滇中不同植被类型土壤甲烷氧化及其碳同位素分馏特征

土壤甲烷氧化是大气温室气体的重要调节,受到多种因素的影响。其中,植被可以通过多种途径影响土壤性质,进而影响土壤甲烷氧化能力。陆地生态系统正是由不同植被复合而成,因此,研究不同植被类型土壤CH_4氧化能力及碳同位素分馏特征,对理解土壤甲烷氧化机理、准确核算碳排放具有重要意义。以滇中高原6种典型植被类型(原始林、针叶林,针阔混交林、常绿阔叶林、草地及稻田)土壤为对象,基于好氧培养试验研究了CH_4氧化速率(Ψ_(ox))及碳同位素分馏特征,分析了Ψ_(ox)以及碳同位素分馏系数α_(ox)与土壤性质之间的关系。结果表明,不同土壤Ψ_(ox)差异明显,平均Ψ_(ox)表现为稻田(10.75)针叶林(4.39μg·g~(-1)·d~(-1))原始林(3.83μg·g~(-1)·d~(-1))阔叶林(3.21μg·g~(-1)·d~(-1))混交林(1.78μg·g~(-1)·d~(-1))草地(0.95μg·g~(-1)·d~(-1))。同时,平均Ψ_(ox)与NO_3~--N(硝态氮,r=0.93,P=0.006)、DOC(可溶性有机碳,r=0.96,P=0.002)、TN(全氮,r=0.74,P=0.093)、TC(全碳,r=0.46,P=0.356)、NH_4~+-N(铵态氮,r=0.47,P=0.344)呈正相关,而与pH(r=-0.51,P=0.298)呈负相关,说明有机质和氮素对土壤甲烷氧化有促进作用,而pH则有抑制作用。同时,稻田、原始林、针叶林、混交林、阔叶林和草地土壤平均碳同位素分馏系数α_(ox)分别为1.022、1.017、1.013、1.012、1.015和1.012。与很多研究不同的是,α_(ox)与Ψ_(ox)呈高度正相关(r=0.92,P=0.010),这可能与不同土壤中甲烷氧化菌的亲和力和活力有关。而在Ψ_(ox)的影响下,α_(ox)与土壤性质的相关性基本与Ψ_(ox)相似。     

稻田体系中铁的生物地球化学过程及铁同位素分馏机制研究进展

铁是地球上丰度排第四的元素,其地球化学行为作为稻田体系循环的重要组成部分而具有重大意义。铁也是植物维持正常生命活动的必需微量元素之一,参与众多生物代谢过程。十几年来,铁同位素方法在表生地球化学的应用得到了广泛关注,铁同位素方法已被广泛地用来追踪异化铁还原、亚铁的生物和非生物氧化以及吸附、沉淀等铁的生物地球化学过程。文章综述了水稻土铁同位素分馏特征及影响因素,以及水稻中铁吸收转运的分子生理机制和铁同位素分馏特征和机制。水稻土在发育过程中缺损轻铁,且不同的发育过程导致土壤中铁形态、价态的改变而会形成特有的分馏特征。植物铁同位素分馏效应的研究表明,植物吸收铁的机制不同,产生的铁同位素分馏程度呈现出显著的差异。当植物以机理I的方式,即通过将三价铁还原为二价铁再吸收铁时,植物优先吸收轻的铁同位素,且铁同位素在植物内部的分馏程度较大[-0.13‰-(-1.64‰)]。当植物通过机理II的方式,即通过螯合三价铁,再吸收至植物体内的过程,植物优先吸收重的铁同位素,且铁同位素的分馏程度较小(-0.11‰-0.17‰)。水稻铁同位素组成不同于典型的机理II植物,水稻富集轻铁,且铁同位素在水稻植株中存在较大分馏。这可能是因为水稻在根吸收铁的过程中同时采用机理I和机理II途径,且铁在水稻内的转运过程、配体改变及价态改变等都会导致铁的同位素分馏。铁同位素方法在揭示水稻对铁元素的吸收机制方面表现出巨大应用潜力。文章还分别对如何将铁同位素方法结合土壤-水稻体系的土壤发育背景,以及通过制样方法的改进、结合质量平衡计算、动力学分馏、综合多个表征手段等方式来解释水稻铁同位素机制进行了讨论和展望。     

不同UV-B辐射增幅对稻田土壤酶活性、活性有机碳含量及温室气体排放的影响

UV-B辐射增强对整个农业生态系统产生不同程度的影响,为探讨不同UV-B辐射增幅对稻田土壤碳转化和温室气体排放的影响,在元阳梯田稻田原位种植农家水稻品种白脚老粳,通过人工模拟不同UV-B辐射增幅(0、2.5、5.0、7.5 k J·m~(-2)),研究不同UV-B辐射增幅对水稻生长期稻田土壤碳转化酶活性、活性有机碳含量和CH_4、CO_2、N_2O排放的影响。结果表明,5.0 k J·m~(-2) UV-B辐射处理导致稻田土壤纤维素酶活性显著增加,增幅范围为15.4%—37.7%;而7.5 k J·m~(-2) UV-B辐射导致土壤碳转化酶(纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、多酚氧化酶和蔗糖酶)活性显著降低。UV-B辐射增强导致土壤溶解性有机碳含量显著增加,而易氧化有机碳和微生物量碳含量减少。3个强度的UV-B辐射增幅处理均使稻田CH_4排放量显著减少,降幅范围为7.5%—30.6%;5.0 k J·m~(-2) UV-B辐射处理显著增加稻田CO_2、N_2O排放量,而7.5 k J·m~(-2) UV-B辐射导致稻田CO_2、N_2O排放降低;综合而言,UV-B辐射增强导致稻田3种温室气体的全球增温潜能降低。此外,土壤中多酚氧化酶活性与微生物量碳、易氧化有机碳含量呈显著正相关(P0.05),CH4排放通量与微生物量碳含量呈极显著正相关(P0.01)。可见,随UV-B辐射增强稻田土壤多酚氧化酶活性降低,进而减少易氧化有机碳和微生物量碳含量,最终导致稻田CH_4排放减少、CO_2和N_2O排放增加。     

不同播期粳稻稻田甲烷排放及综合效益研究

为研究播期对稻田甲烷(CH_4)排放及其综合效益的影响,以优选最佳播期实现水稻丰产和稻田CH_4减排,于2019、2020年以粳稻(南粳9108)为试验材料,开展了分期播种试验。试验设两个不同播期,延期播种(Ⅱ期)的播种和移栽时间均比对照(Ⅰ期)延迟了10 d。采用透明箱-高精度气体分析仪观测CH_4通量;在水稻关键生育期,取水稻根际土测定土壤理化性质及酶活性;收获时进行水稻测产;根据产出与投入的差值计算水稻产量经济效益,进而计算基于CH_4减排的水稻生产综合效益。结果表明,2019、2020年水稻生长季,Ⅰ期和Ⅱ期稻田CH_4排放通量季节变化趋势一致,均呈逐渐增长,达到峰值后再下降趋势。2019、2020年的稻田CH_4累积排放量,Ⅱ期比Ⅰ期分别减小了15.4%(P=0.006)和26.3%(P=0.160)。Ⅰ期和Ⅱ期的稻田CH_4排放通量与土壤DOC含量、NO_3~--N含量、土壤转化酶和脲酶活性均呈正相关关系,与土壤NH_4~+-N含量呈负相关关系。2019、2020年,Ⅱ期的水稻产量比Ⅰ期分别降低了17.9%(P=0.004)和40.2%(P=0.000),Ⅱ期水稻生产综合效益比Ⅰ期分别减小了40.2%(P=0.000)和60.0%(P=0.000)。研究表明,延期播种10 d降低了粳稻稻田CH_4排放,同时也降低了水稻产量和水稻生产综合效益。     

不同生物质炭对稻田土壤CH_4排放的影响研究进展

稻田是CH_4的重要排放源,降低水稻土CH_4排放对减缓全球气候变化具有重要意义。生物质炭因其具有较强的稳定性、吸附性和碱性等特性,在稻田CH_4减排研究中受到广泛关注。综述了不同生物质和不同热解温度制成及不同孔隙结构的生物质炭对稻田土壤CH_4排放的影响及其机制等方面的国内外研究进展。结果发现,不同生物质炭的性质有很大差异。不同生物质炭的添加,通过对稻田土壤的通气性、可溶性有机碳含量、p H及水稻植株的不同作用来影响产甲烷菌和甲烷氧化菌的活性和丰度,进而影响CH_4排放。此外,生物质炭对CH_4排放的影响还与土壤类型有关。结合目前国内外生物质炭对CH_4排放影响的研究现状,提出了未来生物质炭在稻田CH_4排放领域的研究方向,旨在为生物质炭在稻田CH_4减排中的应用提供思路和参考。     

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。     

基于实时荧光定量PCR技术对不同盐碱程度土壤甲烷氧化菌比活性的研究

为了探究不同盐碱程度土壤甲烷氧化菌比活性与甲烷吸收速率的关系,通过室内CH4培养实验,采用实时荧光定量PCR技术,研究3种不同盐碱程度土壤,即:轻度盐化土壤(SA)、强度盐化土壤(SB)、盐土(SC)CH4吸收速率和甲烷氧化菌比活性。以含有甲烷氧化菌功能基因pmo A片段的重组质粒为标准品,测得标准曲线的相关系数r2为0.9977,扩增效率为86%,溶解曲线峰值均一。结果表明:轻度盐化土壤(SA)、强度盐化土壤(SB)、盐土(SC)CH4吸收速率分别为28.4、20.6、17.7 ng·kg-1·h-1,表现为轻度盐化土壤(SA)强度盐化土壤(SB)盐土(SC)。土壤CH4吸收速率与土壤甲烷氧化菌比活性显著正相关,Person相关系数r=0.788(P=0.012,n=9)。由Monte Carlo法检验后表明:p H、土壤浸提液电导率EC与土壤甲烷氧化菌比活性显著负相关,相关系数分别为-0.943(P=0.000 1,n=9)和-0.895(P=0.001,n=9),而容重ρb、总磷TP、总氮TN、有机碳OC与土壤甲烷氧化菌比活性无显著相关性(P0.05)。较高p H和EC的盐碱土壤,土壤甲烷氧化菌比活性低,CH4吸收速率低。     

控释肥与尿素配合施用对稻季土壤CH_4和N_2O排放的影响

为明确控释肥和尿素配合施用对稻季土壤CH_4和N_2O排放的影响,通过田间原位试验,采用人工密闭箱法,观测氮肥(尿素单施、控释肥与尿素配合施用)及不同施氮水平(0、80、160、240 kg·hm~(-2))下水稻生长季土壤CH_4和N_2O的排放通量,以寻求综合温室效应最小的施肥管理措施。结果表明:水稻生长季N_2O排放总量、水稻产量均随氮肥施用量的增加而增加,而CH_4排放总量、综合温室效应与氮肥施用量之间没有显著相关性。控释肥与尿素配合施用对水稻生长季CH_4和N_2O排放及水稻产量的影响因氮肥施用量的不同而不同。与尿素单施相比,不同施氮水平下配合施用控释肥能有效降低N_2O排放总量3.6%~49.6%,其中,烤田期是控释肥发挥减排作用的关键时期。与尿素单施相比,在80 kg·hm~(-2)和160 kg·hm~(-2)施氮水平上,配施控释肥分别增加CH_4排放总量48.1%和27.5%及稻田综合温室效应45.0%和22.8%,而水稻产量无显著差异;在240 kg·hm~(-2)施氮水平上,配施控释肥处理土壤CH_4排放总量降低4.2~15.1%,水稻产量增加5.7%~13.9%,且综合温室效应降低7.5%~19.8%。在240 kg·hm~(-2)施氮水平上,与尿素∶控释肥为3∶7、1.5∶8.5、0∶1的配施处理相比,尿素∶控释肥为4.5∶5.5配施处理的综合温室效应最小,且水稻产量最高。因此,施氮量为240 kg·hm~(-2),尿素和控释肥按4.5∶5.5比例混合施用可作为稻田控释肥推荐施用方式。     

生物可降解膜覆盖对水稻温室气体排放及产量的影响

为了探究生物可降解膜覆盖对水稻温室气体及产量的影响,选取南北稻区开展大田试验,利用静态箱-气相色谱法,监测生物可降解膜覆盖机插(BM)和不覆膜机插(CK)处理稻田的甲烷(CH_4)和氧化亚氮(N_2O)排放通量并进行分析。结果表明:南北生态区BM处理均能显著降低稻田CH_4排放量,降幅分别为43.5%和52.4%,其减排效果主要体现在BM处理能够显著降低甲烷排放峰值,进一步分析与CH_4排放相关的土壤产甲烷菌((mcrA)和甲烷氧化菌(pmoA)丰度变化,发现南北生态区BM处理均能显著降低土壤产甲烷菌丰度,并提高甲烷氧化菌丰度,变化规律与CH4排放基本一致;对稻田N_2O排放量的影响,南北生态区存在差异,南方BM处理与CK相比,N_2O排放量显著减少47.9%,而北方N_2O排放量略高于CK。生物可降解膜覆盖机插种植能够提高土壤温度,尤其对于北方生态区增温效果更好,生育前期月平均增温达到2.9℃,能提高土壤微生物活性,且改变了土壤的理化性质及土壤养分含量,与CK相比,BM处理能增加土壤全氮和有机碳含量,北方生态区,在水稻成熟期分别显著增加14.8%和27.1%,南方生态区差异不显著;从产量上看南北生态区BM处理与CK相比均达到显著增产效果,南方增产4.1%,北方增产8.7%,且对稻田温室气体排放强度(GHGI)也有显著的抑制作用,降幅分别为46.6%和56%;生物可降解膜覆盖机插种植能够显著降低稻田温室气体的增温潜势(GWP),提高水稻产量,为水稻绿色高效生产提供新的途径。     

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）。     

短花针茅荒漠草原甲烷通量对增温和施氮的响应

全球变化是多个因子发生变化的过程,土壤CH_4通量对全球变化的响应是多个因子对土壤CH_4通量影响的综合体现。近年来,内蒙古地区大气温度不断升高,大气氮沉降量不断增加,因此,研究增温和氮沉降对草地生态系统土壤CH_4通量的影响对全球碳收支平衡具有重要意义。为了研究增温、氮沉降及其交互作用对短花针茅(Stipa breviflora)荒漠草原土壤CH_4通量的影响,2013─2014年生长季(5─10月)采用静态箱法,对长期(2006年以来)增温和施氮条件下土壤CH_4通量进行测定,同时连续监测了10 cm土壤温度和土壤湿度。结果表明:在增温区,土壤温度和土壤湿度均会显著增加,而在施氮区,土壤湿度则会显著降低(P0.000 1)。生长季短花针茅荒漠草原土壤CH_4的平均吸收量为40.2~50.5μg·m~(-2)·h~(-1),年份会对土壤CH_4的吸收产生显著影响(P=0.009 7),但增温、施氮及其交互作用对土壤CH_4的吸收均无显著影响(P0.05)。在年际间,土壤CH_4的吸收与土壤温度间的关系不同,2013年二者呈显著的线性相关(P=0.029 1),而2014年二者呈显著的二次多项式关系(P=0.039 6);土壤CH_4的吸收与土壤湿度仅在2013年呈显著的二次多项式关系(P=0.012 4),2014年二者之间没有明显关系。土壤温度和土壤湿度或月降水量共同对土壤CH_4吸收变化的解释能力(R~2:0.37~0.76)高于单因子(R~2:0.20~0.34)。该研究表明在生长季短花针茅荒漠草原大气CH_4以汇为主;大气增温和氮沉降对短花针茅荒漠草原土壤CH_4的吸收无影响。     

硝化抑制剂对覆膜稻田CH_4和N_2O排放的影响

为明确硝化抑制剂对覆膜稻田CH_4和N_2O排放的影响,采用静态箱-气相色谱法和荧光定量PCR技术研究了双氰胺(Dicyandiamide,DCD)和2-氯-6-(三氯甲基)吡啶(Nitrapyrin,CP)两种硝化抑制剂的配施(处理为:覆膜施用尿素,PM;覆膜施用尿素配施DCD,PM+DCD;覆膜施用尿素配施CP,PM+CP)对覆膜栽培下稻田CH_4和N_2O排放及其相关功能菌群落丰度的影响。结果表明:整个水稻生长期,配施DCD(PM+DCD)显著降低N_2O季节总排放(P0.05),降幅达24%,提高CH_4季节总排放(P0.05);配施CP(PM+CP)同时降低CH_4和N_2O的季节总排放,降幅均为11%。CH_4排放主要集中在水稻分蘖盛期,此阶段,配施DCD显著提高产甲烷菌群落丰度,降低甲烷氧化菌群落丰度(P0.05),而配施CP则降低产甲烷菌群落丰度,显著提高甲烷氧化菌群落丰度(P0.05),这可能是由于配施DCD提高了CH_4排放总量而配施CP降低了CH_4排放。在N_2O排放集中时期(水稻生长前期),配施DCD和CP均降低了氨氧化菌群落丰度,显著提高了反硝化菌群落丰度的趋势(P0.05)。配施DCD(PM+DCD)、配施CP(PM+CP)和覆膜栽培(PM)处理的碳交易成本GWP-cost分别为831、735和822 yuan·hm~(-2);温室气体排放强度GHGI分别为0.69、0.61和0.70 t·t~(-1);产量分别为9.20、9.24和9.00 t·hm~(-2)。因此,综合考虑温室气体效应和经济效益,覆膜栽培稻田模式下,配施CP可以保证增产和减排,值得推广。     

环境和微生物因子对隆宝滩不同植被类型土壤甲烷通量的影响

以位于青藏高原中部的隆宝滩国家级自然保护区为对象,使用便携式温室气体分析仪分别对高寒草地(Alpine grassland,AG)、沼泽化草甸(Marsh meadow,MM)和高寒沼泽(Alpine marsh,AM)的CH_4通量进行原位观测,同时分析生物量、微生物、土壤营养元素、土壤温湿度等因子,旨在通过相关分析获得不同植被类型CH_4通量差异及其与环境和微生物因子的关联。结果表明,生长季节中不同植被类型CH_4通量具有明显的时空差异,MM和AM中的CH_4通量较高,在9月达到峰值,AG表现为CH_4吸收,在8月达到谷值,AG的CH_4通量与MM和AM差异显著(P0.05)。AG的土壤有机碳、总氮、生物量显著低于MM和AM(P0.05),而全钾则相反。AG土壤中产甲烷菌mcrA基因丰度显著低于其他2种植被类型,而甲烷氧化菌pmoA丰度则相反(P0.05)。相关分析显示,CH_4通量与土壤湿度、有机碳、总氮、生物量和mcrA显著正相关(P0.05)。总之,隆宝滩湿地AG的CH_4通量与其他2种植被类型的差异是由于碳源、微生物和土壤温度湿度等因素的不同造成的,高寒湿地中不同类型植被CH_4通量差异的确定可为精确估算青藏高原高寒地区的CH_4排放提供数据支持。     

冬季土地管理对稻季CH4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。     

不同耕作模式对双季稻田生态系统净碳汇效应及收益的影响

耕作措施是影响稻田生态系统净碳汇效应和经济收益的关键因素。为探明南方双季稻区不同耕作模式下稻田耕层土壤(0—20 cm)固碳速率和土壤碳密度、年碳汇平衡和经济收益的变化特征,开展紫云英(Astragalus sinicus L.)-双季稻大田定位试验,设双季水稻翻耕+秸秆还田(CT)、双季水稻旋耕+秸秆还田(RT)、双季水稻免耕+秸秆还田(NT)、双季水稻旋耕+秸秆不还田(RTO,对照)4种耕作处理,系统分析了不同耕作方式对稻田耕层土壤固碳速率和土壤碳密度、年碳汇平衡和经济收益的影响。研究结果表明,各处理稻田耕层土壤的固碳速率变化范围为2.98—3.43 t·hm~(-2)·a~(-1),耕层土壤碳密度为29.77—34.33 t·hm~(-2),其大小顺序均表现为CTRTNTRTO。不同耕作处理稻田生态系统作物的净碳固定变化范围为5.27—7.43 t·hm~(-2)·a~(-1),其大小顺序表现为CTRTNTRTO;CT和RT处理土壤的净碳汇量分别比NT处理增加40.26%和3.90%。不同处理稻田生态系统物质投入的碳成本为0.03—0.85 t·hm~(-2)·a~(-1),年经济收益为7.11—8.81×10~3 CNY·hm~(-2)·a~(-1),稻田生态系统经济效益大小顺序表现为CTRTNTRTO。总之,翻耕、旋耕结合秸秆还田处理均有利于提高双季稻田耕层土壤的固碳速率、碳汇效应和经济收益,是增加耕层土壤有机碳库贮量的有效措施。     

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。     

硅钙镁肥对不同母质稻田土壤水稻Cd吸收累积的影响及其差异研究

为研究硅钙镁肥(GF)对不同母质稻田土壤水稻Cd吸收累积的影响及其差异,选取黄泥田(板页岩母质发育水稻土)和麻砂泥(花岗岩母质发育水稻土)进行水稻盆栽试验,分析各生育时期土壤pH值与CEC变化、土壤溶液中Cd浓度、水稻各部位(根、茎、叶、谷壳和糙米) Cd含量及水稻全株总累积量、水稻根表铁膜Cd、Fe含量与总累积量.结果表明:稻田土壤施用GF显著降低了土壤溶液Cd浓度;施用GF显著提升了土壤pH和CEC;施用GF降低了水稻根、茎、叶、谷壳与糙米中的Cd含量,显著降低水稻全株Cd累积量.稻田土壤施用GF促进了水稻根表铁膜的形成,增加了各生育时期DCB-Fe、降低了DCB-Cd含量,抑制了Cd由根部向上迁移;稻田土壤施用GF,黄泥田与麻砂泥水稻糙米Cd含量降低至0.11 mg/kg和0.15 mg/kg,均低于国家标准.相关性分析表明,土壤pH与土壤溶液Cd浓度、水稻糙米Cd含量呈显著(P0.05)或极显著负相关(P0.01),水稻根表铁膜Fe累积量与DCB-Cd、根与糙米Cd含量呈极显著负相关(P0.01); GF使叶对糙米Cd再转运贡献率降低5.88%(黄泥田)和12.80%(麻砂泥).稻田土壤施用GF可有效阻控水稻对Cd的吸收累积,且麻砂泥效果优于黄泥田.     

黑龙江地区不同类型水稻土活性有机碳的特征

通过野外实地调查取样和室内分析相结合的方法,研究黑龙江地区4种类型(起源土壤分别为黑土、草甸土、白浆土和沼泽土)水稻土活性有机碳含量及其分配比例、碳库活度。结果表明,4种类型水稻土易氧化有机碳(ROC)含量及其分配比例均明显高于可溶性有机碳(DOC)和微生物量碳(MBC),ROC、DOC和MBC质量分数分别为1 390.3~15 685.1、533.4~1 329.7和138.5~1 052.1 mg·kg-1,其分配比例分别为10.1%~34.9%、1.8%~7.7%和0.5%~3.3%;不同类型对土壤DOC、MBC、ROC含量及其分配比例和碳库活度(aR)均具有显著性影响,4种类型水稻土间DOC、MBC、ROC含量及其比例和aR均达显著性差异(P0.01),不同类型水稻土的ROC/TOC比例和aR的大小顺序相同,依次为黑土型草甸土型沼泽土型白浆土型;4种类型水稻土的ROC含量与TOC含量之间均呈极显著的正相关关系(P0.01)。     

耕种方式对稻田甲烷排放的影响

通过田间试验研究了稻田2种土壤耕作强度(深翻耕和浅旋耕)和3种水稻栽培方式(直播、抛秧和插秧)下的CH4排放规律,以探讨稻田土壤耕作强度和水稻栽培方式对CH4排放的影响。结果表明,各水稻栽培方式下,深翻耕和浅旋耕稻田CH4排放季节变化趋势一致。土壤耕作强度对稻田CH4季节排放总量的影响受水稻栽培方式的制约:抛秧方式下,浅旋耕与深翻耕处理相比,稻田CH4排放量减少31.37%(P0.05);而直播和插秧方式下,2者CH4季节排放总量相当。水稻栽培方式显著影响稻田CH4排放季节变化规律:直播稻田CH4排放大致呈现"双峰型"模式,且水稻生育前期CH4排放水平较低;而移栽稻田(抛秧和插秧)CH4排放大致呈现"三峰型"模式,且水稻生育前期CH4排放水平较高。与深翻耕抛秧相比,深翻耕直播和深翻耕插秧稻田CH4排放分别减少23.31%和42.51%;而浅旋耕方式下,3种水稻栽培处理CH4季节排放总量相当。降低土壤耕作强度,以浅旋耕代替深翻耕,可以减少耕作对土壤的扰动,在一定程度上减少稻田CH4排放。与水稻移栽相比,水稻直播能够显著降低水稻生育前期CH4排放,具有一定的CH4减排潜力,但仍需加强中后期田间水分管理。