冬季土地管理对稻季CH_4产生、氧化和排放的影响

通过室内培养和田间试验测定了冬季休闲、种麦和淹水处理水稻生长期CH4的产生潜力、氧化潜力及其排放通量,以探讨冬季土地管理对后续稻季CH4产生、氧化和排放的影响。结果表明:休闲与种麦处理间CH4产生潜力无显著差异(P>0.05),但2者均显著低于淹水处理(P<0.05);各处理间CH4氧化潜力无显著差异(P>0.05),土壤中NH4+-N含量可能是较冬季土地管理更为重要的影响CH4氧化潜力的因素;休闲处理CH4平均排放通量显著高于种麦处理(P<0.05),但2者均显著低于淹水处理(P<0.05)。冬季持续淹水稻田CH4产生潜力显著高于冬季排水稻田是其CH4排放量远高于冬季排水稻田的原因。冬季土地管理对稻季CH4排放的影响主要受CH4产生潜力而非CH4氧化潜力的限制。     

冬季淹水稻田CH_4产生、氧化和排放规律及其影响因素研究

采用静态箱/气象色谱法——田间原位观测和室内培养试验连续一年研究了冬季淹水稻田的CH4产生潜力、氧化潜力和排放通量,以探讨冬季淹水稻田CH4产生、氧化和排放的季节变化规律及其影响因素。结果表明：0~251 d（d表示淹水后天数）,CH4产生潜力逐渐增大,到251 d达最大值,之后逐渐减小;0~204 d,CH4氧化潜力变化较小,但到235 d急剧增至最大值,随后逐渐减小;0~169 d,稻田几乎没有CH4排放,192 d才开始有较明显的CH4排放,到230 d达最大值,为80.2 mg.m-2.h-1,随后逐渐减小,331 d出现一个CH4排放高峰。全观测期内CH4排放量为69.9 g.m-2,其中非水稻生长期排放6.7 g.m-2,占总量的9.5%。全观测期内CH4产生潜力与土温及土壤Eh均无显著相关性;全观测期内CH4氧化潜力与土温极显著正相关（P〈0.01）,水稻生长期CH4氧化潜力与土壤中氨氮含量呈极显著正相关（P〈0.01）;全观测期内稻田CH4排放与土温和CH4产生潜力两个因素均显著正相关（P〈0.05）而与土壤Eh呈显著负相关（P〈0.05）。     

水分管理对稻田土壤CH4产生、氧化及排放的影响

水分是稻田CH4产生、氧化和排放最为重要的影响因素之一,但有关水分对稻田土壤CH4产生潜力、氧化潜力的大小及其季节变化影响的相关报道较少.分别通过室内厌氧培养试验、好氧培养试验和田间原位试验(位于江苏省句容市白兔镇),于2007年水稻生长期观测了2种水分管理方式(间隙灌溉和持续淹水)下种稻(水稻品种为华粳3号,Oryza sativa L.Huajing 3)土壤的CH4产生潜力、氧化潜力及排放通量.结果表明:烤田前,两处理土壤CH4产生潜力和氧化潜力的大小及其季节变化趋势一致,使得两处理CH4排放通量的大小及其季节变化趋势一致;烤田后,持续淹水处理土壤CH4产生潜力明显大于间隙灌溉处理,而CH4氧化潜力明显低于间隙灌溉处理,导致CH4排放通量显著高于间隙灌溉处理(p<0.05).烤田明显降低土壤CH4产生潜力,提高土壤CH4氧化潜力,故显著减少稻田CH4排放通量(p<0.05).水分管理通过同时影响CH4产生潜力和氧化潜力来影响稻田CH4排放.     

水旱轮作稻田旱作季种植不同作物对CH4和N2O排放的影响

甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）是仅次于二氧化碳（CO2）的重要温室气体,农田是大气CH4和N20的重要来源,但目前农业措施对CH4和N2O排放的影响尚不明确。以水旱轮作稻田旱作季休闲为对照,采用静态箱．气相色谱法研究了种植紫云英、黑麦草、冬小麦以及油菜等4种作物对稻田旱作季CH4和N2O排放及其温室效应的影响。结果表明：水旱轮作稻田旱作季CH4排放通量较低,而N2O排放较为明显。稻田旱作季CH4平均排放通量表现为油菜〉黑麦草〉冬小麦〉紫云英〉休闲,依次为8．96、7．19、6．94、6．52和6．02μg·m-2·h-1,季节N20平均排放通量的顺序是油菜（61．1lμg·m-2·h-1）〉冬小麦（52．5lag·m-2·h-1）〉黑麦草（34．0μg·m-2·h。）〉休闲（15.3lμg·m-2·h-1）〉紫云英（13．6lμg·m-2·h-1）。稻田旱作季种植不同作物对CH4和N2O季节总排放量的影响达到极显著水平（P〈0．01）,C144和N2O季节总排放量均以种植油菜为最大,分别达到43．2和294．7mg·m-2,比对照休闲增加49％和299％。种植油菜、冬小麦和黑麦草较对照休闲显著增加稻田旱作季总增温潜势（P〈0．05）,紫云英和休闲处理间总增温潜势无显著差异（P〉0．05）。研究表明,种植油菜、冬小麦和黑麦草等作物由于氮肥的施用增加了水旱轮作稻田旱作季温室效应。     

麦季稻秆还田方式对后续稻季CH4排放的影响

通过田间试验研究了麦季4种稻秆还田方式（不还田、表面覆盖、均匀混施和原位焚烧）对后续稻季CH4排放的影响,以探讨稻．麦轮作系统中秸秆还田对稻田温室气体排放的后续效应。试验于2007年小麦播种期将4．8t·hm^-2水稻秸秆分别以不同方式还田（不还田处理除外）,利用静态箱／气相色谱法对2008年后续稻季CH4排放进行观测。结果表明,不同麦季稻秆还田方式显著影响后续稻季的CH4排放。与不施稻秆处理相比,表面覆盖和均匀混施处理后续稻季CH4排放量增加了75％和40％,且CH4排放量差异主要体现在水稻生长前期（0．60d）;原位焚烧处理CH4排放量与稻秆不还田处理相比无显著差异（P〉0．05）;与不施稻秆处理相比,均匀混施处理显著增加稻季开始前土壤全C质量分数6％和全N质量分数12％（P〈0．05）;各处理水稻（Oryza sativa L．）产量无显著差异（P〉0．05）;稻秆麦季均匀混施与表面覆盖相比能在一定程度上抑制后续稻季CH4排放．同时避免了秸秆焚烧导致的C、N、P等元素的大量损失,是较为合理的麦季稻秆还田方式。     

水稻品种对CH_4产生、排放及δ~(13)CH_4的影响

水稻品种是调控CH4产生和排放的关键因素。关于水稻品种对稻田产生和排放CH4的稳定性碳同位素组成(δ13CH4)的影响研究鲜见报道。通过温室盆栽和室内培养试验并结合稳定性碳同位素方法,研究了持续淹水条件下4个水稻生育期镇稻624、农香98和中早33的土壤CH4产生潜力、土壤溶液CH4浓度、CH4排放通量及产生、排放CH4的δ13C值,为最终筛选优质高产且低CH4排放的水稻品种提供CH4排放相关过程及其稳定性碳同位素方面的参考数据。结果表明:在分蘖期和拔节期,镇稻624和农香98的土壤CH4产生潜力显著高于中早33,在灌浆期和成熟期显著小于后者(P0.05)。三者土壤CH4产生潜力、土壤溶液CH4浓度最高值和土壤Eh的最低值依次出现在拔节期(2.6μg·g-1·d-1,346.9μmol·L-1,-296 m V)、拔节期(3.2μg·g-1·d-1,425.9μmol·L-1,-316 m V)和灌浆期(2.4μg·g-1·d-1、435.2μmol·L-1,-308 m V)。各品种土壤CH4产生潜力均与相应土壤溶液中CH4浓度显著正相关(P0.01),且与土壤Eh显著负相关(P0.01)。镇稻624和农香98在分蘖盛期CH4排放通量最大(67.1和68.7 mg·m-2·h-1),中早33则在拔节期(58.5 mg·m-2·h-1)。各品种CH4季节排放总量依次为55.29、55.74和40.82 g·m-2,前二者无显著差异,显著高于中早33,这可能是镇稻624和农香98的土壤CH4产生潜力在分蘖期和拔节期显著大于中早33,而各品种CH4排放又相对集中在分蘖期和拔节期的缘故。相关分析表明,各生育期CH4排放通量与相应的土壤CH4产生潜力显著正相关(P0.01)。可见水稻品种通过影响土壤的CH4产生,进而影响稻田CH4的排放。镇稻624和中早33土壤产生CH4的δ13C值从约-67.0‰增至-55.5‰,农香98则先减后增,范围为-64.2‰~-52.9‰,这说明镇稻624和中早33的土壤CH4产生途径差异较小,而二者与农香98差异较大。各品种排放CH4的δ13C值均先减后增,分别为-67.6‰~-48.5‰、-73.0‰~-47.3‰和-60.9‰~-46.7‰,季节平均值依次为-52.7‰、-52.5‰和-54.8‰。总体上,水稻品种影响排放δ13CH4值的季节变化。     

水旱轮作稻田旱作季种植不同作物对CH_4和N_2O排放的影响

甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)是仅次于二氧化碳(CO2)的重要温室气体,农田是大气CH4和N2O的重要来源,但目前农业措施对CH4和N2O排放的影响尚不明确。以水旱轮作稻田旱作季休闲为对照,采用静态箱-气相色谱法研究了种植紫云英、黑麦草、冬小麦以及油菜等4种作物对稻田旱作季CH4和N2O排放及其温室效应的影响。结果表明:水旱轮作稻田旱作季CH4排放通量较低,而N2O排放较为明显。稻田旱作季CH4平均排放通量表现为油菜黑麦草冬小麦紫云英休闲,依次为8.96、7.19、6.94、6.52和6.02μg·m-2·h-1,季节N2O平均排放通量的顺序是油菜(61.1μg·m-2·h-1)冬小麦(52.5μg·m-2·h-1)黑麦草(34.0μg·m-2·h-1)休闲(15.3μg·m-2·h-1)紫云英(13.6μg·m-2·h-1)。稻田旱作季种植不同作物对CH4和N2O季节总排放量的影响达到极显著水平(P0.01),CH4和N2O季节总排放量均以种植油菜为最大,分别达到43.2和294.7 mg·m-2,比对照休闲增加49%和299%。种植油菜、冬小麦和黑麦草较对照休闲显著增加稻田旱作季总增温潜势(P0.05),紫云英和休闲处理间总增温潜势无显著差异(P0.05)。研究表明,种植油菜、冬小麦和黑麦草等作物由于氮肥的施用增加了水旱轮作稻田旱作季温室效应。     

种植不同冬季作物对稻田甲烷、氧化亚氮排放和土壤微生物的影响

研究双季稻收获后填闲种植不同冬季作物在其生长季节内甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）的排放特征,对合理利用冬闲稻田、发展冬季作物生产及合理评价不同种植模式具有重要意义。采用静态箱-气相色谱法对冬季免耕直播黑麦草、紫云英和冬闲的双季稻田中CH4和N2O排放及其相关微生物数量变化进行了分析。在冬季作物生长期,不同冬季作物稻田CH4和N2O排放通量均显著高于对照（冬闲）,CH4和N2O排放通量均表现为免耕直播黑麦草〉免耕直播紫云英〉冬闲;免耕直播黑麦草和紫云英处理稻田CH4排放量分别为2.28和1.07 g·m^-2,分别比对照增加241.92%和60.63%;N2O排放量分别为0.59和0.48 g·m^-2,分别比对照增加71.93%和40.06%;各处理稻田土壤产甲烷细菌、甲烷氧化细菌、硝化细菌及反硝化细菌的数量变化范围分别为0.33×10^2 163.37×10^2 cfu·g^-1、11.05×10^3~245.68×10^3 cfu·g^-1、3.21×10^3~178.26×10^3 cfu·g^-1和10.47×10^5~198.88×10^5 cfu·g-1,免耕直播黑麦草和紫云英处理稻田土壤产甲烷细菌、甲烷氧化细菌、硝化细菌和反硝化细菌的数量均显著高于冬闲,其中免耕直播黑麦草处理稻田土壤的产甲烷细菌、甲烷氧化细菌和硝化细菌数量显著高于免耕直播紫云英处理,而免耕直播紫云英处理稻田土壤反硝化细菌的数量则显著高于免耕直播黑麦草处理。研究结果显示,种植不同冬季作物能促进稻田生态系统中CH4和N2O的排放,而这两种气体的排放量与稻田土壤产甲烷细菌、甲烷氧化菌、硝化细菌和反硝化细菌数量变化密切相关。     

川中丘陵区稻田甲烷排放及其影响因素

利用静态箱／气相色谱法对川中丘陵区冬水田和水旱轮作稻田进行全生长季CH4排放观测。结果表明，水旱轮作稻田和冬水田CH4排放的季节变化峰值都出现在水稻生长中期，且都有1个典型的排放峰。分析讨论了温度、水稻生物量、耕作制度以及水稻栽培方式等因素对稻田CH4排放的影响。发现川中丘陵水稻生长季节5cm深处地温与稻田CH4排放通量呈显著正相关；水稻植株生长对CH4排放有重要作用；水旱轮作稻田CH4排放通量比冬水田低54．1％～65．1％；冬水田水稻采用强化栽培方式既可提高产量又可减少CH4排放。     

不同施肥处理对红壤晚稻田CH4排放的影响

选取不同施肥处理的双季稻田为研究对象,采用静态箱一气相色谱法对晚稻田CH4排放通量进行观测。结果表明,与不施肥对照（T1）相比,各施肥处理CH4排放通量均有不同程度增加。其中秸秆还田＋化肥处理（T5）CH4平均排放通量为9．96mg·m^-2·h^-1,比增氮磷施肥处理（T4）和对照分别增加26．1％和120．0％;平衡施肥处理（T2）和减氮磷施肥处理（T3）CH4平均擗放通量比对照增加20％左右。说明施化肥可能提高水稻植株运输能力,进而增加CH4排放,但并未发现施化肥处理（T1、T2、T3和T4）之间CH4排放存在显菩差异。同时对相关环境因素的分析表明,各处理CH4排放通量与土壤5cm深处温度间存在指数函数关系,并与田间水层厚度呈正相关关系（P〈0．05）。综合考虑温室效应和稻谷产量,认为他为推荐施肥方式,即N、P2O5和K2O施用量分别为180、90和135kg·hm^-2,在插秧前1d施入占总N量70％的碳铵和全部磷肥、钾肥（过磷酸钙和氯化钾）作为基肥,并存分蘖期（2008年7月19日）追施占总N量30％的尿素。     

不同种植制度对稻田旱作季节CH4和N2O排放的影响

通过大田试验研究了稻田旱作季节几种典型种植制度对CH4和N2O排放的影响,包括休闲（fallow）、油菜对照（OR-ck）、小麦对照（W-ck）、油菜施N（OR-N）和小麦施N（W-N）5个处理。试验结果表明,稻田旱作季节N2O排放明显,CH4排放量较低,甚至表现为弱的CH4汇。稻田旱作季节N2O排放除受到N肥和种植制度影响外,还受土壤含水量影响,施N处理显著促进了N2O排放,降雨后N2O排放明显。小麦和油菜施N处理N2O平均排放通量分别为18.51和13.47μg·m^-2·h^-1,季节累积排放量分别为87.31和59.48 mg·m^-2,均显著高于对照和休闲处理。不同作物种类间N2O平均排放通量无显著差异,N2O季节累积排放量则表现为小麦显著高于油菜。各处理综合温室效应（100 a）依次为：OR-N〉W-N〉W-ck〉fallow〉OR-ck。各施N处理综合温室效应以N2O为主,但各无N处理则以CH4为主,也不容忽视。     

矿化垃圾生物覆盖层减少垃圾填埋场CH4、N2O和CO2释放的效应研究

对利用矿化垃圾构建生物覆盖层以削减填埋场温室气体的释放问题进行了深入研究,分析了环境因素对CH4释放的作用,考察了作为生物覆盖层材料的矿化垃圾的厚度变化对CH4氧化的影响.结果表明,温度为5～45℃时,矿化垃圾对CH4的氧化速率平均值分别约为黏性土和砂性土的2.35和4.71倍,CH4氧化速率随温度的升高而增加,并在35℃时达到最大值.当含水率w为16％ ～ 24％时,纯矿化垃圾覆盖层、半矿化垃圾覆盖层和砂性土覆盖层CH4氧化能力均达到最大.砂性土覆盖层和半矿化垃圾覆盖层CH4释放通量平均值分别为纯矿化垃圾覆盖层的329.8倍（P＜0.05）和91.7倍（P＜0.05）,添加矿化垃圾填料会增加覆盖层N2O释放通量,纯矿化垃圾覆盖层N2O（以N计）释放通量平均值分别为半矿化垃圾覆盖层和砂性土覆盖层的2.1倍（P＜0.05）和3.5倍（P＜0.05）.     

DNDC模型对川中丘陵区稻田CH_4、N_2O排放的模拟对比分析

利用IKONOS高分辨率（1m）卫星遥感图,进行典型抽样和地形→土地利用→土地覆盖→综合信息提取的方法,选定了代表川中丘陵区类特征的四川省金堂县为研究区域,通过对研究区域中不同固定耕作制度下代表性田块的选取,于2005年5月—2006年5月对田块管理者进行作物田间管理、作物产出等农业生产实际情况调查和分析,进行土壤理化性状、水样的测定,并结合当地的气象资料,利用DNDC模型模拟川中丘陵区不同耕作制度下稻田温室气体的排放情况。结果表明：冬水田-水稻田（PF）水稻生长期CH4排放通量为2.24 kg.hm-2.d-1,占年排放量的80.73%;水稻生长期和冬闲期N2O通量分别为0.033和0.003 6 kg.hm-2.d-1,水稻生长期排放量为4.28 kg.hm-2,占年总排放量的83.59%。CH4和N2O排放量在水稻整个生季节存在明显的互为消长关系。油菜-小麦田（RR）水稻生长期CH4排放通量为1.16 kg.hm-2.d-1,是休闲期的20.71倍,水稻生长期CH4排放量占年排放量的90.48%;水稻生长期和非水稻生长期N2O排放通量分别为0.070和0.027 kg.hm-2.d-1,水稻生长期N2O排放量为8.01 kg.hm-2,占年排放量的54.19%。小麦-水稻田（RW）水稻生长期CH4排放通量为1.24 kg.hm-2.d-1,是休闲期的21.02倍。水稻生长期CH4排放量占年排放量的89.75%;水稻生长期和非水稻生长期N2O排放通量分别为0.089和0.030 kg.hm-2.d-1,水稻生长期N2O排放量为9.61 kg.hm-2,占年排放量的55.23%。PF年CH4排放量是RR和RW的近3倍,且少一季作物产量,应尽量将冬水田改为两季田。     

水稻土甲烷氧化菌对镉胁迫的响应

重金属污染影响土壤微生物群落结构与活性,间接影响土壤碳（如CO2、CH4）的生物地球化学循环和全球气候变化。甲烷氧化菌氧化消耗CH4,降低大气中CH4含量,在缓解由温室气体导致的全球温暖化方面起着重要作用。本研究通过短期土壤培养实验,比较研究了不同强度重金属镉（Cd）胁迫下,水稻土中甲烷氧化菌的多度、群落组成及其氧化CH4潜势的差异。结果表明,添加Cd含量越大,水稻土氧化CH4潜势越弱,甲烷氧化菌pmoA基因拷贝数显著减少;甲烷氧化菌多度与水稻土氧化CH4潜势之间存在显著正相关关系（P〈0.001）。群落组成分析发现,在相对低含量Cd（1 mg.kg-1）条件下,有新的甲烷氧化菌菌属出现,而添加较高含量Cd（10 mg.kg-1）时甲烷氧化菌种类减少。总之,Cd胁迫降低水稻土中甲烷氧化菌多样性及其氧化CH4潜势,可能导致原位CH4消耗减少,从而增加稻田CH4排放。     

红壤丘陵区冬闲稻田CH4和N2O排放通量的研究

CH4和N2O是与全球气候变化密切相关的2种主要温室气体,其排放规律以及减排措施已成为当前研究的热点。休闲期抛荒稻田普遍存在于我国西南和南方地区,而对于其CH4和N2O排放规律的研究还比较少。本实验选取江西红壤丘陵区进行观测,于稻田休闲期采用静态箱-气相色谱法进行原位观测,旨在探讨休闲期CH4和N2O的排放规律,可为制定减排措施提供一定的依据。研究结果表明：红壤丘陵区冬闲稻田CH4和N2O平均排放通量（以CH4和N2O-N计）分别为0.03mg.m-2.h-1和3.27μg.m-2.h-1。冬闲期CH4和N2O平均排放通量与土温、降雨量无明显线性关系（P〉0.05）。冬闲稻田排放CH4和N2O的综合温室效应（以CO2-eq计）为7.58 g.m-2,其中,CH4和N2O产生的温室效应（以CO2-eq计）分别为2.33和5.25 g.m-2。N2O排放量是冬闲稻田温室气体观测中不可忽视的部分。