中国农田主要温室气体排放特征与控制技术

全球气候变化已成为不争的事实,已经引起了各国科学家和政府的高度重视。人类活动向大气中排放的二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）等温室气体浓度的增加是导致气候变化的重要原因之一。农田土壤是这三种温室气体的重要来源。文章概述了农田土壤CO2、CH4和N2O三种主要温室气体的排放机制,系统总结了国内对这三种温室气体排放通量的观测研究,提出了相应的减排技术对策,并对目前的研究问题和未来的发展方向作了深入的探讨,以期为控制农田土壤温室气体排放、发展低碳农业提供参考依据。     

秸秆还田对农田周年地表径流氮、磷、钾流失的影响

2009—2010年在大田试验条件下,小麦季和水稻季分别以扬麦16和运2645为供试材料,两季均设置常规处理（A）、秸秆还田（B）、秸秆还田减肥（C）、肥料运筹（D）和少免耕（E）5个处理组合。研究不同处理对稻麦两熟制农田周年地表径流氮、磷、钾流失的影响。结果表明：（1）稻麦两季农田共发生地表径流20次,总地表径流水量为6.4×106kg·hm-2;（2）秸秆还田能够显著降低稻麦两熟制农田周年地表径流氮、磷、钾流失量,不同处理周年地表径流总氮和钾的流失量由高到低均依次为少免耕、常规处理、肥料运筹、秸秆还田和秸秆还田减肥,不同处理周年地表径流总磷流失量由高到低依次为少免耕、肥料运筹、常规处理、秸秆还田和秸秆还田减肥,秸秆还田使稻麦两熟制农田地表径流氮、磷、钾流失量分别比常规处理下降7.7%、8.0%、6.8%;（3）水稻季农田地表径流总氮、总磷、钾流失量分别占稻麦两熟制周年总氮、总磷、钾流失量的61.5%、44.0%、73.3%;（4）秸秆还田使稻麦两熟制农田周年地表径流氮、磷、钾流失率显著降低;（5）秸秆还田使水稻成熟期土壤速效养分质量分数显著提高;（6）秸秆还田使稻麦两熟制农田周年作物产量比常规处理略有增加。     

干旱区绿洲农田土壤微量元素有效态含量空间分布特征

采用地统计学和GIS相结合的方法,对甘肃省张掖山丹县和民乐县农田耕层土壤中有效态Fe,Cu,Zn,Mn,Ni和Co含量的空间变异特征、分布规律及影响因素进行了研究. 结果表明,研究区有效态Fe和Zn含量较缺乏,6种微量元素均属中等变异强度. 有效态Cu,Zn和Ni含量的最适半方差模型为球状模型,Fe和Co为指数模型,Mn为高斯模型;有效态Fe,Cu,Mn,Ni和Co含量具有强烈空间相关性,有效态Zn含量具有中等空间相关性;6种微量元素有效态含量的变程大小顺序为Fe＞Ni＞Zn＞Co＞Mn＞Cu. 有效态Fe和Ni含量呈明显的带状分布,总体上为由南向北递减,有效态Mn和Co含量呈岛状分布;有效态Fe和Zn含量处于中等及偏低水平,而有效态Cu,Mn和Ni含量处于中等及丰富水平. 此外,土壤有机质含量对研究区主要微量元素(Cu除外)有效态含量的影响最大.      

地表反照率动态参数化方案研究——以玉米农田为例

利用2006-2008年锦州玉米农田生态系统野外观测站的通量、气象及生物因子观测资料研究了地表反照率(α)的动态参数化方案。结果表明:α与太阳高度角(h_θ)呈对数关系,与表层土壤湿度(SWC)呈对数或线性关系,与叶面积指数(LAI)呈指数或线性关系。非生长季,h_θ与SWC为α的主要影响因子,与α分别呈对数和线性关系时α的模拟精度明显好于其他关系,除初春外,大部时段的α模拟误差都较小。生长季,α主要受h_θ、SWC和LAI的影响。采用α分别与h_θ、SWC和LAI呈对数、线性和指数关系时α的模拟精度较高,受资料限制,大部分时段的α被明显低估,玉米营养生长阶段的模拟精度更差。引入植被覆盖度(F_veg)对裸土和植被分别赋权重所建立的α动态参数化模型,在生长季内α的模拟误差明显减小,营养生长时段α的模拟精度显著提高。该研究将为陆面过程模型提供动态的植被反照率参数,从而可提高模拟的准确性。     

干旱区矿业城市郊区农田土壤重金属有态含量及空间分布特征:以"镍都"金昌市为例

通过野外调查与室内实验分析研究了干旱区典型的矿业城市-金昌市郊农田土壤中重金属Zn、Ni、Cu、Pb、Cd五种重金属的EDTA提取态含量情况,并利用surfer对数据进行了空间插值分析.结果表明,金昌市郊农田土壤中这五种元素的EDTA提取态中,Cu的平均提取含量最高,Ni、Zn、Pb的提取态含量相对比较低,Cd的最低.相关性分析的结果显示,这五种重金属的EDTA提取态含量两两之间均呈显著正相关关系;EDTA提取态含量与其全量之间也均呈正相关关系,但只有Cd和Cu两种元素的相关性达到了显著性水平.空间分析表明,这五种重金属EDTA提取态的含量均在自家咀和马家崖子附近存在高值区.     

密云水库上游地区农田土壤有机碳储量及变化模拟

农田土壤有机碳(SOC)库对粮食安全和全球气候变化具有重要影响,因此,开展农田土壤有机碳储量及其动态变化研究在政治经济和生态环境层面具有重要意义.采用农业生物地球化学模型--DNDC对密云水库上游地区农田土壤有机碳储量及其变化进行模拟研究,首先应用当地实测结果进行模型验证,然后根据当地气候条件、土壤性质和现行农业耕作管理特点等建立GIS区域数据库,并在数据库的支持下进行区域模拟和分析.结果表明:2006年密云水库上游地区214 920 hm~2农田土壤(0～25 cm)的总有机碳储量为7 646×10~6 kg,其中位于河北省境内的该地区63.1%的农田储存了全区68.1%的SOC;平均每公顷农田SOC储量为35 576.1 kg,低于全国平均水平;由于化肥和有机肥投入的增加,经过1 a耕种后,2006年该地区农田SOC储量增加142.5×10~6 kg,整个地区及各区县农田土壤碳收支均为正,是大气CO_2的一个汇.情景分析表明,气温升高对该地区农田SOC积累具有显著的负效应;而提高秸秆还田比例、适量施用化肥、增施有机肥、增加灌溉和采取免耕方式等措施均能有效增加土壤有机碳的积累.     

北京市房山区农田表观磷平衡分析

农田土壤养分的积累使潜在农业非点源污染负荷增加,为对农田磷素优化管理、水环境质量改善及环境政策制定提供科学依据,通过OECD土壤表观磷素平衡模型,以2001、2003、2005和2007年北京市房山区农田的磷素平衡核算框架和数据库为基础,结合GIS技术对该区域磷素平衡强度进行了分析.结果表明,化肥是房山区农田养分中磷素投入最重要的来源,化肥平均磷投入量随着时间的增加而增大,从2001年的111.34 kg·hm~(-2)增加到2007年的407.42 kg·hm~(-2),局部地区已远超过华北地区和全国平均水平.房山地区农田磷素输入总量和土壤表观磷平衡总量在2001-2007年表现为先降低后增加,而磷的输出量一直呈下降趋势;平均磷素投入量和平衡强度以较大速率逐年递增.区域表观磷素平衡量具有明显的空间变异特征,2001-2007年房山地区农田磷素盈余趋势表现为南高北低,中部和南部的磷素平衡强度一直在持续增加,特别是东南部和西南部地区增加速度较快.磷素平衡的驱动力的变化是造成磷素平衡空间差异得直接原因,总体表现为种植业驱动型盈余>双驱动型盈余>养殖业驱动型盈余.     

川中丘陵地区近55年来农田生态系统植被碳储量动态研究——以四川省盐亭县为例

通过农田样方观测与实验分析获得主要农作物的含碳率、经济系数、果实水分系数,再根据盐亭县近55年来(1949~2004年)农作物产量与耕地面积的相关数据,估算了该区农田生态系统植被碳储量与碳密度的动态变化。结果表明,近55年来该区农田植被碳储量和植被碳密度都有一定程度的提高,具有碳汇效应;但植被碳储量和碳密度很不稳定。植被碳储量以大春作物为主(占总碳储量的70.80%);近期大春作物的比重略有下降,而小春作物所占比重则略有上升。今后该区应加强农田基本建设,维持农业生产和农田植被碳储量的稳定;改进农业生产技术和管理水平,提高作物单产、农田植被碳储量和碳密度;适度扩大水稻、马铃薯和油菜等作物的种植面积,稳定小麦播种面积。     

农田生态系统光能利用效率及其影响因子分析

在华北平原冬小麦/夏玉米轮作田进行了连续三年的涡度相关观测,对农田生态系统光能利用效率（LUE）及其影响因子进行分析。结果表明：农田生态系统的LUE有明显的季节变化。冬小麦田和夏玉米田的最大日平均LUE分别出现在4月中下旬和8月初。2003~2005年的季节平均LUE冬小麦田分别为0.8、1.2、1.0 gC·MJ^-1;夏玉米田分别为2.0、1.9、2.0 gC·MJ^-1。冬小麦田的LUE随叶面积指数（LAI）增加呈对数增长。在玉米田,营养生长阶段的LUE随LAI增加先增后降;生殖生长阶段的LUE随LAI减少线性降低。相同LAI下,玉米生殖生长阶段的LUE明显低于营养生长阶段。LAI大于4时,冬小麦田和夏玉米田的LUE均随光合有效辐射（PAR）的增加线性下降。夏玉米田LUE随饱和差（VPD）增加而降低,而冬小麦田LUE与VPD之间的关系不明显。     

重金属积累对土壤酶活性的影响

研究了华北平原某铅冶炼厂附近农田33个土壤样品中重金属积累对土壤酶活性的影响。结果表明,样品中Pb和Cd全量的平均值分别为144和5.59mg·kg-1,DTPA态Pb和Cd含量平均值分别为54.1和0.964mg·kg-1,均超过了未污染农田潮土的正常范围,而Cu、Ni和Zn的有效性和全量与未污染土壤接近;土壤过氧化氢酶活性与DTPA态Pb和Cd含量、全Pb含量均呈显著的负线性关系(P<0.01);与磷酸酶和脲酶相比,土壤脱氢酶活性更易受到土壤中Pb和Cd积累的影响;随DTPA-Ni含量增加,土壤蛋白酶和碱性磷酸酶活性增加(P<0.1);土壤脲酶活性与重金属全量或有效态重金属含量无显著相关性(P>0.1)。以上结果说明,利用土壤过氧化氢酶和脱氢酶活性能够表征基本性质较为一致的土壤中重金属污染程度;与重金属全量相比,有效态重金属对土壤酶活性影响更大。