～70年代间,持续淹水稻田占20%～25%,大约75%～80%的稻田采用淹水-烤田-淹水的水分管理方式.在20世纪80～90年代间,采用持续淹水,淹水-烤田-淹水和淹水-烤田-淹水-湿润灌溉水分管理方式的稻田分别约占12%～16%、77%和7%～12%.20世纪50年代水稻生长季平均每季总施氮量为87.49 kg·hm-2,而90年代平均为224.64 kg·hm-2.其中,化学氮肥的施用量从20世纪50年代的37.4 kg·hm-2增加到了90年代的198.8 kg·hm-2,分别占水稻生长季氮输入总量的43%和88%.在20世纪50～70年代间有机氮的输入量相对比较稳定,平均变幅在45.2～48.2 kg·hm-2之间,随后逐步降低,有机肥料氮占氮输入总量的比例从20世纪50年代的52%降低到了90年代的9%.作物残体N输入量从20世纪50年代的4.9 kg·hm-2增加到了80年代的6.3 kg·hm-2.20世纪50～70年代水稻生长季氮肥施用量具明显的空间变异性,而80～90年代间其空间变异较小.模型验证和输入参数检验的结果表明,该模型能较好地模拟我国不同水分管理方式下的稻田N2O直接排放量.     

不同水分管理方式下水稻生长季N_2O排放量估算:模型建立

我国水稻生产中往往采用多种水分管理方式,如持续淹水、淹水-烤田-淹水和淹水-烤田-淹水-湿润灌溉等. 水分管理方式的不同会引起水稻生长季N2O排放的显著变化. 本研究收集和整理了2005年以前17篇国内外文献报道的有关我国稻田N2O季节排放通量的71组田间原位测定资料,每组资料包括稻田氮肥施用的种类和施用量、水分管理方式、N2O季节排放量等数据,旨在建立不同水分管理方式下水稻生长季N2O直接排放量的估算模型. 分析结果表明,持续淹水稻田N2O季节排放量与施氮量无明显相关关系,在淹水-烤田-淹水和淹水-烤田-淹水-湿润灌溉的水分管理方式下,两者呈极显著线性正相关关系. 持续淹水稻田N2O季节排放总量相当于施氮量的0.02%. 基于普通最小二乘法(OLS)分析技术建立的线性回归模型估算结果表明,淹水-烤田-淹水的水分管理方式下稻田肥料氮的N2O排放系数为0.42%,但N2O季节背景排放量不显著. 在淹水-烤田-淹水-湿润灌溉的水分管理方式下,水稻生长季肥料N的N2O排放系数和N2O-N背景排放量分别为0.73%和0.79 kg·hm-2. 残差分析和效能分析显示模型具有较好的适切性. 综合3种水分管理方式,我国稻田水稻生长季N的N2O排放系数和N2O-N背景排放量平均分别为0.54%和0.43 kg·hm-2. 相对于旱作农田而言,水稻生长季肥料N的N2O排放系数较低,意味着水稻生产较旱地作物可能更有利于减缓我国农业N2O排放. 本研究建立的模型可以用于我国稻田水稻生长季N2O直接排放量的估算.     

不同水分管理方式下水稻生长季N2O排放量估算：模型验证和输入参数检验

利用2005～2007年我国稻田N₂O排放通量的田间原位测定资料和国际上其它地区稻田N₂O报道结果,对作者建立的不同水分管理方式下水稻生长季N₂O排放估算模型进行了验证. 结果表明,持续淹水稻田N₂O排放的拟合结果与其他地区淹水稻田N₂O通量值相一致. 淹水-烤田-淹水的水分管理方式下,稻田N₂O排放的拟合值接近于国际上同类研究结果. 淹水-烤田-淹水-湿润灌溉的水分管理方式下,稻田N₂O排放的估算模型对田间原位测定资料有很好的适切性. 为了检验模型输入参数的可信度,将本研究建立的有关我国水稻生产的相关资料数据库与以往研究报道结果进行了比较,结果表明,两者具有高度的一致性. 数据库资料表明,在20世纪50～70年代间,持续淹水稻田占20%～25%,大约75%～80%的稻田采用淹水-烤田-淹水的水分管理方式. 在20世纪80～90年代间,采用持续淹水,淹水-烤田-淹水和淹水-烤田-淹水-湿润灌溉水分管理方式的稻田分别约占12%～16%、 77%和7%～12%. 20世纪50年代水稻生长季平均每季总施氮量为87.49 kg·hm^-2,而90年代平均为224.64 kg·hm^-2. 其中,化学氮肥的施用量从20世纪50年代的37.4 kg·hm^-2增加到了90年代的198.8 kg·hm^-2,分别占水稻生长季氮输入总量的43%和88%. 在20世纪50～70年代间有机氮的输入量相对比较稳定,平均变幅在45.2～48.2 kg·hm^-2之间,随后逐步降低,有机肥料氮占氮输入总量的比例从20世纪50年代的52%降低到了90年代的9%. 作物残体N输入量从20世纪50年代的4.9 kg·hm^-2增加到了80年代的6.3 kg·hm^-2. 20世纪50～70年代水稻生长季氮肥施用量具明显的空间变异性,而80～90年代间其空间变异较小. 模型验证和输入参数检验的结果表明,该模型能较好地模拟我国不同水分管理方式下的稻田N₂O直接排放量.     

不同水分管理方式下水稻生长季N2O排放量估算:模型建立

我国水稻生产中往往采用多种水分管理方式,如持续淹水、淹水-烤田-淹水和淹水-烤田-淹水-湿润灌溉等. 水分管理方式的不同会引起水稻生长季N₂O排放的显著变化. 本研究收集和整理了2005年以前17篇国内外文献报道的有关我国稻田N₂O季节排放通量的71组田间原位测定资料,每组资料包括稻田氮肥施用的种类和施用量、水分管理方式、N₂O季节排放量等数据,旨在建立不同水分管理方式下水稻生长季N₂O直接排放量的估算模型. 分析结果表明,持续淹水稻田N₂O季节排放量与施氮量无明显相关关系,在淹水-烤田-淹水和淹水-烤田-淹水-湿润灌溉的水分管理方式下,两者呈极显著线性正相关关系. 持续淹水稻田N₂O季节排放总量相当于施氮量的0.02%. 基于普通最小二乘法（OLS）分析技术建立的线性回归模型估算结果表明,淹水-烤田-淹水的水分管理方式下稻田肥料氮的N₂O排放系数为0.42%,但N₂O季节背景排放量不显著. 在淹水-烤田-淹水-湿润灌溉的水分管理方式下,水稻生长季肥料N的N₂O排放系数和N₂O-N背景排放量分别为0.73%和0.79 kg·hm^-2. 残差分析和效能分析显示模型具有较好的适切性. 综合3种水分管理方式,我国稻田水稻生长季N的N₂O排放系数和N₂O-N背景排放量平均分别为0.54%和0.43 kg·hm^-2. 相对于旱作农田而言,水稻生长季肥料N的N₂O排放系数较低,意味着水稻生产较旱地作物可能更有利于减缓我国农业N₂O排放. 本研究建立的模型可以用于我国稻田水稻生长季N₂O直接排放量的估算.     

Characteristics and factors of the N20 emission from the continuous cropping paddyfield in irrigation area of the Yellow River

黄河上游灌区高产连作稻田氮肥的过量施用引起土壤氮素盈余,进而导致稻田N2O排放量增大.为了探明水稻连作模式下稻田N2O排放特征及影响因素,采用静态箱-气相色谱法,开展了为期2年的连作水稻田试验研究.试验共设置3个施氮处理,包括常规氮肥300kg.hm-2（N300）、优化氮肥240kg.hm-2（N240）和对照不施氮肥（N0）,并在稻田连作的第2年,对N240处理灌溉节水30%.2年连作试验结果表明,水稻生长季稻田N2O排放主要发生在水稻施基肥后及水稻生长的中后期,在稻田灌水泡田后N2O排放速率达最大值.稻田高氮肥（300kg.hm-2）施用显著增加N2O的排放量,优化氮肥（240kg.hm-2）处理可有效降低土壤N2O排放量（p〈0.01）.水稻生长季稻田淹水状态时N2O排放量极低,稻田灌溉节水会相应增加土壤N2O排放量.土壤温度变化对稻田N2O的生成和排放会产生较大影响,但受稻田肥水管理等因素的影响,温度与N2O排放量相关性不显著.灌区稻田土壤N2O排放通量与田面水NO3--N含量变化及耕层0～40cm土壤NO3--N积累量变化有显著的相关性.稻田连作显著增加了耕层土壤剖面0～40cm土层NO3--N的积累量,耕层土壤NO3--N积累量的增加进而加大了土壤N2O排放的风险.在宁夏黄灌区稻田常规灌水和高氮肥（300kg.hm-2）水平下,2年连作稻田水稻生长季土壤N2O总排放量分别达55.98×104kg.a-1和51.48×104kg.a-1,在100a时间尺度上的全球增温潜势（GWPs）均值为16.02×107kg.hm-2（以CO2计）,表明黄灌上游灌区高氮肥施用导致稻田N2O排放量增大,由此引起的增温潜势严重.     

黄河上游灌区连作稻田N2O排放特征及影响因素

黄河上游灌区高产连作稻田氮肥的过量施用引起土壤氮素盈余,进而导致稻田N2O排放量增大.为了探明水稻连作模式下稻田N2O排放特征及影响因素,采用静态箱-气相色谱法,开展了为期2年的连作水稻田试验研究.试验共设置3个施氮处理,包括常规氮肥300kg.hm-2(N300)、优化氮肥240kg.hm-2(N240)和对照不施氮肥(N0),并在稻田连作的第2年,对N240处理灌溉节水30%.2年连作试验结果表明,水稻生长季稻田N2O排放主要发生在水稻施基肥后及水稻生长的中后期,在稻田灌水泡田后N2O排放速率达最大值.稻田高氮肥(300kg.hm-2)施用显著增加N2O的排放量,优化氮肥(240kg.hm-2)处理可有效降低土壤N2O排放量(p<0.01).水稻生长季稻田淹水状态时N2O排放量极低,稻田灌溉节水会相应增加土壤N2O排放量.土壤温度变化对稻田N2O的生成和排放会产生较大影响,但受稻田肥水管理等因素的影响,温度与N2O排放量相关性不显著.灌区稻田土壤N2O排放通量与田面水NO3--N含量变化及耕层0～40cm土壤NO3--N积累量变化有显著的相关性.稻田连作显著增加了耕层土壤剖面0～40cm土层NO3--N的积累量,耕层土壤NO3--N积累量的增加进而加大了土壤N2O排放的风险.在宁夏黄灌区稻田常规灌水和高氮肥(300kg.hm-2)水平下,2年连作稻田水稻生长季土壤N2O总排放量分别达55.98×104kg.a-1和51.48×104kg.a-1,在100a时间尺度上的全球增温潜势(GWPs)均值为16.02×107kg.hm-2(以CO2计),表明黄灌上游灌区高氮肥施用导致稻田N2O排放量增大,由此引起的增温潜势严重.     

华北平原玉米-小麦轮作农田N2O交换通量的研究

以华北地区冬小麦-夏玉米轮作农田为研究对象,运用静态箱法对正常施肥及正常施肥结合秸秆还田农田N2O交换通量进行了连续1 a对比研究.正常施肥及正常施肥结合秸秆还田样地N2O全年的累积排放量分别为7.61 kg.hm-2和12.6kg.hm-2,其中秸秆还田引起N2O排放明显增加主要发生在玉米生长季节.两种处理样地在玉米季N2O的排放量占全年累积排放的57%～86%,表明华北玉米-小麦轮作体系中N2O排放主要集中在玉米季.各次施肥后10 d内N2O的累积排放量约占全年总排放量的71%～88%,显然现有化肥极大促进了华北农田N2O排放.     

猪粪化肥配施对双季稻田CH4和N2O排放及其全球增温潜势的影响

以湖南典型红壤双季稻田系统为研究对象,采用静态箱-气相色谱法研究了水稻生长季基肥配施猪粪条件下CH4和N2O的排放特征,并估算了排放的CH4和N2O的全球增温潜势(GWP).结果表明,与施用化肥处理相比,猪粪化肥配施对稻田CH4和N2O排放的季节变化模式无明显影响,但影响其排放量大小.两个稻季,猪粪替代50%化学氮肥处理(1/2N+PM)CH4累积排放量较不施氮肥处理(0N)、50%化学氮肥处理(1/2N)、100%化学氮肥处理(N)分别提高54.83%、33.85%和43.30%(P<0.05);1/2N+PM处理N2O累积排放量较N处理显著降低67.50%,较0N处理、1/2N处理分别提高129.43%、119.23%(P<0.05).水稻生长季CH4是GWP的主要贡献者,占CH4和N2O综合GWP的99%以上.1/2N+PM处理的GWP显著高于其他处理(P<0.05),且1/2N+PM处理单位产量GWP最高,较N处理、1/2N处理、0N处理分别提高58.21%、26.82%、20.63%.因此,双季稻田猪粪替代部分化学氮肥较全部施用化学氮肥增加了双季稻田CH4和N2O排放的综合温室效应,其对温室气体排放的影响需在区域温室气体排放清单中加以考虑.     

湖南地区不同集约化栽培模式下双季稻稻田CH4和N2O的排放规律

采用静态暗箱-气相色谱法研究了湖南双季稻稻田不施氮(NN)、当地常规(FP)、高产高效(YE)、再高产(HY)、再高效(HE)5种不同栽培模式下温室气体(CH4、N2O)的排放规律.结果表明:水稻生长季CH4累积排放量变化为(206.5±37.5) kg· hm-2(FP,早稻)～(490.5±65.7) kg·hm-2(HE,晚稻),N2O-N累积排放量变化为(0.08±0.05) kg·hm-2(NN,早稻)～(0.326±0.15) kg·hm-2(HY,晚稻).不同栽培模式对CH4和N2O的排放都有显著影响(p＜0.05).HE模式CH4排放显著高于其他模式62％～ 87％(p＜0.05),尤其是晚稻季节;除NN模式外,其他4种模式间N2O排放差异不显著.冬季休闲期也是CH4和N2O排放的重要时期,分别占全年排放量的9.7％～19.7％和42％～ 62％.CH4主导了稻田不同栽培模式下的综合温室效应,在各模式中均占95％以上.施氮肥提高了作物产量,降低了温室气体强度(GHGI).在5种模式中,YE和HY模式温室气体强度较小,HY模式下仅为(0.97±0.16) kg·kg-1(以每kg产量排放的CO2当量计).因此,与FP模式相比,YE和HY模式既能提高产量和氮肥利用率,也能减缓温室效应;但HE模式排放的温室气体较高,在实际应用前尚需进一步研究.     

Simulation of temporal and spatial change of N2O emissions in the Yangtze River Delta

A biogeochemical model(DNDC) is combined with a plant ecological model to estimate N2O emission from rice paddy fields in the Yangtze River Delta region. The model is driven by local meteorological, soil, and physiological data and is validated for 1999 and 2000 at a site in the region, which showed that the simulated N2O emissions agree fairly well with the observed data. This adds some confidence in the estimated N2O emissions during 1950 and 2000 in the Hangzhou Region. A significant correlation between the N2O emissions and the population for the Hangzhou Region is found, which is due to a combination of increased application of fertilizers and cultivated area.Such a correlation can not be established for the whole Yangtze River Delta region when the data of both urban and rural are as areincluded. However, when the data from the heavily urbanized areas are excluded, a significant correlation between population and N2O emissions emerges. The results show clearly that both the temporal and the spatial N2O emissions have significant positive relationship with population under traditional farming practice. These results have implications for suitable mitigation options towards a sustainable agriculture and environment in this region.     

Minimizing N_20 fluxes from full-scale municipal solid waste landfill with properly selected cover soil

Municipal solid waste landfills emit nitrous oxide(N_2O)gas.Assuming that the soil cover is the primary N_2O source from landfills, this study tested,during a four-year project,the hypothesis that the proper use of chosen soils with fine texture minimizes N_2O emissions.A full-scale sanitary landfill,a full-scale bioreactor landfill and a cell planted with Nerium indicum or Festuca arundinacea Schreb,at the Hangzhou Tianziling landfill in Hangzhou City were the test sites.The N_2O emission rates from all test sites were considerably lower than those reported in the published reports.Specifically,the N_2O emission rate was dependent on soil water content and nitrate concentrations in the cover soil.The effects of leachate recirculation and irrigation were minimal.Properly chosen cover soils applied to the landfills reduced N_2O flux.     

煤粉再燃对锅炉CO及N2O排放控制的试验研究

结合CO和N2O的生成及分解机理，利用2．11 WM燃煤半工业炉进行了煤粉再燃试验，研究了煤粉再燃技术对锅炉CO和N2O排放的控制效果．试验发现，随再燃比的增加和再燃区过量空气系数的减少，CO和N2O的脱除效果增强；过高或过低的一级燃烧区过量空气系数均不利于CO的脱除；N2O的脱除随一级燃烧区过量空气系数的增大而增大．煤粉炉应用煤粉再燃技术可以实现CO和N2O的同时脱除，因而可开发该技术在燃煤锅炉中的多种污染物联合控制能力。     

废物管理活动中N_2O产生及排放研究进展

N_2O是一种重要的温室气体,并且对臭氧层有严重的破坏作用,因而在全球气候变化研究中受到广泛关注。随着人类活动的加剧,全球废物排放量呈上升趋势,且废物管理活动中产生的N_2O显著增加了全球温室气体的排放。废物管理活动中N_2O排放源主要包括废水处理、动物粪肥管理及生活垃圾处理处置系统。目前对废物管理活动中N_2O排放缺乏全面认识,文章综述了废物管理活动中N_2O排放机理及产生规律,指出应加强废物管理活动中N_2O减量化方向的研究。     

小兴安岭毛赤杨沼泽CH4、N2O排放规律及其对人为干扰的响应

选择小兴安岭山区毛赤杨（Alnus sibirica）沼泽为研究对象,利用静态暗箱-气相色谱法,研究两个生长季内（2007年和2008年）沼泽湿地在自然状态下CH4、N2O排放通量的变化规律及其主要影响因素,以及在不同采伐干扰（皆伐、45%择伐）方式下,CH4和N2O排放通量的变化过程.结果表明,2007年CH4和N2O平均排放通量分别为1.03 mg·m-2·h-1和58.56μg·m-2·h-1,2008年分别为20.57 mg·m-2·h-1和17.41 μg·m-2·h-1; CH4排放高峰期均发生在夏、秋两季,N2O排放规律不明显.皆伐沼泽和45%择伐沼泽CH4平均排放量分别为597.06、237.05 μg·m-2·h-1,N2O平均排放量分别为35.84、114.51μg·m-2·h-1;与天然沼泽相比,CH4排放量明显下降,N2O排放通量明显升高.水位是CH4排放的主要影响因子,但当水位达到一定高度时不再成为限制因子,土壤温度与CH4排放相关性显著,相对较低水位与相对较高土壤温度有利于N2O排放;积水水位是影响沼泽不同年份CH4和N2O通量排放差异的主要影响因子,采伐引起的土壤温度和水位的变化是干扰地与对照地CH4和N2O排放产生差异的主要原因.