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。     

不同地区稻田土壤甲烷氧化碳同位素分馏特征及其影响因素研究

稻田CH_4氧化是CH_4排放的自然调节,受多种因素的影响。中国水稻种植区分布广,不同地区的气候环境条件以及水肥管理措施,都会影响稻田CH_4氧化及碳同位素分馏过程。因此,对比研究不同地区稻田甲烷氧化和同位素分馏规律,甄别其影响因子,有助于进一步认识稻田甲烷氧化规律,也可为稻田温室气体减排调控提供科学依据。文章基于稳定性碳同位素的方法,结合室内好氧培养试验,测定了全国主要水稻产区(四川、湖南、江西、浙江、广东和辽宁)典型稻田土壤的CH_4氧化过程,确定了CH_4氧化碳同位素分馏系数α_(ox),研究了不同稻田土壤在不同水分条件下的CH_4氧化和同位素分馏的差异及规律。结果表明,四川资阳以及湖南宝洞峪的水稻土壤CH_4氧化潜力相对偏低,平均为其他地区土壤的六分之一。同时,不同地区稻田土壤CH_4氧化同位素分流系数(~(13)C)α_(ox)差异较大,且与CH_4氧化潜力呈显著负相关。在85%WHC(soil water holding capacity)和1∶1水土质量比时,相关系数分别为-0.85(P=0.032)和-0.82(P=0.047)。进一步研究发现,土壤CH_4氧化潜力与土壤活性铁含量呈显著正相关,在85%WHC和1∶1水土质量比时,相关系数分别为0.86(P=0.042)和0.90(P=0.035);而αox则与土壤活性铁含量呈显著负相关,85%WHC和1∶1水土质量比时,相关系数均为-0.92(P=0.026)。由以上结果可知,土壤水分和土壤活性铁是影响CH_4氧化潜力和碳同位素分馏的重要因素,而有关其作用机制仍需进一步的研究。     

生物质炭对农田温室气体排放的作用效应及其影响因素探讨

气候变暖已成为当今全球关注的焦点。农田生态系统作为CO2、CH4、N2O等温室气体的主要排放源,在全球温室效应中起重要作用。近年来,由于生物质炭在改善土壤性质,提高土壤碳汇和控制农业温室气体排放方面的巨大应用潜力,特别是对土壤碳的增汇减排作用,已成为土壤学和环境科学的研究热点。目前,关于生物质炭在农田温室气体排放方面的影响研究主要集中在我国华中、太湖平原、成都平原等地。然而由于受空间地域、实验条件等因素的差异,众多学者开展生物质炭作用于农田温室气体排放的研究结果不尽相同,也未曾见有报道从影响因素的角度深入探讨其作用机制。综述对比了近几年来国内外关于生物质炭对农田温室气体排放的影响研究,并从生物质炭的种类、施炭量、应用的土壤类型以及耕作方式和施肥条件等因素探讨了生物质炭对农田温室气体排放的作用机制。旨在通过改变生物质炭的种类和施炭量等条件,从而为抑制农业温室气体的排放乃至缓解全球气候变化提供可靠的科学依据。综合各项研究发现,秸秆炭在抑制农田温室气体排放方面要优于其他种生物质炭;40 t·hm-2的施炭量是一个既能提高作物产量又能实现固碳减排目标的较好选择;单作物耕作方式和合理的保护性耕作技术有利于减少农田温室气体的排放;在肥料的施用选择上,施用氮磷钾有机肥比普通氮肥更能有效地减少农田温室气体的综合排放效应。然而,从微生物活性和群落结构变化的角度深入探讨生物质炭作用于农田温室气体排放的微观机理及其温室气体减排还仍需进一步的研究。     

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。     

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。     

秸秆生物质炭土地利用的环境效益研究

农田土壤有机碳矿化释放CO2是农业温室气体排放的重要途径,促进土壤碳截获对于减缓全球温室效应具有重要意义。生物质炭具有改良土壤性质、促进土壤团聚体的形成、对土壤微生物生态具有调控作用等特性。因此,生物质炭对增强土壤碳截获能力及减少土壤CO2气体排放可能具有重要作用。采用实验室盆栽的方式,以黑麦草为目标植物,对农业秸秆生物质炭土地利用的环境效益进行了研究。实验结果表明：农业秸秆制生物质炭应用于农田土壤能产生多方面的环境效益。与对照相比,添加1%~4%生物质炭处理的土壤活性有机质质量分数均增加了25%以上,土壤呼吸度降低了23%~50%,同时,添加生物质炭对植物的生长也有促进作用。添加4%秸秆炭的处理的黑麦草生物量增加了68%。此外,秸秆生物质炭的添加对土壤中的养分具有较好的持留功能,与比照相比,添加生物质炭处理的土壤淋出液中氮和磷质量浓度显著降低,说明生物质炭能够有效减少水冲刷造成的氮磷流失,降低农业面源污染。     

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。     

生物质炭的性质及其对土壤环境功能影响的研究进展

在厌氧或者绝氧的条件下对生物质进行热解,可产生含碳丰富的固体物质,称为生物质炭。由于生物质炭在农业和环境中的巨大应用前景和对土壤碳的增汇减排作用,近期成为土壤学和环境科学的研究热点。综述了生物质炭的一些基本性质及其对土壤环境功能的影响,分析了该领域未来的发展趋势。国内外的研究表明：生物质炭含有大量植物所需的营养元素,可以促进土壤养分的循环和植物的生长;生物质炭一般呈碱性,施用生物质炭可以降低土壤的酸度和有毒元素如铝和重金属对植物的毒性;生物质炭表面含有丰富的-COOH、-COH和-OH等含氧官能团,它们产生的表面负电荷使生物质炭具有较高的阳离子交换量（CEC）,施用后可以提高土壤的CEC;生物质炭对农药等有机污染物和重金属等有很强的吸附能力,可用于污染土壤的修复;生物质炭具有高度的孔隙结构,可以增加土壤的空隙度和保水能力,降低土壤容重,有利植物根系生长;生物质炭是一种含碳的聚合物,主要由单环和多环的芳香族化合物组成,这种结构特点决定了生物质炭具有较高的化学和生物学稳定性,较强的抵抗微生物分解的能力,增强了土壤的固碳作用,减少碳向大气的再释放。该文可为从事农业废弃物的资源化利用、固碳减排、污染土壤修复和土壤改良与管理等领域的科研人员提供参考。     

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。     

纳米氧化铁对水稻土CH_4和N_2O排放及微生物的影响

纳米氧化铁的广泛应用增加了其不断进入农田生态系统并逐渐累积的可能性,为了解纳米氧化铁对土壤温室气体排放的影响,以江苏扬州和江西鹰潭地区两种pH条件的水稻土为研究对象,采用微宇宙试验模拟不同浓度水平纳米氧化铁颗粒(0.5、5、50、500 mg/kg)暴露水平下两种水稻土CH_4和N_2O气体排放情景,设置相同水平的微米氧化铁作为纳米效应的对照,并采用实时荧光定量PCR技术解析产甲烷和反硝化过程功能基因的丰度对纳米氧化铁的响应.结果表明,微米氧化铁和纳米氧化铁均不会显著改变28 d培养期间两种pH条件水稻土的CH_4和N_2O累积排放量.而在前3d的培养初期,添加5 mg/kg浓度以上纳米氧化铁颗粒条件下,扬州地区典型水稻土的CH_4气体排放速率显著增加,鹰潭地区典型水稻土的CH_4气体排放速率显著降低.在培养3 d以后的同一培养期添加0.5-500 mg/kg纳米氧化铁颗粒对两种水稻土的CH_4气体排放速率无显著影响.添加纳米氧化铁和微米氧化铁材料未显著改变两种水稻土的N_2O气体排放速率.荧光定量PCR结果表明,纳米氧化铁和微米氧化铁材料对水稻土中产甲烷古菌16S rRNA基因、narG、nirK/nirS、cnorB和nosZ等反硝化功能基因均没有显著影响.综上,从对水稻土CH_4和N_2O气体排放的影响角度来说,纳米级的氧化铁颗粒属于环境友好型纳米材料,对稻田生态系统中的土壤气体排放不会产生显著性严重干扰.(图7表3参39)     

生物质炭施加对新成水稻土碳组分及其分解的影响

将玉米芯热解炭化的生物质炭施加于长江沉积物新成土上发育的稻田土壤中,1 a后采集土壤并进行土壤碳分组及土壤培养;基于生物质炭与土壤的碳同位素丰度差异,量化生物质炭来源的有机质在土壤组分中的分布,分析施用生物质炭对土壤碳组分及其培养过程中分解动态的影响。结果表明,施用生物质炭可显著增加各级团聚体的有机碳含量,大部分(76%~90%)生物质炭以游离态形式存在于大团聚体(250μm)和微团聚体(50~250μm)外,少部分与微团聚体或20μm土壤矿质较紧密地结合。添加的生物质炭未促进土壤团聚体的形成。土壤中生物质炭自身的分解很弱,但不同程度地促进了原有土壤碳的分解。该试验初步证实,生物质炭单独施用未明显促进新成土上发育的稻田土壤有机碳的稳定,反之短期内可能加速土壤原有有机碳的分解。     

生物质炭微生物矿化稳定性机制研究进展

生物质炭在碳封存和土壤改良等方面的应用潜力取决于其在土壤中的微生物矿化稳定性.明确生物质炭在土壤中微生物矿化稳定性是推进生物质炭在土壤固碳、改良等领域应用的关键.基于生物质炭在土壤中的微生物矿化稳定性研究进展,本文系统总结了不同类型生物质炭的微生物矿化速率和在土壤中的平均驻留时间,探讨了不同因素(生物质炭特性、土壤特性和外源不稳定有机质的添加等)对生物质炭微生物矿化稳定性的影响,阐述了生物分解过程中生物质炭的性质变化及其与土壤微生物/有机质/矿物质的交互作用,简述了生物质炭中内源矿物质和外源土壤矿物质对其矿化稳定性的影响机理.最后,总结现有研究的不足,并提出今后的研究重点.     

生物炭的老化及其对温室气体排放影响的研究进展

生物炭是生物质在无氧或限氧条件下经高温热解后产生的多孔富碳物质,其被广泛施加到土壤中改良土壤性质,调节温室气体排放。生物炭施入土壤后,长期受外界物理、化学和生物等环境作用导致生物炭性质发生缓慢改变,这个过程称为生物炭的老化。文章综述了原位生物炭自然老化和实验室模拟老化的方法以及老化后生物炭理化性质的变化,从理化性质变化的角度论述了生物炭老化过程对二氧化碳(CO_2)、甲烷(CH_4)和氧化亚氮(N_2O)这3种温室气体排放的影响,并初步解释生物炭老化过程对增加或减少温室气体排放的可能机制。主要内容如下:生物炭老化方法可以分为自然老化和人工模拟老化,模拟老化方法包括生物、物理和化学老化。生物炭发生老化后,生物炭的比表面积(SSA)和孔容根据老化强度而有不同变化,自然或人工模拟的温和老化方法使生物炭表面上有新的纳米微孔生成,生物炭SSA增加,而使用强酸或强氧化剂的强烈老化方式可破坏生物炭孔隙结构,导致SSA和孔容下降。从化学性质方面来讲,生物炭C/N比随老化过程而降低,但是O/C比却随老化过程而升高;此外,当生物炭老化时,生物炭表面含氧官能团增加,例如羧基、羰基和酚基等,这些含氧基团可以和阳离子结合形成羧酸盐和酚盐,同时释放H~+,导致老化生物炭的pH值降低。基于有限的研究报道,老化生物炭仍然具有一定的CH4减排潜力,这得益于土壤通气状态的改善和甲烷氧化菌氧化CH_4潜力提升。相反,由于生物炭极性增强和pH值降低,生物炭老化过程有促进土壤有机质矿化增加CO_2和N_2O排放的趋势。然而为了辅正这一论断,准确评估生物炭老化的环境效应,长期原位生物炭老化并同时设置新鲜生物炭对照的研究需要进一步开展,以探明生物炭老化过程对温室气体排放的影响机制,为生物炭生产和合理施用提供科学应用指导。     

生物质炭的特性及其应用的研究进展

生物质炭是生物质原料在完全绝氧或部分缺氧条件下经高温热裂解产生的一类富碳、高度芳香化和高稳定性的固体产物。作为新型多功能材料,生物质炭以其特殊的物理结构、丰富的表面性能和优良的生态环境效应等特点日益成为众多学科研究的前沿热点。文章介绍了生物质炭的基本性质,概括了生物质炭在农业、环境、能源及生物质炭基功能材料等4个前沿领域的国内外应用研究进展,分析了目前各个应用领域研究存在的问题和不足,并指出了未来生物质炭应用研究的前景和方向。国内外研究表明:生物质炭因其丰富的孔隙结构和表面性能、巨大的比表面积、高含量的植物生长所需营养元素、较高的化学稳定性和较强的阳离子交换能力(CEC,cation exchange capacity),在土壤改良剂、固碳、氮减排、缓释肥料载体、污水治理、烟气净化、土壤修复、固体成型燃料、燃料电池、固体酸催化剂和电极材料等领域具有巨大的应用前景。这些方面的研究都取得了一定的进展,但目前生物质炭应用技术的研究还处于起步阶段,研究工作还有待于深入和加强。     

小麦秸秆生物质炭对水稻产量及晚稻氮素利用率的影响

选择湖南长沙红黄泥水稻土和江西进贤红壤性水稻土为供试土壤,研究小麦秸秆制生物质炭在20、40t.hm-2施入量水平下与氮肥配施对早、晚稻产量及晚稻氮素利用率的影响。结果表明,生物质炭与氮肥配施情况下,2个试验点不同生物质炭施用量处理间早稻产量均无显著差异,但进贤试验点生物质炭施用量为20和40t.hm-2处理晚稻产量分别比未施生物质炭对照提高5.18%和7.95%,而长沙试验点3个处理间晚稻产量无显著差异。在相同氮素水平下,当生物质炭施用量为40 t.hm-2时,2个试验点土壤有机碳含量与未施生物质炭对照相比最高增幅均在55%以上;施用生物质炭可提高酸性或弱酸性土壤pH值,降低土壤容重;施用生物质炭也可显著提高水稻氮肥利用率,在40 t.hm-2施用水平下,长沙和进贤试验点水稻氮肥吸收利用率分别提高20.33和17.58百分点,进贤试验点氮肥农学效率提高39.81%。在酸性土壤中施用生物质炭可提高氮肥利用率,保持水稻产量稳定或有一定的增产效果。     

生物质炭对根际土壤中镉形态转化及水稻镉累积的影响

采用盆栽试验和Tessier连续形态分析方法,研究了不同镉污染水平下(1.0、2.5、5.0 mg·kg-1),施入不同量的生物质炭(0.0、2.5、5.0、10.0 g·kg-1)对根际与非根际土壤中镉形态转化及水稻镉累积的影响。结果表明,(1)施入生物质炭后,根际与非根际土壤中镉的有效性降低。施入生物质炭后,根际与非根际土壤可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态以及有机物结合态镉最大可分别降低34.64%和28.15%、49.27%和63.82%、34.58%和24.59%、60.04%和49.00%,残渣态镉最大可分别增加14.79%和16.57%。10.0 g·kg-1生物质炭处理影响效果最显著。在不同处理下,镉形态变化显著且根际与非根际之间的变化呈显著性差异。中低镉污染水平下,施入生物质炭,根际与非根际土壤中镉形态变化趋于一致但镉形态含量存在差异。高镉污染水平下,生物质炭引起根际与非根际土壤中镉形态变化但不显著。(2)施入生物质炭可显著降低水稻各部分镉含量且水稻根部镉含量大于地上部镉含量。在不同镉污染程度下,不同施入量生物质炭处理与对照相比,地上部、根部镉含量最大可分别降低42.51%、22.86%;根部镉含量最大是地上部的2.63倍。10.0 g·kg-1生物质炭对水稻各部分镉含量降低效果最明显。     

温度对东北平原水稻田甲烷排放的影响

水稻(Oryza sativa)田是农业环境中甲烷(CH_4)排放的重要来源。在东北水稻主产区三江平原和辽河平原开展典型水稻田CH_4排放监测、分析CH_4排放与温度之间的关系,对制定合理的减排措施来降低水稻田温室气体CH_4排放具有的一定参考意义。该研究将两地2017—2018年水稻田CH4的高频通量、温度、水稻生育期数据相结合,研究CH4的排放过程、不同时间尺度的排放特性及其在不同生育阶段对温度变化响应的敏感性。结果表明,2017年三江平原和辽河平原CH4的年排放量分别是26.77 g·m~(-2)和16.17 g·m~(-2)。两地2018年CH_4的排放量均比2017年明显增加,年际变化差异显著。三江平原6月和7月排放量最大,分蘖期是CH_4排放高峰,最大排放速率为0.127μmol·m~(-2)·s~(-1),非生长季基本无CH_4排放。辽河平原拔节抽穗期和成熟期是CH_4排放高峰,7月CH_4月排放量最高,拔节—抽穗期的排放速率增加至0.102μmol·m~(-2)·s~(-1),然后逐渐减少,生长季末出现第三个峰值,在非生长季存在CH_4排放弱日变化。2018年与2017年的气温持平,但5—9月土壤温度比2017年略有升高。三江平原生长季夜间CH_4排放与土壤温度符合指数相关关系,孕穗到排水前CH_4排放对温度变化最敏感(温度敏感性系数Q10=11.336),辽河平原只有泡田到返青期CH4排放与土壤温度符合指数相关关系(温度敏感性系数Q10=2.846)。三江平原和辽河平原典型水稻田的灌溉制度、淹水条件、种植方式基本相同,而辽河平原水稻田CH_4排放比三江平原水稻田低。土壤温度变化对三江平原水稻田CH_4排放速率的影响比辽河平原强。     

有机肥等氮替代化肥对稻田CH_4和N_2O排放的影响

自2015年中国实施化肥施用量零增长行动以来,有机肥部分替代化肥的研究越来越受到关注。该试验,采用静态箱-色谱法对宁波地区稻麦轮作系统CH_4和N_2O排放进行了田间原位观测,研究两种有机肥分别以不同比例等氮替代化肥对稻田CH_4和N_2O排放及水稻产量的影响。试验设置不施氮肥(CK)、全量化肥(U)、25%城市污泥堆肥(25%S)、25%猪粪堆肥(25%P)、50%城市污泥堆肥(50%S)、50%猪粪堆肥(50%P)6个处理。结果表明,与U处理相比,有机肥替代处理的CH_4排放量增加18%-51%,其中50%S和50%P处理显著增加稻田CH_4排放量34%-51%(P0.05),CH_4排放量随有机肥替代比例的增加而增加,相同替代比例的城市污泥堆肥处理和猪粪堆肥处理的CH_4排放量无明显差异(P0.05)。相对于U处理,有机肥替代处理显著降低了36%-51%的N_2O排放量(P0.05,25%P处理除外),各有机肥处理间N_2O排放量无显著性差异(P0.05)。稻田排放CH_4和N_2O的全球增温潜势(GWP)为:50%P50%S25%P25%SCKU,其中50%P处理与U处理之间差异显著(P0.05)。有机肥替代处理的水稻产量、有效穗数和穗实粒数分别比U处理高0.2%-3.8%、0.8%-4.1%、0.6%-1.4%(P0.05)。等氮替代条件下,相对于猪粪堆肥,稻田中施用25%城市污泥堆肥替代化学氮肥是一种值得推荐的施肥模式,而其对稻米品质的影响仍需进一步研究。     

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。     

添加秸秆生物质炭对酸化茶园土壤N_2O和CO_2排放的短期影响研究

为明确秸秆生物质炭对酸化茶园土壤改良及温室气体排放的影响,采用室内培养试验方法,研究了小麦秸秆生物质炭添加(对照CK:0 g·kg~(-1);低生物质炭B1:8 g·kg~(-1);中生物质炭B2:24 g·kg~(-1);高生物质炭B3:48 g·kg~(-1))对茶园土壤pH值和温室气体排放的影响。结果表明,与对照组CK相比,添加生物质炭显著抑制了酸性茶园土壤N2O的排放(P=0.000),但抑制效应并未随生物质炭添加量的增加而加强,培养期间各处理N2O累积排放量分别为:CK 2.366 mg·kg~(-1),B1 0.444mg·kg~(-1),B2 0.142 mg·kg~(-1),B3 0.207 mg·kg~(-1)。低生物质炭(8 g·kg~(-1))和中生物质炭(24 g·kg~(-1))处理的综合增温潜势(GWP)分别比对照组CK降低了33.45%和25.77%,而高生物质炭处理(48 g·kg~(-1))与对照处理差异不显著。这表明施用中低量生物质炭更有利于茶园土壤的固碳减排。此外,生物质炭显著提高了酸化茶园土壤p H值,生物质炭添加比例越大,p H值越高,故施用作物秸秆生物质炭有利于酸化土壤改良。相关性分析结果表明,土壤N_2O排放与pH值之间呈显著负相关关系,土壤p H值的升高可能是引起N_2O排放量降低的重要原因。