稻油不同轮作模式对农田甲烷和氧化亚氮排放的影响

以南方稻区不同轮作模式为研究对象,采用静态箱-气相色谱法研究水稻-油菜轮作处理的甲烷（CH₄）和氧化亚氮（N₂O）排放特征,并估算稻田增温潜势（GWP）和温室气体排放强度（GHGI）.结果表明,双季稻田、一季中（晚）稻田、油菜地和休闲地CH₄平均排放量分别为135.25,55.64、5.05和1.89 kg ·hm^-2,稻季CH₄排放占不同轮作周年CH₄排放的91.8%~98.5%,稻田土壤水溶性有机碳与CH₄排放呈显著正相关,常规晚稻稻田CH₄排放比杂交晚稻高18.7%（P<0.05）;双季稻田、一季中（晚）稻田、油菜地和休闲地N₂O平均排放量分别为0.94、0.64、1.38和0.24 kg ·hm^-2,油菜地的N₂O排放占周年排放的57.2%~70.2%,双季稻和一季稻处理的冬闲农田N₂O排放占周年排放的17.8%和30.6%,杂交稻和常规稻稻田N₂O排放无显著性差异;双季稻-冬闲和双季稻-油菜的GWP处理高于稻-油和稻-冬闲处理,稻季排放CH₄的GWP占轮作周年GWP排放的71.2%~90.9%;GHGI以稻-稻-油菜最高,稻-油和稻-冬闲处理较低,综合环境效益和经济效益,建议南方稻区选择杂交晚稻-油菜的种植模式,有利于南方多熟制稻田的温室气体减排.     

广州地区稻田甲烷排放通量研究

1993～1994年连续2a在广州东郊采用自动采样和气相色谱分析系统测量了稻田甲烷的排放率,首次获得了华南地区赤红壤类型稻田甲烷排放特征和排放通量?结果表明:广州地区稻田甲烷排放率的日变化和季节变化随气温?灌溉状态及水稻不同生长期而变化,早稻甲烷平均排放量为1.6mg/(m2·h);晚稻为1.25mg/(m2·h),排放率较国内其他观测点低?在当地常规干湿灌溉方式下,估算得到广东和广西两省稻田甲烷排放总量约为0.26Tg/a?      

双季稻品种根际特征与甲烷排放差异及其关系

为探讨不同水稻品种间甲烷排放差异形成的机制,选取早晚稻各6个品种为供试材料进行大田试验,采用静态暗箱-气相色谱法测定CH4气体.结果表明,早晚稻甲烷排放通量品种间差异显著,全生育甲烷排放通量均值湘早籼24号最高,株两优819最低,相差34. 6%;晚稻种,T优15最高,资优299最低,相差33. 9%.不同双季稻品种间甲烷排放量、单位产量温室效应差异显著.早稻品种的CH4累计排放量介于198. 3～303. 44 kg·hm-2之间,排放量最低是株两优819;单位产量温室效应介于0. 67～1. 40 kg·kg~(-1)之间,陆两优996最低.晚稻品种的CH4累计排放量明显高于早稻,介于291. 93～388. 28kg·hm-2之间,资优299最低;单位产量温室效应介于0. 94～1. 68 kg·kg~(-1)之间,Y两优1号最低.稻田甲烷排放与水稻产量、根冠比、根系孔隙度、土壤溶液Eh值、甲烷浓度、可溶性碳浓度及铵态氮浓度的相关性均达到显著或极显著水平.双季稻品种甲烷排放与水稻根冠比及根孔隙度关系密切,降低早稻品种根系孔隙度或者根冠比可减排甲烷,而晚稻品种则与早稻相反;根际土壤溶液碳氮浓度的降低和Eh值的提高也可减少甲烷的排放.     

稻田CH4的排放及其影响因素研究进展

本文简单介绍了稻田土壤CH4排放研究的进展情况.总结了稻田土壤中CH4的产生是在产甲烷细菌的作用下,通过两种反应完成的.甲烷产生与排放的主要因素包括土壤特性和农业管理措施(肥水措施、作物类型);并提出了今后我国稻田甲烷排放研究应加强的几个方面.     

上海市稻田甲烷排放区域模拟研究

该研究采用CH_4MOD模型模拟了上海全市及各个区域不同水稻种植类型下的稻田甲烷排放,模拟结果显示:2011年,上海市稻田甲烷排放因子为277.15 kg/(hm~2·a),模拟结果得到的区域稻田甲烷排放因子与前人点位研究结果具有一致性;稻田甲烷排放量为2.94万t CH_4,折合61.75万t CO_2当量。按种植类型来分,"水稻+冬"二麦种植类型是最主要的排放源,其次为"水稻+绿肥"种植类型,两者排放占稻田甲烷排放总量的95%以上。按区域分布来看,崇明区、金山区以及市郊农场是最主要的排放源,三者占全市稻田排放总量的54.25%。     

不同水分管理方式下水稻生长季N_2O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 a 6.74 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.     

不同耕作方式对稻田净增温潜势和温室气体强度的影响

免耕技术近年来在南方稻区被广泛推广应用,但该项技术是否有利于减缓稻田综合温室效应目前并不清楚.因此,本文以双季稻-紫云英为研究对象,利用静态箱-气相色谱法分别研究不同耕作方式对稻田CH4和N2O排放、双季稻产量、土壤固碳、稻田净综合增温潜势(GWP)和温室气体强度(GHGI)的影响.试验处理包括常规翻耕(CT)、旋耕(RT)和免耕(NT).结果表明,稻田周年CH4累积排放量为233.5~404.0kg·hm-2·a-1,NT和RT处理分别比CT增加73.1%和35.1%.晚稻生长季CH4排放量占周年CH4排放量的53.7%~66.5%,其中,晚稻移栽至烤田期间CH4累积排放通量占晚稻季排放总量的77.0%~81.3%.稻田N2O累积排放量为4.00~4.82 kg·hm-2·a-1(以N计),但各处理之间没有显著差异.稻田年固碳量为0.36~1.31 t·hm-2·a-1(以C计),其中,NT处理比CT和RT处理分别增加148.4%和261.0%.双季稻周年产量为15.2~17.1 t·hm-2,耕作方式对产量没有显著影响.稻田净GWP为5095.4~7788 kg·hm-2(以CO2当量计),其中,RT和NT处理分别比CT增加52.8%和32.2%.稻田GHGI为0.30~0.46 kg·kg-1(以每kg粮食产量产生的CO2当量计),其中,RT和NT处理分别显著高于CT处理50.1%和45.3%.综上所述,免耕在短期内会增加稻田温室效应,但可以促进土壤固碳量的显著增加,因此,其固碳减排的长期效应还有待观测.     

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.     

稻秸添加对两种水稻土产甲烷古菌及细菌的影响

稻秸还田对水稻土CH4排放有重要影响.本研究通过微宇宙厌氧培养,研究了两种水稻土[江西(JX)和广东雷州半岛(GD)]在稻秸(RS)添加条件下经相对较长时间的厌氧培养后产甲烷古菌及细菌菌群的响应.结果表明,不同RS添加量对JX水稻土产甲烷古菌群落结构有一定的影响,而对GD水稻土产甲烷古菌群落的影响不大. RS添加量与mcr A基因拷贝数之间存在显著正相关关系,JX水稻土的mcr A基因拷贝数变化对RS添加量的响应更敏感.相同RS添加条件下,JX水稻土mcr A基因拷贝数大于GD水稻土.相同稻秸量添加条件下两种水稻土的产甲烷古菌群落结构也有差异. JX水稻土共检测到的产甲烷古菌有Methanosarcinaceae、Methanocellaceae、Methanomicrobiaceae、Methanobacteriaceae以及未知菌群(494 bp). GD水稻土中仅有3大类产甲烷古菌,分别为Methanobacteriaceae、Methanosarcinaceae和Methanocellaceae.对2%RS处理培养第270 d的细菌菌群进行了测序,发现两种水稻土的细菌菌群明显不同,GD水稻土的细菌多样性高于JX水稻土,而其优势细菌数量(共有Longilinea、Acidobacteria/Gp6、Bellilinea及Thermosporothrix)低于JX水稻土(共有Bacillus、Desulfovirgula、Thermosporothrix、Acidobacteria/Gp1、Acidobacteria/Gp3及Ktedonobacter). RS作为底物促进产甲烷古菌的生长.不同类型的水稻土经相对较长时间的厌氧培养后其产甲烷古菌及细菌菌群结构也不同.     

Characteristics of methane emission from wetland rice–duck complex ecosystem

The effects of rice–duck complex ecosystem on methane emission were investigated through two experimental approaches of plot and field experiments in subtropical region of China. Compared with conventional rice fields, the rice–duck ecological planting and breeding model significantly decreased the methane emission from paddy fields. Methane emission flux from rice–duck complex ecosystem presented distinct diurnal and seasonal variations. The diurnal variation in methane emission flux was basically consistent with daily temperature change, and methane emission flux reached a peak from 12 noon to 2 p.m. But the seasonal variation patterns of methane emission flux were not completely consistent between early rice and late rice. The peak of methane emission flux for early rice and late rice, respectively, appeared in the young panicle differentiation stage and the full tillering stage. Moreover, the seasonal fluctuation range of methane emission flux from early rice was smaller than that from late rice, and the total amount of methane emission from late rice also significantly higher than that from early rice. These results clearly indicate the possibility of reducing methane emission under wetland rice–duck complex ecosystem.     

椰糠生物炭对热区双季稻田N2O和CH4排放的影响

基于稻菜轮作模式,选择海南双季稻田为对象进行氧化亚氮（N₂O）和甲烷（CH₄）排放的原位监测,探究椰糠生物炭对该系统稻田温室气体排放的影响.试验设当地常规施肥对照（CON）、氮肥配施20 t·hm^-2生物炭（B1）、氮肥配施40 t·hm^-2生物炭（B2）及不施氮对照（CK）4个处理,采用静态箱-气相色谱法监测整个水稻种植季稻田N₂O和CH₄排放,并估算增温潜势（GWP）和温室气体排放强度（GHGI）.结果表明,早稻季N₂O排放动态与土壤矿质氮含量密切相关,排放集中在水稻苗期与分蘖期施肥后,各处理早稻季N₂O累积排放量为0.18~0.76 kg·hm^-2,相较于CON处理,生物炭处理减排18%~43%,其中B2处理达显著水平;生物炭可能通过促进N₂O的还原减少早稻苗期N₂O排放;提高土壤硝态氮含量而增加了早稻分蘖期N₂O排放.晚稻季N₂O排放集中在抽穗期和成熟期,累积排放量为0.17~0.34 kg·hm^-2,B1处理减排37%,B2增加3%,差异均不显著.稻田CH₄排放高峰出现在早稻季后期与晚稻季前期.各处理早稻季CH₄累积排放量为3.11~14.87 kg·hm^-2,CK较CON处理增排39%,生物炭处理可能提高土壤通气性限制早稻季产CH₄能力,B1和B2处理分别较CON减排28%和71%;晚稻季CH₄累积排放量为53.1~146.3 kg·hm^-2,排放动态与NH₄⁺-N含量极显著正相关,CK和B1分别较CON处理增加52%和99%,B2处理显著增加176% CH₄排放.早稻季B1和B2处理较CON分别增产12.0%和14.3%,晚稻季分别增产7.6%和0.4%.由于晚稻季甲烷排放的增加,施用生物炭增加了双季稻田总增温潜势（GWP）,其中高量生物炭达显著水平;不同施用量生物炭对双季稻田温室气体排放强度（GHGI）无显著影响.椰糠生物炭在热区稻田温室气体减排方面的应用仍需进一步研究.     

覆草旱作稻田CH4和N2O的排放

通过田间试验比较水稻覆草旱作常规施氮肥、覆草旱作推荐施氮肥和常规水作水稻全生育期内稻田土壤微量气体的排放.结果表明,旱作稻田N2O排放总量比水作稻田高1.5~3.7倍,在旱作覆草处理中常规施肥N2O排放较推荐施肥高2.4倍.水作稻田CH4排放总量比旱作稻田多5~6倍,而两旱作处理间差异不显著.水作稻田CH4的排放与水稻生育期关系密切,以分蘖盛期的2.2mg/(m2h)为最大;旱作稻田CH4的排放与施氮关系不明显.施氮是影响旱作稻田N2O排放的关键因素,每次施氮后,旱作稻田均会出现剧烈的排放高峰.水稻不同栽培方式的增温潜势的高低顺序为:覆草旱作常规施氮肥>常规水作>覆草旱作推荐施氮肥.     

不同氮、磷肥用量下双季稻田的CH4和N2O排放

以红壤双季稻田为研究对象,采用静态暗箱-气相色谱法对2009年水稻生长期内不施肥（CK）,平衡施肥（BF）、减氮磷一（DNP1）、减氮磷二（DNP2）和增氮磷（INP）等5个处理的CH4和N2O排放通量以及环境因素进行观测.结果表明,早稻生长期间BF、DNP1、DNP2和INP的CH4平均排放通量为4.57、5.42、...     

不同稻秆处理方式下双季稻温室气体排放通量研究

通过田间试验研究了不同稻秆处理方式下(常规处理(移出稻田+NPK),直接还田(RS)+NPK,原位焚烧还田(BIS)+NPK)双季稻温室气体排放.结果表明,相对于常规处理,RS+NPK处理显著增加CH4排放与减少N2O排放,BIS+NPK处理降低水稻生长季稻田CH4;RS+NPK和BIS+NPK处理稻田N2O排放差异并不显著(P>0.05);早、晚稻秸秆焚烧过程中产生的CH4与焚烧处理田间CH4排放相当,焚烧过程产生的N2O分别为BIS+NPK处理早、晚稻生长季N2O排放总量的90.1%和53.4%,贡献极大.不同处理温室效应表现为RS+NPK>NPK>BIS+NPK,单位产量的温室效应表现为秸秆直接还田处理最高,秸秆原位焚烧处理最低.     

基于MODIS数据的水稻种植面积监测方法研究

以具有较典型丘陵山区特征的福州地区为示范,首先在GIS技术的支持下,通过土地利用现状图、数字高程和海拔高度来提取水稻可能种植区,然后利用2001-2005年的MODIS卫星遥感数据,计算得到水稻可能种植区内的叶面积指数LAI,并分析LAI的年际变化特征,在此基础上建立水稻种植面积估算模式。结果表明:利用MODIS数据监测丘陵山区双季稻种植面积相对误差可小于13%,双季晚稻种植面积监测的准确率优于双季早稻。     

炉渣与生物炭施加对稻田土壤铁还原菌群落结构及甲烷排放影响

为了探究炉渣及生物炭施加处理对稻田土壤铁还原菌群落结构及甲烷排放的影响,在福州某平原稻田中分别进行施加生物炭、炉渣、生物炭+炉渣3种处理,测定早、晚稻生长期稻田甲烷排放通量和可培养铁还原菌数量,并比较施加处理与不施加处理稻田土壤铁还原菌群落结构组成之间的差异.结果表明：废弃物施加能够改变稻田土壤铁还原菌数量,晚稻生物炭施加组的铁还原菌数量显著高于其他3组（P<0.05）;废弃物施加在一定程度上抑制了稻田土壤甲烷的排放,其中早稻混合施加组对甲烷排放的降低作用最为明显;福州平原稻田土壤中铁还原菌种类丰富,分布于10个门,其中厚壁菌门（Firmicutes）和变形菌门（Proteobacteria）为优势菌门相对丰度占比之和大于95%.共鉴定出20个属,其中相对丰度较高的菌属为芽孢杆菌属（Bacillus）、厌氧粘细菌属（Anaeromyxobacter）、梭状芽孢杆菌属（Clostridium）等10个属,占样品中已知铁还原菌属的62.07%~66.58%;生物炭和炉渣主要通过改变土壤pH值及含水量影响稻田土壤铁还原菌群落结构,混合施加的影响比单一施加更为显著;芽孢杆菌属（Bacillus）的相对丰度与稻田土壤甲烷的排放通量呈显著负相关,是稻田中抑制甲烷产生与排放的主要铁还原菌属.     

Methane emissions from rice fields under continuous straw return in the middle-lower reaches of the Yangtze River

A three-year experiment was conducted in the middle-lower reaches of the Yangtze River in China to study the influence of continuous wheat straw return during the rice season and continuous rice straw return in wheat on methane (CH 4 ) emissions from rice fields in which, the rice-wheat rotation system is the most dominant planting pattern. The field experiment was initiated in October 2009 and has continued since the wheat-growing season of that year. The analyses for the present study were conducted in the second (2011) and third (2012) rice growing seasons. Four treatments, namely, the continuous return of wheat straw and rice straw in every season (WR), of rice straw but no wheat straw return (R), of wheat straw but no rice straw return (W) and a control with no straw return (CK), were laid out in a randomized split-plot design. The total seasonal CH 4 emissions ranged from 107.4 to 491.7 kg/ha (2011) and 160.3 to 909.6 kg/ha (2012). The increase in CH 4 emissions for treatments WR and W were 289% and 230% in the second year and 185% and 225% in the third year, respectively, in relation to CK. We observed less methane emissions in the treatment R than in CK by 14%-43%, but not statistically significant. Treatment R could increase rice productivity while no more CH 4 emission occurs. The difference in the total CH 4 emissions mainly related to a difference in the methane flux rate during the first 30-35 days after transplant in the rice growing season, which was caused by the amount of dissolved oxygen in paddy water and the amount of reducible soil materials.     

耕作制度对川中丘陵区冬灌田CH4和N2O排放的影响

采用静态暗箱/气相色谱法连续2 a田间原位测定,研究川中丘陵区冬灌田CH₄和N₂O的排放特征和不同耕作制度对冬灌田CH₄和N₂O排放的影响.结果表明,1a只种1季中稻冬季灌水休闲的冬灌田(PF),在水稻生长期,CH₄平均排放通量为(21.44±1.77)mg·(m²·h)^-1,非水稻生长期为(3.77±0.99)mg·(m²·h)^-1,分别大大低于以前文献报道的在西南其它地方观测值;全年CH₄排放量以水稻生长期CH₄排放量为主,非水稻生长期CH₄排放量仅占全年总排放量的23.2%.冬灌田N₂O排放通量年均值为(0.051±0.008)mg·(m²·h)^-1,且主要集中在水稻生长季,非水稻生长期N₂O排放量仅占全年总排放量的8.1%.在采用水旱轮作制后,冬灌田CH₄排放量大大降低,稻-麦轮作(RW)和稻-油菜轮作(RR)全年CH₄排放量分别为PF的43.8%和40.6%.但冬灌田改为水旱轮作制后,N₂O排放量显著增大,RW和RR的N₂O年排放量分别是PF的3.7倍和4.5倍.综合考虑冬灌田在采用不同耕作制度后排放CH₄和N₂O的全球增温潜势(GWP),无论是短时间尺度还是长时间尺度,采用3种耕作制度全年所排放的CH₄和N₂O所产生的综合GWP都为:PF RW≈RR.在20a、100a和500a时间尺度上,PF分别约是RW和RR的2.6、2.1和1.7倍.冬灌田改为水旱轮作制度后能大大减少CH₄和N₂O所产生的综合GWP.