中国农田N2O排放的分析估算与减缓对策

介绍了 2种不同方法分析估算的中国农田 N2 O的排放结果 ,并讨论了减缓农田 N2 O排放的对策。用田间测量数据和 IPCC第二阶段方法学估算的中国农田 1995年 N2 O的直接排放量 (以 N计 )分别为 398和 336Gg。应用 IPCC第二阶段方法学分别计算了 194 9年等 10个年份进入中国农田的不同氮源的数量变化 ,表明化学氮肥施用量的增加是中国农田 N2 O排放量逐年上升的主要因素。田间观测结果表明 ,水田是 N2 O不可忽视的源。中国水田 N2 O排放量约占中国农田总排放量的 2 2 % ,水稻生长季水田 N2 O排放量约占农田总排放量的 9%。根据中国农作制 ,施肥和农田水分管理方面的特点 ,调整 N∶P∶ K肥料的比率 ,缩小全国氮肥施用量的地区性差异及应用硝化抑制剂和包膜缓释氮肥 ,将有助于减少农田 N2 O的排放量。     

农田N2O排放研究进展

农田土壤是大气中N2O的重要来源，与1990年相比，2000年我国氮肥用量升高了40％，因此，迫切需要对我国农田土壤N2O的排放通量作出新的估算。土壤理化性状的空间变异和不同生态条件下进行长期的、多点的农田N2O原位监测数据的匮乏成为提高N2O排放测定精度的制约因素。目前，航空采样法-驰豫涡动技术(微气象学方法)能够成功克服空间变异，且已经被成功应用在农业生态系统N2O排放的定量化观测上；另外Century-NGAS和DNDC模型是目前应用较广泛的机理模型，但应用不同模型所获得的N2O排放量相差较大。因此，今后农业土壤N2O排放的工作重点应集中在如何提高N2O原位观测精度，寻找合适的机理模型和提出相应的减排措施。     

温室气体排放与中国粮食生产

中国用占世界8％的土地养活了世界上1／5的人口，粮食生产已经基本满足了现有人口的需求。但是，生产粮食会向大气释放大最的温室气体。面对全球减少温室气体排放的压力，在粮食生产中，增加农田生态系统的碳固定能力及减少N2O和CH4的排放，直接关系着中国粮食生产的未来发展。文章分析全球和中国温室气体排放清单中粮食生产的作用和意义；利用生物地球化学模型DNDC和中国农业生产数据库，估算中国农田生态系统的土壤碳动态和N2O排放；通过情景分析(Scenario)，预测在不同方案下，中国农田生态系统碳动态和N2O的排放量；提出了我国未来粮食生产应该采取的对策和技术措施。     

种植蔬菜地与裸地氧化亚氮排放差异比较研究

采用大型原状土柱试验研究了种植蔬菜地与未种植蔬菜裸地土壤氧化亚氮（N2O）排放的差异。试验结果表明,施肥但未种植蔬菜的裸地土壤N2O排放量远大于种植蔬菜地的土壤N2O排放量,裸地土壤N2O平均排放通量为193μg.m-2.h-1,而种植蔬菜后土壤N2O平均排放通量减少至60μg.m-2.h-1;相应地,裸地的N2O排放总量也要远高于种植蔬菜地的N2O排放总量。同时,低施氮量（N1,500 kg.hm-2）下裸地的N2O排放量要比高施氮量（N2,750 kg.hm-2）且种植蔬菜时裸地的N2O排放量大,如2007年10月至2008年9月试验期间,N1处理下裸地总N2O-N排放量为9.54 kg.hm-2,而N2处理（种植蔬菜）下总N2O-N排放量仅为4.21 kg.hm-2。此外,未种植蔬菜时裸地土壤N2O排放系数远大于种植蔬菜时,如N1种植蔬菜时为0.39%,但未种植蔬菜的裸地土壤排放系数为1.76%。研究说明种植作物与否对土壤N2O排放有重要影响,因此在估算农田土壤N2O排放温室气体量时,需考虑裸地的贡献能力。     

不同施肥处理对棕壤N2O排放量的影响

采用田间试验研究不同施肥处理对棕壤N2O排放量的影响。结果表明,N2O释放量随着耕层土壤硝态氮含量增加而上升。不同施肥处理对N2O排放量影响不同,低氮处理(N1)排放量(整个玉米生育期按185d计算)为1.18kg·hm-2,高氮处理(N2)为2.39kg·hm-2。随着施氮量的增加,反硝化作用加强,N2O排放量上升,以N2O形式损失加剧。相同施氮水平条件下,随着有机肥施入量的增加土壤N2O排放量上升,其中以高氮高有机肥处理(M2N2)N2O排放量最高,达到了7.05kg·hm-2,占所投入氮肥的2.34%。相同氮素供应水平条件下增施磷、钾肥,也会增加N2O排放量。整个玉米生育时期通过N2O排放损失的肥料占投入氮肥比例为0.99%～2.46%。     

耕作方式对太湖地区冬小麦生长季N_2O排放的影响

采用静态暗箱-气相色谱法对2009年11月至2010年6月冬小麦（Triticum aestivum L.）生长季N2O排放通量进行田间原位观测,研究不同耕作方式（免耕、少耕、传统耕作）对太湖地区稻麦轮作系统麦季土壤N2O排放的影响。结果表明：有植株参与下免耕、少耕和传统耕作的冬小麦生长季N2O平均排放通量分别为63.75μg·m-2·h-1、39.94μg·m-2.h-1和48.83μg·m-2·h-1,无植株参与下分别为73.48μg·m-2·h-1、52.97μg·m-2·h-1和63.60μg·m-2·h-1,麦季N2O排放通量的季节变化与5 cm、10 cm土壤温度呈显著或极显著线性正相关（r=0.400＊～0.654＊＊,n=28）。小麦种植对N2O的排放影响较大,无植株参与的N2O季节总排放量显著高于有植株参与的处理（P〈0.05）;耕作方式显著影响冬小麦农田N2O季节总排放量（P〈0.05）,有植株参与下麦季N2O总排放量少耕较免耕和传统耕作分别减少37.3%和17.9%,无植株参与下分别减少28.0%和16.7%。研究表明太湖地区冬小麦采用少耕措施可减少麦季N2O的排放。     

施肥对稻田甲烷与氧化亚氮排放的影响

大气温室气体浓度的升高引起太阳辐射加强,导致全球变暖已成为不争的事实。农田是温室气体排放的重要来源之一,采用静态箱-气相色谱法探讨不同氮肥类型与施氮水平对华南稻田甲烷（CH4）与氧化亚氮（N2O）排放的影响。试验共设置5个处理,每处理3次重复,分别（以N计）为U6（90 kg·hm-2）,U10（150 kg·hm-2）,U12（180 kg·hm-2）,SR10（150 kg·hm-2,缓释肥）,CR10（150 kg·hm-2,控释肥）。各处理磷钾肥用量一致,分别为45 kg·hm-2（以P2O5计）和127.5 kg·hm-2（以K2O计）。研究结果表明：稻田CH4与N2O排放量随氮肥用量的增加呈增加趋势。晚稻CH4排放呈单峰型,其峰值出现在水稻移栽后16~23 d,N2O排放并未出现明显的排放峰。CH4累积排放主要发生在返青-分蘖初期和分蘖盛期-幼穗分化期两个时段,而N2O的累积排放主要集中在灌浆-成熟期（U6处理除外）。不同氮肥类型处理CH4季节排放总量与平均排放量表现为：处理SR10〉处理U10〉处理CR10,其中,控释肥处理甲烷排放总量较常规尿素处理减少了11.3%;而N2O季节排放总量与平均排放量表现为：处理CR10〉处理U10〉处理SR10。综上,初步认为氮肥的施用能够促进CH4与N2O的释放,缓释肥处理能有效减少稻田N2O的排放,而控释尿素处理能明显降低稻田CH4气体的排放,且稻田CH4与N2O的排放存在一定的互为消长关系,因此如何平衡稻田甲烷与氧化亚氮释放,使稻田增温潜势最小化是下一步研究的重点和方向。     

耕作方式对太湖地区冬小麦生长季N_2O排放的影响

采用静态暗箱-气相色谱法对2009年11月至2010年6月冬小麦(Triticum aestivum L.)生长季N2O排放通量进行田间原位观测,研究不同耕作方式(免耕、少耕、传统耕作)对太湖地区稻麦轮作系统麦季土壤N2O排放的影响。结果表明:有植株参与下免耕、少耕和传统耕作的冬小麦生长季N2O平均排放通量分别为63.75μg·m-2·h-1、39.94μg·m-2.h-1和48.83μg·m-2·h-1,无植株参与下分别为73.48μg·m-2·h-1、52.97μg·m-2·h-1和63.60μg·m-2·h-1,麦季N2O排放通量的季节变化与5 cm、10 cm土壤温度呈显著或极显著线性正相关(r=0.400*～0.654**,n=28)。小麦种植对N2O的排放影响较大,无植株参与的N2O季节总排放量显著高于有植株参与的处理(P<0.05);耕作方式显著影响冬小麦农田N2O季节总排放量(P<0.05),有植株参与下麦季N2O总排放量少耕较免耕和传统耕作分别减少37.3%和17.9%,无植株参与下分别减少28.0%和16.7%。研究表明太湖地区冬小麦采用少耕措施可减少麦季N2O的排放。     

耕作方式对太湖地区冬小麦生长季N2O排放的影响

采用静态暗箱-气相色谱法对2009年11月至2010年6月冬小麦(Triticum aestivum L.)生长季N2O排放通量进行田间原位观测,研究不同耕作方式(免耕、少耕、传统耕作)对太湖地区稻麦轮作系统麦季土壤N2O排放的影响。结果表明:有植株参与下免耕、少耕和传统耕作的冬小麦生长季N2O平均排放通量分别为63.75μg·m-2·h-1、39.94μg·m-2.h-1和48.83μg·m-2·h-1,无植株参与下分别为73.48μg·m-2·h-1、52.97μg·m-2·h-1和63.60μg·m-2·h-1,麦季N2O排放通量的季节变化与5 cm、10 cm土壤温度呈显著或极显著线性正相关(r=0.400*～0.654**,n=28)。小麦种植对N2O的排放影响较大,无植株参与的N2O季节总排放量显著高于有植株参与的处理(P<0.05);耕作方式显著影响冬小麦农田N2O季节总排放量(P<0.05),有植株参与下麦季N2O总排放量少耕较免耕和传统耕作分别减少37.3%和17.9%,无植株参与下分别减少28.0%和16.7%。研究表明太湖地区冬小麦采用少耕措施可减少麦季N2O的排放。     

农田土壤硝化-反硝化作用与N_2O的排放

在北京潮土上研究了冬小麦夏玉米轮作体系下土壤硝化反硝化作用以及N2O排放情况。结果表明,小麦生育期土壤温度及含水量较低,无论是反硝化损失氮量还是土壤的N2O生成排放量均不高。土壤的N2O生成排放量与反硝化氮量相当或低于反硝化氮量。玉米生育期土壤温度升高以及孔隙含水量有较大的改善,反硝化损失氮量、N2O生成排放量有明显上升。通常情况下土壤反硝化损失氮量与N2O排放氮量基本处于同一水平。在玉米十叶期追肥后的较短时间内,N2O总排放量明显高于反硝化损失氮量,说明至少在这一阶段中,硝化作用在北方旱地土壤N2O的排放中发挥了主要作用。在评价北方旱地农田土壤氮素硝化反硝化损失中,硝化作用的氮素损失是不可忽视的重要方面。     

灰泥土中不同氮肥品种反硝化损失与N2O排放量的差异

在实验室培养条件下，采用土壤培养-乙炔抑制法测定尿素、碳酸氢铵、硫酸铵和氯化铵4种氮肥品种在灰泥土中反硝化损失和N2O排放量的差异。结果表明，氮肥品种间的N2O排放量和反硝化损失量存在极显著差异。尿素、碳铵和氯化铵的N2O排放量极显著高于硫铵，占施肥量的3．88%-4．14％；尿素和碳铵的反硝化损失量分别为施肥量的5．8％和3．7％，极显著高于硫铵和氯化铵；但氯化铵的反硝化损失量显著低于CK。     

农田土壤硝化-反硝化作用与N2O的排放

在北京潮土上研究了冬小麦夏玉米轮作体系下土壤硝化反硝化作用以及N2O排放情况.结果表明,小麦生育期土壤温度及含水量较低,无论是反硝化损失氮量还是土壤的N2O生成排放量均不高.土壤的N2O生成排放量与反硝化氮量相当或低于反硝化氮量.玉米生育期土壤温度升高以及孔隙含水量有较大的改善,反硝化损失氮量、N2O生成排放量有明显上升.通常情况下土壤反硝化损失氮量与N2O排放氮量基本处于同一水平.在玉米十叶期追肥后的较短时间内,N2O总排放量明显高于反硝化损失氮量,说明至少在这一阶段中,硝化作用在北方旱地土壤N2O的排放中发挥了主要作用.在评价北方旱地农田土壤氮素硝化反硝化损失中,硝化作用的氮素损失是不可忽视的重要方面.     

中国农田N_2O排放量的估算

排放量估算是温室效应气体研究的重要内容。本文论述了影响农田Ｎ２Ｏ排放量估算准确性的因素，讨论如何提高农田Ｎ２Ｏ排放量估算的准确性，并估算了中国农田Ｎ２Ｏ排放总量。     

DNDC模型对川中丘陵区稻田CH_4、N_2O排放的模拟对比分析

利用IKONOS高分辨率（1m）卫星遥感图,进行典型抽样和地形→土地利用→土地覆盖→综合信息提取的方法,选定了代表川中丘陵区类特征的四川省金堂县为研究区域,通过对研究区域中不同固定耕作制度下代表性田块的选取,于2005年5月—2006年5月对田块管理者进行作物田间管理、作物产出等农业生产实际情况调查和分析,进行土壤理化性状、水样的测定,并结合当地的气象资料,利用DNDC模型模拟川中丘陵区不同耕作制度下稻田温室气体的排放情况。结果表明：冬水田-水稻田（PF）水稻生长期CH4排放通量为2.24 kg.hm-2.d-1,占年排放量的80.73%;水稻生长期和冬闲期N2O通量分别为0.033和0.003 6 kg.hm-2.d-1,水稻生长期排放量为4.28 kg.hm-2,占年总排放量的83.59%。CH4和N2O排放量在水稻整个生季节存在明显的互为消长关系。油菜-小麦田（RR）水稻生长期CH4排放通量为1.16 kg.hm-2.d-1,是休闲期的20.71倍,水稻生长期CH4排放量占年排放量的90.48%;水稻生长期和非水稻生长期N2O排放通量分别为0.070和0.027 kg.hm-2.d-1,水稻生长期N2O排放量为8.01 kg.hm-2,占年排放量的54.19%。小麦-水稻田（RW）水稻生长期CH4排放通量为1.24 kg.hm-2.d-1,是休闲期的21.02倍。水稻生长期CH4排放量占年排放量的89.75%;水稻生长期和非水稻生长期N2O排放通量分别为0.089和0.030 kg.hm-2.d-1,水稻生长期N2O排放量为9.61 kg.hm-2,占年排放量的55.23%。PF年CH4排放量是RR和RW的近3倍,且少一季作物产量,应尽量将冬水田改为两季田。     

中国农田N2O排放量的估算

排放量估算是温室效应气体研究的重要内容。本文他影响农田Ｎ２Ｏ排放量估处准确性的因素，讨论如何提高农田Ｎ２Ｏ排放量估算的准确性，并估算了中国农田Ｎ２Ｏ排放总量。     

吉林西部盐碱水田区全球变暖潜势研究

为了探讨吉林西部土地整理工程对区域全暖所做贡献,基于实测的水田土壤温室气体数据,进行区域温室气体排放分析,为进一步评估水田开发对全球变暖的影响提供科学依据。以吉林省西部盐碱水田区为研究对象,将野外调查采样和小区试验相结合,采集了水田的0-30 cm表层土壤样品带回进行小区实验。在小区内挖取100 cm×100 cm×50 cm的坑,在土坑底部铺设塑料布后,将从采样点带回的土壤填进坑内灌水,种植水稻,6块样地分别为不同开发年限,其处置模式与前郭当地的水肥管理相同,样地周围挖掘了排水渠。通过静态箱-气相色谱法监测水稻生长期土壤所释放的温室气体 CH4,N2O 和CO2,计算水稻不同生长时期温室气体排放量及贡献率,估算研究区的区域变暖潜势（GWP）,结合30年水田面积变化加权法分析温室气体GWP贡献率。结果表明：水田生长期温室气体排放总量（以CO2气体计）随着开发年限的增加呈递增趋势,水田开发过程中CO2、CH4和N2O各时期温室气体排放的贡献率都有一定变化,CO2气体排放贡献率占主导地位在80%左右,CH4的贡献率16.69%-20.39%,是N2O的14-22倍,水田CH4气体的排放对研究区综合温室效应有较大贡献,水田开发初期N2O气体贡献率较成熟水田相比较高。在水稻生长旺盛期CO2气体贡献率下降明显,CH4气体贡献率显著升高,N2O气体贡献率变化不大,在返青期和成熟期CH4和N2O 2种气体贡献率均较小,其中,除成熟期外新开发水田的CH4气体贡献率均高于成熟水田,在水稻生长发育较快速的分蘖期、拔节孕穗期和抽穗开花期,CO2气体贡献率下降且降幅明显,该阶段CH4气体对温室效应的贡献比重加大,远高于N2O气体。在水稻成熟期,3种温室气体的贡献率与其他时期相比发生较大变化,CH4比 N2O 略有优势,CO2所占比例恢复至95%。?     

施肥及秸秆还田处理下玉米季温室气体的排放

以华北地区冬小麦-夏玉米轮作农田为研究对象,在玉米整个生长季,运用静态箱法针对正常施肥及正常施肥结合秸秆还田处理进行了为期3年N2O排放通量的连续观测,并开展了1季CO2和CH4交换通量的研究.在玉米整个生长过程中施肥阶段N2O的排放量占到了总排放量的83%—96%,表明现有化肥的使用明显导致了农田N2O排放增加.与控制地相比,施肥和耕种可导致玉米田CO2排放明显增加,且正常施肥及秸秆还田样地CO2排放主要集中在苗期至吐丝期.控制地、正常施肥样地及施肥结合秸秆还田样地CH4的累积排放量均为负值,说明旱地土壤是CH4的一个汇.秸秆还田在一定程度上增加了玉米季N2O和CO2的排放量,但对CH4的吸收有所抑制.正常施肥样地和秸秆还田样地全球净增温潜势分别为-1392.8 kg C.hm-2和-179.2 kg C.hm-2,表明华北农田在现有耕作方式下是大气温室气体的一种重要汇.     

不同施肥处理下冬小麦-夏玉米轮作农田温室气体的排放

本研究以北京地区冬小麦-夏玉米轮作农田为研究对象,运用静态箱法针对不同施肥措施进行了1年CO2、N2O和CH4交换通量的连续观测.与对照区相比,施肥促进了CO2的排放,并且CO2排放通量表现为尿素区硝态氮肥区;小麦季灌溉也引起了CO2排放的增加;此外,气温和地表温度是影响CO2排放的重要影响因素.冬小麦-夏玉米轮作过程中,N2O的排放集中在玉米季,温度成为小麦季N2O排放的限制因子.氮肥的施加极大地促进了N2O的排放,且等量氮素的硝态氮肥对N2O排放的促进作用明显小于尿素.土壤湿度的骤然变化也是引起N2O排放增加的一个重要因素.由多元线性回归模型分析知,pH、有机质、铵态氮、过氧化氢酶对N2O排放的贡献较大,是N2O排放的主要影响因子.施肥对所研究农田CH4交换通量没有显著影响,但研究区域的平均交换通量均为负值,表现为大气中CH4的一个汇.     

DNDC模型对川中丘陵区稻田CH4、N2O排放的模拟对比分析

利用IKONOS高分辨率(1m)卫星遥感图,进行典型抽样和地形→土地利用→土地覆盖→综合信息提取的方法,选定了代表川中丘陵区类特征的四川省金堂县为研究区域,通过对研究区域中不同固定耕作制度下代表性田块的选取,于2005年5月—2006年5月对田块管理者进行作物田间管理、作物产出等农业生产实际情况调查和分析,进行土壤理化性状、水样的测定,并结合当地的气象资料,利用DNDC模型模拟川中丘陵区不同耕作制度下稻田温室气体的排放情况。结果表明:冬水田-水稻田(PF)水稻生长期CH4排放通量为2.24 kg.hm-2.d-1,占年排放量的80.73%;水稻生长期和冬闲期N2O通量分别为0.033和0.003 6 kg.hm-2.d-1,水稻生长期排放量为4.28 kg.hm-2,占年总排放量的83.59%。CH4和N2O排放量在水稻整个生季节存在明显的互为消长关系。油菜-小麦田(RR)水稻生长期CH4排放通量为1.16 kg.hm-2.d-1,是休闲期的20.71倍,水稻生长期CH4排放量占年排放量的90.48%;水稻生长期和非水稻生长期N2O排放通量分别为0.070和0.027 kg.hm-2.d-1,水稻生长期N2O排放量为8.01 kg.hm-2,占年排放量的54.19%。小麦-水稻田(RW)水稻生长期CH4排放通量为1.24 kg.hm-2.d-1,是休闲期的21.02倍。水稻生长期CH4排放量占年排放量的89.75%;水稻生长期和非水稻生长期N2O排放通量分别为0.089和0.030 kg.hm-2.d-1,水稻生长期N2O排放量为9.61 kg.hm-2,占年排放量的55.23%。PF年CH4排放量是RR和RW的近3倍,且少一季作物产量,应尽量将冬水田改为两季田。     

水旱轮作稻田旱作季种植不同作物对CH4和N2O排放的影响

甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）是仅次于二氧化碳（CO2）的重要温室气体,农田是大气CH4和N20的重要来源,但目前农业措施对CH4和N2O排放的影响尚不明确。以水旱轮作稻田旱作季休闲为对照,采用静态箱．气相色谱法研究了种植紫云英、黑麦草、冬小麦以及油菜等4种作物对稻田旱作季CH4和N2O排放及其温室效应的影响。结果表明：水旱轮作稻田旱作季CH4排放通量较低,而N2O排放较为明显。稻田旱作季CH4平均排放通量表现为油菜〉黑麦草〉冬小麦〉紫云英〉休闲,依次为8．96、7．19、6．94、6．52和6．02μg·m-2·h-1,季节N20平均排放通量的顺序是油菜（61．1lμg·m-2·h-1）〉冬小麦（52．5lag·m-2·h-1）〉黑麦草（34．0μg·m-2·h。）〉休闲（15.3lμg·m-2·h-1）〉紫云英（13．6lμg·m-2·h-1）。稻田旱作季种植不同作物对CH4和N2O季节总排放量的影响达到极显著水平（P〈0．01）,C144和N2O季节总排放量均以种植油菜为最大,分别达到43．2和294．7mg·m-2,比对照休闲增加49％和299％。种植油菜、冬小麦和黑麦草较对照休闲显著增加稻田旱作季总增温潜势（P〈0．05）,紫云英和休闲处理间总增温潜势无显著差异（P〉0．05）。研究表明,种植油菜、冬小麦和黑麦草等作物由于氮肥的施用增加了水旱轮作稻田旱作季温室效应。