免耕稻-鸭复合系统减少甲烷排放及其机理研究

以免耕不养鸭和翻耕不养鸭稻田为参照，研究了免耕稻-鸭复合系统中甲烷排放的日变化和季节变化以及稻-鸭复合系统中土壤氧化还原特性对甲烷排放的影响。结果表明：稻田甲烷排放通量日变化与日气温变化基本趋于一致。在水稻分蘖盛期和孕穗期，免耕养鸭稻田甲烷排放通量明显低于免耕不养鸭和翻耕不养鸭稻田，3者之间甲烷排放通量大小差异白天明显，夜间较小。在水稻分蘖盛期、孕穗期和齐穗期，免耕养鸭稻田水中溶解氧含量比免耕不养鸭和翻耕不养鸭稻田提高38．4％～44．7％。由于鸭子的活动，免耕养鸭稻田的氧化还原电位分别比免耕不养鸭和翻耕不养鸭稻田高11和18mV。而翻耕不养鸭稻田的还原物质总量分别是免耕养鸭稻田和免耕不养鸭稻田的4．17～12．34倍和3．26～7．02倍，其亚铁离子含量也明显高于后2者，表明翻耕使土壤还原程度增强，进而促进了稻田甲烷的排放。相关分析表明，免耕养鸭稻田氧化还原电位与还原物质总量、活性还原物质总量和亚铁离子含量呈极显著负相关，也与稻田甲烷排放通量呈负相关，但未达显著水平。     

稻鸭鱼共栖生态系统CH4排放规律研究

首次对稻-鸭-鱼共栖生态系统中的甲烷排放通量进行了系统研究。结果表明:甲烷排放通量日变化呈现一定的规律,排放高峰出现在下午14:00~16:00,晚上0:00~4:00达到最低值。稻-鸭-鱼共栖生态系统生态种养期间甲烷排放通量表现出一定的规律,甲烷排放出现2个峰值分别出现在水稻生长返青期、幼穗分化期,第1个峰值为15.813mg/(m2·h),第2个峰值为9.485mg/(m2·h)。其次在水稻分蘖盛期,甲烷的排放通量最高可达8.227mg/(m2·h)。稻-鸭-鱼共栖生态系统中,土壤氧化还原电位增加10.98mV,还原物质总量、活性还原物质总量分别降低1.46cmol/kg、1.25cmol/kg。稻田甲烷排放与土壤氧化还原电位呈极显著负相关,与还原物质总量、活性还原物质总量呈极显著正相关。     

湿地稻-鸭复合生态系统综合效益研究

2000年3月至2001年10月在湖南长沙进行了湿地稻-鸭复合生态系统综合效益的小区试验。结果表明,实行稻-鸭生态种养显著降低稻田甲烷排放量,与常规稻田相比,甲烷排放总量在早稻田与晚稻田分别降低44.2%和40.7%。各处理晚稻田甲烷排放总量高于早稻田甲烷排放总量。养鸭稻田与常规稻田相比,土壤肥力都有所增加,土壤容重降低,>0.25mm团聚体增加2.65～3.12百分点,土壤结构系数增加2.56～6.63百分点。同时,稻田土壤氧化还原状况也得到明显改善。湿地稻-鸭复合生态系统直接的经济效益也远高于常规稻田。     

种植不同冬季作物对稻田甲烷、氧化亚氮排放和土壤微生物的影响

研究双季稻收获后填闲种植不同冬季作物在其生长季节内甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）的排放特征,对合理利用冬闲稻田、发展冬季作物生产及合理评价不同种植模式具有重要意义。采用静态箱-气相色谱法对冬季免耕直播黑麦草、紫云英和冬闲的双季稻田中CH4和N2O排放及其相关微生物数量变化进行了分析。在冬季作物生长期,不同冬季作物稻田CH4和N2O排放通量均显著高于对照（冬闲）,CH4和N2O排放通量均表现为免耕直播黑麦草〉免耕直播紫云英〉冬闲;免耕直播黑麦草和紫云英处理稻田CH4排放量分别为2.28和1.07 g·m^-2,分别比对照增加241.92%和60.63%;N2O排放量分别为0.59和0.48 g·m^-2,分别比对照增加71.93%和40.06%;各处理稻田土壤产甲烷细菌、甲烷氧化细菌、硝化细菌及反硝化细菌的数量变化范围分别为0.33×10^2 163.37×10^2 cfu·g^-1、11.05×10^3~245.68×10^3 cfu·g^-1、3.21×10^3~178.26×10^3 cfu·g^-1和10.47×10^5~198.88×10^5 cfu·g-1,免耕直播黑麦草和紫云英处理稻田土壤产甲烷细菌、甲烷氧化细菌、硝化细菌和反硝化细菌的数量均显著高于冬闲,其中免耕直播黑麦草处理稻田土壤的产甲烷细菌、甲烷氧化细菌和硝化细菌数量显著高于免耕直播紫云英处理,而免耕直播紫云英处理稻田土壤反硝化细菌的数量则显著高于免耕直播黑麦草处理。研究结果显示,种植不同冬季作物能促进稻田生态系统中CH4和N2O的排放,而这两种气体的排放量与稻田土壤产甲烷细菌、甲烷氧化菌、硝化细菌和反硝化细菌数量变化密切相关。     

不同耕作制度对南方稻田甲烷排放的影响

以南方稻田温室气体甲烷排放为研究对象,选取冬季休闲和种植绿肥作物紫云英(AstragalussinicusL.)两种主要模式,在早稻(OryzasativaL.)移栽之前进行旋耕和翻耕两种处理,以全年休闲为空白对照,利用静态箱法测定甲烷排放通量。结果表明,甲烷排放在水稻抽穗期达到极大值,至收获甲烷排放呈减少趋势,以无稻全年休闲区甲烷排放通量最低,在抽穗至收获阶段平均排放速率为3.43mg·m-2·h-1,冬闲及冬季种植紫云英处理分别比无稻休闲区排放通量高114.3%和420.3%;甲烷浓度具有强烈的空间异质性,地表以上50cm空间内,早稻抽穗至成熟阶段甲烷浓度是大气甲烷浓度的35.2倍;稻田甲烷高浓度低排放速率以及低浓度高排放速率现象表明,甲烷排放速率与其浓度之间具有非一致性。     

浅论稻田甲烷的产生和排放

目前的研究结果表明,我国稻田甲烷排放通量大约在7.8—60mg/m~2·h。稻田甲烷的排放包含着甲烷在水田土壤中的生成和从土壤向大气释放这样两个过程。前者是通过土壤中微生物活动分解复杂的有机物质,在渍水还原条件(氧化还原电位低于-200mv)下,由产甲烷菌最后转化形成甲烷;后者主要是通过水稻植株向大气释放,只有少量通过气泡或分子扩散从水田土壤通过田面水层向大气排放。显然,稻田甲烷的生成、排放是一个以生物学过程为中心,并与土壤环境、土表水层和大气环境的一些物理、化学条件密切相关的过程。土壤温度、pH值、水稻品种的生物学特性及稻田的水浆管理、施肥措施等等都会影响稻田甲烷的排放。只有研究并掌握稻田甲烷排放的机理及其影响因素,才能真正做到在争取水稻优质、高产的同时,抑制或减少甲烷的排放。     

种稻盆钵土壤甲烷排放通量变化的研究

通过温室盆栽试验，研究了不同冬作处理时后茬水稻生长期甲烷排放通量及土壤温度、土壤Ｅｈ的日变化规律。结果表明：连续晴天甲烷排放通量和土壤温度存在明显的昼夜变化，最大值出现在下午４时左右，最小值出现在凌晨４时左右，符合余弦函数变化规律；连续阴雨天甲烷排放通量有逐日降低的趋势，但其昼夜变化缺乏规律性。种稻盆钵土壤甲烷排放通量昼夜变化主要受０～１０ｃｍ深土壤温度的影响，而与土壤氧化还原电位无关。     

水稻田的甲烷释放特性及其生物学机理

本文报导采用土柱法和田间原位法研究渍水稻田甲烷释放特性的结果。不同生育期的测定表明,早稻以分蘖盛期时释放量最大,以后逐渐减少,晚稻从分蘖始期起逐渐增加,至分蘖盛期、末期时达到最大,随后在孕穗期急剧减少,至生长后期又有所回升。以原位法测定表明,晚间和上午释放的甲烷量较多,中午几乎无甲烷释放,下午又有少量释放。不同施肥区稻田甲烷释放量明显不同,以施猪粪有机肥区为最高,次为施尿素无机氮区,不施肥区最低。但各施肥区水稻不同生育期的甲烷释放趋势完全一致,以分蘖期释放量最大,稻田释放的甲烷主要是稻植株释放的,可占总释放量的85％以上。行株间土壤释放的量不多。田间水释放极少,就植株而言,甲烷释放部位主要是在与土壤密切结合的未扰动的根基和根系部位,水面下茎秆白色部分和水上绿色部分几乎无释放。根系也主要是靠近根基的上半部分,根尖部位甲烷形成活性明显小得多。且研究表明,产甲烷细菌附存于根表而不进入根内组织。根际土壤中产甲烷细菌、厌氧性纤维素分解细菌和甲烷氧化细菌的数量以及总挥发有机酸含量都明显高于和行间土壤。     

麦秸还田与土壤耕作对稻季CH_4和N_2O排放的影响

2008年在大田试验条件下,设置麦秸还田旋耕、麦秸不还田旋耕、麦秸还田翻耕、麦秸不还田翻耕4个处理,采用静态暗箱-气相色谱法田间原位观测稻麦两熟制农田水稻生长季CH_4和N_2O排放通量,研究小麦秸秆全量还田与土壤耕作两项技术措施对稻季CH_4和N_2O排放的影响及其温室效应,以期为稻麦两熟制农田温室气体减排提供对策.结果表明:麦秸还田对稻季CH_4排放总量的影响达极显著水平,麦秸还田与耕作方式的互作效应对CH_4排放总量有显著影响,麦秸还田和耕作方式对N_2O排放总量的影响均达极显著水平;不同麦秸还田与土壤耕作处理稻季OH4排放总量为:麦秸还田旋耕>麦秸还田翻耕>麦秸不还田翻耕>麦秸不还田旋耕,N_2O的排放总量为:麦秸不还田翻耕>麦秸不还田旋耕>麦秸还田翻耕>麦秸还田旋耕;与麦秸不还田相比,相同耕作措施下麦秸还用排放CH_44和N_2O所产生的全球增温潜势(GWP)明显提高.麦秸还田条件下旋耕处理的GWP高于翻耕处理,而"单位产量的GWP"无明显差异,麦秸不还田条件下采用旋耕措施较翻耕可减轻温室效应.     

水稻覆膜节水综合高产技术对稻田CH4排放的影响

采用静态箱-气相色谱法观测了常规栽培和水稻覆膜节水综合高产技术下川中丘陵地区稻田的CH4排放通量,探究覆膜节水综合高产技术对稻田CH4排放的影响。结果表明：整个水稻生长期,常规栽培与水稻覆膜节水综合高产技术稻田CH4排放总量分别为(35.0±3.5)和(5.1±1.0) g·m-2,后者较前者减少稻田CH4季节排放量的(86±4)%。二者CH4平均排放通量在不同水稻生长时期存在如下关系：孕穗期>抽穗期>成熟期>分蘖期。水稻各生长时期,覆膜节水综合高产技术均降低稻田CH4排放,在稻田CH4排放盛期（孕穗期）降幅达79%。在不同土壤水分状况下,水稻覆膜节水综合高产技术稻田CH4平均排放通量存在如下关系：烤田期>烤田后>烤田前;而常规栽培则为烤田期>烤田前>烤田后。不同于常规栽培,烤田对水稻覆膜节水综合高产技术下稻田 CH4排放无明显影响,烤田后降雨促进其 CH4排放。土壤水分状况由低变高更易促使覆膜节水综合高产技术下稻田CH4排放。覆膜节水综合高产技术栽培全生育期内,厢面CH4排放通量与土温、土壤Eh无显著相关性（P>0.05）。厢沟CH4排放与土温显著正相关（r=0.447*,P<0.05）。水稻移栽至烤田前,厢面CH4排放通量与土壤Eh显著负相关（r=0.624*,P<0.05）。     

川中丘陵区稻田甲烷排放及其影响因素

利用静态箱/气相色谱法对川中丘陵区冬水田和水旱轮作稻田进行全生长季CH4排放观测。结果表明,水旱轮作稻田和冬水田CH4排放的季节变化峰值都出现在水稻生长中期,且都有1个典型的排放峰。分析讨论了温度、水稻生物量、耕作制度以及水稻栽培方式等因素对稻田CH4排放的影响。发现川中丘陵水稻生长季节5cm深处地温与稻田CH4排放通量呈显著正相关;水稻植株生长对CH4排放有重要作用;水旱轮作稻田CH4排放通量比冬水田低54.1%～65.1%;冬水田水稻采用强化栽培方式既可提高产量又可减少CH4排放。     

麦季稻秆还田方式对后续稻季CH4排放的影响

通过田间试验研究了麦季4种稻秆还田方式（不还田、表面覆盖、均匀混施和原位焚烧）对后续稻季CH4排放的影响,以探讨稻．麦轮作系统中秸秆还田对稻田温室气体排放的后续效应。试验于2007年小麦播种期将4．8t·hm^-2水稻秸秆分别以不同方式还田（不还田处理除外）,利用静态箱／气相色谱法对2008年后续稻季CH4排放进行观测。结果表明,不同麦季稻秆还田方式显著影响后续稻季的CH4排放。与不施稻秆处理相比,表面覆盖和均匀混施处理后续稻季CH4排放量增加了75％和40％,且CH4排放量差异主要体现在水稻生长前期（0．60d）;原位焚烧处理CH4排放量与稻秆不还田处理相比无显著差异（P〉0．05）;与不施稻秆处理相比,均匀混施处理显著增加稻季开始前土壤全C质量分数6％和全N质量分数12％（P〈0．05）;各处理水稻（Oryza sativa L．）产量无显著差异（P〉0．05）;稻秆麦季均匀混施与表面覆盖相比能在一定程度上抑制后续稻季CH4排放．同时避免了秸秆焚烧导致的C、N、P等元素的大量损失,是较为合理的麦季稻秆还田方式。     

鸭稻共作方式对土壤肥力因素的影响

鸭稻共作是一种较为典型的稻田生态农业模式。鸭子不停地在稻田中日夜活动对土壤肥力会产生一定的影响。通过与常规栽培方式的对比试验研究发现，除土壤速效磷含量外，鸭稻共作稻田的土壤有机质、碱解氮、交换性钾的含量均分别比常规耕作稻田的有所增高，其中某些土壤养分含量在某些生育期存在显著差异。由此初步表明，鸭稻共作生态农业模式可以实现在水稻生产全过程中不使用任何化肥和农药，而基本上可达到保持土壤肥力，生产绿色食品的目的。     

一稻两鸭共作对稻田土壤养分动态的影响

鸭稻共作是有效减少化肥和农药施用的重要技术,对稻田土壤养分消耗具有一定的缓冲和调控作用。但在鸭稻共作有机生产模式中,外源性化肥投入的缺乏常常成为水稻高产的限制因素。为更好地解决有机种植中土壤养分供应的问题,对常规鸭稻共作进行了调整,建立了2种＂一稻两鸭＂共作生态农业模式。通过田间试验对常规稻作、常规鸭稻共作、一稻两鸭轮养及一稻两鸭套养4种种植模式下的土壤养分进行定位监测。结果表明：相对于常规稻作,3种鸭稻共作模式均能在一定程度上提高土壤全钾、全氮的含量,同时减小碱解氮的消耗。与比生产前期相比,生产结束后常规水稻种植模式下土壤有机质含量有所下降,而3种鸭稻共作模式下土壤有机质含量比生产前期均有不同程度的增加。4种种植模式下土壤全磷含量在生产结束后均有不同程度的下降,然而一稻两鸭套养和一稻两鸭轮养模式下土壤全磷含量的降低程度低于常规稻作。早稻生产结束后,一稻两鸭套养和一稻两鸭轮养模式下的土壤全磷含量比常规稻作分别高出13.53%和11.01%。与常规鸭稻共作模式相比,一稻两鸭轮养和套养模式增加了全氮以及全钾有机物的积累,同时减缓了碱解氮、速效磷、速效钾含量的下降。晚稻生产结束后,一稻两鸭套养模式下土壤碱解氮、速效磷和速效钾的含量分别比常规鸭稻共作模式高出3.7%,10.39%和7.59%。产量测定结果表明,早稻时期一稻两鸭套养模式下的水稻产量比常规鸭稻共作模式高12.90%,晚稻时期则比常规鸭稻共作高12.19%。一稻两鸭共作模式中,由于两批鸭子的存在,其排便和中耕作用几乎贯穿于水稻的整个生长发育过程,因此培肥效果与常规鸭稻共作相比有了进一步的提高,对系统内的养分循环利用起到了更好的促进作用。     

不同施肥处理对红壤晚稻田CH_4排放的影响

选取不同施肥处理的双季稻田为研究对象,采用静态箱-气相色谱法对晚稻田CH4排放通量进行观测。结果表明,与不施肥对照(T1)相比,各施肥处理CH4排放通量均有不同程度增加。其中秸秆还田+化肥处理(T5)CH4平均排放通量为9.96mg.m-2.h-1,比增氮磷施肥处理(T4)和对照分别增加26.1%和120.0%;平衡施肥处理(T2)和减氮磷施肥处理(T3)CH4平均排放通量比对照增加20%左右。说明施化肥可能提高水稻植株运输能力,进而增加CH4排放,但并未发现施化肥处理(T1、T2、T3和T4)之间CH4排放存在显著差异。同时对相关环境因素的分析表明,各处理CH4排放通量与土壤5cm深处温度间存在指数函数关系,并与田间水层厚度呈正相关关系(P<0.05)。综合考虑温室效应和稻谷产量,认为T2为推荐施肥方式,即N、P2O5和K2O施用量分别为180、90和135kg.hm-2,在插秧前1d施入占总N量70%的碳铵和全部磷肥、钾肥(过磷酸钙和氯化钾)作为基肥,并在分蘖期(2008年7月19日)追施占总N量30%的尿素。     

湿地碳循环研究综述

湿地由于其巨大的碳库储存能力而成为碳循环研究的热点之一.从湿地CO_2/CH_4释放时空格局,CO_2/CH_4释放影响因子,碳"源""汇"评估及人类活动影响四个方而综述了国内外湿地碳循环方面的研究工作.认为当前对湿地碳排放过程各种潜在的影响因素比较清楚,但碳排放过程各种影响因子之间存在的交互作用有待于进一步深入研究.在进行不同湿地类型碳循环研究的同时,应加强包括微生物、植物根系等地下碳动态研究,加强碳、氮耦合研究.在评估人类活动对湿地碳循环的影响过程中,要综合考虑植被碳库、土壤碳库及土壤碳排的变化.另外,无论从认识不同湿地类型碳过程特征及机理的角度,还是从减少全球或区域碳收支估测不确定性的角度来看,加强数据缺乏地区的湿地类型的碳平衡及相关碳过程的研究都具有重要意义.     

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。     

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。