Pulse emissions of N2O and CO2 from an arable field depending on fertilization and tillage practice

Nitrous oxide (N₂O) emissions from soil are characterized by strong emission pulses. Although several mechanisms are known to create them, pulses are difficult to predict. Currently there is no established systematic way to identify pulses from long-term static chamber measurement results. In this study we suggest a simple algorithm for pulse identification. The algorithm was applied on time series of N₂O and carbon dioxide (CO₂) fluxes from a field study on the long-term impact of fertilization and tillage practice. Between 4 and 9% of N₂O values were pulse values; 20-60% of total emission was emitted as pulses. Minimum tillage resulted in more pulses than plowing. In contrast, long-term averages of N₂O losses from nitrogen (N) fertilizer were similar (3-4%) for all management practices. N₂O emissions per crop yield for increased fertilization practice were double the values for reduced fertilization practice independent of tillage practice. CO₂ emission pulses were scarce and there was no significant effect of management practice on CO₂ pulse probability.     

太湖地区湖水与河水中溶解N2O及其排放

水体是N₂O排放的重要来源.2000-09～2001-09,每月2次采样(重复3次)连续监测太湖地区太湖和大运河水体N₂O排放通量和水中溶解的N₂O浓度,还同时监测不同深度水样中的N₂O浓度.结果表明,太湖N₂O-N的年均排放通量为3.53 μg/(m²·h),而大运河已高达122.5,μg/(m²·h).太湖湖水中溶解N₂O-N浓度为0.36μg/L,大运河河水中浓度高达11.31μg/L,浅水型水体是N2O排放的源.结果还表明,不同深度水中N2O浓度差异不明显,而时间差异显著.水面N2O的排放通量和水中溶解的N2O浓度呈显著正相关关系,二者又都与水温呈显著正相关. .     

An improved GC-ECD method for measuring atmospheric N2O

Gas chromatography equipped with an electron capture detector (GC-ECD) has been widely used for measuring atmospheric N2O,but nonlinear response and the influence of atmospheric CO2 have been recognized as defects for quantification.An original GCECD method using N 2 as carrier gas was improved by introducing a small flow rate of CO2 makeup gas into the ECD,which could well remedy the above defects.The N2O signal of the improved method was 4-fold higher than that of the original method and the relative standard deviation was reduced from > 1% to 0.31%.N2O concentrations with different CO2 concentrations (172.2×10-6-1722×10-6mol/mol) measured by the improved GC-ECD method were in line with the actual N2O concentrations.However,the N2O concentrations detected by the original method were largely biased with a variation range of-4.5%～7%.The N2O fluxes between an agricultural field and the atmosphere measured by the original method were greatly overestimated in comparison with those measured by the improved method.Good linear correlation (R2=0.9996) between the response of the improved ECD and N2O concentrations (93×10-9-1966×10-9mol/mol) indicated that atmospheric N2O could be accurately quantified via a single standard gas.Atmospheric N2O concentrations comparatively measured by the improved method and a high precision GC-ECD method were in good agreement.     

农田生态系统N2O排放的数值模拟研究

综合大气化学等多学科最新研究进展,建立了农田N₂O排放数值模式,模式较好地模拟了农田生态系统中N₂O排放过程.利用模式分析了气象因子对N₂O排放影响.结果表明:苏州稻田N₂O排放量与生长期平均气温存在显著正相关,与总辐射和降水量相关不明显;功率谱分析表明N₂O排放量存在7～9年的变化周期,与平均温度变化周期比较接近.模拟气候变化对N₂O排放的可能影响表明:气温比目前升高1℃,苏州稻田N2O排放量将平均增加4.5%.     

基于区域氮循环模型IAP-N的安徽省农用地N2O排放量估算

本研究采用区域氮循环模型IAP-N估算了2011年安徽省县级共计7种农用地类型的N2O排放,估算所需的统计数据来源于安徽省各市统计年鉴,排放因子来源于已发表文献中的观测数据.结果表明,2011年安徽省农用地N2O总排放量(以N2O-N计)为3.51万t.其中,直接排放2.76万t,间接排放0.66万t,田间秸秆燃烧排放0.08万t.淮北平原(Ⅰ区)和沿江圩丘(Ⅱ区)是安徽农用地N2O主要排放区,对农用地N2O总排放的贡献分别为41%和35%.单纯旱作农田是各区最主要的直接排放源,约占直接排放的74%.Ⅱ区和Ⅲ区水旱轮作中的旱作地N2O排放居第二位(分别占Ⅱ区和Ⅲ区直接排放的19%和14%),Ⅳ区的果园茶园N2O直接排放居第二位(占Ⅳ区直接排放的22%).间接排放源中由大气氮沉降引起的N2O排放占三分之二.该研究结果可为决策者合理利用肥料,制定安徽省农业土壤温室气体减排措施提供科学依据.     

南极菲尔德斯半岛植被土壤N2O排放特征

应用密闭箱法首次测定了南极菲尔德斯半岛苔藓、地衣植被土壤N2O的排放通量,并估算了该半岛植被区土壤在夏季2个月内N₂O的排放总量.结果表明:在晴天和雨天,苔藓土壤N₂O的排放通量与温度有较好的响应关系,呈现单峰型变化趋势;但在雪天,与温度的变化不一致;苔藓、地衣这2种不同的植被土壤N2O排放通量日变化基本一致;温度是影响苔藓土壤N2O的排放通量季节变化的主要因子,同时还受降水的影响,干湿交替有利于N2O的排放;苔藓土壤N₂O的排放总量为3.7152kg;地衣土壤N₂O的排放总量为2.5344kg.由此可见,南极菲尔德斯半岛苔藓、地衣植被土壤N₂O排放量虽然很小,但仍起着大气N₂O源的作用.     

贵州省旱田土壤N2O释放及其环境影响因素

以贵州省的玉米－油菜轮作田、大豆－冬小麦轮作和休耕地为研究对象,采用密闭箱－气相色谱法,对整个轮作期的土壤Ｎ₂Ｏ释放进行观测,初步研究我国亚热带旱田的Ｎ₂Ｏ释放特征．实验研究结果表明,３试验田Ｎ₂Ｏ释放通量具有相同的规律性日变化形式,秋收作物达通量极大值的时间比越冬作物滞后２ｈ～３ｈ,气温是控制Ｎ₂Ｏ通量日变化的主要环境因子：３试验田Ｎ₂Ｏ释放通量（以Ｎ₂Ｏ中的Ｎ计）分别在９．８１～４３３．１１,４．００～１８０．４１和９．７４～２８２．００μｇ·ｍ^-2·ｈ^-1,高于我国水田和北方旱田的Ｎ₂Ｏ释放通量;进一步分析表明,３试验田Ｎ₂Ｏ释放通量具有相同的季节变化模式,Ｎ₂Ｏ 释放峰受降雨事件的直接影响,Ｎ₂Ｏ通量与降雨量和土壤湿度间有显著的正相关性,而与温度的关系不明显     

自然状态下树木排放N2O的研究

大气中主要温室气体之一N₂O的部分来源尚不清楚,以前认为只有土壤微生物过程是N₂O的生物源,本文则旨在证明自然状态下植物也是N₂O的排放源.采用同步空气样品采集装置和气相色谱仪观测了长白山阔叶红松林内空气N2O的垂直分布特征,发现林冠或其附近处出现高N₂O浓度,高N₂O浓度比同一时刻其他高度处的正常N₂O浓度高3.03%～64.9%,差异显著或极显著.在林冠高度处的高N₂O浓度和树干高度处的正常N₂O浓度同时存在的现象证明了植物向外排放N₂O,即植物自身在自然状态下是N2O的一个排放源.     

N2O decomposition over K/Na-promoted Mg/Zn-Ce-cobalt mixed oxides catalysts

Three groups of cobalt mixed oxide catalysts（Mg/Zn-Co, Mg/Zn-Ce-C, K/Na-Mg/Zn-Ce-Co）were prepared by sol-gel or impregnation methods. The synergistic effects of transition metal, rare earth metal and alkali metal on cobalt mixed catalysts for nitrous oxide（N2O）decomposing to N2 and O2were investigated. The experimental results revealed that the catalytic activity for N2 O decomposition was promoted as Co2＋was replaced partially by Zn2＋/Mg2＋, moreover, the characterization analysis by XRD and XPS showed that Zn2＋/Mg2＋replaced Co2＋successfully into the spinel structure of Co3O4 and promoted significantly the catalytic activity. Especially, the addition of CeO2 and K2O/Na2O decreased the binding energy and resulted in an increase in the density of the electron cloud around Co and an improvement of the catalytic activity. Of the investigated cobalt mixed catalysts, the best catalytic activity was shown by 2% K-Zn0.5-Ce0.05-Co catalyst.     

淹水水稻土消耗N2O能力及机制

大量研究表明淹水厌氧状态下的水稻田等湿地生态系统中N₂O负排放量巨大,对缓解大气温室气体效应有重要意义,但水稻土壤对大气N₂O的吸收消耗潜力以及调控潜力发挥的微生物机制却鲜见报道.本实验以表层渍水水稻土壤（0~5 cm）为研究对象,通过室内厌氧培养手段,分析环境N₂O浓度的提高对土壤N₂O消耗能力的影响以及nosZ基因丰度的变化规律.结果表明,淹水厌氧状态下的水稻土壤中nosZ基因绝对丰度（以干土计）在DNA水平上达到10⁸ copies·g^-1,具有很强的N₂O转化还原潜力.回归分析结果显示环境N₂O浓度与土壤N₂O消耗速率显著线性正相关（r²=1,P<0.001）,土壤N₂O消耗能力可被高浓度的环境N₂O极大程度激发,达到4567.99 μg·（m²·h）^-1.与此同时较高水平的nosZ基因丰度在不同浓度N₂O处理间无显著差异,说明DNA水平上的nosZ基因丰度可能已经不是限制N₂O还原的关键因子,微生物调控因子需进一步探索.     

地表UV-B辐射增强对土壤-冬小麦系统N2O排放的影响机理研究

为了解UV-B增强条件下农田N₂O响应规律,采用室外盆栽实验,研究了地表UV-B辐射增强20%对土壤-冬小麦系统N₂O排放的影响及其影响机理.结果表明,在小麦返青期,UV-B辐射增强处理对该系统N₂O的排放影响不显著;在小麦的拔节期,UV-B辐射增强处理显著降低了土壤-小麦系统N₂O的排放,并减少了该系统的呼吸速率.UV-B辐射增强对N₂O的影响机理主要表现在对小麦植株N代谢过程的影响,如显著增加     

地表UV-B辐射增强对土壤-冬小麦系统N2O排放的影响机理研究

为了解UV-B增强条件下农田N₂O响应规律,采用室外盆栽实验,研究了地表UV-B辐射增强20%对土壤-冬小麦系统N₂O排放的影响及其影响机理.结果表明,在小麦返青期,UV-B辐射增强处理对该系统N₂O的排放影响不显著;在小麦的拔节期,UV-B辐射增强处理显著降低了土壤-小麦系统N₂O的排放,并减少了该系统的呼吸速率.UV-B辐射增强对N₂O的影响机理主要表现在对小麦植株N代谢过程的影响,如显著增加     

不同氮污染特征河流N2O浓度、释放通量与排放系数

以铁岭市22条河流为研究对象,分析了河流N_2O溶存浓度、释放通量及排放系数.根据氮素的主要赋存形态及氮素浓度,22条河流可分为铵态氮污染(铵态氮平均浓度5.86 mg·L~(-1))、硝态氮污染(硝态氮平均浓度3.05 mg·L~(-1))和氮限制(溶解性无机氮平均浓度1.04 mg·L~(-1))河流这3种.总体上,N_2O溶存浓度介于17.03~9 028.60 nmol·L~(-1),均值为546.75nmol·L~(-1),饱和度均值为6 256%;河流水-气界面N_2O释放通量介于17.21~15 655.3μg·(m~2·h)~(-1),均值为949.36μg·(m~2·h)~(-1).铵态氮污染河流断面N_2O浓度和释放通量显著高于硝态氮污染和氮限制断面(LSD,P0.05).根据IPCC方法计算了河流N_2O排放系数(EF_(5r)),结果表明3种类型河流EF_(5r)呈现极为明显的差异,EF_(5r)变异系数达到445%.硝态氮污染河流EF_(5r)均值为0.000 5,显著低于IPCC建议值(0.002 5);但铵态氮污染河流硝态氮浓度较低,导致EF_(5r)计算均值高达0.445 6,为IPCC建议值的180倍;氮限制河流EF_(5r)均值为0.005 0,为IPCC建议值的2倍.因此,在计算EF_(5r)时应充分评估河流的氮污染状况.本文根据河流氮污染特征,结合不同类型河流N_2O产生机制,对EF_(5r)进行了分类计算,探讨了EF_(5r)的修正计算方法.建议针对氨氮污染和氮限制河流采用[N_2O]/[NH_4~+]方法计算EF_(5r);如不考虑河流氮污染特征,建议采用[N_2O]/[DIN]方法计算EF_(5r).     

稻田土壤N2O消纳能力及nosZ-I型功能种群应答机制

稻田土壤长期的淹水厌氧环境有利于反硝化作用的进行,是导致N₂O大量排放的重要原因之一.目前,关于稻田土壤N₂O排放特征的相关研究已有不少,然而关于稻田土壤N₂O的消纳能力及相关功能微生物的应答机制尚不明确.本研究以淹水水稻土原状土柱（0~5 cm）为研究对象,在土柱底部输入外源N₂O气体,系统监测所添加外源N₂O通过土柱的浓度及关键土壤因子的动态变化特征,以及分析nosZ-I型功能种群组成的演替规律,以期揭示淹水水稻土N₂O的消纳能力及nosZ-I型功能种群的应答机制.结果表明,外源N₂O输入后约97.39%扩散进入土柱,逸散出土表的N₂O占0.72%~7.75%,达到排放高峰后被土壤继续消耗,培养192 h后外源N₂O处理比对照多消耗67.10% N₂O,N₂O消耗速率提高144.2%.同时,NH₄⁺-N、NO₃^--N和DOC分别多消耗了19.65%、16.29%和8.41%.N₂O输入192 h后nosZ-I的群落多样性没有显著差异,但是其种群组成发生显著改变：优势菌株OTU5004、OTU5065、OTU960和OTU1282（Proteobacteria）相对丰度显著提高,其中OTU5004菌株相对丰度比初始样和CK升高7.30%和4.63%,非优势菌株OTU5265（Azoarcus sp.）比初始样和CK升高0.33%和0.15%.上述结果表明,0~5 cm深度渍水水稻土壤具有很强的N₂O消耗能力,外源N₂O添加使N₂O消耗速率明显加快,提高了淹水水稻土壤对N₂O的消纳潜力,促进碳氮转化和nosZ-I群落组成变化,这将为降低大气N₂O排放提供新的参考.     

厌氧条件下砂壤水稻土N2、N2O、NO、CO2和CH4排放特征

了解厌氧条件土壤反硝化气体(N2、N2O和NO)、CO2和CH4排放特征,是认识反硝化过程机制的基础,并有助于制定合理的温室气体减排措施.定量反硝化产物组成,可为氮转化过程模型研发制定正确的关键过程参数选取方法或参数化方案.本研究选取质地相同(砂壤土)的两个水稻土为研究对象,通过添加KNO3和葡萄糖的混合溶液,将培养土壤的初始NO-3和DOC含量分别调节到50 mg·kg-1和300 mg·kg-1,采用氦环境培养-气体及碳氮底物直接同步测定方法,研究完全厌氧条件下土壤N2、N2O、NO、CO2和CH4的排放特征,并获得反硝化气态产物中各组分的比率.结果表明,在整个培养过程中,两个供试土壤的N2、N2O和NO累积排放量分别为6~8、20和15~18 mg·kg-1,这些气体排放量测定结果可回收土壤NO-3变化量的95%~98%,反硝化气态产物以N2O和NO为主,其中3种组分的比率分别为15%~19%(N2)、47%~49%(N2O)和34%~36%(NO);但反硝化气体产物组成的逐日动态均显现为从以NO为主逐渐过渡到以N2O为主,最后才发展到以N2为主.以上结果说明,反硝化气体产物组成是随反硝化进程而变化的,在以气体产物组成比率作为关键参数计算各种反硝化气体产生率或排放率的模型中,很有必要重视这一点.     

硝化作用对盐碱湿地N2O排放的影响及其环境因子分析

湿地是温室气体氧化亚氮(N_2O)重要的源或汇,盐碱湿地作为湿地的重要组成部分,研究其N_2O排放对于探究盐碱湿地N_2O产生的硝化作用机制及评估其在温室效应中的作用具有重要意义.本文对代表性盐碱湿地——扎龙芦苇沼泽湿地生长季的N_2O释放量及相关环境因子进行了研究.结果表明,生长季N_2O通量呈波动性下降趋势,最大值出现在7月中旬,平均排放通量为(37. 49±15. 75)μg·(m2·h)-1,表现为N_2O的释放"源". N_2O通量与不同深度土层温度存在显著正相关关系(P 0. 05),且上层土温对N_2O排放的影响程度高于深层土;淹水期间N_2O通量与积水深度呈显著负相关关系(P 0. 05);且土壤TOC和TN含量较低,N_2O通量与0～40 cm土层NH+4-N含量呈显著正相关关系(P 0. 05),而与NO-3-N含量没有关系,硝化作用程度要比反硝化强;此外,土壤氨氧化菌活性与0～20 cm土层温度存在极显著正相关关系(P 0. 01),且N_2O通量与氨氧化菌活性也呈极显著的线性正相关关系(P 0. 001),表明盐碱湿地的N_2O释放受硝化作用影响巨大.     

植物影响陆地生态系统N2O产生和释放的研究进展

N2O是一种重要的温室气体。过去一直认为生物源N2O仅由土壤中的微生物过程所产生,但近些年来的研究表明,植物作为陆地生态系统的重要组成部分,也参与了N2O的产生、排放,对N2O的通量有着重要影响。本文以国内外相关研究为基础,综合报道了多年来植物排放N2O的研究进展。研究表明:植物本身可以产生N2O,某些植物排放量可达到与土壤排放相当的水平,影响N2O释放的因素有植物种类、生长发育阶段、养分供给、光照强度及N2O浓度等;植物影响土壤N2O的产生、传输、释放,植物通过影响土壤的理化性质从而影响到土壤微生物的活动进而影响N2O的产生、排放,同时对淹水土壤中N2O的释放起到了重要的通道作用;植物类型和不同环境因素对N2O产生、排放影响不同,尤其是豆科植物根瘤菌对N2O的影响应引起更大的关注。文章最后提出了当前研究的不足及需要进一步深入研究的问题。     

植被收割对滨海湿地沉积物中CO_2和N_2O释放的影响

为了揭示冬季滨海湿地植被收割对其沉积物中温室气体释放的影响,以长江入海口典型滨海湿地——崇明东滩为研究对象,观测季节性(冬季)植被收割(分别于收割后第0天、第10天、第30天、第60天采样)与不收割条件下芦苇(Phragmites australis)、米草(Spartina alterniflora)、芦苇-米草交互带和光滩沉积物中CO2与N2O的释放特征.结果表明:1米草和芦苇-米草交互带植被收割并未增加沉积物中CO2的释放(P0.05),但芦苇收割可能会增加N2O的释放(P0.05),说明植被收割对湿地沉积物中CO2和N2O释放的影响与植被类型密切相关.2与芦苇带相比,米草和芦苇-米草交互带沉积物中CO2累积释放量分别高出12%~57%和17%~43%,但芦苇植被覆盖下沉积物中N2O累积释放量分别比二者高出11%~81%和8%~95%.可见,米草和芦苇-米草交互带沉积物碳的呼吸损失明显高于芦苇带,但芦苇植被覆盖下沉积物中N2O逸失量相对较高.34种植被类型下,沉积物中N2O累积释放量为0.1~0.4 mg/kg,CO2累积释放量则高达1 024~2 645 mg/kg.因此,冬季滨海湿地植被收割不会显著增加N2O的温室效应,但选择性收割米草有望减少沉积物碳的呼吸损失.     

放牧对草原土壤N2O产生及微生物的影响

利用AIM乙炔抑制法,首次测试了我国内蒙古放牧和非放牧羊草草原土壤N₂O产生的微生物过程;通过分析不同类型草原土壤N₂O产生的微生物过程和相关微生物菌群的季节变化,研究了放牧行为对于草原土壤N₂O微生物产生过程的影响.放牧行为改变了土壤结构,有利于土壤微生物反硝化作用的发生,在一定程度上降低了草原土壤N₂O的排放.揭示了内蒙古草原土壤N₂O产生是以异养硝化作用过程为主的微生物过程,解释了内蒙古典型草原土壤N₂O通量较低和其季节变化的微生物学机理.     

秸秆还田、地膜覆盖及施氮对冬小麦田N2O和N2排放的影响

为探究不同耕作方式及施氮水平下黄土高原地区旱地冬小麦田N₂O排放规律,运用静态箱-气相色谱法研究了冬小麦田N₂O排放动态.以冬小麦‘小偃22’为材料,采取双因素裂区试验设计,主区为3种耕作模式：常规耕作（CT）、秸秆还田（SM）和平膜覆盖（FM）;副区为3种氮水平处理：不施氮、减氮20%(144 kg·hm^-2)和常规施氮(180 kg·hm^-2).以常规耕作（CT）为对照,探讨不同施氮水平下FM和SM对土壤N₂O排放产生的影响,同时分析环境因子与N₂O排放通量的相关性,并根据经验公式估算N₂排放量.结果表明,各施氮处理的土壤N₂O的排放主要集中在施肥后20 d内,且N₂O排放通量峰值出现在施肥后两周之内.冬小麦田的平均N₂O通量为1.92～22.75μg·（m²·h）^-1,累积排放量为0.10～0.46 kg·hm^...