生化抑制剂组合与施肥模式对黄泥田稻季CH_4和N_2O排放的影响

添加脲酶/硝化抑制剂是稻田温室气体减排的重要措施。采用二因素随机区组设计,研究生化抑制剂组合[N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)、N-丙基硫代磷酰三胺(NPPT)和2-氯-6-(三氯甲基)吡啶(CP)]与施肥模式(一次性和分次施肥)互作对黄泥田稻季温室气体(CH_4和N_2O)排放通量的影响,并计算全球增温潜势(GWP)及温室气体排放强度(GHGI)。结果表明,不同施肥处理CH_4和N_2O排放通量具有明显的季节性变化规律。尿素分次施用处理稻季CH_4和N_2O排放总量、GWP及GHGI较一次性施用处理分别显著降低13.5%、20.7%、14.4%和25.0%。不同施肥模式下,硝化抑制剂CP处理显著降低稻季N_2O排放通量峰值,减少稻季CH_4和N_2O排放总量。脲酶抑制剂NBPT/NPPT配施CP处理更能有效减少稻季CH_4和N_2O排放,降低GWP和GHGI。新型脲酶抑制剂NPPT单独施用及与CP配施的稻季温室气体排放规律与NBPT相似。总之,生化抑制剂与适宜的运筹相结合能保证产量并有效降低温室气体排放,是水稻低碳、高产可行的施肥措施。     

间隙灌溉和控释肥施用耦合措施对稻麦轮作系统土壤微生物群落丰度的影响

间隙灌溉模式下控释肥施用可减缓稻麦轮作系统CH_4和N_2O排放交互排放效应,从而降低综合温室效应,然而有关间隙灌溉和控释肥施用耦合措施对稻麦轮作系统土壤微生物的影响鲜有研究。通过采集稻麦轮作系统田间原位试验新鲜土样,采用核酸定量技术研究间隙灌溉和控释肥施用耦合措施下稻麦轮作系统土壤微生物群落丰度的变化,以探讨此耦合措施降低稻麦轮作系统降低CH_4和N_2O排放的微生物机理。结果发现,除古菌外,稻季土壤细菌、产甲烷菌、甲烷氧化菌、氨氧化菌和反硝化菌群落丰度均高于麦季;间隙灌溉显著影响稻田产甲烷菌、甲烷氧化菌、氨氧化菌和反硝化菌数量的季节变化;与尿素相比,施用控释肥增加了稻麦轮作系统细菌、古菌和产甲烷菌数量,降低了甲烷氧化菌、氨氧化菌、反硝化菌数量。稻季CH_4和N_2O的排放量与土壤微生物丰度之间存在显著相关性:CH_4排放量与古菌、产甲烷菌和甲烷氧化菌数量均呈极显著正相关关系(P0.01),而与氨氧化菌数量呈显著负相关关系(P0.05);N_2O排放量与氨氧化菌、甲烷氧化菌、nirK型和nosZ型反硝化菌数量均呈显著正相关关系(P0.05),而与nir S型反硝化菌无显著相关性。研究表明,间隙灌溉和控释肥施用耦合措施通过影响稻麦轮作系统相关功能微生物的群落丰度进而减缓CH_4和N_2O气体的交互排放效应。     

控释肥与尿素配合施用对稻季土壤CH_4和N_2O排放的影响

为明确控释肥和尿素配合施用对稻季土壤CH_4和N_2O排放的影响,通过田间原位试验,采用人工密闭箱法,观测氮肥(尿素单施、控释肥与尿素配合施用)及不同施氮水平(0、80、160、240 kg·hm~(-2))下水稻生长季土壤CH_4和N_2O的排放通量,以寻求综合温室效应最小的施肥管理措施。结果表明:水稻生长季N_2O排放总量、水稻产量均随氮肥施用量的增加而增加,而CH_4排放总量、综合温室效应与氮肥施用量之间没有显著相关性。控释肥与尿素配合施用对水稻生长季CH_4和N_2O排放及水稻产量的影响因氮肥施用量的不同而不同。与尿素单施相比,不同施氮水平下配合施用控释肥能有效降低N_2O排放总量3.6%~49.6%,其中,烤田期是控释肥发挥减排作用的关键时期。与尿素单施相比,在80 kg·hm~(-2)和160 kg·hm~(-2)施氮水平上,配施控释肥分别增加CH_4排放总量48.1%和27.5%及稻田综合温室效应45.0%和22.8%,而水稻产量无显著差异;在240 kg·hm~(-2)施氮水平上,配施控释肥处理土壤CH_4排放总量降低4.2~15.1%,水稻产量增加5.7%~13.9%,且综合温室效应降低7.5%~19.8%。在240 kg·hm~(-2)施氮水平上,与尿素∶控释肥为3∶7、1.5∶8.5、0∶1的配施处理相比,尿素∶控释肥为4.5∶5.5配施处理的综合温室效应最小,且水稻产量最高。因此,施氮量为240 kg·hm~(-2),尿素和控释肥按4.5∶5.5比例混合施用可作为稻田控释肥推荐施用方式。     

生物炭与有机肥配施对菜地温室气体强度的影响

采用盆栽模拟研究方法,设置对照(CK)、只施氮肥(U)、氮肥与有机肥配施(UM)、氮肥与生物炭配施(UB)以及氮肥、有机肥与生物炭配施(UMB)共5个处理,探究生物炭与有机肥施用对菜地N_2O、CH_4与CO_2排放以及全球增温潜势(GWP)、温室气体强度(GHGI)、N_2O-N排放系数的影响.结果表明,整个观测期间,N_2O排放变幅较大,达0.02-1 559.77μg m~(-2)h~(-1),CH_4排放变幅较小,为-0.09-0.25 mg m~(-2)h~(-1).与N_2O、CH_4相比,处理间CO_2排放通量具有更为相近的波动规律. UB与UMB能显著降低N_2O排放,其中UMB抑制效果最佳,仅为U处理的14.1%. 5个处理间CH_4累积排放量无显著差异,表明氮肥、有机肥与生物炭均非影响CH_4排放的主要原因. UB与UMB间累积CO_2排放量无差异,但二者均显著高于U与UM处理,证明生物炭施用促进了CO_2释放.菜心与苋菜产量均以UMB最高,两种蔬菜产量分别比U处理高25.6%与29.5%. GWP与GHGI均以UMB最低(除对照外),分别为919±266 kg/hm~2与0.04±0.01 kg/kg. UMB的N_2O-N排放系数最低(0.37%),仅为U处理的11.5%.综上所述,生物炭与有机肥配施处理在不降低蔬菜产量的基础上,既能抑制N_2O排放,降低GWP、GHGI与N_2O-N排放系数,又能降低化学氮肥投入量,是值得推荐的施肥措施.考虑到生物炭施用显著促进CO_2排放,需要进一步探究生物炭与有机肥配施的综合净温室效应.(图1表2参45)     

太湖沉积物反硝化功能基因丰度及其与N_2O通量的关系

温室气体N_2O的生成和排放与反硝化功能微生物关系密切,探讨沉积物反硝化微生物功能基因丰度及其与N_2O通量的关系有助于更好地理解沉积物N_2O生成与排放的微生物学机制。以太湖为研究对象,采用定量qPCR(Quantitative PCR)技术测定了太湖沉积物反硝化功能基因(nirK、nirS、norB和nosZ)丰度,阐明了太湖沉积物反消化功能基因丰度的季节变化规律,并分析了反硝化功能基因丰度与沉积物N_2O通量及其他环境因子的关系。结果表明:太湖沉积物反硝化功能基因丰度呈现夏秋季高冬春季低,具有明显的季节变化特征,norB基因丰度最高,均值为9.03×10~9 copies·g~(-1),其次为nir S基因(1.14×10~9copies·g~(-1)),nirK和nosZ基因丰度均值分别为3.04×10~8copies·g~(-1)和1.09×10~8copies·g~(-1)。沉积物TN和NO_2~-是影响反硝化功能基因丰度的重要环境因子。夏秋季沉积物N2O通量为-0.12-0.04nmol·g~(-1)·h~(-1),均值为-0.05nmol·g~(-1)·h~(-1),与反硝化功能基因(nir K、nir S和nir B)丰度呈显著正相关(P0.05),表明反硝化过程消耗了N_2O。冬春季沉积物N_2O通量为-0.05-0.48 nmol·g~(-1)·h~(-1),均值为0.27 nmol·g~(-1)·h~(-1),与反硝化功能基因丰度不具显著相关性,表明反硝化作用可能不是N_2O产生的主要过程。     

硝化抑制剂对覆膜稻田CH_4和N_2O排放的影响

为明确硝化抑制剂对覆膜稻田CH_4和N_2O排放的影响,采用静态箱-气相色谱法和荧光定量PCR技术研究了双氰胺(Dicyandiamide,DCD)和2-氯-6-(三氯甲基)吡啶(Nitrapyrin,CP)两种硝化抑制剂的配施(处理为:覆膜施用尿素,PM;覆膜施用尿素配施DCD,PM+DCD;覆膜施用尿素配施CP,PM+CP)对覆膜栽培下稻田CH_4和N_2O排放及其相关功能菌群落丰度的影响。结果表明:整个水稻生长期,配施DCD(PM+DCD)显著降低N_2O季节总排放(P0.05),降幅达24%,提高CH_4季节总排放(P0.05);配施CP(PM+CP)同时降低CH_4和N_2O的季节总排放,降幅均为11%。CH_4排放主要集中在水稻分蘖盛期,此阶段,配施DCD显著提高产甲烷菌群落丰度,降低甲烷氧化菌群落丰度(P0.05),而配施CP则降低产甲烷菌群落丰度,显著提高甲烷氧化菌群落丰度(P0.05),这可能是由于配施DCD提高了CH_4排放总量而配施CP降低了CH_4排放。在N_2O排放集中时期(水稻生长前期),配施DCD和CP均降低了氨氧化菌群落丰度,显著提高了反硝化菌群落丰度的趋势(P0.05)。配施DCD(PM+DCD)、配施CP(PM+CP)和覆膜栽培(PM)处理的碳交易成本GWP-cost分别为831、735和822 yuan·hm~(-2);温室气体排放强度GHGI分别为0.69、0.61和0.70 t·t~(-1);产量分别为9.20、9.24和9.00 t·hm~(-2)。因此,综合考虑温室气体效应和经济效益,覆膜栽培稻田模式下,配施CP可以保证增产和减排,值得推广。     

基于DNDC模型覆膜马铃薯N_2O减排增产的优化施氮量研究

为了探究马铃薯(Solanum tuberosum)田苗期不覆膜和苗期覆膜处理下土壤N_2O减排和增产兼顾的最优施氮量,并验证DNDC模型对于马铃薯田土壤N_2O排放和产量预测的适用性,以沈阳市自然降水条件下的马铃薯田为研究对象,设计不施氮肥(0 kg·hm~(-2))、低氮(75 kg·hm~(-2))、中氮(150 kg·hm~(-2))和高氮(225 kg·hm~(-2))4种施氮水平,每种氮肥水平包括苗期不覆膜与苗期覆膜两种处理,采用静态箱-气相色谱法对土壤N_2O气体排放进行田间原位观测,并运用DNDC模型进一步探究马铃薯田减排增产最优施氮量,结果对于促进马铃薯田温室气体减排和增产协调兼顾的旱地农业可持续发展具有积极意义。结果表明,DNDC模型可以准确地模拟马铃薯田不覆膜处理下不同施氮水平N_2O排放状况,模型效率指数在0.72~0.94之间;在覆膜处理中,低、中、高施氮量模型效率指数较苗期不覆膜处理分别下降0.21、0.52和0.50,不施氮肥处理下,模型效率指数为负值,模型不能模拟N_2O排放;DNDC模型对于各处理下马铃薯产量均有较准确的模拟效果。DNDC模型进一步表明,不覆膜状态下马铃薯田增产兼顾减排的施氮量为90~105 kg·hm~(-2);减排兼顾增产的施氮量为75~90 kg·hm~(-2)。由于DNDC模型对于覆膜处理下马铃薯田N_2O排放模拟效果不佳,通过大田实验数据分析得出:苗期覆膜可以有效增产和减少土壤N_2O排放,综合马铃薯产量和土壤N_2O减排的环保施氮量可在75 kg·hm~(-2)的基础上有所增加,但需低于150 kg·hm~(-2)。     

石灰氮对设施菜地土壤N_2O排放的影响

为了研究石灰氮对设施菜地土壤N_2O排放的影响,观测了施用尿素、石灰氮、半量尿素与半量石灰氮混施和对照等4个处理设施菜地土壤N_2O排放以及土壤中氮素变化.结果表明,施用石灰氮能显著降低设施菜地土壤N_2O排放量,对照、施用尿素、施用石灰氮和半量尿素与半量石灰氮混施的N_2O累积排放量分别为4135.80μg·kg~(-1)、5794.25μg·kg~(-1)、1957.03μg·kg~(-1)和4341.31μg·kg~(-1),施用尿素的N_2O累积排放量比对照增加了40.1%,施用石灰氮、半量尿素与半量石灰氮混施比施用尿素分别减少了66.2%和25.1%的N_2O排放量,半量尿素与半量石灰氮混施的N_2O累积排放量与对照的差异不显著(P0.05).尿素处理的N_2O排放系数为0.17%,而石灰氮处理和半量尿素与半量石灰氮混施处理的N_2O排放系数则分别减少至0.06%和0.13%.由此表明,施用石灰氮是减少设施菜地土壤N_2O排放的一项有效措施.     

添加秸秆生物质炭对酸化茶园土壤N_2O和CO_2排放的短期影响研究

为明确秸秆生物质炭对酸化茶园土壤改良及温室气体排放的影响,采用室内培养试验方法,研究了小麦秸秆生物质炭添加(对照CK:0 g·kg~(-1);低生物质炭B1:8 g·kg~(-1);中生物质炭B2:24 g·kg~(-1);高生物质炭B3:48 g·kg~(-1))对茶园土壤pH值和温室气体排放的影响。结果表明,与对照组CK相比,添加生物质炭显著抑制了酸性茶园土壤N2O的排放(P=0.000),但抑制效应并未随生物质炭添加量的增加而加强,培养期间各处理N2O累积排放量分别为:CK 2.366 mg·kg~(-1),B1 0.444mg·kg~(-1),B2 0.142 mg·kg~(-1),B3 0.207 mg·kg~(-1)。低生物质炭(8 g·kg~(-1))和中生物质炭(24 g·kg~(-1))处理的综合增温潜势(GWP)分别比对照组CK降低了33.45%和25.77%,而高生物质炭处理(48 g·kg~(-1))与对照处理差异不显著。这表明施用中低量生物质炭更有利于茶园土壤的固碳减排。此外,生物质炭显著提高了酸化茶园土壤p H值,生物质炭添加比例越大,p H值越高,故施用作物秸秆生物质炭有利于酸化土壤改良。相关性分析结果表明,土壤N_2O排放与pH值之间呈显著负相关关系,土壤p H值的升高可能是引起N_2O排放量降低的重要原因。     

不同土地利用方式及增温对农业土壤N_2O排放的非加和效应

土地利用方式和温度是影响土壤N_2O排放的重要因素,有必要深入研究土地利用方式变化及增温对农业土壤N_2O排放的交互作用。以山东省寿光市为例,利用长期(400 d)培养实验,研究土地利用方式变化(农田、种植6及12 a设施菜地、荒废12 a设施菜地)及温度对土壤N_2O排放的交互作用。结果表明,升温及农田变为设施菜地显著促进土壤N_2O排放(P0.05),且种植6 a设施菜地土壤N_2O排放水平显著高于种植12 a设施菜地(P0.05),荒废设施菜地N_2O排放水平较农田显著降低(P0.05)。相对于农田,种植6 a设施菜地土壤N_2O排放温度敏感性系数(Q10)显著增加,但荒废设施菜地Q10显著降低(P0.05),种植12 a设施菜地Q10值与农田相比无显著差异。此外,农田变为种植6 a设施菜地与增温对土壤N_2O排放产生正效应(synergistic effect),种植年限延长至12 a时交互作用变为加和效应(additive effect),设施菜地荒废后交互作用变为负效应(antagonistic effect)。这是因为农田变为设施菜地及设施菜地荒废后土壤N_2O排放Q10值改变所致。这表明当研究单因素对土壤N_2O排放的影响和评估多因素的综合影响时,可能会低估或高估其排放水平。     

不同滨岸带土壤反硝化潜力及影响因子

以太湖西部3个中小流域为研究区,于2017年7月15日—20日,采集各流域内3种典型滨岸带表层(0—20 cm)土壤,测定土壤理化性质和反硝化潜力,探讨不同流域滨岸带土壤反硝化潜力的差异和变化规律,并确定土壤反硝化潜力的主要影响因子.研究结果表明,各流域土壤反硝化潜力存在明显差异,天目湖流域、合溪流域和苕溪流域土壤反硝化潜力分别为0.294±0.226 (μg N (N_2O)·(g·h)~(-1))、0.542±0.327 (μg N (N_2O)·(g·h)~(-1))和0.821±0.494 (μg N (N_2O)·(g·h)~(-1)),总体表现为城镇化程度越高,土壤反硝化潜力越大.在相同流域内,林地滨岸带土壤反硝化潜力最大,其次为草地滨岸带和荒地滨岸带.相关分析结果表明,土壤反硝化潜力与土壤含水率、硝态氮含量、有机质含量和微生物碳含量都显著正相关(n=54,P0.01).结合回归分析,表明土壤含水率、硝态氮含量和微生物量碳含量是苕溪流域滨岸带土壤反硝化潜力的主要影响因子;土壤有机质含量和硝态氮含量分别是合溪和天目湖流域滨岸带土壤反硝化潜力的主要影响因子.综上,滨岸带土壤反硝化潜力与人类活动强弱有密切联系,其主要影响因子在不同城镇化背景下的流域间也各不相同.     

碳源与底物对不同层次土壤产生N2O能力的影响

底层土壤的反硝化作用是土壤排放N_2O的重要来源,同时也是影响浅层地下水硝酸盐含量的重要因素.通过一系列室内培养试验.研究了一种农用土壤不同土层在碳源和NO_3含量不同情况下产生N_2O的能力。结果表明,试验用土壤的不同土层均具有进行反硝化作用产生N_2O的能力.底层土壤产生N_2O的能力大于根区土壤:单独添加葡萄糖、NO_3或同时添加葡萄糖和NO_3.对土壤N_2O和CO_2释放的影响与土壤层次和观测时间有关;向土壤添加葡萄糖和NO_3,各个土层释放N_2O的能力均显著提高;从产生N_2O和CO_2能力的角度而言,不同层次土壤的微生物区系间存在较大差异。采用短期(24h之内)饱和泥浆好气培养法,可以区分土壤微生物区系在产生N_2O方面的差异。     

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。     

寿光设施菜地土壤N_2O排放规律及其影响因素

设施栽培是我国蔬菜生产的重要方式之一.设施菜地土壤高温、高湿、持续且大量施肥等特点,可能改变土壤氮素周转及N_2O排放.寿光是我国重要的蔬菜生产基地之一.然而,鲜有研究关注寿光市设施菜地土壤N_2O排放规律及其影响因素.本文以寿光市农田、种植6、12年设施菜地及荒废设施菜地为例,研究农田转变为设施菜地后土壤N_2O排放规律,并探讨其影响机理.结果表明,设施菜地土壤N_2O年排放量明显高于农田及荒废设施菜地,且种植6年设施菜地土壤N_2O年排放量显著大于种植12年设施菜地(P0.05).其原因可以归结为:(1)设施菜地种植过程中施加大量有机肥及化肥,会促进土壤氮素周转.(2)设施菜地土壤温度、含水率及硝态氮含量均高于农田,且均与土壤N_2O排放通量呈显著正相关关系(P0.05),表明设施菜地土壤高温、高湿的环境特点会促进土壤硝化过程,加速土壤N_2O排放.(3)设施菜地具有较高的土壤脲酶活性,且与土壤硝态氮含量、含水率呈显著正相关关系(P0.05),表明农田变为设施菜地增加了土壤脲酶活性,促进土壤硝化过程及硝态氮累积,这可能间接加速土壤N_2O排放.     

成渝城市群机动车污染特征及减排分析

近年来随着机动车保有量的快速增长,其排放的污染物已成为区域大气污染的重要来源之一,关系到人类身体健康和社会经济发展。基于COPERT模型构建成渝城市群多年尺度的机动车污染物CO、NMVOC、NO_x、PM_(2.5)、PM_(10)、CO_2、CH_4、N_2O、NH_3和SO_2排放清单,分析其时空排放特征及主要贡献车型,在此基础上设置9种污染物减排情景,评估不同减排措施下各污染物未来年的减排效果。结果表明,成渝城市群不同机动车污染物时间变化趋势存在差异,污染物CO、NMVOC、CH_4和SO_2排放量近几年下降趋势明显,而污染物NO_x、PM_(2.5)、PM_(10)和N_2O排放却呈相反趋势,特别是CO_2和NH_3排放量在整个研究期间增长趋势明显;轻型客车为污染物CO、NMVOC、CO_2、CH_4、N_2O和NH_3的主要贡献车型,而污染物NO_x、PM_(2.5)、PM_(10)和SO_2则主要来源于重型货车与重型客车的排放;污染物空间分布主要集中在成都与重庆市城市中心区域,随着路网逐渐向外延伸,排放量逐渐变小;研究期间污染物(CO、NO_x、CO_2和NH_3)排放量与GDP表现出较好的相关性;与基准情景相比,各减排情景控制下的减排效果差异明显,实施淘汰高排放车情景对污染物NO_x、PM_(2.5)、PM_(10)和CH_4的减排效果较好,实施激进新能源车推广情景对污染物NMVOC、CO_2、N_2O和NH_3的减排效果较好,而综合所有减排措施的激进综合情景的整体减排效果则最为显著。     

不同处理方式的粪肥对水稻生长和温室气体排放的影响

通过水稻盆栽试验研究施用新型快腐粪肥、条垛堆肥和未经处理鲜粪对水稻产量和养分利用效率以及CH_4和N_2O等温室气体排放的影响,同时设置不施肥对照,评估不同处理方式粪肥的肥效和环境效应.结果表明:施用快腐粪肥可以明显促进水稻生长、增加水稻产量,且增产效果显著高于鲜粪和条垛堆肥(P0.05);等量和等氮施用快腐粪肥处理的水稻产量分别比鲜粪和条垛堆肥处理增加38.72%、35.80%和44.67%、41.63%.与鲜粪和条垛堆肥相比,等量和等氮条件下施用快腐粪肥其氮、磷、钾养分的农学利用效率和当季利用效率显著增加(P0.05).施用条垛堆肥处理的CH_4、N_2O排放以及单位产量全球增温潜势(GHGI)均为最低.施用鲜粪显著增加CH_4排放,而N_2O排放增加不显著(P0.05),其GHGI显著高于条垛堆肥和快腐粪肥(P0.05);鲜粪经快速物化促腐处理后施用可以显著减少CH_4排放(P0.05),虽然N_2O排放有增加趋势,但其GHGI显著降低(P0.05).因此,物化促腐技术处理快速、经济高效、环保低碳,可广泛应用于畜禽养殖场的粪便处理和有机肥生产.(图1表5参40)     

有机肥等氮替代化肥对稻田CH_4和N_2O排放的影响

自2015年中国实施化肥施用量零增长行动以来,有机肥部分替代化肥的研究越来越受到关注。该试验,采用静态箱-色谱法对宁波地区稻麦轮作系统CH_4和N_2O排放进行了田间原位观测,研究两种有机肥分别以不同比例等氮替代化肥对稻田CH_4和N_2O排放及水稻产量的影响。试验设置不施氮肥(CK)、全量化肥(U)、25%城市污泥堆肥(25%S)、25%猪粪堆肥(25%P)、50%城市污泥堆肥(50%S)、50%猪粪堆肥(50%P)6个处理。结果表明,与U处理相比,有机肥替代处理的CH_4排放量增加18%-51%,其中50%S和50%P处理显著增加稻田CH_4排放量34%-51%(P0.05),CH_4排放量随有机肥替代比例的增加而增加,相同替代比例的城市污泥堆肥处理和猪粪堆肥处理的CH_4排放量无明显差异(P0.05)。相对于U处理,有机肥替代处理显著降低了36%-51%的N_2O排放量(P0.05,25%P处理除外),各有机肥处理间N_2O排放量无显著性差异(P0.05)。稻田排放CH_4和N_2O的全球增温潜势(GWP)为:50%P50%S25%P25%SCKU,其中50%P处理与U处理之间差异显著(P0.05)。有机肥替代处理的水稻产量、有效穗数和穗实粒数分别比U处理高0.2%-3.8%、0.8%-4.1%、0.6%-1.4%(P0.05)。等氮替代条件下,相对于猪粪堆肥,稻田中施用25%城市污泥堆肥替代化学氮肥是一种值得推荐的施肥模式,而其对稻米品质的影响仍需进一步研究。     

纳米氧化铁对水稻土CH_4和N_2O排放及微生物的影响

纳米氧化铁的广泛应用增加了其不断进入农田生态系统并逐渐累积的可能性,为了解纳米氧化铁对土壤温室气体排放的影响,以江苏扬州和江西鹰潭地区两种pH条件的水稻土为研究对象,采用微宇宙试验模拟不同浓度水平纳米氧化铁颗粒(0.5、5、50、500 mg/kg)暴露水平下两种水稻土CH_4和N_2O气体排放情景,设置相同水平的微米氧化铁作为纳米效应的对照,并采用实时荧光定量PCR技术解析产甲烷和反硝化过程功能基因的丰度对纳米氧化铁的响应.结果表明,微米氧化铁和纳米氧化铁均不会显著改变28 d培养期间两种pH条件水稻土的CH_4和N_2O累积排放量.而在前3d的培养初期,添加5 mg/kg浓度以上纳米氧化铁颗粒条件下,扬州地区典型水稻土的CH_4气体排放速率显著增加,鹰潭地区典型水稻土的CH_4气体排放速率显著降低.在培养3 d以后的同一培养期添加0.5-500 mg/kg纳米氧化铁颗粒对两种水稻土的CH_4气体排放速率无显著影响.添加纳米氧化铁和微米氧化铁材料未显著改变两种水稻土的N_2O气体排放速率.荧光定量PCR结果表明,纳米氧化铁和微米氧化铁材料对水稻土中产甲烷古菌16S rRNA基因、narG、nirK/nirS、cnorB和nosZ等反硝化功能基因均没有显著影响.综上,从对水稻土CH_4和N_2O气体排放的影响角度来说,纳米级的氧化铁颗粒属于环境友好型纳米材料,对稻田生态系统中的土壤气体排放不会产生显著性严重干扰.(图7表3参39)     

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。     

农田土壤硝化-反硝化作用与N2O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.