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。     

节水灌溉模式对稻田CH4排放规律的影响

基于水稻节水灌溉技术和密闭静态箱技术田间原位采集甲烷气样,试验研究了水稻节水控制灌溉模式对稻田CH4排放规律的影响.结果表明,控制灌溉稻田CH4排放呈现明显的下午极大值型日变化,CH4排放高峰主要出现在下午13∶00,淹水处理CH4排放峰值在1 d中各个时刻的出现具有一定的随机性.控制灌溉稻田CH4排放呈现明显的单峰型季节排放规律,排放高峰发生在分蘖前期,比淹水处理提前了10 d.所以,控制灌溉模式在水稻返青期后的水分调控及生产性用水等水管理措施对稻田CH4排放的影响至关重要.控制灌溉水稻全生育期的稻田CH4排放总量为24.46 g·m-2,比淹水稻田减少了39%,平均排放率为7.96 mg·(m2·h)-1,但返青期和分蘖前期的CH4平均排放率比淹水稻田高,在以后的各个生育阶段均低于淹水稻田.     

亚热带土壤反硝化过程中NO3--N对CH4排放的影响

研究了发育于不同成土母质和不同土地利用方式下的45个亚热带土壤样本,在反硝化严格厌氧培养条件下(密闭、淹水、充N2),加入KNO3的处理(加入N量为200 mg·kg-1)和不加KNO3的空白对照对CH4产生和排放的影响.结果表明,厌氧培养条件下无论加入KNO3与否,CH4的产生和排放首先取决于土壤有机碳总量水平及其有效性.对照土壤中花岗岩母质发育的土壤和KNO3处理土壤中稻田利用方式下的土壤CH4排放量最高.加入KNO3显著抑制了CH4的产生和排放,NO3--N对CH4,产生的抑制效应可能较N2O对CH4产生的抑制效应更大.加入KNO3处理中厌氧培养第1周内的NO3-反硝化量和降低速率是决定CH4排放量的关键因素.不加KNO3的对照土壤中,73%的土样表现为Fe2+的产生和CH4的排放之间呈指数关系增长,表明Fe3和CO2的还原可同步进行.NO3--N不仅显著抑制了CH4的产生和排放,也抑制了Fe3+的还原.     

盐碱区不同开发年限水田温室气体排放规律及影响因素

以吉林省前郭盐碱水田区为研究对象,采用野外采样和小区试验相结合的方法,监测水稻生长期土壤温室气体(CH4和N2O)排放、土壤p H和土壤有机碳(SOC)变化,分析水田温室气体排放规律及其影响因素.结果表明,水田N2O排放季节变化特征明显并呈现3个峰值,肥料的施入提供了更多的反应底物,对水田N2O的排放量影响显著.在淹水条件下,N2O的主要来源于反硝化过程,而排水后,硝化作用则占据了主导地位.CH4排放呈现单峰,在水稻生长旺盛的分蘖期,稻田较深水层以还原环境为主,为产生CH4的微生物提供了适宜的条件,进而导致CH4排放呈高峰值;土壤p H对N2O和CH4排放的影响不明显,但土壤SOC含量与CH4的排放规律呈现显著正相关.     

稻鸭复合系统的温室气体排放及其温室效应

利用密闭箱技术和碱液吸收法.通过田间试验研究了稻鸭复合系统土壤CH4、N2O和CO2的排放规律及其温室效应.结果表明:①在水稻生长期间,CH4分别在分蘖期和抽穗期出现2个排放高峰.平均排放通量养鸭处理为(7.68±0.74)mg·m-2·h-1.常规淹水稻田(对照)为(9.53±0.40)mg·m-2·h-1;N2O排放通量呈现出在稻田淹水期间保持较低值,在稻田落干后迅速升高的趋势,平均排放通量养鸭处理为(0.092±0.073)mg·m-2·h-1,对照为(0.082±0.074)mg·m-2·h-1;而CO2的排放则在分蘖期和成熟期田面水逐渐落干后呈现2个排放峰,养鸭处理和对照的平均排放通量分别为(121.20±4.21)mg·m-2·h-1和(107.53±3.92)mg·m-2·h-1.②稻田养鸭显著地降低了CH4的排放.水稻整个生育期间排放量为18.41 g.m-2,比对照减少19.3%;而显著地提高了N2O的排放,整个生育期间排放量为0.2 g·m-2,比对照增加了10%;养鸭稻田土壤CO2的总排放量为273.66 g·m-2,对照为245.73 g·m-2,两者之间没有显著性的差异.③CH4是引起稻田温室气体综合温室效应的主体,其贡献率在60%左右,相对于常规稻作,稻田养鸭能有效降低甲烷的温室效应,使其温室气体的综合温室效应显著降低.说明在中国南部稻鸭共作是一个减缓全球温室效应的可行措施.     

微生物介导的稻田水土界面温室气体排放及其农事减排措施研究进展

农田生态系统排放的温室气体占全球人为温室气体排放量的12%左右.然而，稻田作为主要的农田生态系统，其微生物和农事减排措施对温室气体(CH₄、N₂O和CO₂)在水土界面之间的归趋及其机制仍不清楚.本文阐述了稻田温室气体产生机理与影响因素，以及稻田温室气体减排的农事管理措施.结果表明：稻田水土界面微生物主导的温室气体排放、土壤理化性质(如含水量、温度、氧化还原电位等因素)都可以直接影响土壤微生物群落结构组分及其微生物过程，从而影响温室气体排放.农事管理措施，如有效的水分调控、土壤养分管理及微生物调控，可改变土壤温室气体排放通量.微生物调控技术，如添加解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)、促进甲烷氧化菌活性、探索含有N₂O还原酶基因的固氮菌等，在温室气体减排方面具有良好的减排潜势.然而，目前稻田温室气体排放的微生物机制研究多立足于室内试验，缺乏野外大尺度稻田试验数据支撑，对稻田微生物群落与生态系统功能的关联、农事管理介导微生物调控机制等鲜有报道.土壤微生物在稻田土壤温室气...     

控制稻田甲烷排放的农业管理措施研究

１９９０～１９９２年连续３ａ,对北京和南京具有代表性稻田进行了甲烷排放通量测定。结果表明,甲烷排放日变化规律受土壤理化性质、农业管理措施、气候变化等影响而变化,在下午１５:００～１８:００出现高峰值￣(１－６),甲烷排放季节变化规律在分蘖期和孕穗期两次出现高峰。采取不同的农业管理措施对稻田甲烷排放的影响显著:间歇灌溉对烤田后的稻田能降低甲烷排放又可增加水稻产量;南方地区垅作栽培有利于减少冬水田甲烷排放,北方地区旱种可减少甲烷排放;有机肥能促进甲烷排放,稻田分蘖期和孕穗期施用硫酸铵和尿素能抑制甲烷排放。      

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.     

土壤理化特性对稻田CH4排放的影响

为了研究土壤理化特性对稻田CH4 排放的影响 ,室外盆栽试验于 2 0 0 0年水稻生长季在南京农业大学实施 ,1 8个供试水稻土分别取自江苏宜兴、江宁、六合、仪征及宝应等地 .所有供试土壤的季节性CH4 平均排放通量为 6 42± 2 70mg·(m2 ·h) - 1,最低和最高值分别为 1 96mg·(m2 ·h) - 1和 1 1 0 6mg·(m2 ·h) - 1,两者相差约 5 6倍 .单相关分析结果表明 :影响CH4 排放的主要土壤参数为质地、氮素状况及铜含量 .CH4 排放与土壤砂粒含量呈正相关 (r =0 5 2 8,p =0 0 2 4) ,与粘粒含量呈负相关 (r =-0 484,p =0 0 42 ) .氮素含量高的土壤CH4 排放较低 ,CH4 排放与土壤全氮、速效氮和铵态氮含量的线性相关系数分别为 -0 449(p =0 0 62 )、-0 61 1 (p =0 0 0 7)和 -0 649(p =0 0 0 4) .土壤铜含量直接影响CH4 的排放 ,CH4 排放与有效态铜和全铜含量的线性相关系数分别为 -0 5 94(p =0 0 0 9)和 -0 5 47(p =0 0 1 9) .本研究并未观测到CH4 排放与土壤有机碳含量有相关关系 ,这与前人报道的实验室培养测定结果及稻田CH4 排放随土壤有机质含量提高而增加的假设完全不同 .逐步回归分析表明 ,不同土壤间CH4 排放的变异性有 75 5 %可由土壤有效态铜含量、镁 (全量 )含量及有效铁含量与全量铁之     

农垦对草甸草原生态系统温室气体(CH4和N2O)的影响

2012~2013年在呼伦贝尔谢尔塔拉牧场对天然草甸草地和草地开垦农田后,不同农作物种植和管理措施下甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)排放进行了野外实地观测.结果表明,天然草甸草地和农田均为大气CH4的吸收汇、N2O的排放源.在生长季,天然草甸草地开垦增强了土壤的N2O排放量,但是对土壤CH4通量的影响却存在较大的不确定性.在相同的气象条件下,作物类型对生长季农田CH4和N2O排放通量都没有影响.在生长季,灌溉对干旱农田的CH4平均吸收通量没有显著影响,但降低了干旱农田N2O的平均排放通量.2012年和2013年农田CH4和N2O的差异主要是因为降雨量不同导致的年际差异.回归分析表明,N2O排放通量与土壤湿度呈线性相关,与土壤温度没有相关性,CH4的吸收通量与土壤温度呈线性相关,与土壤湿度呈线性负相关.土壤湿度是影响土壤CH4吸收和N2O排放的主要因素.     

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.     

模拟SO_4~(2-)沉降对河口潮汐湿地甲烷排放通量的影响

2008年每月小潮日原位定期向闽江河口鳝鱼滩咸草(Cyperus malaccensis)潮汐湿地试验样地施加25,50,100kgSO42--S/(hm2·a)的硫酸钠溶液,探讨模拟SO42-酸沉降对河口潮汐湿地甲烷排放通量的影响.结果表明,SO42-酸沉降对于河口潮汐湿地甲烷排放通量基本无抑制作用.添加SO42-室内厌氧培养试验结果显示,虽然SO42-输入对湿地土壤CH4产生量具有一定的抑制作用,但相对对照组,下降幅度仅为8.5%~15.4%.室内添加甲烷产生基质的厌氧培养试验结果表明,非竞争性途径甲烷产生基质(甲醇和三甲胺)的添加可刺激并增加土壤的甲烷产生量,解释了原位施加SO42-对于河口潮汐湿地甲烷排放通量的基本无抑制作用的试验结果.     

不同农业管理方式对北京地区稻田甲烷排放的影响研究

1990年7月4日到9月28日,对北京朝阳区洼里乡的麦茬稻田甲烷排放进行了测定研究,取得了不同农业管理条件下的一些初步结果。其中按农民常规管理方式的麦茬稻田甲烷平均排放通量为17.5mg/(m2·h)。该值可代表北京地区一般麦茬稻田甲烷排放水平。实验表明,水稻田甲烷排放受到灌溉方式、施肥类型及用量、气温等多种因子的影响,其中农业管理措施的影响是显著的。在农民传统施肥方式下,采用间歇灌溉的方式,比传统的淹灌能有效地提高水稻产量并减少稻田甲烷的排放。      

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.     

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...     

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%。     

种植杂交稻对甲烷排放的影响及评价

早、中、晚稻三季24h稻田甲烷监测结果表明,种植杂交稻没有明显增进福田甲烷排放的作用．甲烷释放总量在3个种植季节中,除连作晚稻的杂交稻田比常规稻田高11．6％外,早稻、单季稻杂交稻田分别低于常规稻田6．4％和8．9％．稻田甲烷每周日平均释放量在水稻生长前期（移栽后5～7周）杂交稻高于常规稻,孕穗至收获期杂交稻低于常规稻．温度对甲烷释放影响十分明显．在不同水稻种植季节,稻田甲烷释放模式各不相同．经测定,杂交稻田的土壤产甲烷细菌数量及土壤产甲烷潜力明显高于常规稻田,其中产甲烷细菌数可相差数倍至2个数量级．试验结果还表明,种植水稻明显增加了稻田甲烷排放量,与侵水稻田相比．植稻田甲烷排放量增加了41．4％．     

增氧对不同秸秆还田稻田田面水养分动态及温室气体排放的影响

秸秆还田对于改善土壤结构、培肥土壤和提高农作物产量与品质有着重要意义,但秸秆还田会增加甲烷排放和面源污染物排放等环境风险,如何减少秸秆还田带来的负面效应是亟需解决的难题.系统比较了增氧对不同碳氮比秸秆还田稻田水稻生长期内田面水碳氮含量和温室气体排放的影响.结果表明,不同秸秆还田均明显增加了稻田田面水中化学需氧量(COD),虽略微降低了N₂O排放,但显著促进了稻田甲烷的排放和全球增温潜势,大小表现为：麦秸还田>油菜秸秆>蚕豆秸秆还田;秸秆还田处理提高了水稻产量,但统计未达显著水平.增氧处理不显著影响水稻产量,使秸秆还田后田面水COD降低15%～32%,稻田甲烷排放显著降低10.4%～24.8%,稻田GWP显著降低9.7%～24.4%,其中麦秸还田处理下增氧效果最佳.结果发现增氧措施在秸秆还田稻田尤其是麦秸还田稻田温室气体减排与降低COD排放风险中的潜在作用及其应用可能性.     

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.