不同水分管理方式下水稻生长季N2O排放量估算:模型建立

我国水稻生产中往往采用多种水分管理方式,如持续淹水、淹水-烤田-淹水和淹水-烤田-淹水-湿润灌溉等. 水分管理方式的不同会引起水稻生长季N₂O排放的显著变化. 本研究收集和整理了2005年以前17篇国内外文献报道的有关我国稻田N₂O季节排放通量的71组田间原位测定资料,每组资料包括稻田氮肥施用的种类和施用量、水分管理方式、N₂O季节排放量等数据,旨在建立不同水分管理方式下水稻生长季N₂O直接排放量的估算模型. 分析结果表明,持续淹水稻田N₂O季节排放量与施氮量无明显相关关系,在淹水-烤田-淹水和淹水-烤田-淹水-湿润灌溉的水分管理方式下,两者呈极显著线性正相关关系. 持续淹水稻田N₂O季节排放总量相当于施氮量的0.02%. 基于普通最小二乘法（OLS）分析技术建立的线性回归模型估算结果表明,淹水-烤田-淹水的水分管理方式下稻田肥料氮的N₂O排放系数为0.42%,但N₂O季节背景排放量不显著. 在淹水-烤田-淹水-湿润灌溉的水分管理方式下,水稻生长季肥料N的N₂O排放系数和N₂O-N背景排放量分别为0.73%和0.79 kg·hm^-2. 残差分析和效能分析显示模型具有较好的适切性. 综合3种水分管理方式,我国稻田水稻生长季N的N₂O排放系数和N₂O-N背景排放量平均分别为0.54%和0.43 kg·hm^-2. 相对于旱作农田而言,水稻生长季肥料N的N₂O排放系数较低,意味着水稻生产较旱地作物可能更有利于减缓我国农业N₂O排放. 本研究建立的模型可以用于我国稻田水稻生长季N₂O直接排放量的估算.     

不同水分管理方式下水稻生长季N_2O排放量估算:模型验证和输入参数检验

利用2005～2007年我国稻田N2O排放通量的田间原位测定资料和国际上其它地区稻田N2O报道结果,对作者建立的不同水分管理方式下水稻生长季N2O排放估算模型进行了验证.结果表明,持续淹水稻田N2O排放的拟合结果与其他地区淹水稻田N2O通量值相一致.淹水-烤田-淹水的水分管理方式下,稻田N2O排放的拟合值接近于国际上同类研究结果.淹水-烤田-淹水-湿润灌溉的水分管理方式下,稻田N2O排放的估算模型对田间原位测定资料有很好的适切性.为了检验模型输入参数的可信度,将本研究建立的有关我国水稻生产的相关资料数据库与以往研究报道结果进行了比较,结果表明,两者具有高度的一致性.数据库资料表明,在20世纪50～70年代间,持续淹水稻田占20%～25%,大约75%～80%的稻田采用淹水-烤田-淹水的水分管理方式.在20世纪80～90年代间,采用持续淹水,淹水-烤田-淹水和淹水-烤田-淹水-湿润灌溉水分管理方式的稻田分别约占12%～16%、77%和7%～12%.20世纪50年代水稻生长季平均每季总施氮量为87.49 kg·hm-2,而90年代平均为224.64 kg·hm-2.其中,化学氮肥的施用量从20世纪50年代的37.4 kg·hm-2增加到了90年代的198.8 kg·hm-2,分别占水稻生长季氮输入总量的43%和88%.在20世纪50～70年代间有机氮的输入量相对比较稳定,平均变幅在45.2～48.2 kg·hm-2之间,随后逐步降低,有机肥料氮占氮输入总量的比例从20世纪50年代的52%降低到了90年代的9%.作物残体N输入量从20世纪50年代的4.9 kg·hm-2增加到了80年代的6.3 kg·hm-2.20世纪50～70年代水稻生长季氮肥施用量具明显的空间变异性,而80～90年代间其空间变异较小.模型验证和输入参数检验的结果表明,该模型能较好地模拟我国不同水分管理方式下的稻田N2O直接排放量.     

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.     

不同水分管理方式下水稻生长季N2O排放量估算：模型验证和输入参数检验

利用2005～2007年我国稻田N₂O排放通量的田间原位测定资料和国际上其它地区稻田N₂O报道结果,对作者建立的不同水分管理方式下水稻生长季N₂O排放估算模型进行了验证. 结果表明,持续淹水稻田N₂O排放的拟合结果与其他地区淹水稻田N₂O通量值相一致. 淹水-烤田-淹水的水分管理方式下,稻田N₂O排放的拟合值接近于国际上同类研究结果. 淹水-烤田-淹水-湿润灌溉的水分管理方式下,稻田N₂O排放的估算模型对田间原位测定资料有很好的适切性. 为了检验模型输入参数的可信度,将本研究建立的有关我国水稻生产的相关资料数据库与以往研究报道结果进行了比较,结果表明,两者具有高度的一致性. 数据库资料表明,在20世纪50～70年代间,持续淹水稻田占20%～25%,大约75%～80%的稻田采用淹水-烤田-淹水的水分管理方式. 在20世纪80～90年代间,采用持续淹水,淹水-烤田-淹水和淹水-烤田-淹水-湿润灌溉水分管理方式的稻田分别约占12%～16%、 77%和7%～12%. 20世纪50年代水稻生长季平均每季总施氮量为87.49 kg·hm^-2,而90年代平均为224.64 kg·hm^-2. 其中,化学氮肥的施用量从20世纪50年代的37.4 kg·hm^-2增加到了90年代的198.8 kg·hm^-2,分别占水稻生长季氮输入总量的43%和88%. 在20世纪50～70年代间有机氮的输入量相对比较稳定,平均变幅在45.2～48.2 kg·hm^-2之间,随后逐步降低,有机肥料氮占氮输入总量的比例从20世纪50年代的52%降低到了90年代的9%. 作物残体N输入量从20世纪50年代的4.9 kg·hm^-2增加到了80年代的6.3 kg·hm^-2. 20世纪50～70年代水稻生长季氮肥施用量具明显的空间变异性,而80～90年代间其空间变异较小. 模型验证和输入参数检验的结果表明,该模型能较好地模拟我国不同水分管理方式下的稻田N₂O直接排放量.     

水分管理与秸秆施用对稻田CH4和N2O排放的影响

2000年6~10月在南京近郊江宁区实施大田试验.主要研究了水稻生长季常规灌溉和连续淹水条件下有机质(小麦秸杆)不同施用量(0,2.25,4.5t/hm2)对稻田CH4和N2O排放的影响.结果表明,在连续淹水条件下,CH4排放量与秸杆施用量成正比,N2O排放与秸杆施用量成反比.烤田的N2O的排放量在施用2.25t/hm2秸杆与对照之间无明显差异,但施用4.5t/hm2秸杆处理其N2O的排放量仅为对照或施用2.25t/hm2秸杆处理下的13%左右.综合考虑水稻生长季CH4和N2O排放的全球增温潜势(GWP),在增加有机质的施用量(如按4.5t/hm2施用量秸杆还田)的情况下,烤田的GWP只占连续淹水处理的60%,是减少稻田CH4和N2O综合温室效应的一种有效措施.     

不同水分管理方式下水稻生长季N2O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 a6.74 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.     

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.     

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.     

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.各土壤没置对照和低、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 ms/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.     

Simulation of temporal and spatial change of N2O emissions in the Yangtze River Delta

A biogeochemical model(DNDC) is combined with a plant ecological model to estimate N2O emission from rice paddy fields in the Yangtze River Delta region. The model is driven by local meteorological, soil, and physiological data and is validated for 1999 and 2000 at a site in the region, which showed that the simulated N2O emissions agree fairly well with the observed data. This adds some confidence in the estimated N2O emissions during 1950 and 2000 in the Hangzhou Region. A significant correlation between the N2O emissions and the population for the Hangzhou Region is found, which is due to a combination of increased application of fertilizers and cultivated area.Such a correlation can not be established for the whole Yangtze River Delta region when the data of both urban and rural are as areincluded. However, when the data from the heavily urbanized areas are excluded, a significant correlation between population and N2O emissions emerges. The results show clearly that both the temporal and the spatial N2O emissions have significant positive relationship with population under traditional farming practice. These results have implications for suitable mitigation options towards a sustainable agriculture and environment in this region.     

Response of CH4 emission of paddy fields to land management practices at a microcosmic cultivation scale in China

The terrestrial ecosystem may be either a source or a sink of CH4 in rice paddies, depending, to a great extent, on the change of ecosystem types and land use patterns. CH4 emission fluxes from paddy fields under 4 cultivation patterns (conventional plain culture of rice(T1), no-tillage and ridge culture of rice(T2), no-tillage and ridge culture of rice and wheat (T3), and rice-wheat rotation(T4)) were measured with the closed chamber technique in 1996 and 1998 in Chongqing, China. The results showed that differences existed in CH4 emission from paddy fields under these land management practices. In 1996 and 1998, CH4 emission was 71.48% and 78.82% (T2), 65.93% and 57.18% (T3), and 61.53% and 34.22% (T4) of that in T1 during the rice growing season. During the non-rice growing season, CH4 emission from rice fields was 76.23% in T2 and 38.69% in T]. The accumulated annual CH, emission in T2, T3 and T4 in 1996 decreased by 33.53%, 63.30% and 65.?3%, respectively, as compared with that in TI. In 1998. the accumulated annual CH4 emission in T], T2, T3 and T4 was 116.96g/m^2, 68.44g/m^2, 19.70g/ms and 11.80g/m^2, respectively. Changes in soil physical and chemical properties, in thermal and moisture conditions in the soil and in rice plant growth induced by different land use patterns were the dominant causes for the difference in CH4 emission observed. The relative contribution of various influencing factors to CH, emission from paddy fields differed significantly under different land use patterns. However, the general trend was that chlorophyll content in rice leaves, air temperature and temperature at the 5 cm soil layer play a major role in CH4 emission from paddy fields and the effects of illumination, relative humidity and water layer depth in the paddy field and CH4 concentration in the crop canopy were relatively non-significant. Such conservative land use patterns as no-tillage and ridge culture of rice with or without rotation with wheat are thought to be beneficial to reducing CH4 emission from paddy fields and are, therefore, recommended as a significant solution to the problems of global(climatic) change.     

土壤有机质矿化与温室气体释放初探

通过土壤有机质的矿化作用，模拟估算温室气体在中国土壤中的释放量，结果表明，ＣＯ_２从土壤中的释放量为３７．５亿ｔ／ａ，ＣＨ_４从稻田中的释放量为０．２０亿ｔ／ａ，Ｎ_２Ｏ从稻田中的释放量为３．４５万ｔ／ａ。对土壤中温室气体释放估算提供了一种简便方法。由于掌握资料不足，准确估算需进一步研究。     

废物管理活动中N_2O产生及排放研究进展

N_2O是一种重要的温室气体,并且对臭氧层有严重的破坏作用,因而在全球气候变化研究中受到广泛关注。随着人类活动的加剧,全球废物排放量呈上升趋势,且废物管理活动中产生的N_2O显著增加了全球温室气体的排放。废物管理活动中N_2O排放源主要包括废水处理、动物粪肥管理及生活垃圾处理处置系统。目前对废物管理活动中N_2O排放缺乏全面认识,文章综述了废物管理活动中N_2O排放机理及产生规律,指出应加强废物管理活动中N_2O减量化方向的研究。     

亚洲地区稻田N2O排放影响因子统计模拟分析

关于稻田N2O排放大样本统计分析大多只涉及水分因子和肥料因子,本研究收集历年亚洲稻田N2O排放资料和更多影响因子(水分管理、肥料类型及用量、土壤属性、气候和水稻类型等)的相关信息,从中筛选出具有统计学意义的因子,构建排放通量和上述因子的统计模型.具有统计学意义的因子包括不同水分管理措施、肥料用量、不同有机肥类型、不同p...     

小兴安岭毛赤杨沼泽CH4、N2O排放规律及其对人为干扰的响应

选择小兴安岭山区毛赤杨（Alnus sibirica）沼泽为研究对象,利用静态暗箱-气相色谱法,研究两个生长季内（2007年和2008年）沼泽湿地在自然状态下CH4、N2O排放通量的变化规律及其主要影响因素,以及在不同采伐干扰（皆伐、45%择伐）方式下,CH4和N2O排放通量的变化过程.结果表明,2007年CH4和N2O平均排放通量分别为1.03 mg·m-2·h-1和58.56μg·m-2·h-1,2008年分别为20.57 mg·m-2·h-1和17.41 μg·m-2·h-1; CH4排放高峰期均发生在夏、秋两季,N2O排放规律不明显.皆伐沼泽和45%择伐沼泽CH4平均排放量分别为597.06、237.05 μg·m-2·h-1,N2O平均排放量分别为35.84、114.51μg·m-2·h-1;与天然沼泽相比,CH4排放量明显下降,N2O排放通量明显升高.水位是CH4排放的主要影响因子,但当水位达到一定高度时不再成为限制因子,土壤温度与CH4排放相关性显著,相对较低水位与相对较高土壤温度有利于N2O排放;积水水位是影响沼泽不同年份CH4和N2O通量排放差异的主要影响因子,采伐引起的土壤温度和水位的变化是干扰地与对照地CH4和N2O排放产生差异的主要原因.