喷灌和沟灌方式对农田土壤NH3挥发的影响

研究了2016和2017年传统灌溉（沟灌）和节水灌溉（喷灌）方式氨（NH₃）挥发的季节年际动态变化特征及其影响因素.采用通气法进行原位监测,分析了土壤温度、体积含水量、铵态氮（NH₄⁺-N）、硝态氮（NO₃^--N）以及气温降水等因素对NH₃挥发的影响.结果表明,NH₃挥发速率的峰值出现在施用氮肥后1~2周,喷灌有效降低NH₃挥发峰值,喷灌和沟灌的NH₃挥发速率峰值在2016年分别为2.67kg/（hm²·d）和11.11kg/（hm²·d）,2017年分别为2.42kg/（hm²·d）和11.73kg/（hm²·d）;马铃薯生长季NH₃挥发存在明显的季节变化,挥发高峰主要发生在7~8月,追肥期高于基肥期.2016~2017年农田土壤NH₃累积挥发量均表现为喷灌<沟灌,与沟灌相比,喷灌分别减少58.15%和43.55%.NH₃挥发速率与土壤温度呈显著正相关（P<0.05）,与体积含水量、NH₄⁺-N、NO₃^--N浓度呈极显著正相关（P<0.01）.     

内蒙古河套灌区盐碱土壤N2O排放特征

选择内蒙古河套灌区强度盐碱土壤S₁[电导率（EC）2.60dS/m]和轻度盐碱土壤S₂[电导率（EC） 0.74dS/m]为研究对象,2014~2016年,利用静态箱法3年野外原位观测试验,研究盐碱土壤氧化亚氮（N₂O）排放通量.结果表明：2种不同盐碱程度土壤N₂O排放每年均存在显著差异,轻度盐碱土壤N₂O累积排放量低;随EC升高,土壤盐碱程度加重,土壤N₂O累积排放量升高.2014~2016年作物生长季（4~11月）轻度盐碱土壤N₂O累积排放量分别为180.6,167.6,118.2mg/m²;强度盐碱土壤N₂O累积排放量比轻度盐碱土壤分别增加19%、26%和45%,修复盐碱土壤成为减缓盐碱土壤N₂O累积排放的重要农艺措施.     

氮肥水平对不同土壤CH4排放的影响

鉴于氮肥施用对农田CH₄排放的影响还有很大不确定性,室外盆栽试验于2002年在南京农业大学实施.选取3个供试土壤,各土壤设置对照和低、中、高3个不同氮肥水平,施入尿素量分别为0 g/盆钵(对照) ,0.64g/盆钵,(低氮水平) ,1.28g/盆钵(中氮水平) ,1.93g/盆钵(高氮水平) .结果表明在水稻生长季,不同氮肥(尿素)施用量对稻田土壤CH₄排放影响表现为不同土壤之间,及不同氮肥水平之间CH₄排放均存在显著差异.无氮肥施入的情况下,3种土壤的CH₄季节性累积排放量存在显著差异,分别为6.7g/m²,12.6g/m² 和8.3g/m².施加氮肥后,3种土壤的CH4排放量随氮肥施入量的增加,均表现为降低趋势,不同土壤CH₄排放量存在差异,土壤背景氮含量最高的F(江苏溧水)土壤的CH4排放都比相应氮肥水平下的G(江苏涟水)和H(江苏农科院)土壤的CH₄排放低1倍左右.更进一步发现从低氮到中氮水平,3种土壤CH₄排放量随氮肥用量的增加降低幅度最大,而此时各土壤的NH₄-N含量随氮肥用量增加明显提高,推断造成CH₄排放降低的主要可能原因是各土壤的氨态氮含量的增加所致.从中氮到高氮水平3种土壤的CH₄排放量的变化不尽相同,G和H土壤的CH₄排放量随氮肥用量的增加而降低,而F土壤在中氮和高氮水平下的CH4排放量没有明显变化,值分别为30g/m².     

典型草原不同围封年限植被-土壤系统碳氮贮量的变化

以内蒙古太仆寺旗典型草原为研究对象,研究不同围封年限下的天然草地植物和土壤有机碳、全氮贮量的变化。结果表明：与自由放牧草地相比,重度退化草地采取生长季围封恢复措施后,群落植物和土壤环境在围封8、11、14、21、25年后均得到了明显的改善,地上植物和地下根系生物量及其碳氮贮量、土壤碳氮贮量明显增加,土壤容重降低。自由放牧地和围封8、11、14、21年植物-土壤系统碳贮量分别为7 357.93、7 988.27、8 413.18、12 878.82、8 934.66 g.m-2,氮贮量分别为427.78、494.28、575.49、707.35、615.09 g.m-2。草地围封至14年植物和土壤各项理化性质达到最大值,使得植物-土壤系统的碳氮贮量分别是自由放牧地的1.75和1.65倍,说明植被与土壤间达到了良性循环的状态,退化草地正向演替。随着围封年限的继续增加,其各项指标出现下降趋势。由此可知,季节性围封措施在一定时间内可使退化草地的土壤-植物系统的碳氮贮量增加,草地在一定程度上得到恢复,但适宜的恢复时间和合理利用问题有待进一步讨论。     

牛粪混合液微生物燃料电池长期运行稳定性研究

长期运行稳定性是微生物燃料电池(microbial fuel cells,MFCs)技术的一项重要特征,是其能否走向实际应用的关键.生物阴极MFC利用牛粪产电的长期运行特征的研究表明,该MFC可长期、高效、稳定地产电.在100Ω外电阻下,171 d的运行期内,电池功率密度平均为6.77 W·m-3±2.11 W·m-3.第70 d的电池开路电压、内阻、最高功率密度分别为0.874 V、22.1Ω和14.1 W·m-3.随着运行时间延长,每30 d的总化学需氧量(total chemical oxygen demand,TCOD)去除量不断递减,而库仑效率(Coulomb efficiency,CE)不断递增,在121~150 d,CE可达17.5%±3.3%.阳极微生物群落结构分析表明,Proteobacteria(45%)、Bacteroidetes(22%)、Firmicutes(17%)、Actinobacteria(11%)在阳极生物膜中占有优势地位.Clostridium、Cellulomonas等已被证明具有产电能力或纤维素降解能力的细菌是阳极生物膜中的关键功能种群.     

外源盐对不同盐碱程度土壤CH4吸收潜力的影响

目前,关于不同盐含量及外源CH_4浓度对盐碱土壤CH_4吸收的影响机制尚不清楚.因此,本研究通过室内培养实验,设定大气外源CH_4浓度((2.5±0.1)μL·L-1)和高外源CH_4浓度((6451.6±2.9)μL·L-1),并调节盐碱土壤盐含量,探究不同盐碱程度土壤CH_4吸收潜力的变化趋势.结果表明,两种外源CH_4浓度条件下,无外源盐添加的不同盐碱程度土壤SA1(轻度盐化土壤)、SB1(强度盐化土壤)、SC1(盐土)均表现为随盐碱程度增加,CH_4累积吸收量降低的趋势,即SA1SB1SC1;不同外源CH_4浓度下,CH_4累积吸收量表现为:高外源CH_4浓度(4.10×104μg·kg~(-1))远远大于大气外源CH_4浓度(6.85μg·kg~(-1)).此外,通过实时荧光定量PCR技术检测与计算得到不同盐碱程度土壤甲烷氧化菌丰度、甲烷氧化菌比活性.3种不同盐碱程度条件下,随着盐含量增加,土壤甲烷氧化菌比活性降低,CH_4累积吸收量亦降低,盐含量较高的土壤(SB1、SC1)加入外源盐后,会明显降低CH_4吸收.因此,两种外源CH_4浓度条件下,不同盐碱程度土壤甲烷氧化菌比活性越高,CH_4累积吸收量越大;盐碱土壤甲烷氧化菌比活性变化量越大,CH_4累积吸收变化量越高.说明在两种不同外源CH_4浓度下,土壤甲烷氧化菌比活性是不同盐碱程度土壤CH_4吸收潜力的根本原因.     

内蒙古河套灌区不同盐碱程度土壤CH4吸收规律

土壤盐碱化严重威胁土地可持续利用和温室气体排放.本研究选择内蒙古河套灌区3种盐碱土壤［S1：盐化土壤,电导率（EC）4.80 dS·m^-1;S2：强度盐碱土壤,电导率（EC）2.60 dS·m^-1;S3：轻度盐碱土壤,电导率（EC）0.74 dS·m^-1］.利用静态暗箱法野外原位观测研究盐碱土壤甲烷（CH₄）吸收规律.结果表明,不同盐碱程度土壤CH₄吸收每年均存在显著差异,2014年生长季（F=18.0,P<0.001）,2015年生长季（F=23.6,P<0.001）和2016年生长季（F=28.4,P<0.001）.轻度盐碱土壤CH₄累积吸收量最高,盐化土壤累积吸收量最低.随土壤盐碱程度加重,土壤CH₄累积吸收量降低.轻度盐碱土壤CH₄累积吸收量在2014~2016年3个生长季（4~10月）分别为150.0、119.6和99.9 mg·m^-2;重度盐碱土壤CH₄累积吸收量比轻度盐碱土壤分别降低27%、28%和19%;盐化土壤CH₄累积吸收量比轻度盐碱土壤分别降低35%、35%和53%.冗余分析表明,盐碱土壤CH₄吸收通量与土壤EC的投影在第一主成分轴正方向和反方向,土壤EC越高,CH₄吸收通量越低.土壤电导率EC是调控盐碱土壤CH₄吸收的关键因子,相关系数r为-0.8809（P<0.01,n=9）.     

不同电导率盐碱土壤固碳潜力

采集内蒙古河套灌区盐碱土壤(电导率EC为0.27mS/cm),利用NaCl调节土壤电导率为(0,10,20,40,80mS/cm),基于稳定碳同位素分析不同电导率土壤添加定量δ¹³C-CO₂后,土壤CO₂吸收量以及土壤难溶性无机碳含量(SIC)-δ¹³C值.结果表明,盐碱土壤能够吸收CO₂,随土壤电导率(EC)升高,土壤CO₂累积吸收量增加, S5(EC=80mS/cm) CO₂累积吸收量比S1(0.27mS/cm)高1.6640mg.土壤SIC含量(R²=0.7080,P<0.05)和土壤可溶性无机碳含量(DIC)(R²=0.6096,P<0.05)与土壤EC显著负相关关系.盐碱土壤吸收CO₂部分固存于土壤无机碳中,外源添加δ¹³C-CO₂,盐碱土壤SIC-δ¹³C值(-5.299‰ ~ -0.8341‰)显著增加.EC为20mS/cm土壤固相保存δ¹³C-CO₂总量最高1.276mg,固存δ¹³C-CO₂总量占土壤吸收¹³CO₂总量比例30.28%最高;EC为80mS/cm固碳量最低为0.2749mg,固存δ¹³C-CO₂总量占土壤吸收¹³CO₂总量比例5.579%.     

氮肥水平对不同土壤N2O排放的影响

摘要：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年在南京农业大学实施,选取3个供试土壤,各土壤设置对照和低、中、高氮肥水平,全年施尿素量 (以N计) 分别为334 kg/hm2、670 kg/ hm2、1004 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168mg/m2、127 mg/m2和146 mg/m2;小麦生长季,分别为134 mg/m2、124 mg/m2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 mg/m2、744 mg/m2和626 mg/m2。稻麦轮作生长季内,在低氮与中氮两个水平下,不同土壤间N2O排放系数存在显著差异。以一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。     

内蒙古农牧交错带土地利用变化对作物生长季N_2O排放量的影响

在内蒙古农牧交错带,选择4个邻近、不同开垦年限(5、10和50 a)的农田,分别记为C5、C10和C50,以及天然草地作为研究样地;利用静态箱法,在2008—2010年作物生长季(4—10月)进行野外原位试验,研究了土地利用变化对N2O排放量的影响.结果表明:草地与C5、C10、C50农田土壤的N2O排放量在2008—2010年作物生长季均存在显著差异,F分别为53.8、17.3和153.0(P均小于0.001),草地N2O排放量分别为87.6、91.8和211.0 mg/m2.在2008—2010年作物生长季,C5和C10农田土壤N2O排放量比草地低10%~50%;随着开垦年限的增加,N2O累积排放量增加,C50在作物生长季的N2O排放量比草地高10%~30%.草地和不同开垦年限的农田土壤在作物生长季内N2O排放量的58.1%受土壤w(NH4+-N)和含水量的综合影响(R2=0.58,P0.01).