稻田不同种类有机肥施用对后季麦田N2O排放的影响

以稻麦轮作系统为对象,研究水稻生长季基肥施用不同有机物料对后季麦田N2O排放及年轮作系统CH4和N2O综合温室效应的影响.结果表明:与施用化肥(化肥处理)相比,施用菜饼加化肥(菜饼处理)对后季麦田N2O排放量无影响;施用小麦秸秆加化肥(小麦秸秆处理)导致后季麦田的N2O排放量减少15%;施用牛厩肥加化肥(牛厩肥处理)和猪厩肥加化肥(猪厩肥处理)分别增加29%和16%就稻麦年轮作生长季总体而言,菜饼、牛厩肥和猪厩肥处理稻麦生长季N2O排放总量较化肥处理分别增加6%、17%和7%,然而,小麦秸秆处理N2O排放总量减少16%.20a或500a时间尺度上各处理稻田CH4排放和该轮作周期水稻和小麦生长季N2O排放的总GWP值由大到小的顺序分别为:菜饼处理＞小麦秸秆处理＞牛厩肥处理＞猪厩肥处理＞化肥处理或菜饼处理＞牛厩肥处理＞猪厩肥处理＞小麦秸秆处理＞化肥处理.单位产量的GWP以作物残体处理最高,农家肥其次,化肥处理最低.因此,稻田基施不同种类有机物料都相应地增加稻麦轮作系统CH4和N2O排放的综合温室效应.     

不同种类有机肥施用对稻田CH4和N2O排放的综合影响

以麦茬稻田为对象,研究基肥施用不同有机肥对稻田CH₄和N₂O排放的综合影响.结果表明:有机肥施用对稻田CH₄和N₂O排放的季节变化模式无明显影响,但影响其排放量.与施用化肥(化肥处理)相比,施用菜饼+化肥(菜饼处理)促进CH₄和N₂O的排放,其季节排放总量分别增加了252%和22%;施用小麦秸秆+化肥(秸秆处理)和牛厩肥+化肥(牛厩肥处理)明显增加CH₄排放,增加量分别为250%和45%,同时却减少N₂O排放,分别减少18%和21%;施用猪厩肥+化肥(猪厩肥处理)降低CH₄和N₂O的排放,分别降低4%和18%.对CH4和N₂O排放的综合温室效应分析表明,菜饼和秸秆处理的全球增温潜势(GWP)约为化肥处理的2.5倍,牛厩肥和化肥处理基本持平,但施用猪厩肥可减少10%～15%.各处理的GWP从高到低依次为菜饼、秸秆、牛厩肥、化肥和猪厩肥.单位产量的GWP以秸秆处理最高,菜饼次之,牛厩肥比化肥处理略高,猪厩肥处理最低.从本生长季来看,猪厩肥的施用对于实现环境效益与生产效益的协调发展具有一定作用.     

稻田不同种类有机肥施用对后季麦田N2O排放的影响

以稻麦轮作系统为对象,研究水稻生长季基肥施用不同有机物料对后季麦田N₂O排放及年轮作系统CH₄和N₂O综合温室效应的影响.结果表明:与施用化肥(化肥处理)相比,施用菜饼加化肥(菜饼处理)对后季麦田N₂O排放量无影响;施用小麦秸秆加化肥(小麦秸秆处理)导致后季麦田的N₂O排放量减少15%;施用牛厩肥加化肥(牛厩肥处理)和猪厩肥加化肥(猪厩肥处理)分别增加29%和16%.就稻麦年轮作生长季总体而言,菜饼、牛厩肥和猪厩肥处理稻麦生长季N₂O排放总量较化肥处理分别增加6%、17%和7%,然而,小麦秸秆处理N₂O排放总量减少16%.20a或500a时间尺度上各处理稻田CH₄排放和该轮作周期水稻和小麦生长季N₂O排放的总GWP值由大到小的顺序分别为:菜饼处理>小麦秸秆处理>牛厩肥处理>猪厩肥处理>化肥处理或菜饼处理>牛厩肥处理>猪厩肥处理>小麦秸秆处理>化肥处理.单位产量的GWP以作物残体处理最高,农家肥其次,化肥处理最低.因此,稻田基施不同种类有机物料都相应地增加稻麦轮作系统CH₄和N₂O排放的综合温室效应.     

猪粪化肥配施对双季稻田CH4和N2O排放及其全球增温潜势的影响

以湖南典型红壤双季稻田系统为研究对象,采用静态箱-气相色谱法研究了水稻生长季基肥配施猪粪条件下CH4和N2O的排放特征,并估算了排放的CH4和N2O的全球增温潜势(GWP).结果表明,与施用化肥处理相比,猪粪化肥配施对稻田CH4和N2O排放的季节变化模式无明显影响,但影响其排放量大小.两个稻季,猪粪替代50%化学氮肥处理(1/2N+PM)CH4累积排放量较不施氮肥处理(0N)、50%化学氮肥处理(1/2N)、100%化学氮肥处理(N)分别提高54.83%、33.85%和43.30%(P<0.05);1/2N+PM处理N2O累积排放量较N处理显著降低67.50%,较0N处理、1/2N处理分别提高129.43%、119.23%(P<0.05).水稻生长季CH4是GWP的主要贡献者,占CH4和N2O综合GWP的99%以上.1/2N+PM处理的GWP显著高于其他处理(P<0.05),且1/2N+PM处理单位产量GWP最高,较N处理、1/2N处理、0N处理分别提高58.21%、26.82%、20.63%.因此,双季稻田猪粪替代部分化学氮肥较全部施用化学氮肥增加了双季稻田CH4和N2O排放的综合温室效应,其对温室气体排放的影响需在区域温室气体排放清单中加以考虑.     

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.     

节水灌溉和控释肥施用耦合措施对单季稻田CH4和N2O排放的影响

以我国华东地区典型单季稻水稻田(江苏宜兴)的原柱状土为研究对象,通过两年土柱观测试验,研究不同灌溉管理模式(长期淹水CF、间隙灌溉Ⅱ、控制灌溉CI)和氮肥施用(不施氮CK、尿素Urea和控释肥CRF)耦合措施对水稻生长期内CH4和N2O排放和产量的影响,以期优选典型单季稻田减排增效的水肥管理模式.结果表明,两种节水灌溉方式(CI和Ⅱ)均显著影响稻田土壤CH4和N2O排放量及二者的综合温室效应(GWP)和排放强度(GHGI),与CF相比,Ⅱ和CI均显著提高了 N2O排放量(P＜0.05),降低了 CH4排放量(P＜0.05),进而二者的GWP和GHGI分别显著降低28.9％～71.4％和14.3％～70.4％(P＜0.05);两种节水灌溉模式相比,CI较Ⅱ模式呈现较好的CH4减排优势,排放总量降低了 57.7％～91.8％,而二者的N2O排放量无显著性差异(P＞0.05),最终CI对GWP和GHGI的减排效应略优于Ⅱ模式2.0％～56.2％.施用氮肥(Urea和CRF)均显著促进N2O排放18.4％～2547.8％(P＜0.05),其中CRF处理N2O排放量均略高于Urea处理32.7％～78.6％,但无显著性差异(P＞0.05);CH4排放总量对施氮处理的响应随水分管理模式的不同而不同,总体而言,施用CRF较Urea对稻田土壤GWP和GHGI均无显著影响(P＞0.05).相关分析表明,2018年CF模式的Urea处理和Ⅱ模式的Urea、CRF处理中N2O排放通量与田面水NH4+-N浓度分别呈现显著(P＜0.05)和极显著的正相关关系(P＜0.01),而二者在2019年CI模式的CK和CRF处理中呈现相反规律;2018年CI模式下CK、CRF处理的N2O排放通量与田面水NO3--N浓度呈极显著的正相关关系(P＜0.01).节水灌溉和氮肥施用对水稻产量均呈显著影响(P＜0.05),与CF相比,两种节水灌溉模式(Ⅱ、CI)水稻产量均下降了 14.7％～37.7％;CRF处理较Urea处理略提高水稻产量2.5％～7.4％(P＜0.05).综合考虑稻田土壤GWP、GHGI和水稻产量,节水模式与控释肥施用对稻田土壤减排增产的耦合效应仍有待进一步研究.     

不同施肥方式下紫色土N2O与NOx的排放特征

利用紫色土长期施肥试验平台,采用静态箱-气相色谱法开展紫色土"冬小麦-夏玉米"轮作系统N_2O和NO_x排放的连续两周年(2014年11月~2016年9月)定位观测.研究了氮肥总量相同条件下的常规氮磷钾化肥(NPK)、猪厩肥(OM)、秸秆还田配施氮磷钾化肥(RSDNPK)、猪厩肥配施氮磷钾化肥(OMNPK)和氮磷钾化肥配合硝化抑制剂(DCDNPK)等施肥方式对N_2O和NO_x排放的影响,短期不施肥处理(CK)作为排放系数计算的对照.结果表明,所有施肥方式下紫色土N_2O排放峰均出现在施肥初期和大降雨过程期;NO_x排放过程与N_2O类似,排放峰出现在施肥初期,但强降雨期未出现明显排放峰.NPK、OM、RSDNPK、OMNPK和DCDNPK处理的N_2O年均累积排放量分别为:1.35、4.38、1.43、2.46、0.92 kg·hm~(-2),排放系数分别为:0.33%、1.41%、0.36%、0.73%、0.18%;相应处理的NO_x年均累积排放量分别为:0.11、0.38、0.10、0.27、0.04kg·hm~(-2),排放系数分别为:0.03%、0.13%、0.03%、0.09%、0.01%.较常规化肥,增加有机物料如施用猪厩肥和猪厩肥配施氮磷钾肥分别显著增加226%和83%的N_2O排放(P0.01),同时NO_x排放分别显著增加262%和157%(P0.01);常规化肥配合硝化抑制剂(DCDNPK)使用减少32%的N_2O排放和62%的NO_x排放(P0.01),秸秆还田配施氮磷钾肥对N_2O排放略有增加(P0.05),NO_x排放略有减少(P0.05).统计分析进一步表明,土壤无机氮含量是N_2O和NO_x二者排放的主控因子,而土壤孔隙充水率与温度分别作为N_2O与NO_x各自排放的主控因子之一.     

减氮及不同肥料配施对稻田CH_4和N_2O排放的影响

为比较不同施肥处理的温室气体减排效果,采用田间试验研究了7种肥料处理包括减氮增钾(N190CF+U+K)、减氮追施脲铵(N230CF+UA)、配方施肥(N230CF+U)、有机无机配施(N230O_(F+U))、稳定性复合肥(N230_(UHD))、脲甲醛(N230_(UF))和常规施肥(N270_(CF+U))条件下稻田CH_4和N_2O的排放特及主要环境驱动因子变化.结果表明:不同施肥处理CH_4排放总量范围为78.61~181.96kg/hm~2,除N230_(UHD)处理外,其他施肥处理较N270_(CF+U)减排CH4_达32.0%~49.6%,以N230_(CF+UA_处理减排效果最好;各施肥处理N_2O累积排放量为0.28~0.46kg/hm~2,除N230_(CF+UA)处理外,其他施肥处理减少N_2O排放15.4%~38.6%,以N230_(OF+U)最佳.此外,稻田N_2O排放与田面水中NH_4~+-N和NO_3~--N含量呈显著性正相关(P0.05),CH_4排放与水深以及土壤温度均呈现极显著正相关性(P0.01),而与土壤NH_4+~-N呈显著负相关(P0.05).进一步计算100a尺度下CH_4和N_2O的增温潜势(GWP)和温室气体排放强度(GHGI)可知,除N230_(UHD)处理外,其他施肥处理GWP均低于常规施肥处理,减排效果达32.2%~47.9%;N230_(CF+UA)、N230_(OF+U)、N190_(CF+U+K)以及N230_(UF)处理均能实现稳产减排,其中以N230_(CF+UA)和N230_(OF+U)处理GHGI较低,GHGI减少比例高达40%以上.     

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.