N_2O、CO_2温室气体与土壤DNDC模型

本文对N2O、CO2两种温室气体的研究工作进行了评述,重点介绍了土壤脱氮-分解模型（DNDC）的起始原由、发展过程及其结构.并通过对模型在不同国家和地区的灵敏度检验,表明与实测结果非常吻合,得出了非常重要的结论.这一模型不仅对N2O、CO2等温室气体的全球变化研究有重要意义.而且对土壤农业耕作实践也有指导作用,但这些结论有待于进一步的详细研究.     

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）。     

土壤理化特性对冬季菜地N2O排放的影响

选取7种具有10 a以上种植史的菜地土壤,通过室外盆栽试验研究施尿素条件下影响冬季菜地N2O排放的主要土壤因素.结果表明,不同土壤间N2O排放具有显著差异.对照菜地的季节性N2O-N排放总量为2.74～4.37 mg·盆-1,排放量与土壤本底的铵态氮、硝态氮含量及pH值呈弱线性相关.施尿素不仅促进了N2O的排放,而且加大了土壤间N2O排放的差异,季节性排放总量为6.39～29.38 mg·盆-1.与2000-2001年麦田相比,虽然菜地施尿素量低于麦地,但是N2O排放量无明显减少,菜地和麦地土壤的N2O排放均与土壤有机碳含量、全氮含量、C/N比值呈显著负相关.此外,施尿素菜地的N2O排放与土壤粘粒含量呈显著负相关,与土壤砂粒含量呈显著正相关.进一步研究表明,化肥氮的N2O-N转化系数主要受土壤碳、氮含量的影响.     

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N2O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N2O排放的影响，并对今后的研究重点进行了讨论。     

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N2 O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N2 O排放的影响 ,并对今后的研究重点进行了讨论。     

中国农田N2O排放的分析估算与减缓对策

介绍了 2种不同方法分析估算的中国农田 N2 O的排放结果 ,并讨论了减缓农田 N2 O排放的对策。用田间测量数据和 IPCC第二阶段方法学估算的中国农田 1995年 N2 O的直接排放量 (以 N计 )分别为 398和 336Gg。应用 IPCC第二阶段方法学分别计算了 194 9年等 10个年份进入中国农田的不同氮源的数量变化 ,表明化学氮肥施用量的增加是中国农田 N2 O排放量逐年上升的主要因素。田间观测结果表明 ,水田是 N2 O不可忽视的源。中国水田 N2 O排放量约占中国农田总排放量的 2 2 % ,水稻生长季水田 N2 O排放量约占农田总排放量的 9%。根据中国农作制 ,施肥和农田水分管理方面的特点 ,调整 N∶P∶ K肥料的比率 ,缩小全国氮肥施用量的地区性差异及应用硝化抑制剂和包膜缓释氮肥 ,将有助于减少农田 N2 O的排放量。     

不同施肥处理对棕壤N2O排放量的影响

采用田间试验研究不同施肥处理对棕壤N2O排放量的影响。结果表明,N2O释放量随着耕层土壤硝态氮含量增加而上升。不同施肥处理对N2O排放量影响不同,低氮处理(N1)排放量(整个玉米生育期按185d计算)为1.18kg·hm-2,高氮处理(N2)为2.39kg·hm-2。随着施氮量的增加,反硝化作用加强,N2O排放量上升,以N2O形式损失加剧。相同施氮水平条件下,随着有机肥施入量的增加土壤N2O排放量上升,其中以高氮高有机肥处理(M2N2)N2O排放量最高,达到了7.05kg·hm-2,占所投入氮肥的2.34%。相同氮素供应水平条件下增施磷、钾肥,也会增加N2O排放量。整个玉米生育时期通过N2O排放损失的肥料占投入氮肥比例为0.99%～2.46%。     

不同量生物炭施用与蚯蚓互作对土壤N2O及CO2排放的影响

为明确不同量生物炭施用与蚯蚓互作对土壤N_2O和CO_2排放的影响,设置了仅有土壤(S)、接种蚯蚓(SE)、施用低剂量生物炭(SL)、接种蚯蚓并施用低剂量生物炭(SLE)、施用高剂量生物炭(SH)和接种蚯蚓并施用高剂量生物炭(SHE)6个处理,开展了50 d的室内培养试验。结果表明,施加生物炭显著降低蚯蚓生物量,与接种前相比,SE处理蚯蚓生物量下降18%,SLE处理蚯蚓生物量下降26%,而SHE处理蚯蚓生物量下降高达37%。培养结束后,接种蚯蚓处理(SE、SLE和SHE)N_2O累积排放量分别为589.8、538.0和258.3μg·kg~(-1),均显著高于未接种蚯蚓处理(S、SL和SH处理N_2O累积排放量分别为57.1、34.5和23.4μg·kg~(-1))。添加生物炭显著降低接种蚯蚓处理N_2O排放量,且生物炭添加量越高,效果越明显。接种蚯蚓处理(SE、SLE和SHE)CO_2累积排放量分别为686.1、682.2和420.7 mg·kg~(-1),均显著高于未接种蚯蚓处理(S、SL和SH处理CO_2累积排放量分别为346.9、268.7和165.9 mg·kg~(-1))。添加生物炭降低了接种蚯蚓处理CO_2累积排放量,但仅高剂量生物炭添加处理(SHE)与无生物炭处理(SE)间存在显著差异。主体间效应检验结果显示,蚯蚓、生物炭均对土壤CO_2和N_2O累积排放量产生显著影响,蚯蚓和生物炭的交互作用仅对N_2O累积排放量产生显著影响。此外,在所有处理中,添加生物炭均增加土壤pH值,降低土壤无机氮含量。因此,高剂量生物炭施用可能通过提高土壤pH值、降低土壤无机氮含量和对蚯蚓活性的影响来抑制蚯蚓作用下的土壤N_2O和CO_2排放。     

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。     

农田土壤硝化-反硝化作用与N_2O的排放

在北京潮土上研究了冬小麦夏玉米轮作体系下土壤硝化反硝化作用以及N2O排放情况。结果表明,小麦生育期土壤温度及含水量较低,无论是反硝化损失氮量还是土壤的N2O生成排放量均不高。土壤的N2O生成排放量与反硝化氮量相当或低于反硝化氮量。玉米生育期土壤温度升高以及孔隙含水量有较大的改善,反硝化损失氮量、N2O生成排放量有明显上升。通常情况下土壤反硝化损失氮量与N2O排放氮量基本处于同一水平。在玉米十叶期追肥后的较短时间内,N2O总排放量明显高于反硝化损失氮量,说明至少在这一阶段中,硝化作用在北方旱地土壤N2O的排放中发挥了主要作用。在评价北方旱地农田土壤氮素硝化反硝化损失中,硝化作用的氮素损失是不可忽视的重要方面。     

不同水分管理模式下水稻土氮素形态转化与N2O释放的关系

在实验室培养条件下,对稻田土壤在4种水分管理模式下施用尿素后N素形态转化和N2O的释放情况进行测定。结果表明,N2O的释放峰值与NH4+-N浓度峰值同时出现,即尿素迅速水解为NH4+-N的同时N2O就大量释放。且不同水分管理模式都迅速达到N2O释放的高峰,但不同模式的峰值存在明显差异,其顺序为:干湿交替>临界饱和水>淹水管理>旱作管理。研究结果还表明,NO2--N浓度在第7天达到峰值时并没有出现相应的N2O释放峰,这可能与土壤的较高pH有关。60%WFPS处理以及干湿交替培养的落干期NO3--N浓度会持续增加,并随着NO3--N浓度峰值的出现,N2O的释放也出现一个峰值。     

硝化反硝化过程中N_2O释放影响因素

结合N2O的产生机理,分析温度、含水率、NO2--N和底物质量浓度、pH和碱度、O2以及基质等因素对N2O释放的影响,试图探讨不同因素对N2O释放的影响规律,以期对生化过程中N2O的控制提供理论和技术支持。N2O的释放是温度、含水率、C/N、O2浓度、反应底物质量浓度、基质以及传输过程交互作用的结果。含水率、C/N、基质及温度等可通过不同途径影响溶解氧的质量浓度而影响N2O释放量;pH、NO2--N、NH3-N及温度等通过影响硝化、反硝化细菌的活性或对各阶段酶的抑制作用而影响N2O释放;土壤利用类型、植被种类、污水脱氮过程各参数等,会间接影响硝化和反硝化过程从而影响N2O的释放。     

土壤中氧化亚氮的产生及减少排放量的措施

氧化亚氮（N2O）是大气中的一种痕量气体,也是一种重要的温室效应气体,还可使臭氧层遭到破坏。大气中N2O浓度呈不断上升趋势,其上升与人类活动关系极大,对环境的潜在破坏性也愈加严重。土壤是N2O的重要产生源,土壤中的硝化作用和反硝化作用是N2O的主要生成过程。过量施用氮肥、含氮有机物燃烧、毁林开荒等人类活动对N2O释放增加的影响不容忽视。人类应采取各项可行的措施来减少N2O的释放量如提高氮肥利用效率,减少生物体燃烧,退耕还林和保护森林资源等。     

农田N2O排放研究进展

农田土壤是大气中N2O的重要来源，与1990年相比，2000年我国氮肥用量升高了40％，因此，迫切需要对我国农田土壤N2O的排放通量作出新的估算。土壤理化性状的空间变异和不同生态条件下进行长期的、多点的农田N2O原位监测数据的匮乏成为提高N2O排放测定精度的制约因素。目前，航空采样法-驰豫涡动技术(微气象学方法)能够成功克服空间变异，且已经被成功应用在农业生态系统N2O排放的定量化观测上；另外Century-NGAS和DNDC模型是目前应用较广泛的机理模型，但应用不同模型所获得的N2O排放量相差较大。因此，今后农业土壤N2O排放的工作重点应集中在如何提高N2O原位观测精度，寻找合适的机理模型和提出相应的减排措施。     

灰泥土中不同氮肥品种反硝化损失与N2O排放量的差异

在实验室培养条件下，采用土壤培养-乙炔抑制法测定尿素、碳酸氢铵、硫酸铵和氯化铵4种氮肥品种在灰泥土中反硝化损失和N2O排放量的差异。结果表明，氮肥品种间的N2O排放量和反硝化损失量存在极显著差异。尿素、碳铵和氯化铵的N2O排放量极显著高于硫铵，占施肥量的3．88%-4．14％；尿素和碳铵的反硝化损失量分别为施肥量的5．8％和3．7％，极显著高于硫铵和氯化铵；但氯化铵的反硝化损失量显著低于CK。     

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。