保护性耕作对后茬冬小麦土壤CO2和N2O排放的影响

为研究保护性耕作对后茬冬小麦土壤CO2和N2O排放的影响,在前茬进行常规耕作(T)、免耕(NT)、免耕+秸秆覆盖(NTS)、常规耕作+秸秆施用(TS)这4种处理,采用静态箱-气相色谱法分析土壤CO2和N2O排放通量.结果表明,保护性耕作没有改变后茬土壤CO2和N2O排放的季节性规律,对冬小麦生物量无明显影响;保护性耕作显著减少了土壤CO2和N2O累积排放量.与T相比,TS、NT、NTS的全生育期土壤CO2累积排放量分别降低了5.95%(P=0.132)、12.94%(P=0.007)和13.91%(P=0.004),土壤N2O累积排放量分别减少了31.23%(P=0.000)、61.29%(P=0.000)和33.08%(P=0.000).本研究表明免耕与秸秆施用能减少后茬作物生长季土壤的CO2和N2O排放量.     

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.     

长期定位有机物料还田对关中平原冬小麦-玉米轮作土壤N2O排放的影响

为定量研究有机物料还田对农田土壤N2O排放的影响,采用静态暗箱-气相色谱法对关中平原冬小麦-玉米轮作24 a长期定位施肥试验地土壤N2O排放速率和相关环境因子进行了周年观测,试验处理为对照(CK,0 kg·hm~(-2))、氮磷钾(NPK,353kg·hm~(-2))、氮磷钾加秸秆还田[NPKS,(353+40)kg·hm~(-2)]和氮磷钾加牛粪[NPKM,(238+115)kg·hm~(-2)]4个处理.结果表明观测期内,CK处理N2O排放速率较小[2.9 g·(hm~2·d)~(-1)];施肥处理在冬小麦季施肥和玉米季灌溉后均出现排放峰,最高值分别为NPKS[113.4 g·(hm~2·d)~(-1)]和NPKM[495.0 g·(hm~2·d)~(-1)]处理.各处理N2O排放通量与土壤湿度均呈显著正相关关系(r0.28,P0.05).CK、NPK、NPKS和NPKM处理N2O年排放总量分别为(0.1±0.0)、(2.6±0.1)、(3.4±0.7)和(2.9±0.3)kg·hm~(-2),施肥处理排放总量显著高于CK处理(P0.05),但施肥处理之间差异不显著(P=0.06),说明施肥促进了N2O排放,但有机物料还田未能显著增加N2O排放.各施肥处理N2O直接排放系数分别为0.72%、0.83%和0.80%,均低于IPCC缺省值1%.施肥处理中,NPKM处理的单位产量N2O排放量最低.     

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.     

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.     

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.     

长期定位施用牛粪对夏玉米-冬小麦体系农田N_2O和NO排放的影响

利用静态暗箱法对关中平原27a长期定位施肥农田氧化亚氮(N2O)和一氧化氮(NO)排放通量进行周年(2017年6月到2018年6月)观测,目的是阐明N2O和NO的排放特征及其影响因子,定量评估施用牛粪对气体排放的影响。田间试验采用随机区组试验设计,设置3种处理。对照(CK)处理全年不施肥。全化肥(NPK)和化肥加牛粪(NPKM)处理全年施氮(N)量为353 kg·hm-2,其中夏玉米季为188 kg·hm-2,均为尿素N;冬小麦季为165 kg·hm-2,NPK处理全部为尿素N,而NPKM处理尿素N与牛粪N的比例为3:7。结果表明,CK处理气体排放通量较低且无明显季节变化,NPK和NPKM处理气体排放高峰主要与施肥和灌溉有关,N2O和NO排放最高峰值分别为103.0 g·(hm2·d)-1和71.0 g·(hm2·d)-1,均出现在NPKM处理玉米季。当土壤温度高于20℃时,NPK和NPKM中NO/N2O比均与土壤充水孔隙度呈显著负相关关系(P0.01),说明土壤温度和水分含量共同影响气体排放。各处理N2O年排放量分别为0.21、2.32和2.15kg·hm-2,NPK与NPKM处理间差异不显著(P=0.74);NO年排放量分别为0.23、0.80和1.46 kg·hm-2,NPK和NPKM处理间差异显著(P0.05)。说明长期施用牛粪对N2O排放无影响,但可显著增加NO排放。     

臭氧浓度升高对土壤-冬小麦系统CO2排放的影响

通过田间试验,采用静态箱-气相色谱法测定CO2排放通量,研究臭氧(O3)浓度升高对土壤-冬小麦系统CO2排放的影响.结果表明,O3浓度升高对CO2排放的季节变化模式无明显影响.在返青期和拔节孕穗期,O3浓度升高显著降低了土壤-冬小麦系统的CO2排放通量;在抽穗成熟期,O3浓度100 nL·L-1处理对CO2排放通量没有...     

长期定位施用牛粪对夏玉米-冬小麦体系农田N2O和NO排放的影响

利用静态暗箱法对关中平原27 a长期定位施肥农田氧化亚氮(N_2O)和一氧化氮(NO)排放通量进行周年(2017年6月到2018年6月)观测,目的是阐明N_2O和NO的排放特征及其影响因子,定量评估施用牛粪对气体排放的影响.田间试验采用随机区组试验设计,设置3种处理.对照(CK)处理全年不施肥.全化肥(NPK)和化肥加牛粪(NPKM)处理全年施氮(N)量为353 kg·hm~(-2),其中夏玉米季为188 kg·hm~(-2),均为尿素N;冬小麦季为165 kg·hm~(-2),NPK处理全部为尿素N,而NPKM处理尿素N与牛粪N的比例为3∶7.结果表明,CK处理气体排放通量较低且无明显季节变化,NPK和NPKM处理气体排放高峰主要与施肥和灌溉有关,N_2O和NO排放最高峰值分别为103. 0 g·( hm~2·d)~(-1)和71. 0 g·( hm~2·d)~(-1),均出现在NPKM处理玉米季.当土壤温度高于20℃时,NPK和NPKM中NO/N_2O比均与土壤充水孔隙度呈显著负相关关系(P 0. 01),说明土壤温度和水分含量共同影响气体排放.各处理N_2O年排放量分别为0. 21、2. 32和2. 15 kg·hm~(-2),NPK与NPKM处理间差异不显著(P=0. 74); NO年排放量分别为0. 23、0. 80和1. 46 kg·hm~(-2),NPK和NPKM处理间差异显著(P 0. 05).说明长期施用牛粪对N_2O排放无影响,但可显著增加NO排放.     

秸秆与化肥减量配施对菜地土壤温室气体排放的影响

采用静态箱/气相色谱法,2016年11月至2017年9月通过田间原位试验,设置了无物料还田(CK)、常规化肥(F)、秸秆还田配施100%化肥(100FS)、秸秆还田配施70%化肥(70FS)、秸秆还田配施60%化肥(60FS)、秸秆还田配施50%化肥(50FS),对比分析了在化肥减量的基础上,配施秸秆处理的菜地(莴笋-卷心菜-辣椒轮作)土壤CO_2、CH_4、N_2O动态变化特征及温室效应,研究秸秆与化肥减量配施对菜地温室气体排放的影响.结果表明,土壤CO_2、CH_4、N_2O排放具有一定的季节变化规律,排放高峰主要集中在4~8月,且在施肥灌水后均会出现气体的排放峰.秸秆与化肥配施较常规施肥(F)处理提高了土壤N_2O排放量,累积排放量及其排放系数,其中100FS处理的效果最为明显,辣椒季的累积排放通量明显高于莴笋季和卷心菜季,高达60.76 kg·hm~(-2)(P0.05),N_2O的排放系数(以N_2O-N/N计)为0.138 kg·kg-1,而秸秆与化肥减量配施较100FS处理可以降低氮肥的N_2O排放系数.与对照CK和F处理相比,70FS处理降低了土壤CO_2排放量和累积排放量,分别为55.28~1 831.62 mg·(m2·h)-1和7 502.13~25 988.55 kg·hm~(-2),而其他秸秆与化肥配施处理均增加了CO_2累积排放通量,尤其是60FS和50FS处理.对土壤CH_4排放而言,辣椒季的排放波动较大,除CK外,各处理的土壤CH_4累积排放量多为负值,表现为大气中CH_4汇;秸秆与化肥减量30%~50%配施处理均降低了辣椒季的土壤CH_4排放量和累积排放通量,而100FS处理提高了CH_4排放量和累积排放通量.与CK和F处理相比,除70FS外,100FS、60FS和50FS均显著提高了GWP.总体上,从温室气体排放角度,在常规化肥施用的基础上减量30%再与秸秆配施可以降低土壤CO_2和CH_4排放,缓解温室气体的增温潜势,而对土壤N_2O减排效果不显著.     

不同氮、磷肥用量下双季稻田的CH4和N2O排放

以红壤双季稻田为研究对象,采用静态暗箱-气相色谱法对2009年水稻生长期内不施肥（CK）,平衡施肥（BF）、减氮磷一（DNP1）、减氮磷二（DNP2）和增氮磷（INP）等5个处理的CH4和N2O排放通量以及环境因素进行观测.结果表明,早稻生长期间BF、DNP1、DNP2和INP的CH4平均排放通量为4.57、5.42、...     

水肥气耦合对温室番茄地土壤N2O排放及番茄产量的影响

为揭示水肥气耦合对温室番茄地土壤N_2O排放的影响,提出适宜的温室番茄增产减排措施,采用静态暗箱-气相色谱法监测土壤N_2O的排放,分析水肥气耦合条件下土壤温度、灌溉水利用效率(WFPS)、NO~-_3-N、O_2含量的变化规律以及N_2O排放的影响机制.加气条件下设两个灌水水平0.6 W和1.0 W(分别代表亏缺40%灌溉和充分灌溉,W代表充分灌水时的灌水量)和3个施氮水平(120、 180和240 kg·hm~(-2),分别代表低、中和高氮,以50%F、 75%F和F表示,其中F为当地推荐施氮量),以不加气充分灌溉(O为加气灌溉,CK为常规滴灌)条件下3种施肥水平为对照,共9个处理.结果表明,充分灌溉(W2F1O、W2F2O和W2F3O)的N_2O累积排放量较亏缺灌溉(W1F1O、W1F2O和W1F3O)处理平均增加了55.7%(P0.05);高氮条件下(W1F3O、W2F3O和W2F3CK)土壤N_2O排放较中氮和低氮平均增大13.4%和43.8%(P0.05),充分灌溉条件下加气处理(W2F1O、W2F2O和W2F3O)较相应不加气处理(W2F1CK、W2F2CK和W2F3CK)N_2O排放平均增加11.2%(P0.05).加气、施氮量和灌水量的增加可增加番茄产量和单产N_2O排放量.高氮处理番茄产量和单产N_2O排放量较中氮处理分别增加了12.5%(P0.05)和3.9%(P0.05),高氮处理番茄产量和单产N_2O排放量较低氮处理显著增加了30.4%和9.6%(P0.05),加气充分灌溉较加气亏缺灌溉处理番茄产量和单产N_2O排放量分别显著增加了29.7%和18.7%(P0.05),加气处理(W2F1O、W2F2O和W2F3O)较不加气处理产量(W2F1CK、W2F2CK和W2F3CK)平均增加了10.4%(P0.05),单产N_2O排放量增加但不显著.灌水量增加、施肥量降低、加气均可显著增大肥料偏生产力,减小灌溉水分利用效率(IWUE).综合考虑N_2O累积排放量、作物产量、氮肥利用效率、IWUE和单产N_2O排放量,得出加气低氮充分灌溉为较优的管理模式.本研究结果为温室番茄的增产减排提供了一定的参考.     

有机无机肥配施对不同程度盐渍土N2O排放的影响

选取内蒙古河套灌区轻度盐渍土S_1(EC为0.46 dS·m~(-1))及中度盐渍土S_2(EC为1.07 dS·m~(-1))为研究对象,在等施氮量条件下,采用静态箱-气相色谱法研究了不同有机无机肥配施比例:CK(不施肥)、U_1(240 kg·hm~(-2)化肥)、U_3O_1(180 kg·hm~(-2)化肥+60 kg·hm~(-2)有机肥)、U_1O_1(120 kg·hm~(-2)化肥+120 kg·hm~(-2)有机肥)、U_1O_3(60 kg·hm~(-2)化肥+180 kg·hm~(-2)有机肥)和O_1(240 kg·hm~(-2)有机肥)对春玉米农田土壤N_2O排放的影响,旨在明确不同施肥策略下土壤N_2O排放特征,为制定盐渍化农田合理的减排措施提供理论依据.结果表明, 2种不同程度盐渍化土壤N_2O排放存在显著差异,同一处理S_2土壤N_2O排放总量较S_1土壤高出11.86%～47.23%(P0.05).各施肥处理对土壤N_2O排放通量影响趋势基本一致,即施肥后出现排放高峰,基肥和追肥后累积排放量占整个生育期排放量60%左右.适当施入有机肥可以显著降低土壤N_2O排放,S_1和S_2盐渍土分别以U_1O_1及O_1处理N_2O排放量最小,较U_1处理显著降低33.62%和28.51%(P0.05),同时可以获得较高的玉米产量.各施肥处理N_2O排放通量与土壤NH~+_4-N呈极显著正相关关系(P0.01),而与土壤NO~-_3-N含量呈负相关关系,表明硝化作用是盐渍化玉米农田N_2O产生的主要途径,配施有机肥可以持续减少土壤NH~+_4-N供给而减少N_2O的排放.从玉米产量及减少温室效应的角度,得到本地区适宜的施肥管理模式:轻度盐渍土为120 kg·hm~(-2)有机肥+120 kg·hm~(-2)化肥,中度盐渍土为240 kg·hm~(-2)有机肥.     

盐度水平对不同盐渍化程度土壤氧化亚氮排放的影响

选取内蒙古河套灌区3种不同盐渍化程度土壤(盐土、重度盐渍化土壤和轻度盐渍化土壤),采用室内培养方法,用不同浓度KCl溶液调节不同盐渍化程度土壤盐含量分别为原土壤盐含量(对照)的2倍和3倍,研究盐分对不同盐渍化程度土壤氧化亚氮(N_2O)排放的影响.结果表明,盐分含量显著影响不同盐渍化程度土壤N_2O排放.无外源盐分加入时,不同盐碱程度土壤中盐土N_2O排放量最高,重度盐渍化土壤次之,轻度盐渍化土壤最低.外源盐加入后,随盐度梯度升高,与其对照相比,盐土N_2O排放量降低;重度盐渍化土壤N_2O排放量呈现先增加后降低趋势;轻度盐渍化土壤N_2O排放量升高.与其对照相比,土壤的盐分含量增加2倍时,盐土N_2O排放量减少90%;轻度盐渍化土壤N_2O排放量增加9倍.外源盐加入不同盐渍化程度土壤对N_2O排放的影响程度取决于土壤培养前后铵态氮含量差值,加入外源盐后,N_2O累积排放变化量的94.6%由土壤NH_4~+-N含量差值解释(R2=0.95,p0.01).     

生物炭和有机肥对华北农田盐碱土N2O排放的影响

基于山东滨州地区冬小麦-夏玉米轮作大田试验,探究了施用生物炭和有机肥对夏玉米季土壤氧化亚氮(N_2O)排放的影响,为盐碱土壤N_2O增汇减排提供理论依据.试验按照不同处理氮、磷、钾含量相同原则,设置对照CK[N:0.2t·(hm~2·a)~(-1),P_2O_5:0.12 t·(hm~2·a)~(-1),K_2O:0.2 t·(hm~2·a)~(-1)]、C1[5 t·(hm~2·a)~(-1)生物炭]、C2[10 t·(hm~2·a)~(-1)生物炭]、C3[20 t·(hm~2·a)~(-1)生物炭]、M1[7.5 t·(hm~2·a)~(-1)有机肥]、M2[10 t·(hm~2·a)~(-1)有机肥]这6个处理.结果表明,施加生物炭和有机肥对土壤N_2O排放影响趋势基本一致,排放高峰均出现在施肥(基肥和追肥)后,累积排放量占整个生育期排放量的近一半;与CK相比,C1、C2分别降低N_2O排放的45.3%、31.6%,而C3、M1、M2分别增加了17.3%、37.4%、27.6%.施加生物炭和有机肥均会对土壤N_2O排放产生影响,施加生物炭可以降低N_2O排放,而施加有机肥则促进了N_2O排放.因此,生物炭对减少农田N_2O排放具有巨大潜力.     

凤眼莲对富营养化水体硝化、反硝化脱氮释放N2O的影响

以往有关大型水生漂浮植物消减富营养化水体氮(N)的研究主要侧重于植物对N的吸收效果,而忽略了硝化、反硝化反应途径对水体脱氮的贡献.基于此,本研究中借助具创新性的收集凤眼莲种植水体释放N₂O的装置和方法,通过模拟实验研究了凤眼莲对富营养化水体硝化、反硝化脱氮中间产物N₂O的影响.结果表明,凤眼莲可以促进富营养化水体的硝化、反硝化、成对硝化-反硝化反应过程,在本实验条件下凤眼莲种植水体在整个培养期内释放的N₂O气体浓度累积升高幅度较大,为453~4055 nL·L^-1(未加硝化抑制剂处理),通过释放N₂O而脱除氮素的量占整个水体N消减量的1.36%,为相应未种植凤眼莲水体的4.31倍.种植凤眼莲水体试验期间释放N₂O-N的量与水体氨态氮或硝态氮浓度的变化量均存在显著相关关系(p<0.05),说明N₂O释放量受到水体中NH₄⁺、NO₃^-浓度变化的影响.种植凤眼莲在实验中后期可以增加水体中硝化、反硝化细菌的数量,但其数量远低于凤眼莲根系附着的硝化反硝化细菌.水体中反硝化细菌数量与水体释放N₂O浓度之间并无显著相关性,说明种植凤眼莲水体反硝化脱氮释放N₂O过程可能主要是由根系共生微生物驱动的.     

控释尿素对黄河故道沙性潮土N2O排放的影响

建立田间原位试验,采用静态箱-气相色谱法,研究了常规尿素及其与硫包膜和聚氨酯包膜控释尿素配施(比例分别为30%∶70%、 50%∶50%和70%∶30%)对黄河故道沙性潮土玉米生长季氧化亚氮(N_2O)排放的影响.研究发现:常规尿素处理N_2O排放量(以N计,下同)为1.78 kg·hm~(-2),排放系数为0.38%;与之相比,配施30%、 50%和70%硫包膜尿素处理的N_2O排放量分别降低了1.12%、 22.5%和11.2%,排放系数下降2.63%～26.3%.相反,配施聚氨酯包膜尿素处理增加N_2O排放量0.02～0.41 kg·hm~(-2),其中70%聚氨酯包膜尿素处理增幅最大,达到23.0%.回归分析表明,各处理N_2O排放通量与10 cm处土温、土壤NH~+_4-N和NO~-_3-N含量呈极显著正相关(P0.01),而与土壤孔隙含水量和溶解性有机碳含量无显著关系.与常规尿素相比, 50%常规尿素+50%硫包膜控释尿素处理玉米产量略有增加,而30%常规尿素+70%硫包膜尿素处理稍微降低了玉米产量,但不显著(P0.05).因此,控释肥减缓土壤N_2O排放以及对作物产量的影响主要受控于包衣材料.