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。     

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...     

丘陵区稻田N2O排放的特点

1993～ 1994年在中国科学院红壤生态试验站通过田间试验研究了丘陵区稻田N     

太湖地区典型轮作与休耕方式对稻田水稻季N2O和CH4排放量的影响

轮作休耕是实现"藏粮于地、藏粮于技"的重要途径之一,目前在太湖稻田区域主要推广紫云英(Astragalus sinicus L.)-水稻(Oryza sativa L.)、油菜(Brassica napus L.)-水稻和休耕-水稻典型轮作与休耕方式。在太湖地区典型稻田水稻生长季设置了6个处理:(1)紫云英-水稻轮作,不施N肥处理,MRN0;(2)紫云英-水稻轮作,当地常规施肥量(300 kg·hm^-2,以纯氮计,下同),MRN300;(3)油菜-水稻轮作,不施N肥处理,RRN0;(4)油菜-水稻轮作,当地常规施肥量(300 kg·hm^-2),RRN300;(5)休耕-水稻轮作,不施N肥处理,FRN0;(6)休耕-水稻轮作,当地常规施肥量(300 kg·hm^-2),FRN300。通过田间试验,研究了不同轮作与休耕方式对水稻产量、氮肥利用率及稻田温室气体CH₄和N₂O排放的影响,从而为综合评价轮作休耕方式提供科学依据。田间试验结果显示,与不施氮肥处理相比,在不同轮作休耕方式下施氮300 kg·hm^-2,可增加53.7%—60.0%的水稻产量,以MRN300处理水稻产量最高,与RRN300和FRN300处理相比,水稻产量分别提高了1.6%和6.0%。在不施氮水平下,MRN0、RRN0和FRN0各轮作处理间N₂O排放通量和累积排放量均值差异不显著(P>0.05)。而在施氮300 kg·hm^-2下,紫云英-水稻轮作可降低N₂O排放通量和累积排放量,与RRN300和FRN300处理相比,N₂O排放通量分别降低了36.0%(P<0.05)和2.1%(P>0.05)。在同一施氮水平下,紫云英-水稻轮作CH₄排放通量和累积排放量最小,与RRN300和FRN300处理相比,MRN300处理CH₄排放通量分别降低了1.1%和6.7%,CH₄和N₂O的全球增温潜势(GWP)分别降低了3.3%和6.5%,单位水稻产量温室气体排放强度(GHGI)分别降低了4.6%和11.6%。综上,紫云英-水稻轮作对提高水稻产量,降低温室气体排放效果最好。     

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。     

缓释氮肥对菊芋生长季土壤CH4和N2O排放的影响

设置尿素+硝化抑制剂(U+DCD)、尿素+脲酶抑制剂(U+HQ)、脲甲醛(UF)、钙镁磷肥包膜尿素(CM-CU)、树脂包膜尿素(PCU)、硫包尿素(SCU)6种缓释氮肥处理以及普通尿素(U)处理,在江苏大丰进行小区试验,采用静态箱-气相色谱法同步观测沿海滩涂能源植物——菊芋(Helianthus tuberosus)生长季土壤的CH4和N2O排放通量及其减排潜力。结果表明,在2010年整个菊芋生长季,U、PCU、UF、SCU、CMCU、U+HQ和U+DCD处理土壤CH4排放总量依次为1.25、0.59、0.43、0.27、0.25、0.26和-0.21 kg.hm-2。与普通尿素处理相比,除U+DCD处理外,其余施用缓释氮肥处理可使CH4排放量减少53%～80%。生长季PCU、SCU、CMCU、U、UF、U+HQ和U+DCD处理的N2O排放总量分别为2.94、2.44、2.27、2.24、1.77、1.47和1.34 kg.hm-2。与普通尿素处理相比,施用化学型缓释氮肥(U+DCD、U+HQ和UF处理)使N2O排放量减少21%～40%,而施用物理型缓释氮肥(CM-CU、PCU和SCU处理)则使N2O排放量增加1%～31%。从全球增温潜势看,各化学型缓释氮肥处理均表现出显著的减排效果。     

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。     

丘陵区稻田N2O排放的特点

1993～1994年在中国科学院红壤生态试验站通过田间试验研究了丘陵区稻田N2O排放的特点结果表明稻田N2O排放主要集中在水分落干期间,淹水状态下几乎没有N2O排放。由于早稻稻草还田,晚稻稻田N2O排放量即使在水分落干期间也不高。稻田N2O排放员随地形降低而逐渐增加,1993～1994年两年中被底、坡腰和坡顶稻田水稻生长期平均N2O-N排放通量分别为10．90、5．60和2．11μg／（m2·h）。     

农业管理措施对N2O排放的影响

结合国内外文献资料,介绍了目前N2O排放的研究现状,详细分析了种植方式、作物类型、肥料施用、水分管理、耕翻等农业管理措施对土壤N2O排放的影响,并对今后的研究重点进行了讨论.     

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。     

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。     

华南丘陵区农林复合生态系统早稻田CH4和N2O排放通量的时间变异

采用静态箱-气相色谱法对典型华南农林复合生态系统早稻田CH4和N2O排放进行田间原位测定,探讨早稻田两种温室气体的排放规律。结果表明,有植株参与稻田在水稻生长季节中CH4排放昼夜变化表现为双峰模态,收割后为三峰模态,CH4排放昼夜变化幅度比无植株参与稻田大。在测定期内有植株参与稻田CH4昼夜平均排放通量大小依次为:成熟期(1.96±0.33)>孕穗期(0.13±0.01)>收割后(-0.01±0.02)(mg.m-2.h-1)。有植株参与稻田在孕穗期CH4昼夜平均排放通量显著高于无植株参与稻田(P<0.01)。在测定期内有、无植株参与稻田CH4平均排放通量分别为0.85±0.28、0.14±0.09 mg.m-2.h-1。有、无植株参与稻田N2O昼夜平均排放通量没有显著差异。在测定期内有、无植株参与稻田N2O平均排放通量分别为118.07±50.97、15.65±21.56μg.m-2.h-1。CH4和N2O的排放无论是昼夜变化还是季节变化都与温度没有明显相关关系,其排放受稻田水分和养分状况的影响。水稻作物对CH4排放影响较大,对N2O排放影响不明显。     

Simulation of NO and N2O emissions from a spruce forest during a freeze/thaw event using an N-flux submodel from the PnET-N-DNDC model integrated to CoupModel

The amount of nitrogen gases (N₂O, NO and N₂) emitted from forest soils depends on interactions between soil properties, climatic factors and soil management. To increase the understanding of nitrogen processes in soil ecosystems, two dynamic models, CoupModel (coupled heat and mass transfer model for soil–plant–atmosphere systems) and the denitrification–decomposition (DNDC) model were selected. Both are dynamic models with different submodels for soil, vegetation, hydrology and climate system. CoupModel has a higher degree of detail on soil physical and abiotic components, whereas the DNDC model contains details of microbiological processes involved in production of nitrogen gases. To improve the previous simple submodel of nitrogen emission in CoupModel, we included a submodel corresponding to the forest version of DNDC containing photosynthesis/evapotranspiration-nitrogen (PnET-N-DNDC model).     

水稻覆膜节水综合高产技术对稻田CH4排放的影响

采用静态箱-气相色谱法观测了常规栽培和水稻覆膜节水综合高产技术下川中丘陵地区稻田的CH4排放通量,探究覆膜节水综合高产技术对稻田CH4排放的影响。结果表明：整个水稻生长期,常规栽培与水稻覆膜节水综合高产技术稻田CH4排放总量分别为(35.0±3.5)和(5.1±1.0) g·m-2,后者较前者减少稻田CH4季节排放量的(86±4)%。二者CH4平均排放通量在不同水稻生长时期存在如下关系：孕穗期>抽穗期>成熟期>分蘖期。水稻各生长时期,覆膜节水综合高产技术均降低稻田CH4排放,在稻田CH4排放盛期（孕穗期）降幅达79%。在不同土壤水分状况下,水稻覆膜节水综合高产技术稻田CH4平均排放通量存在如下关系：烤田期>烤田后>烤田前;而常规栽培则为烤田期>烤田前>烤田后。不同于常规栽培,烤田对水稻覆膜节水综合高产技术下稻田 CH4排放无明显影响,烤田后降雨促进其 CH4排放。土壤水分状况由低变高更易促使覆膜节水综合高产技术下稻田CH4排放。覆膜节水综合高产技术栽培全生育期内,厢面CH4排放通量与土温、土壤Eh无显著相关性（P>0.05）。厢沟CH4排放与土温显著正相关（r=0.447*,P<0.05）。水稻移栽至烤田前,厢面CH4排放通量与土壤Eh显著负相关（r=0.624*,P<0.05）。     

生物黑炭还田对晚稻CH4和N2O综合减排影响研究

利用静态箱法测定了稻草直接还田和生物黑炭还田对湖南晚稻CH4和N2O排放的影响。结果表明,与单施化肥处理相比,添加稻草和生物黑炭处理的CH4排放量分别增加了24.70%（P〈0.05）和6.32%,而N2O的排放量分别降低了37.08%（P〈0.05）和37.61%（P〈0.05）;生物黑炭CH4排放量较稻草还田减少了14.74%（P〈0.05）。按100年统计稻田CH4和N2O的综合增温潜势（GWP）表明,单位产量的GWP由大到小顺序为稻草（RS）,不施肥（CK）,黑炭（BC）,化肥（CF）。综上说明,生物黑炭还田能保持晚稻产量稳定,减少了当季晚稻CH4和N2O的排放,具有一定的生态环境效益。     

耕作方式对太湖地区冬小麦生长季N2O排放的影响

采用静态暗箱-气相色谱法对2009年11月至2010年6月冬小麦(Triticum aestivum L.)生长季N2O排放通量进行田间原位观测,研究不同耕作方式(免耕、少耕、传统耕作)对太湖地区稻麦轮作系统麦季土壤N2O排放的影响。结果表明:有植株参与下免耕、少耕和传统耕作的冬小麦生长季N2O平均排放通量分别为63.75μg·m-2·h-1、39.94μg·m-2.h-1和48.83μg·m-2·h-1,无植株参与下分别为73.48μg·m-2·h-1、52.97μg·m-2·h-1和63.60μg·m-2·h-1,麦季N2O排放通量的季节变化与5 cm、10 cm土壤温度呈显著或极显著线性正相关(r=0.400*～0.654**,n=28)。小麦种植对N2O的排放影响较大,无植株参与的N2O季节总排放量显著高于有植株参与的处理(P<0.05);耕作方式显著影响冬小麦农田N2O季节总排放量(P<0.05),有植株参与下麦季N2O总排放量少耕较免耕和传统耕作分别减少37.3%和17.9%,无植株参与下分别减少28.0%和16.7%。研究表明太湖地区冬小麦采用少耕措施可减少麦季N2O的排放。