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...     

不同栽培技术对稻季CH_4和N_2O排放的影响

2014年在大田试验条件下,以水稻品种苏101为供试材料,设置超高产生产技术、常规生产技术和减肥生产技术3个处理组合,采用静态暗箱-气相色谱法,开展了不同栽培技术下水稻生长季田间甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)排放的原位监测试验,研究不同栽培技术对稻季CH4和N2O排放的影响及其温室效应,以期为稻麦两熟农田温室气体减排提供对策。结果表明:(1)不同栽培技术下水稻生长季CH4排放通量总体均呈先升高后降低的变化趋势,CH4排放峰值出现在水稻生育前期,移栽至有效分蘖临界叶龄期CH4累积排放量占全生育期排放总量的比例为79.1%~84.5%,而N2O主要在水稻生育中期搁田的时候排放量较大;(2)不同栽培技术对稻季CH4和N2O排放有显著影响,CH4季节排放总量表现为超高产生产技术(423.68 kg·hm-2)减肥生产技术(407.51 kg·hm-2)常规生产技术(195.96 kg·hm-2),N2O季节排放总量表现为常规生产技术(3.88 kg·hm-2)超高产生产技术(2.96 kg·hm-2)减肥生产技术(2.72 kg·hm-2);(3)超高产生产技术稻季排放CH4和N2O产生的增温潜势最高(CO2 11 473.6 kg·hm-2),显著高于其他处理,比常规生产技术(CO2 6 055.7 kg·hm-2)增加89%,比减肥生产技术(CO2 10 998.4 kg·hm-2)增加4.3%;(4)超高产生产技术在增加水稻产量的同时也增加了太湖地区水稻生长季的温室效应,但是其单位产量的全球增温潜势低于同样实施秸秆还田的减肥生产技术。     

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。     

施肥及秸秆还田处理下玉米季温室气体的排放

以华北地区冬小麦-夏玉米轮作农田为研究对象,在玉米整个生长季,运用静态箱法针对正常施肥及正常施肥结合秸秆还田处理进行了为期3年N2O排放通量的连续观测,并开展了1季CO2和CH4交换通量的研究.在玉米整个生长过程中施肥阶段N2O的排放量占到了总排放量的83%—96%,表明现有化肥的使用明显导致了农田N2O排放增加.与控制地相比,施肥和耕种可导致玉米田CO2排放明显增加,且正常施肥及秸秆还田样地CO2排放主要集中在苗期至吐丝期.控制地、正常施肥样地及施肥结合秸秆还田样地CH4的累积排放量均为负值,说明旱地土壤是CH4的一个汇.秸秆还田在一定程度上增加了玉米季N2O和CO2的排放量,但对CH4的吸收有所抑制.正常施肥样地和秸秆还田样地全球净增温潜势分别为-1392.8 kg C.hm-2和-179.2 kg C.hm-2,表明华北农田在现有耕作方式下是大气温室气体的一种重要汇.     

施肥对稻田甲烷与氧化亚氮排放的影响

大气温室气体浓度的升高引起太阳辐射加强,导致全球变暖已成为不争的事实。农田是温室气体排放的重要来源之一,采用静态箱-气相色谱法探讨不同氮肥类型与施氮水平对华南稻田甲烷（CH4）与氧化亚氮（N2O）排放的影响。试验共设置5个处理,每处理3次重复,分别（以N计）为U6（90 kg·hm-2）,U10（150 kg·hm-2）,U12（180 kg·hm-2）,SR10（150 kg·hm-2,缓释肥）,CR10（150 kg·hm-2,控释肥）。各处理磷钾肥用量一致,分别为45 kg·hm-2（以P2O5计）和127.5 kg·hm-2（以K2O计）。研究结果表明：稻田CH4与N2O排放量随氮肥用量的增加呈增加趋势。晚稻CH4排放呈单峰型,其峰值出现在水稻移栽后16~23 d,N2O排放并未出现明显的排放峰。CH4累积排放主要发生在返青-分蘖初期和分蘖盛期-幼穗分化期两个时段,而N2O的累积排放主要集中在灌浆-成熟期（U6处理除外）。不同氮肥类型处理CH4季节排放总量与平均排放量表现为：处理SR10〉处理U10〉处理CR10,其中,控释肥处理甲烷排放总量较常规尿素处理减少了11.3%;而N2O季节排放总量与平均排放量表现为：处理CR10〉处理U10〉处理SR10。综上,初步认为氮肥的施用能够促进CH4与N2O的释放,缓释肥处理能有效减少稻田N2O的排放,而控释尿素处理能明显降低稻田CH4气体的排放,且稻田CH4与N2O的排放存在一定的互为消长关系,因此如何平衡稻田甲烷与氧化亚氮释放,使稻田增温潜势最小化是下一步研究的重点和方向。     

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。     

长期不同施肥条件下红壤小麦和玉米季CO2、N2O排放特征

基于中国农业科学院红壤实验站红壤旱地小麦-玉米轮作长期定位试验,采用静态箱/气相色谱法,研究红壤旱地连续施肥16 a后,不同施肥条件下小麦季和玉米季土壤CO2和N2O的排放特征。结果表明,CO2和N2O排放具有明显的季节性,施肥对土壤CO2和N2O排放有明显影响,且有机肥的施用显著促进了土壤CO2和N2O排放。不施肥对照（CK）、氮磷配施（NP）、氮钾配施（NK）、氮磷钾配施（NPK）和有机无机肥配施（NPKM）处理小麦季和玉米季土壤CO2累积排放量分别为5 904、8 062、4 298、9 235、14 098和4 708、7 530、5 435、7 089、15 472 kg.hm-2,土壤N2O累积排放量分别为0.34、0.63、0.44、0.62、1.00和0.25、0.39、0.35、0.52、1.73 kg.hm-2,小麦休闲期土壤CO2和N2 O累积排放量平均占小麦生长季的63.52%和28.43%,玉米休闲季平均占玉米生长季的49.98%和32.72%,说明休闲期土壤CO2和N2O累积排放量不容忽视。除玉米季NP、NK、NPK处理外,其他各处理小麦季和玉米季土壤CO2排放通量与5 cm深处土壤温度显著相关;而土壤N2O排放通量与土壤温度间均未表现出显著相关性;除NPKM处理外,其他各处理土壤CO2或N2O排放通量与土壤水分间相关性均未达显著水平。     

种植蔬菜地与裸地氧化亚氮排放差异比较研究

采用大型原状土柱试验研究了种植蔬菜地与未种植蔬菜裸地土壤氧化亚氮（N2O）排放的差异。试验结果表明,施肥但未种植蔬菜的裸地土壤N2O排放量远大于种植蔬菜地的土壤N2O排放量,裸地土壤N2O平均排放通量为193μg.m-2.h-1,而种植蔬菜后土壤N2O平均排放通量减少至60μg.m-2.h-1;相应地,裸地的N2O排放总量也要远高于种植蔬菜地的N2O排放总量。同时,低施氮量（N1,500 kg.hm-2）下裸地的N2O排放量要比高施氮量（N2,750 kg.hm-2）且种植蔬菜时裸地的N2O排放量大,如2007年10月至2008年9月试验期间,N1处理下裸地总N2O-N排放量为9.54 kg.hm-2,而N2处理（种植蔬菜）下总N2O-N排放量仅为4.21 kg.hm-2。此外,未种植蔬菜时裸地土壤N2O排放系数远大于种植蔬菜时,如N1种植蔬菜时为0.39%,但未种植蔬菜的裸地土壤排放系数为1.76%。研究说明种植作物与否对土壤N2O排放有重要影响,因此在估算农田土壤N2O排放温室气体量时,需考虑裸地的贡献能力。     

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。     

免耕对华北平原潮土N_2O和CO_2排放的影响

采用静态箱-气相色谱法研究了免耕和常规耕作下玉米生长季华北平原潮土N2O和CO2的排放特征。结果表明,免耕土壤N2O累积排放量（以N2O-N计,下同）为0.31 kg.hm-2,略高于常规耕作土壤的0.27 kg.hm-2,两者没有显著差异。灌水、强烈降水或连续阴天会诱发土壤大量排放N2O,免耕处理N2O排放峰值（28.1～38.4μg.m-2.h-1）高于常规耕作处理（18.6～25.7μg.m-2.h-1）。免耕处理CO2累积排放量（以CO2-C计,下同）为1 880 kg.hm-2,显著高于常规耕作土壤的1 333 kg.hm-2。土壤N2O和CO2排放通量与土壤温度呈显著指数相关,常规耕作处理下的相关程度更高。     

Characteristics of N2O emission from Medicago sativa stands and its response to nitrogen fertilizers in the Longdong dryland Plateau北大核心CSCD

Nitrous oxide (N2O) is one of the potent greenhouse gases (GHG) that depletes the stratospheric ozone. Nitrogen fertilizers are considered to be a major source of nitrous oxide (N2O) emissions from arable soils. To investigate the characteristics of N2O emission, its influencing factors, and its response to nitrogen application in dry grassland in the Loess Plateau, one of the most intensively used agricultural regions in China, we conducted a field trial with two treatments including N0 (0 kg hm-2) and N150 (150 kg hm-2) at the Qingyang Loess Plateau grassland agricultural research station of Lanzhou University. An LGR-N2O/CO gas analyzer was used to monitor the emissions. The results showed that the N2O fluxes of the N0 and N150 treatments during the monitoring period were -0.0036 and 0.0118 mg m-2 h-1, respectively; the flux in case of the N150 treatment was significantly higher than that for the N0 treatment. The N2O emission flux has a distinct diurnal variation characteristic, which first showed the trend of decreasing and then increasing. Regression analysis indicated a significant positive correlation between the N2O flux and the surface soil water content at a depth of 10 cm. The N2O emission flux increased by 131.3%, compared with that during the non-precipitation days. At the same time, the N2O emission flux showed a trend of decreasing with the increase of the surface soil temperature at a depth of 10 cm. The daily emission characteristics indicated that there may be a significant underestimation of the N2O flux at the daily or longer time-scale, based on the N2O flux value measured at 9:00-11:00. In summary, the N2O emissions from the sown alfalfa grassland of the eastern Gansu are strongly affected by precipitation and nitrogen application and have obvious daily dynamic characteristics. It is recommended that the accuracy and representativeness of N2O emission flux data be enhanced by continuous dynamic measurement using the instrument. © 2018 Science Press. All rights reserved.     

种植不同冬季作物对稻田甲烷、氧化亚氮排放和土壤微生物的影响

研究双季稻收获后填闲种植不同冬季作物在其生长季节内甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）的排放特征,对合理利用冬闲稻田、发展冬季作物生产及合理评价不同种植模式具有重要意义。采用静态箱-气相色谱法对冬季免耕直播黑麦草、紫云英和冬闲的双季稻田中CH4和N2O排放及其相关微生物数量变化进行了分析。在冬季作物生长期,不同冬季作物稻田CH4和N2O排放通量均显著高于对照（冬闲）,CH4和N2O排放通量均表现为免耕直播黑麦草〉免耕直播紫云英〉冬闲;免耕直播黑麦草和紫云英处理稻田CH4排放量分别为2.28和1.07 g·m^-2,分别比对照增加241.92%和60.63%;N2O排放量分别为0.59和0.48 g·m^-2,分别比对照增加71.93%和40.06%;各处理稻田土壤产甲烷细菌、甲烷氧化细菌、硝化细菌及反硝化细菌的数量变化范围分别为0.33×10^2 163.37×10^2 cfu·g^-1、11.05×10^3~245.68×10^3 cfu·g^-1、3.21×10^3~178.26×10^3 cfu·g^-1和10.47×10^5~198.88×10^5 cfu·g-1,免耕直播黑麦草和紫云英处理稻田土壤产甲烷细菌、甲烷氧化细菌、硝化细菌和反硝化细菌的数量均显著高于冬闲,其中免耕直播黑麦草处理稻田土壤的产甲烷细菌、甲烷氧化细菌和硝化细菌数量显著高于免耕直播紫云英处理,而免耕直播紫云英处理稻田土壤反硝化细菌的数量则显著高于免耕直播黑麦草处理。研究结果显示,种植不同冬季作物能促进稻田生态系统中CH4和N2O的排放,而这两种气体的排放量与稻田土壤产甲烷细菌、甲烷氧化菌、硝化细菌和反硝化细菌数量变化密切相关。