地表UV-B辐射增强对土壤-冬小麦系统N2O排放的影响机理研究

为了解UV-B增强条件下农田N₂O响应规律,采用室外盆栽实验,研究了地表UV-B辐射增强20%对土壤-冬小麦系统N₂O排放的影响及其影响机理.结果表明,在小麦返青期,UV-B辐射增强处理对该系统N₂O的排放影响不显著;在小麦的拔节期,UV-B辐射增强处理显著降低了土壤-小麦系统N₂O的排放,并减少了该系统的呼吸速率.UV-B辐射增强对N₂O的影响机理主要表现在对小麦植株N代谢过程的影响,如显著增加     

地表UV-B辐射增强对土壤-冬小麦系统N2O排放的影响机理研究

为了解UV-B增强条件下农田N₂O响应规律,采用室外盆栽实验,研究了地表UV-B辐射增强20%对土壤-冬小麦系统N₂O排放的影响及其影响机理.结果表明,在小麦返青期,UV-B辐射增强处理对该系统N₂O的排放影响不显著;在小麦的拔节期,UV-B辐射增强处理显著降低了土壤-小麦系统N₂O的排放,并减少了该系统的呼吸速率.UV-B辐射增强对N₂O的影响机理主要表现在对小麦植株N代谢过程的影响,如显著增加     

地表UV-B辐射增强对土壤-冬小麦系统呼吸速率和N2O排放的影响

通过室外盆栽实验,用静态箱-气相色谱法测定土壤-冬小麦系统的呼吸速率和N20排放通量,研究了UV-B辐射增强20%对土壤-冬小麦系统的呼吸速率和N2O排放的影响.结果表明,相同的气象条件和田间管理下,UV-B辐射增强处理对呼吸速率和N2O排放的季节变化模式无明显影响.在返青期,UV-B辐射增强显著降低了土壤-冬小麦系统的呼吸速率,但对N2O的排放通量没有产生显著影响;在拔节孕穗期,UV-B辐射增强处理显著降低了土壤-冬小麦系统的呼吸速率和N2O的排放通量;在抽穗-成熟期,UV-B辐射增强处理对土壤-冬小麦系统的呼吸速率和N2O的排放没有显著影响.返青-齐穗期,UV-B增强处理显著降低土壤-冬小麦系统的N2O累积排放量;但从齐穗开始至小麦成熟,UV-B增强处理对土壤-冬小麦系统的N2O累积排放量没有显著影响.     

秸秆还田配施生物炭对关中平原夏玉米产量和土壤N2O排放的影响

为探明秸秆还田配施生物炭对夏玉米产量和土壤氧化亚氮（N₂O）排放的影响,基于2019~2020年关中平原田间定位试验,利用静态暗箱-气相色谱法监测了土壤N₂O排放通量,综合分析夏玉米产量、土壤N₂O排放和土壤活性氮组分,明确了秸秆还田配施生物炭在培肥土壤、增产减排方面的效应.以秸秆不还田（S₀）为对照,设置秸秆还田（S）和秸秆还田配施生物炭（SB）共3个处理.结果表明,各处理N₂O排放峰值出现在秸秆还田后10 d,秸秆还田30 d后土壤N₂O排放通量处于较低水平,土壤N₂O排放通量与铵态氮（NH₄⁺-N）、无机氮、微生物量氮（MBN）和可溶性有机氮（DON）含量呈显著的正相关关系（P<0.05）.S较S₀显著增加夏玉米产量、N₂O累积排放量、单位产量N₂O累积排放量和土壤总氮（TN）含量,分别为7.4%~13%、65.8%~132.2%、54.6%~103%和27.8%~33%.虽然SB较S提高夏玉米产量（2.5%~3.3%）的趋势不显著（P>0.05）,但是SB较S显著降低N₂O累积排放量和单位产量N₂O累积排放量,分别为24.0%~27.3%和26.4%~29.2%.在土壤N₂O排放通量达到峰值时,SB较S显著降低土壤N₂O排放通量45.1%~69.6%,生物炭能够缓解秸秆还田所诱发的土壤N₂O排放,具有削峰的作用.SB较S显著增加土壤总氮9.1%~12.2%.综合作物产量、N₂O排放和土壤总氮,对夏玉米生产而言,秸秆还田配施生物炭不仅培肥地力,提高夏玉米产量,而且减少单位产量N₂O累积排放量,是可供推广的兼顾作物产量和环境友好的适宜管理措施.     

氮肥水平对不同土壤N2O排放的影响

鉴于N₂O排放量占施用氮肥量的比例即N₂O排放系数还有很大不确定性,室外盆栽试验于2002～2003年选取3个供试土壤,各土壤设置对照和低、中、高氮肥水平,全年施尿素量 (以N计) 分别为334、 670和1 004 kg/hm².结果表明,水稻生长季,各个土壤的N₂O累积排放量与其对照相比的增加量在低、中、高氮肥水平间无明显差异;而小麦生长季,随氮肥施用量增加,各个土壤的N₂O累积排放量与其对照相比的增加量在3种氮肥水平之间的差异显著.整个稻麦轮作系统,随氮肥用量的增加明显促进麦田N₂O的排放.无论水稻或小麦生长季,对照3个土壤的N₂O累积排放量并无显著差异,F土壤（江苏溧水）、G土壤（江苏涟水）和H土壤（江苏农科院）的N₂O累积排放量,在水稻生长季分别为168、 127和146 mg/m²;小麦生长季,分别为134、 124和168 mg/m².在施氮肥后,3个土壤的N₂O排放量出现差异,如在中氮水平下,小麦生长季,F土壤、G土壤和H土壤N₂O累积排放量分别为976、 744和626 mg/m².稻麦轮作生长季内,在低氮与中氮2个水平下,不同土壤间N₂O排放系数存在显著差异.以1个稻麦轮作周期为时间尺度,F土壤、G土壤和H土壤总的N₂O排放系数分别为1.1%±0.23%、 0.75%±0.17%和1.01%±0.11%,表明不同土壤对N₂O排放系数的影响不同.     

南极菲尔德斯半岛植被土壤N2O排放特征

应用密闭箱法首次测定了南极菲尔德斯半岛苔藓、地衣植被土壤N2O的排放通量,并估算了该半岛植被区土壤在夏季2个月内N₂O的排放总量.结果表明:在晴天和雨天,苔藓土壤N₂O的排放通量与温度有较好的响应关系,呈现单峰型变化趋势;但在雪天,与温度的变化不一致;苔藓、地衣这2种不同的植被土壤N2O排放通量日变化基本一致;温度是影响苔藓土壤N2O的排放通量季节变化的主要因子,同时还受降水的影响,干湿交替有利于N2O的排放;苔藓土壤N₂O的排放总量为3.7152kg;地衣土壤N₂O的排放总量为2.5344kg.由此可见,南极菲尔德斯半岛苔藓、地衣植被土壤N₂O排放量虽然很小,但仍起着大气N₂O源的作用.     

生物炭对土CH4、N2O排放的影响

为了探讨生物炭对土CH₄、N₂O排放的影响,采用田间小区试验,测定了生物炭不同添加量（0、20、40、60、80 t·hm^-2）下冬小麦田CH₄、N₂O的吸收/排放通量、小麦产量、土壤有机碳、土壤含水率及不同土层土壤温度.结果表明,CH₄、N₂O的吸收/排放通量随生育期不同变化明显.添加生物炭后,CH₄累积吸收量增加了12.88%~71.61%,当添加量≥ 40 t·hm^-2时,增"汇"作用达到显著水平,且添加量为40 t·hm^-2时CH₄累积吸收量最高;N₂O累积排放量和全球增温潜势与对照相比没有显著差异;温室气体强度降低了13.24%~22.14%.添加生物炭提高了冬小麦产量,增产幅度为1.72%~32.19%,当添加量 ≥ 40 t·hm^-2时,麦田增产效果达到显著水平,40 t·hm^-2生物炭为麦田增产的最适添加量.同时,添加生物炭显著提高了土壤有机碳和土壤含水率,与对照相比,分别增加了1.42~2.69倍、7.08%~11.96%.综合来看,试验土表现为CH₄汇和N₂O源的功能,40 t·hm^-2是其适宜的生物炭添加量.     

农田生态系统N2O排放的数值模拟研究

综合大气化学等多学科最新研究进展,建立了农田N₂O排放数值模式,模式较好地模拟了农田生态系统中N₂O排放过程.利用模式分析了气象因子对N₂O排放影响.结果表明:苏州稻田N₂O排放量与生长期平均气温存在显著正相关,与总辐射和降水量相关不明显;功率谱分析表明N₂O排放量存在7～9年的变化周期,与平均温度变化周期比较接近.模拟气候变化对N₂O排放的可能影响表明:气温比目前升高1℃,苏州稻田N2O排放量将平均增加4.5%.     

氮肥分施次数及硝化抑制剂对盆栽玉米N2O排放的影响

合理施氮是获得较高目标产量和降低因氮环境污染的重要策略.通过盆栽试验研究等氮量下不同分施次数对玉米产量及土壤N₂O排放的影响,并探讨氮转化功能基因丰度与N₂O排放的关系.本试验设空白（CK,不施尿素）、一次性施氮（S1,将0.5g·kg^-1尿素一次性施入土壤+硝化抑制剂）、二次分施（S2,将0.5g·kg^-1尿素分40%和60%两次施入土壤）和三次分施（S3,将0.5g·kg^-1尿素分20%、40%和40% 3次施入土壤）.结果表明：①施氮促进土壤酸化,氮分施次数造成土壤酸化程度的显著差异,氮分施次数越多,土壤酸化越强.施氮显著提高鲜食玉米果穗产量及茎秆生物量,但氮肥分施次数对土壤pH影响的差异可能会导致植物对氮的吸收利用程度也存在着差异.S3处理显著降低土壤pH的同时,也降低了植物氮吸收累积量和氮素利用效率,也造成了高的N₂O累积排放量.与S3处理相比,S1和S2处理分别增产了40.21%和42.55%,其N₂O累积排放量也分别显著降低了79.4%和20.9%.② N₂O排放与AOB和nirK基因丰度呈显著正相关关系,AOB和nirK是N₂O排放的主要贡献者.S1处理显著降低了AOB和nirK基因丰度,降低N₂O排放,S2和S3处理施肥后显著增加了nirK和nirS基因丰度,降低了nosZ基因丰度,促进了N₂O的排放.氮分施次数影响氮转化过程的功能基因,从而影响N₂O排放.由此可见,尿素配合DCD一次性施入不仅能保证玉米产量,提高氮素利用效率,还能降低温室气体排放,可作为海南地区鲜食玉米种植过程推荐的施肥模式.     

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.     

臭氧浓度升高对土壤-冬小麦系统CO2排放的影响

通过田间试验,采用静态箱-气相色谱法测定CO2排放通量,研究臭氧(O3)浓度升高对土壤-冬小麦系统CO2排放的影响.结果表明,O3浓度升高对CO2排放的季节变化模式无明显影响.在返青期和拔节孕穗期,O3浓度升高显著降低了土壤-冬小麦系统的CO2排放通量;在抽穗成熟期,O3浓度100 nL·L-1处理对CO2排放通量没有...     

UV-B增强与秸秆施用对土壤-冬小麦系统CO2排放影响

通过大田试验,采用人工增强紫外辐射的方法模拟UV-B增强,应用静态箱-气相色谱法测定土壤-冬小麦系统的CO2排放通量,研究UV-B增强与秸秆施用对土壤-冬小麦系统CO2排放通量的影响.结果表明:UV-B增强与秸秆施用没有改变CO2排放通量的季节性变化规律.UV-B具有抑制效应,显著降低了拔节-孕穗期的CO2排放,降幅达15.48% (P=0.055).秸秆施用对CO2排放具有促进效应,使返青期和拔节 -孕穗期的CO2排放分别增加了59.52% (P=0.005)和13.10% (P=0.092).秸秆施用和UV-B增强处理增加了返青期的CO2排放,增幅为30.95% (P=0.083).对照、UV-B增强、秸秆施用和秸秆施用+UV-B增强4种处理的系统CO2排放与气温都存在极显著的指数关系 (P<0.01),拟合方程的决定系数R2分别为0.56,0.60,0.45和0.51,温度敏感系数Q10值分别为1.83,1.97,1.55和1.70.     

UV-B增强对稻田呼吸速率、CH4和N2O排放的影响

于水稻生长季进行室外盆栽试验,人工模拟UV-B辐射增强20%,采用静态箱-气相色谱法测定稻田生态系统的呼吸速率、CH4和N2O排放通量,研究UV-B辐射增强对稻田生态系统呼吸速率、CH4和N2O排放通量的影响.结果表明,UV-B辐射增强没有改变稻田呼吸速率、CH4和N2O排放通量的季节变化规律;与对照相比,平均呼吸速率...     

UV-B增强与秸秆施用对土壤-大豆系统呼吸速率和N2O排放的影响

采用人工模拟UV-B增强方式,通过大田试验,研究了UV-B增强与秸秆施用对土壤-大豆系统呼吸速率和N2O排放通量的影响.结果表明:在三叶-分枝期、开花-结荚期、鼓粒成熟期和全生长期,UV-B增强,系统平均呼吸速率分别降低了59.88%,65.47%,67.35%和64.44%,N2O平均排放通量分别降低了37.94%,24.61%,48.42%和34.16%;秸秆施用促进了系统呼吸速率,4个时期平均呼吸速率分别增加了59.88%,61.50%,99.16%和64.44%;降低了全生长期的N2O平均排放通量,但没有达到显著差异水平(P=0.236).UV-B增强和秸秆施用复合处理显著增大土壤-大豆系统的呼吸速率,降低全生长期的N2O平均排放通量,但没有达到显著差异水平(P=0.229).     

短期保护性耕作措施对大豆-冬小麦轮作系统温室气体排放的影响

通过田间试验,在大豆和冬小麦生长季,进行常规翻耕(conventional tillage,T)、免耕(no-tillage with no straw cover,NT)、常规翻耕+秸秆(conventional tillage with straw cover,TS)、免耕+秸秆(no-till with straw cover,NTS)4种耕作措施处理,采用静态箱-气相色谱法测定土壤-作物系统CO_2和N_2O排放通量.结果表明:在大豆生长季,与T相比,NTS在开花-结荚期显著增加了CO_2累积排放量(P=0.045),增幅达27.9%;NT在鼓粒-成熟期显著降低了CO_2累积排放量(P=0.043),降幅达28.9%.与T相比,NT在鼓粒-成熟期的N_2O累积排放量降低了28.3%(P=0.042).在冬小麦生长季,与T相比,TS、NT在拔节-孕穗期使CO_2累积排放量降低了24.3%(P=0.032)和36.0%(P=0.041),在成熟期降低了26.8%(P=0.027)和33.1%(P=0.038).在返青期,NT、NTS、TS的N_2O累积排放量与T比较均没有明显差异,NTS比NT的N_2O累积排放量降低了42.0%(P=0.035).可见,保护性耕作措施对土壤-作物系统CO2排放的影响较大,对N2O排放的影响不明显.     

UV-B辐射增强与秸秆施用对大豆田土壤呼吸的影响

利用LI-8100开路式土壤碳通量测量系统测定土壤呼吸,研究了UV-B辐射增强和秸秆施用对大豆田土壤呼吸的影响.结果表明,UV-B辐射增强20%使土壤呼吸速率降低了30.31%,秸秆施用使土壤呼吸速率提高了14.51%,UV-B辐射增强+秸秆施用复合处理对土壤呼吸速率没有显著影响.UV-B增强提高了施用秸秆的碳转化率.对照、UV-B增强、秸秆施用和UV-B增强+秸秆施用4种处理的土壤呼吸与土壤温度都存在极其显著的指数关系(p0.01),拟合方程的决定系数R2分别为0.434、0.563、0.451和0.513.土壤呼吸温度敏感系数Q10值分别为1.55、1.91、1.80和1.71.可见,UV-B辐射增强、秸秆施用和UV-B辐射增强+秸秆施用提高了大豆田土壤呼吸的Q10.     

增强UV-B辐射对小麦叶片黄酮类化合物日变化的影响

通过温室盆栽试验,初步研究了UV-B辐射对灌浆期小麦叶片中黄酮类化合物含量日变化的影响.结果发现,UV-B胁迫条件下,黄酮类化合物含量明显上升,而胁迫解除后,其含量下降,与对照组间差异逐渐减小.合成黄酮类化合物的关键性酶--苯丙氨酸解氨酶活性的变化也表现出大致相同的趋势.同时,UV-B辐射对小麦叶片净光合速率没有影响,但使其夜闯呼吸速率显著加强 .这些结果表明,小麦在UV-B胁迫解除前后黄酮类化合物的持续波动可能是植物在UV-B辐射条件下光合能力未受影响而生物量明显下降的一个重要原因.     

昼夜增温对大豆田土壤N2O排放的影响

通过田间试验,用静态箱-气相色谱法测定N2O排放通量,研究昼夜增温对大豆田土壤N2O排放的影响.结果表明,增温没有改变大豆田土壤N2O排放通量的季节性变化规律.整个生长季,与对照相比,增温土壤N2O平均排放通量增加了17.31%(P=0.019),累积排放量显著增加了20.27%(P=0.005).对照与增温处理土壤N2O排放通量与土壤温湿度均呈显著性相关关系,对照与增温土壤的N2O排放温度敏感系数分别为3.75和4.10.整个生育期,增温显著增加了植株地上和总生物量、叶片硝酸还原酶活性和全氮含量,显著降低了叶片NO3--N含量;显著增加了土壤NO3--N含量,但对土壤有机碳及全氮含量没有显著影响.本研究表明,昼夜增温显著增加了大豆田土壤N2O的排放.     

地表臭氧浓度升高对旱作农田N2O排放的影响

通过田间试验,在冬小麦和大豆生长季设置3种不同臭氧(O3)浓度的处理,包括自由空气(对照,CK)、100 n L·L-1O3浓度(T1)和150 n L·L-1O3浓度(T2),采用静态箱-气相色谱法测定N2O排放通量,研究地表O3浓度升高对冬小麦-大豆轮作系统N2O排放的影响.结果表明,与CK相比,在冬小麦返青期,T1和T2处理都降低了土壤-冬小麦系统N2O累积排放量,降幅分别为37.8%(P=0.000)和8.8%(P=0.903);在拔节-孕穗期,T1和T2处理使N2O累积排放量分别降低了15.0%(P=0.217)和39.1%(P=0.000);从冬小麦全生育期来看,T1、T2的N2O累积排放量分别降低了18.9%(P=0.138)和25.6%(P=0.000).由于本年度大豆生长季降水偏少,受干旱胁迫的影响,O3浓度升高对大豆田N2O排放的作用不明显.本研究表明地表O3浓度升高会减少旱作农田N2O排放量.