短期保护性耕作措施对大豆-冬小麦轮作系统温室气体排放的影响

通过田间试验,在大豆和冬小麦生长季,进行常规翻耕(conventional tillage,T)、免耕(no-tillage with no straw cover,NT)、常规翻耕+秸秆(conventional tillage with straw cover,TS)、免耕+秸秆(no-till with straw cover,NTS)4种耕作措施处理,采用静态箱-气相色谱法测定土壤-作物系统CO_2和N_2O排放通量.结果表明:在大豆生长季,与T相比,NTS在开花-结荚期显著增加了CO_2累积排放量(P=0.045),增幅达27.9%;NT在鼓粒-成熟期显著降低了CO_2累积排放量(P=0.043),降幅达28.9%.与T相比,NT在鼓粒-成熟期的N_2O累积排放量降低了28.3%(P=0.042).在冬小麦生长季,与T相比,TS、NT在拔节-孕穗期使CO_2累积排放量降低了24.3%(P=0.032)和36.0%(P=0.041),在成熟期降低了26.8%(P=0.027)和33.1%(P=0.038).在返青期,NT、NTS、TS的N_2O累积排放量与T比较均没有明显差异,NTS比NT的N_2O累积排放量降低了42.0%(P=0.035).可见,保护性耕作措施对土壤-作物系统CO2排放的影响较大,对N2O排放的影响不明显.     

地表臭氧浓度升高对旱作农田N2O排放的影响

通过田间试验,在冬小麦和大豆生长季设置3种不同臭氧(O3)浓度的处理,包括自由空气(对照,CK)、100 n L·L-1O3浓度(T1)和150 n L·L-1O3浓度(T2),采用静态箱-气相色谱法测定N2O排放通量,研究地表O3浓度升高对冬小麦-大豆轮作系统N2O排放的影响.结果表明,与CK相比,在冬小麦返青期,T1和T2处理都降低了土壤-冬小麦系统N2O累积排放量,降幅分别为37.8%(P=0.000)和8.8%(P=0.903);在拔节-孕穗期,T1和T2处理使N2O累积排放量分别降低了15.0%(P=0.217)和39.1%(P=0.000);从冬小麦全生育期来看,T1、T2的N2O累积排放量分别降低了18.9%(P=0.138)和25.6%(P=0.000).由于本年度大豆生长季降水偏少,受干旱胁迫的影响,O3浓度升高对大豆田N2O排放的作用不明显.本研究表明地表O3浓度升高会减少旱作农田N2O排放量.     

华北平原农田管理措施对冬小麦-夏玉米轮作系统N2O和CH4排放的影响

华北平原是我国重要的粮食生产基地,其农业生产对N_2O和CH_4也具有重要影响.本研究设置包括3类不同农田管理措施的田间试验,即免耕(No-tillage,N)/旋耕(Rotary,T)、秸秆清茬(Cleaning,S0)/还田(Straw,S1)以及不同氮肥水平(常规氮肥(F2),优化氮肥(F1)和空白处理(F0)),分析对产量、N_2O和CH_4排放的影响以及与土壤性状的关系.结果表明,优化氮肥能保持和当地常规氮肥水平相同的粮食产量,同时可以有效降低温室气体CO2-eq(45.4%).秸秆还田可以显著降低N_2O的排放,其中在夏玉米季效果尤为明显.施用氮肥能够抑制土壤对CH_4的吸收.夏玉米季是N_2O排放的主要时期(N_2O累积排放占全年的59%~78%).土壤NO-3含量、WFPS和土壤温度都对N_2O有显著影响.主效应和交互作用分析证明,氮肥水平对两季作物产量、秸秆还田对冬小麦的产量有显著影响;耕作方式与氮肥水平、秸秆还田分别对两季作物产量和CH_4有极显著的交互作用,秸秆处理和氮肥水平对CH_4排放和冬小麦产量有显著的交互作用;三因素的交互作用体现在对冬小麦产量和两季作物的总产量有显著影响.在华北平原当前氮肥水平上降低30%仍能维持和当地常规农业管理措施相同的作物产量,降低N_2O和CH_4排放45%以上,秸秆还田体现出降低N_2O排放以及长期提高土壤有机碳水平的效益.     

UV-B增强与秸秆施用对土壤-冬小麦系统CO2排放影响

通过大田试验,采用人工增强紫外辐射的方法模拟UV-B增强,应用静态箱-气相色谱法测定土壤-冬小麦系统的CO2排放通量,研究UV-B增强与秸秆施用对土壤-冬小麦系统CO2排放通量的影响.结果表明:UV-B增强与秸秆施用没有改变CO2排放通量的季节性变化规律.UV-B具有抑制效应,显著降低了拔节-孕穗期的CO2排放,降幅达15.48% (P=0.055).秸秆施用对CO2排放具有促进效应,使返青期和拔节 -孕穗期的CO2排放分别增加了59.52% (P=0.005)和13.10% (P=0.092).秸秆施用和UV-B增强处理增加了返青期的CO2排放,增幅为30.95% (P=0.083).对照、UV-B增强、秸秆施用和秸秆施用+UV-B增强4种处理的系统CO2排放与气温都存在极显著的指数关系 (P<0.01),拟合方程的决定系数R2分别为0.56,0.60,0.45和0.51,温度敏感系数Q10值分别为1.83,1.97,1.55和1.70.     

华北平原玉米-小麦轮作农田N2O交换通量的研究

以华北地区冬小麦-夏玉米轮作农田为研究对象,运用静态箱法对正常施肥及正常施肥结合秸秆还田农田N2O交换通量进行了连续1 a对比研究.正常施肥及正常施肥结合秸秆还田样地N2O全年的累积排放量分别为7.61 kg.hm-2和12.6kg.hm-2,其中秸秆还田引起N2O排放明显增加主要发生在玉米生长季节.两种处理样地在玉米季N2O的排放量占全年累积排放的57%～86%,表明华北玉米-小麦轮作体系中N2O排放主要集中在玉米季.各次施肥后10 d内N2O的累积排放量约占全年总排放量的71%～88%,显然现有化肥极大促进了华北农田N2O排放.     

竹炭和猪炭对空心菜-小青菜轮作土壤N2O和CO2排放的影响

以动物源的猪炭和植物源的竹炭为试验材料,通过田间小区试验,研究生物质炭的种类(竹炭和猪炭)、施用方式(一次施用和分批施用)对空心菜-小青菜轮作土壤N_2O和CO_2排放的影响,结果表明:空心菜季土壤N_2O和CO_2排放显著高于小青菜季,土壤N_2O和CO_2排放与土壤pH、温度呈显著相关(p0.01).与不施炭对照相比,竹炭处理可使两季空心菜和小青菜土壤N_2O累积排放量减少16.9%~39.9%,同时CO_2排放量减少9.2%~15.7%,且一次施用处理优于分批施用.猪炭处理在土壤N_2O减排效果上没有竹炭显著,且一次性施用猪炭处理明显增加了两茬空心菜土壤CO_2排放量,与对照相比,分别增加了13.3%和12.9%.与猪炭相比,一次性施用20 t·hm~(-2)竹炭处理在抑制土壤N_2O和CO_2排放上效果更佳.     

保护性耕作对土壤养分及碳库管理指数的影响

2008-2010年在丹江口库区坡耕地进行了保护性耕作试验,观测了不同保护性耕作措施对坡耕地土壤养分和碳库管理指数的影响。结果表明:不同保护性耕作措施在改善土壤养分和碳库管理指数上存在差异",免耕+秸秆覆盖"(NTS)在土壤全量养分和速效养分的保持上均表现出了相对较好的效果。相对于传统的坡耕地种植模式,不同保护性耕作措施可以显著改善土壤碳库管理指数,促使土壤系统向着良性方向转变,其中改善措施以"免耕+秸秆覆盖"(NTS)最为明显,相对传统耕作(T)增加了32.73%,其次为横坡垄作(CSP),最后为免耕(NT)。     

氮肥水平对不同土壤N2O排放的影响

摘要：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年在南京农业大学实施,选取3个供试土壤,各土壤设置对照和低、中、高氮肥水平,全年施尿素量 (以N计) 分别为334 kg/hm2、670 kg/ hm2、1004 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168mg/m2、127 mg/m2和146 mg/m2;小麦生长季,分别为134 mg/m2、124 mg/m2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 mg/m2、744 mg/m2和626 mg/m2。稻麦轮作生长季内,在低氮与中氮两个水平下,不同土壤间N2O排放系数存在显著差异。以一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。     

昼夜增温对大豆田土壤N2O排放的影响

通过田间试验,用静态箱-气相色谱法测定N2O排放通量,研究昼夜增温对大豆田土壤N2O排放的影响.结果表明,增温没有改变大豆田土壤N2O排放通量的季节性变化规律.整个生长季,与对照相比,增温土壤N2O平均排放通量增加了17.31%(P=0.019),累积排放量显著增加了20.27%(P=0.005).对照与增温处理土壤N2O排放通量与土壤温湿度均呈显著性相关关系,对照与增温土壤的N2O排放温度敏感系数分别为3.75和4.10.整个生育期,增温显著增加了植株地上和总生物量、叶片硝酸还原酶活性和全氮含量,显著降低了叶片NO3--N含量;显著增加了土壤NO3--N含量,但对土壤有机碳及全氮含量没有显著影响.本研究表明,昼夜增温显著增加了大豆田土壤N2O的排放.     

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.     

秸秆还田方式对东北农田土壤NH3挥发和N2O排放的影响

秸秆还田是有效利用资源、增加土壤有机质含量和培肥地力的有效措施,但也会影响土壤NH₃挥发和N₂O的排放.探索不同秸秆还田方式对NH₃挥发和N₂O排放的影响对于减少土壤氮素损失和保护生态环境具有重要意义.采用田间小区试验,利用Los Gatos Research（LGR）超便携NH₃分析仪和密闭式静态箱-气相色谱法探究不同秸秆还田方式下土壤NH₃挥发和N₂O排放的特征,试验设4个处理（覆盖还田,即表面覆盖玉米秸秆,0~20和20~40 cm土壤分层扰动后填回,记为JG0-0;常规还田,即秸秆与0~20 cm土壤混合,20~40 cm土壤扰动后填回,记为JG0-20;深还田,秸秆与20~40 cm土壤混合,0~20 cm土壤挖出后填回,记为JG20-40;对照处理,即无玉米秸秆还田,0~20和20~40 cm土壤分层扰动后填回,记为CK）.结果表明:①相比于CK,不同秸秆还田方式均显著降低了土壤NH₃挥发量,增加了土壤N₂O排放量.与CK相比,JG0-0、JG0-20和JG20-40处理下土壤NH₃累积排放量分别减少了12.38%、9.87%和5.73%;土壤N₂O累积排放量分别增加了30.19%、82.82%和36.53%,其中JG0-0和JG20-40处理之间无显著性差异.②JG20-40处理下玉米产量显著高于其他处理,比CK增加了23.15%,JG0-0处理下玉米产量高于CK和JG0-20处理,但并未达到显著水平.③对于NH₃和N₂O这两种气体的总累积排放量,各处理间均达到显著性差异.与CK相比,JG0-0、JG0-20和JG20-40处理下NH₃和N₂O总累积排放量分别增加了16.67%、52.08%和22.92%.④不同秸秆还田方式下的氮素气态损失率均高于CK,JG0-0、JG0-20和JG20-40处理下氮素气态损失率分别比CK增加了17.50%、52.50%和22.50%.因此,综合考虑土壤NH₃挥发量、N₂O排放量和玉米产量等因素,JG0-0处理优于JG20-40、JG0-20处理.      

Pulse emissions of N2O and CO2 from an arable field depending on fertilization and tillage practice

Nitrous oxide (N₂O) emissions from soil are characterized by strong emission pulses. Although several mechanisms are known to create them, pulses are difficult to predict. Currently there is no established systematic way to identify pulses from long-term static chamber measurement results. In this study we suggest a simple algorithm for pulse identification. The algorithm was applied on time series of N₂O and carbon dioxide (CO₂) fluxes from a field study on the long-term impact of fertilization and tillage practice. Between 4 and 9% of N₂O values were pulse values; 20-60% of total emission was emitted as pulses. Minimum tillage resulted in more pulses than plowing. In contrast, long-term averages of N₂O losses from nitrogen (N) fertilizer were similar (3-4%) for all management practices. N₂O emissions per crop yield for increased fertilization practice were double the values for reduced fertilization practice independent of tillage practice. CO₂ emission pulses were scarce and there was no significant effect of management practice on CO₂ pulse probability.     

氮肥和秸秆还田方式对麦玉轮作土壤N2O排放的影响

为探究氮肥和秸秆还田方式对N₂O排放的影响,本研究在关中地区冬小麦-夏玉米轮作模式下,采用双因素裂区设计,主区为常规施氮（G）和减量施氮（70% G）;副区为秸秆不还田（N）、秸秆还田（S）和秸秆还田+生物炭（SB）,分析对N₂O排放和产量的影响及与相关影响因子间的关系.结果表明,小麦季和玉米季各处理在施肥后第5~16d内相继出现N₂O排放高峰,在降雨后也出现N₂O排放峰值.N₂O通量和土壤温度、NH₄⁺-N含量呈显著正相关.在同等施氮水平下,S处理增加了N₂O排放量,SB处理可降低N₂O排放量,S和SB处理均能显著增加作物产量,且SB增产幅度更大;70% G水平的N₂O年排放量较G水平减少了40%~48%,而产量并没有明显减少.综合考虑,在常规施氮基础上减氮30%配合秸秆+生物炭,在保证作物高产的同时,N₂O减排效果最好.     

大气CO2摩尔分数升高对高、低应答水稻稻田N2O排放的影响

依托稻田大气CO₂摩尔分数（x［CO₂］）升高平台FACE （free-air CO₂ enrichment）,采用静态透明箱-气相色谱法研究x［CO₂］升高（正常x［CO₂］+200 μmol·mol^-1）对高、低应答水稻（产量对x［CO₂］升高的响应分别为>30%和10%~15%）稻田N₂O排放的影响.本试验设置4个处理：A-W （正常x［CO₂］+低应答水稻）、F-W （x［CO₂］升高+低应答水稻）、A-S （正常x［CO₂］+高应答水稻）和F-S （x［CO₂］升高+高应答水稻）.结果表明,对比正常x［CO₂］处理（A-S和A-W）,x［CO₂］升高条件下高、低应答水稻（F-S和F-W）稻田N₂O排放分别降低52.54%（P<0.05）和38.40%（P<0.05）,水稻产量分别增加22.96%（P<0.05）和12.11%（P>0.05）,稻田N₂O排放强度分别降低61.68%（P<0.05）和45.13%（P<0.05）.另外,高、低应答水稻稻田N₂O排放与稻田土壤NH₄⁺-N含量呈显著相关关系,而与NO₂^--N含量无显著相关.x［CO₂］升高条件下,土壤温度是影响高应答水稻稻田N₂O排放的重要因素.综合考虑,未来x［CO₂］升高条件下,高应答水稻品种的"增产减排"效果最佳.     

厌氧条件下砂壤水稻土N2、N2O、NO、CO2和CH4排放特征

了解厌氧条件土壤反硝化气体(N2、N2O和NO)、CO2和CH4排放特征,是认识反硝化过程机制的基础,并有助于制定合理的温室气体减排措施.定量反硝化产物组成,可为氮转化过程模型研发制定正确的关键过程参数选取方法或参数化方案.本研究选取质地相同(砂壤土)的两个水稻土为研究对象,通过添加KNO3和葡萄糖的混合溶液,将培养土壤的初始NO-3和DOC含量分别调节到50 mg·kg-1和300 mg·kg-1,采用氦环境培养-气体及碳氮底物直接同步测定方法,研究完全厌氧条件下土壤N2、N2O、NO、CO2和CH4的排放特征,并获得反硝化气态产物中各组分的比率.结果表明,在整个培养过程中,两个供试土壤的N2、N2O和NO累积排放量分别为6~8、20和15~18 mg·kg-1,这些气体排放量测定结果可回收土壤NO-3变化量的95%~98%,反硝化气态产物以N2O和NO为主,其中3种组分的比率分别为15%~19%(N2)、47%~49%(N2O)和34%~36%(NO);但反硝化气体产物组成的逐日动态均显现为从以NO为主逐渐过渡到以N2O为主,最后才发展到以N2为主.以上结果说明,反硝化气体产物组成是随反硝化进程而变化的,在以气体产物组成比率作为关键参数计算各种反硝化气体产生率或排放率的模型中,很有必要重视这一点.     

Responses of greenhouse gas fluxes to experimental warming in wheat season under conventional tillage and no-tillage fields

Understanding the effects of warming on greenhouse gas(GHG, such as N_2O, CH_4 and CO_2 )feedbacks to climate change represents the major environmental issue. However, little information is available on how warming effects on GHG fluxes in farmland of North China Plain(NCP). An infrared warming simulation experiment was used to assess the responses of N_2O, CH_4 and CO_2 to warming in wheat season of 2012–2014 from conventional tillage(CT) and no-tillage(NT) systems. The results showed that warming increased cumulative N_2O emission by 7.7% in CT but decreased it by 9.7% in NT fields(p 0.05). Cumulative CH_4 uptake and CO_2 emission were increased by 28.7%–51.7% and 6.3%–15.9% in both two tillage systems,respectively(p 0.05). The stepwise regressions relationship between GHG fluxes and soil temperature and soil moisture indicated that the supply soil moisture due to irrigation and precipitation would enhance the positive warming effects on GHG fluxes in two wheat seasons.However, in 2013, the long-term drought stress due to infrared warming and less precipitation decreased N_2O and CO_2 emission in warmed treatments. In contrast, warming during this time increased CH_4 emission from deep soil depth. Across two years wheat seasons, warming significantly decreased by 30.3% and 63.9% sustained-flux global warming potential(SGWP) of N_2O and CH_4 expressed as CO_2 equivalent in CT and NT fields, respectively. However, increase in soil CO_2 emission indicated that future warming projection might provide positive feedback between soil C release and global warming in NCP.