不同地表条件下生物炭对土壤氨挥发的影响

为了探究生物炭对不同地表条件下土壤氨挥发的作用及其效应,通过田间小区试验的方法,探讨生物炭与作物种植覆盖双重影响下,土壤氨的产生、土壤铵态氮含量、土壤脲酶活性的响应性变化.试验设置了6个处理,分别为CK+(未施生物炭+种植作物)、BC0.5+[施用生物炭0.5 kg·(m~2·a)~(-1)+种植作物]、BC4.5+[施用生物炭4.5 kg·(m~2·a)~(-1)+种植作物]、CK-(未施生物炭+裸地)、BC0.5-[施用生物炭0.5 kg·(m~2·a)~(-1)+裸地]、BC4.5-[施用生物炭4.5 kg·(m~2·a)~(-1)+裸地].结果表明在作物种植条件下,相对于CK+处理,BC4.5+、BC0.5+处理的土壤氨挥发随时间呈现先增加(前4 d内)后显著下降的态势,降幅分别为9.95%~61.80%、7.97%~50.52%(P0.05);但同期裸地条件下的BC4.5-、BC0.5-处理的土壤氨挥发较CK-处理则增加了40.02%~93.15%、28.09%~57.45%(P0.05).在等量生物炭施用条件下,作物种植土壤的氨挥发量明显低于裸地土壤,BC4.5+、BC0.5+较BC4.5-、BC0.5-处理分别降低了27.10%~92.10%、13.17%~83.45%(P0.05),但是CK+与CK-处理间的土壤氨挥发量差异不显著.上述结果说明作物种植覆盖地表对生物炭介导的土壤氨挥发具有一定的抑制效应.作物种植条件下,BC4.5+、BC0.5+处理较CK+处理的土壤铵态氮和脲酶含量的最大增幅依次为69.25%、72.73%和93.61%、90.56%(P0.05),但同期土壤氨挥发降低;而裸地条件下,BC4.5-、BC0.5-处理的土壤铵态氮和脲酶含量较CK-呈下降趋势明显,最大降幅依次为63.78%、95.70%和78.38%、92.64%(P0.05),同时土壤氨的挥发量上升.可见生物炭影响下的土壤氨挥发不仅与土壤铵态氮和脲酶含量的变化密切相关,且作物种植覆盖地表的影响更为深刻.     

菜地氨挥发损失及影响因素原位研究

为获得菜地氨挥发通量和氨挥发损失率,并探讨其与环境影响因素之间的关系,于2009年1月～2009年5月,采用由风洞系统-大气气态污染物连续收集与在线分析装置和离子色谱联用组成的、时间分辨率为15min的氨挥发在线测定系统,用模拟试验方法对菜地(蔬菜上海青和生菜)施用尿素氨挥发特征进行研究.结果表明,系统氨气收集效率为(...     

基于氨挥发因子方法的中国农田氨排放量估算

农田是氨的主要排放源,估算农田的氨挥发量可以明确其潜在的生态环境风险,为制定农田氨减排策略提供科学依据.通过文献收集,建立了包含867对观测值的中国农田氨挥发数据库,然后以氮肥施用量为自变量,氮肥施用引起的氨排放量为因变量,计算得到体现农业区、作物类型、肥料类型、土壤pH差异的氨挥发因子,采用独立样本进行验证,发现计算得到的氨挥发因子可以无偏地、较为准确地估算中国农田的氨挥发.不同区域、作物和管理措施下的氨挥发因子有显著差异,整体上,由于南方地区年均温和年降雨量均高于北方,导致南方的氨挥发因子高于北方,而碱性土壤的氨挥发因子高于中性和酸性土壤;与单施化肥相比,多数情况下施用有机肥可降低氨挥发因子,使用缓释控释肥或抑制剂可显著降低氨挥发因子;以单施化肥为例,水稻种植的氨挥发因子为9.9%~37.0%,高于蔬菜（2.2%~13.0%）和其他作物（3.3%~8.0%）.2015年中国农田由无机氮肥使用引起的氨排放总量为3.21 Tg,95%置信区间为2.92~3.46 Tg,其中,粮食作物和蔬菜占比最高,分别为66%和20%,豆科作物占比最低（0.8%）.由于气候、土壤、作物类型的差异,氨挥发呈现明显的空间异质性,长江中下游区排放量最高,而青藏区排放量最低.     

氮肥减投条件下膜材料使用对稻田氨挥发排放的影响

氨挥发排放是稻田系统氮损失的主要途径.现有技术多以调控氮肥施用为削减氨挥发排放的技术手段;但由于氮肥投入基数较大且减投不能改变氨挥发途径氮损失比例,氮肥减投后的氨挥发排放仍是限制氮肥利用效率提升的瓶颈.对此,本研究选用满足环境友好和使用便捷的农业废弃物粉末和两性分子物质作为膜材料,配合氮肥施用在田面水表进行多次铺洒,研...     

控释氮肥减量配施对土壤氨挥发和N2 O排放的影响

施用控释氮肥是提高氮素利用效率、减少氮素损失的重要途径.为研究聚合物包膜氮肥与普通尿素配比减量施用对旱作棕壤氨挥发和N₂O排放的影响,利用15N同位素标记技术,通过5个不同氮肥施用量处理,分析施肥后土壤的氨挥发和N₂O排放规律以及玉米的当季氮肥利用率.结果表明:①土壤氨挥发主要出现在施肥后的前2周,普通尿素氨挥发速率最大可达4.04 kg/（hm2·d）,最大值出现在施肥后第7天,施用配比包膜氮肥氨挥发峰值出现时间比普通尿素延迟2 d,且氨挥发总量明显降低,为2.15 kg/（hm2·d）.②对于各处理下的氨挥发总量,无氮处理（CK）为3.69 kg/hm2,常规尿素处理（NU）为18.64 kg/hm2,配比控释氮肥处理（PU1）为9.39 kg/hm2,减量配比控释氮肥处理（PU2）为6.44 kg/hm2,再减量配比控释氮肥处理（PU3）为5.02 kg/hm2.③N₂O排放规律呈现先平稳后升高的趋势,较高的N₂O排放通量集中在施肥后的55~91 d之间.N₂O排放峰值最高的是常规尿素处理,在施肥后第79天出现,达到0.299 mg/（m2·h）,施用配比包膜氮肥N₂O排放峰值均低于常规尿素处理.④施用配比包膜氮肥玉米产量高于普通尿素处理,减量配比包膜氮肥不会降低玉米产量.⑤土壤氨挥发总量与施氮量呈显著正相关.施用配比包膜氮肥相比于普通尿素可显著减少土壤氨挥发,减量配施氮肥相比于全量施肥可显著减少土壤氨挥发.因此,施用配比包膜氮肥,可在保证粮食产量的前提下减少氮肥投入,降低氮肥的气态损失,从而降低环境风险.      

华北平原冬小麦-夏玉米轮作体系氮肥的氨挥发

 利用可多点原位测定氨挥发的风洞系统,监测了华北平原2002～2004年冬小麦-夏玉米轮作体系传统和优化氮肥管理下的氨挥发损失.结果表明,氨挥发主要发生在施肥后2～3周内,以施肥后连续采样15d的氨挥发累积量作为总排放量,相同施氮量下生长季夏玉米的氨挥发大于冬小麦.优化处理的氨挥发平均损失率(35.9%)显著高于传统处理(20.9%),但从氨挥发绝对量上看,传统处理为125.1kgN/hm²,优化处理为42.3kgN/hm²,降幅达66.2%.施肥和灌水方式显著影响氨挥发,撒施碳铵后翻耕的氨挥发损失为10.1%,追肥撒施的氨挥发损失平均为24.6%;撒施尿素后立即灌水,氨挥发损失为19.7%,5h后灌水氨挥发损失为34.0%,增加了72.6%.     

缓释复合肥在不同土壤水分条件下氨挥发特性研究

采用"通气法"室内培养试验研究了非包膜缓释复合肥(SRF)在不同土壤水分条件下的氨挥发损失状况和动力学特性以及盆栽试验条件下水稻生长和氮素利用效率.结果表明,SRF在淹水条件下氨挥发比不淹水处理提前3～4d到达峰值;且峰值和累积氨挥发量也比不淹水培养条件下高.与普通复合肥(CCF)相比,缓释复合肥的氨挥发损失量显著降低,不淹水条件下比等氮量CCF减少氨挥发50.6%和22.8%,淹水条件下比等氮量CCF减少氨挥发24.2%和10.4%,但是其氨挥发损失显著高于包膜缓释肥料(CRF).SRF的氨累积挥发量随施肥水平的增加而增大,其动力学特性可用一级动力学方程、Elovich方程和抛物线扩散方程定量描述.SRF、CCF和CRF各施肥处理在淹水条件下的水稻植株生物量分别比不淹水条件增加67.86%、78.25%和48.75%;氮素利用率分别比不淹水处理增加57.73%、80.70%和12.06%.在不淹水和淹水2种土壤水分条件下,施用SRF处理氮素利用率分别比CCF增加59.10%和10.40%.SRF能够降低氨挥发,提高植株生物量和氮素利用率.     

外加可溶性碳、氮对不同热量带土壤氨挥发的影响

在室内条件下采用静态吸收法,研究了外加可溶性碳、氮对不同热量带经长期施肥的3种农田土壤:黑土、潮褐土和红壤氨挥发的影响.结果表明,施用氮肥显著促进了土壤氨挥发,在单施氮肥和可溶性碳配施氮条件下,不同热量带土壤氨挥发量从高到低分别为潮褐土(14.3、 7.37 mg·kg~(-1)),黑土(1.52、 1.11 mg·kg~(-1)),红壤(0.998、 0.402 mg·kg~(-1)).添加可溶性碳显著减少土壤因施氮肥产生的氨挥发量,其中黑土减少27.0%,潮褐土减少48.5%,红壤减少60.0%.在黑土、潮褐土长期不同施肥土壤中,单施氮肥后氨挥发量均表现为无肥土壤 > 化肥土壤 > 化肥+有机肥土壤,与可溶性碳配施氮后氨挥发量变化规律相反;在红壤长期不同施肥土壤中,单施氮肥和可溶性碳配施氮后氨挥发量均表现为无肥土壤 > 化肥土壤 > 化肥+有机肥土壤.研究结果还表明,外加可溶性碳、氮后,潮褐土铵态氮含量的减少幅度和硝态氮含量的增加幅度均显著高于黑土和红壤,说明潮褐土中氮素损失潜能大.     

基于Meta分析的不同生产条件下秸秆还田对土壤氨挥发的影响

为探明不同生产条件下中国农田土壤氨挥发对秸秆还田的响应,通过搜集已发表的试验数据,以秸秆不还田作为对照,基于Meta分析研究了在不同自然因素和农田管理措施条件下,秸秆还田对土壤氨挥发的影响效应.同时通过偏相关分析,找出秸秆还田条件下氨挥发损失的主要影响因素并进行量化.结果表明,秸秆还田能够减少农田土壤氨挥发损失,其减排作用随生育期累积降水量的增高而减弱,随生育期均温的增高而增强;当土壤pH<6时,秸秆还田显著促进土壤氨挥发,pH≥6时,秸秆还田会显著抑制土壤氨挥发;秸秆还田对土壤氨挥发的减排效果随土壤黏粒含量的增大而增强;当土壤全氮<0.1%和>0.2%时,秸秆还田显著抑制土壤氨挥发,当土壤全氮在0.1%～0.2%时,秸秆还田会显著促进土壤氨挥发;当施氮量在60～180 kg·hm^-2和施氮量>240 kg·hm^-2时,秸秆还田会显著降低土壤氨挥发量（P<0.05）,而施氮量在180～240 kg·hm^-2时,秸秆还田显著促进土壤氨挥发;以翻耕或旋耕方式进行秸秆还田会显著抑制土壤氨挥发,而秸...     

不同施肥方式对设施土壤氨挥发特征的影响

有机肥与改良剂施入土壤是改善土壤结构、增加土壤有机质含量和培肥地力的重要措施,但也会影响土壤的氨挥发,探索不同施肥方式对土壤氨挥发的影响,对于减少氮素损失和保护生态环境具有重要意义.基于设施番茄微区试验,采用LGR915-0016超便携NH₃分析仪观测不同施肥方式[50%化肥N+50%有机肥N+改良剂组（HYG）、50%化肥N+50%有机肥N组（HY）、100%有机肥N组（Y）、100%化肥N组（H）和不施肥处理组（CK）]下土壤氨的排放特征.结果表明:在番茄生育期内,不同施肥方式下设施土壤氨挥发通量的变化趋势基本一致.在土壤氨累积挥发量方面,与CK处理相比,H和HY处理下土壤中氨累积挥发量分别增加了11.76%和12.03%;Y和HYG处理则显著降低了土壤中氨累积挥发量,分别下降了24.31%和15.20%.就单因素模型而言,不同施肥处理下土壤氨挥发通量与0~10 cm土壤温度呈线性回归关系,且各处理均达到显著水平（P均小于0.05）;不同施肥处理下土壤氨挥发通量与0~10 cm土壤含水量均呈显著二次回归关系（P均小于0.05）;与单因素相比,0~10 cm土壤含水量和土壤温度的双因素复合模型（R2为0.700 6~0.849 7）可以更好地解释土壤氨挥发通量的变化情况.相关分析显示,土壤氨累积挥发量与0~20 cm土层土壤铵态氮含量、硝态氮含量、pH及土壤孔隙度均呈极显著相关（P均小于0.01）,与0~20 cm土层土壤容重呈显著相关（P < 0.05）.采用PCA分析提取的2个主成分的累积贡献率为83.09%.研究显示,不同施肥方式会影响设施土壤氨挥发通量,综合考虑土壤氨累积挥发量及其影响因素,100%有机肥N组在降低土壤氨挥发方面显著优于其他处理组.      

垄作对降低黄土高原南部冬小麦田氨挥发风险的影响

为研究黄土高原南部冬小麦田NH₃挥发对垄作的响应,揭示其释放机制及污染风险,于2011—2013年冬小麦生长季,按照随机裂区试验设计布置田间试验,采用通气式田间原位酸吸收方法测定NH₃挥发. 主区为常规栽培及3种垄作,副区为2种施N(氮)处理——未施N(0 kg/hm2,以N计)和施N(180 kg/hm2). 结果表明:不同施N处理下,各耕作模式NH₃挥发通量在施肥后10 d均达到峰值,在施肥后30 d稳定在较低水平. 垄作单季NH₃累积挥发量(以N计)平均值为5.748 kg/hm2,比常规栽培降低4.9%;施N处理下NH₃累积挥发量平均值为6.512 kg/hm2,比未施N处理提高26.8%. 氮肥NH₃挥发损失率为0.47%~1.38%,其中垄作平均损失率比常规栽培降低60.1%. 不同施N处理下,各耕作模式NH₃挥发通量与土壤w(NH₄+)、含水量呈正相关;与25 cm深度处土壤温度、pH在冬前(施肥播种至土壤结冰阶段)呈正相关,而在冬后(土壤解冻至小麦收获阶段)则呈负相关. 土壤w(NH₄+)和土壤温度是控制NH₃挥发的两大主要因素. 冬前垄作降低NH₃挥发通量主要是由于垄作集中深施肥会增加NH₃挥发扩散阻力所致. 可见,旱作冬小麦种植区采用垄作可降低NH₃挥发风险.      

麦秸全量还田下太湖地区两种典型水稻土稻季氨挥发特性比较

利用原状土柱在田间试验条件下,比较了麦秸还田下乌栅土和黄泥土稻季氮素氨挥发损失规律,每种试验土壤均设对照、氮肥、氮肥加麦秆这3个处理,同步测定施肥后氨挥发、田面水铵态氮浓度与pH、以及表层土壤Eh.结果表明,乌栅土氨挥发速率及其累积氨挥发量显著高于黄泥土,两种土壤的稻季平均氨挥发的氮素损失量分别为41.8 kg·hm-2和11.2kg·hm-2,分别占氮肥用量的15.2%和3.8%;在3个施肥时期中,分蘖肥期氨挥发损失率最高,乌栅土和黄泥土分别占氮肥用量的29.4%和8.3%;麦秸还田显著增加了氮肥的氨挥发损失,麦秸还田下乌栅土和黄泥土稻季氨挥发损失比单施氮肥处理分别增加了19.8%和20.6%.两种土壤氨挥发速率均与田面水NH4+-N浓度、pH呈正相关关系,但与表层土壤Eh的关系还需进一步研究.     

不同前茬冬小麦土壤呼吸特征及影响因子分析

以不同蔬菜前茬处理的冬小麦田为对象,研究土壤呼吸变化特征、各影响因子对土壤呼吸的响应的通径分析以及计算全生长季农田碳汇强度.结果表明：①温度对土壤呼吸速率的响应随深度增加具有滞后性;土壤呼吸与土壤水分呈显著二次相关.②有效磷、速效钾、土壤脲酶、土壤温度、土壤水分对土壤呼吸变化的贡献较大,为主要影响因子.5种主要因子中土...     

中国北方干旱-半干旱地区草地NH_3通量原位观测研究

NH3挥发是导致农业和畜牧业施肥中N素流失的主要途径之一。基于这一认识,人们推测NH3的释放也可能在干旱-半干旱地区天然草地氮素流失中起着重要作用。然而这方面的观测研究却十分有限。我国北方天然草地面积约150万平方千米,而且在干旱-半干旱过渡地区的草地中存在N相对于C不足的现象。认识NH3挥发在其中所起的作用对防治草地退化、保护干旱区生态环境安全具有重要意义。本文利用Thermo-Fisher公司生产的Model17iNOx-NH3分析仪和动态箱法对黄土高原西北部边缘和宁夏中东部地区,也即农牧过渡带地区在8～9月份的地-气NH3交换通量进行了观测研究,发现其通量昼夜变化存在多种类型,平均通量在-2～2g NH3/(m2.h)之间;在空间变化上,NH3的地-气交换在毛乌素沙地西侧表现为对大气NH3的净吸收,经黄土高原边缘和宁夏中东部的过渡,到宁夏南部的固原地区变化为草地NH3的净释放。这种草地NH3释放通量自北向南增加的现象主要是由于降水对土壤的湿润作用所致。干旱的环境条件使得水分超过了土壤pH和温度等众多影响因素而成为NH3挥发的主要限制因素。据此可以推测NH3挥发作用在我国北方自然草地N素流失中的作用可能较小,不可能是导致农牧交错地区土壤N素相对不足的原因。     

渗滤液灌溉土壤N_2O释放及氨挥发的研究

选用2种供试土壤(S1和S2),通过培养试验研究了渗滤液投加土壤后N2O释放、氨挥发及矿物氮的转化,并讨论了土壤理化性质对上述过程的影响.土壤pH值较大程度地决定了氨的挥发,仅投加渗滤液的碱性土S1在培养期的前5 d内测到氨挥发,通过氨挥发共损失了约3.0‰的渗滤液氮.投加同等含量的渗滤液后,不同土壤可导致N2O释放量近20倍的差异(P<0.01).土壤含水率(WFPS)影响了土壤中硝酸盐氮的生成速率,从而制约了N2O释放通量的高低.与WFPS为46%时相比,投加蒸馏水的土壤S1、投加渗滤液的土壤S1和土壤S2在WFPS为70%的条件下N2O的释放通量均值分别提高了6.5(P>0.05)、1.8(P>0.05)和2.2倍(P<0.05).渗滤液投加土壤在10 d培养期内,土壤S1和S2因N2O释放分别损失了41.1‰和2.3‰的渗滤液氮.为此,控制灌溉土壤的含水率(<70%WFPS),并选用酸性土壤可有效地控制渗滤液灌溉下N20的释放和氨挥发.     

黄土高原冬小麦田土壤水分与小麦产量对降水和气温变化响应的模拟研究

明确黄土高原地区降水和气温变化对冬小麦田土壤水分和产量的影响,对探索适应气候变化的冬小麦田间管理措施具有重要的现实意义。论文在验证EPIC模型对冬小麦田土壤水分模拟精度的基础上,以历史气象数据为基础,设置TR1、TR2和TR3三个气候情景,采用作物模型模拟的方法,研究黄土高原冬小麦田土壤水分和冬小麦产量对降水和气温变化的响应。结果显示：1）1961—2010年黄土高原降水呈降低趋势,其年际间变化幅度和频率均有所增加。与1961—1970年相比,洛川、长武、运城和延安的年均降水量在2001—2010年间分别降低了18.1%、13.6%、18.8%和24.9%,其变差系数分别增加了0.029、0.087、0.02和0.057。1961—2010年黄土高原气温呈波动性增加趋势,其中日最低气温增加幅度大于日最高气温增加幅度。与1961—1970年相比,日最高气温在2001—2010年间增加了0.30~0.84 ℃,而日最低气温增加了1.00~1.55 ℃。2）EPIC模型能够较好地模拟黄土高原冬小麦田土壤水分动态变化规律,0~2.0 m土层土壤湿度观测值与模拟值间的相对均方根误差RRMSE值为6.0%~14.0%,R²和模型效率ME值分别为0.824和0.815。3）黄土高原地区降水的减少和最高气温的增加均不利于冬小麦生产,而最低气温的提高对冬小麦生产较为有利。洛川、长武、运城和延安冬小麦产量因年降水量的降低而分别减产了8.5%、7.6%、11.7%和12.3%;因日最高气温的升高分别减产了6.4%、6.8%、7.2%和-3.0%;因日最低气温的提高而分别增加了8.8%、10.2%、1.5%和12.0%。因此,为适应降水减少和日最低气温升高的趋势,黄土高原冬小麦生产区应适当调整冬小麦播期,研究并推广保水节水技术措施,充分利用气候变化对冬小麦生产的有利因素,克服不利因素,确保冬小麦的可持续生产。     

木醋液酸化生物炭与氮素配施对盐渍土壤活性氮及氨挥发的影响

以盐渍土壤为研究对象,通过吸附试验和室内土壤培养试验,分析生物炭及木醋液酸化生物炭与尿素配施后对盐渍土壤活性氮、脲酶活性和氨挥发的影响,为提高盐渍土壤氮素有效性提供理论和技术支撑.吸附试验表明,木醋液酸化生物炭提高了对铵态氮的吸附量,与生物炭相比,提高了2.28%～18.18%.土壤培养试验表明,与单施尿素处理相比,生物炭和木醋液酸化生物炭与尿素配施处理使土壤硝态氮、铵态氮分别减少了0.72%和25.26%、 1.11%和16.93%;提高了土壤可溶性有机氮和可溶性全氮含量.木醋液酸化生物炭与尿素配施提高了脲酶活性,而生物炭与尿素配施处理则降低了土壤脲酶活性.木醋液酸化生物炭与尿素配施处理氨挥发累积量在不同培养时期均低于单施尿素处理及生物炭与尿素配施处理,且能降低土壤的pH,而未改性的生物炭则提高了土壤pH.因此,在盐渍土区,采用木醋液对生物炭进行酸化后再与氮肥配合施用,不仅有效降低了土壤pH,提高土壤脲酶活性以及可溶性有机氮含量,还可以适当降低土壤铵态氮和硝态氮含量,减少氨挥发,有利于减少土壤无机氮素的损失和提高盐渍土壤氮素有效性.