不同水分条件和微生物生物量水平下水稻土有机碳矿化及其影响因子特征

稻田土壤常处于频繁的干湿交替过程中,水分条件的改变不仅影响土壤理化性质,而且使土壤微生物群落结构和多样性发生改变,进而影响土壤有机碳矿化速率.然而,不同水分条件和土壤微生物生物量水平对土壤有机碳矿化过程的影响及其机制尚不明确.因此,本研究选取典型亚热带水稻土为研究对象,采用室内模拟培养试验,设置干湿交替和持续淹水这2个水分条件,并通过氯仿熏蒸方法减少土壤微生物生物量,从而获得微生物生物量碳含量高低两个水平的土壤,探讨水分条件和微生物生物量对水稻土有机碳矿化的影响机制.结果表明在培养前30 d,干湿交替处理处在不淹水状态,其CO₂累积排放量显著低于持续淹水处理;30 d后干湿交替处理进入淹水状态,在高微生物生物量碳含量土壤中,其CO₂累积排放量和持续淹水处理的差距逐渐减小,直至78 d无显著差异;在低微生物生物量碳含量土壤中,78 d时干湿交替处理的CO₂累积排放量仍显著低于持续淹水处理.低微生物生物量碳含量土壤在培养初期（前20 d）受其高可溶性有机碳（DOC）含量影响,CO₂排放速率可达高微生物生物量碳土壤的1.1~6.1倍;在培养后期（第45~78 d）土壤有机碳矿化速率达到稳定,高微生物生物量碳土壤的稳定矿化速率比低微生物生物量碳土壤高20%~30%.多元回归分析结果表明,土壤DOC含量的减少（ΔDOC）和Fe²⁺含量的增加（ΔFe²⁺）显著影响持续淹水条件下的CO₂累积排放量的变化值（ΔCO₂）,但对干湿交替处理淹水阶段的CO₂累积排放量却无影响.相关分析结果表明,高微生物生物量碳土壤的CO₂日排放速率在干湿交替处理下与葡萄糖苷酶（BG）活性呈显著正相关,在持续淹水处理下与乙酰葡糖氨糖苷酶（NAG）和过氧化酶（PER）活性呈显著负相关;在低微生物生物量碳土壤中,CO₂日排放速率在持续淹水处理下与NAG活性呈负相关,在干湿交替处理下与酶活性无关.综上,干湿交替处理的CO₂累积排放量低于持续淹水处理,且该差异在低微生物生物量碳的土壤中显著;土壤微生物生物量大小会决定土壤有机碳稳定矿化速率水平;可溶性有机碳量和铁元素的还原量影响持续淹水条件下土壤的CO₂排放量;土壤水分条件会影响CO₂日排放速率及其关键生物酶因子.本研究为深入研究水稻土碳循环和固碳潜力提供数据和理论支持.     

秸秆还田和添加生物炭对热带地区稻菜轮作体系中淹水后土壤温室气体排放的影响

热区稻菜轮作系统瓜菜季施肥后大量硝态氮积累,导致后续的水稻季淹水后硝态氮的淋失以及大量N₂O排放,使氮素损失以及温室效应加剧.如何提高硝态氮利用率,减少N₂O排放成为了亟待解决的问题.试验共设置6个处理：添加200 mg·kg^-1 （以N计,下同）KNO₃（CK）;添加200 mg·kg^-1 KNO₃+2%生物炭（B）;添加200 mg·kg^-1 KNO₃和1%花生秸秆（P）;添加200 mg·kg^-1 KNO₃+2%生物炭+1%花生秸秆（P+B）;添加200 mg·kg^-1 KNO₃+1%水稻秸秆（R）;添加200 mg·kg^-1 KNO₃+2%生物炭+1%水稻秸秆（R+B）,进行114 d的25℃恒温淹水培养,来探究有机物料添加对土壤淹水后温室气体排放和氮素利用的影响.结果表明,与CK相比,添加秸秆或秸秆和生物炭配施显著增加了土壤pH（P<0.05）;B和P处理分别显著增加了41.6%和28.5%的N₂O累计排放（P<0.05）,P+B、R和R+B处理分别显著降低了14.1%、24.7%和36.7%的N₂O累计排放（P<0.05）;添加秸秆增加了净温室气体增温潜势（NGWP）,增施椰壳生物炭能够显著减缓秸秆对NGWP的影响（P<0.05）,秸秆和生物炭配合施用降低了NGWP,其中P+B显著降低NGWP（P<0.05）,R+B不显著;添加秸秆或生物炭显著增加了土壤微生物量碳（MBC）（P<0.05）,P+B最高,为502.26 mg·kg^-1;秸秆和生物炭配施增加了土壤微生物量氮（MBN）,P+B最高.N₂O排放通量与pH呈极显著负相关（P<0.01）,与NH₄⁺-N和NO₃^--N呈极显著正相关（P<0.01）;N₂O累计排放量与MBN呈极显著负相关（P<0.01）;NO₃^--N与MBN呈显著负相关（P<0.05）,说明硝态氮的减少可能被微生物固持,微生物对硝态氮固持的增加也减少了N₂O排放.综上所述,花生秸秆和椰壳生物炭配合施用能够显著抑制N₂O排放,增加土壤MBC和MBN,是一种海南瓜菜季后充分利用氮肥,减少氮素损失,减缓N₂O排放的一种合理措施.     

秸秆添加对长期施肥旱地红壤N2O和CO2排放的影响

秸秆还田作为农田土壤培肥的一种重要措施,显著影响N₂ O和CO₂ 等温室气体排放.为探明长期施肥土壤N₂ O和CO₂ 排放对秸秆添加的响应规律及关键影响因素,采集对照（CK,不施肥）、当地推荐化肥施用量（F）、200 %当地推荐化肥施用量（2F）、猪粪（M）和化肥配施猪粪（FM）这5种长期施肥（30 a）处理的旱地红壤,分别设置添加秸秆和不添加秸秆处理,在恒温恒湿条件下培养（65 %田间持水量,25 ℃）20 d.结果表明,施肥显著促进了N₂ O排放.相较不施肥处理[（22.05 ±2.09） μg·kg^-1,以N计,下同],施化肥处理N₂ O累计排放量显著增加了119 %~195 %[F和2F处理分别为（48.38 ±20.81） μg·kg^-1和（65.13 ±12.55） μg·kg^-1],施粪肥处理N₂ O累计排放量显著增加了275 %~399 %[M和FM处理分别为（82.72 ±12.73） μg·kg^-1和（1 101.99 ±425.71） μg·kg^-1].土壤硝态氮（NO₃ ^--N）、可溶性有机碳（DOC）和可溶性总氮（DTN）是影响不同施肥处理N₂ O排放的主要因素.相较未添加秸秆,添加秸秆对CK、F和FM处理的N₂ O累计排放无显著影响,显著增加了2F（345 %）和M处理（247 %）的N₂ O累计排放.秸秆添加通过增加DOC和消耗DTN从而影响N₂ O排放.施肥显著促进了CO₂ 排放.相较不施肥处理,施粪肥处理CO₂ 累计排放量显著增加了120 %~130 %[M和FM处理累计排放量（以C计,下同）,分别为（122.11 ±4.3） mg·kg^-1和（116.47 ±4.55） mg·kg^-1],2F处理CO₂ 累计排放量显著增加了28 %[（65.13 ±12.55） mg·kg^-1].微生物量碳（MBC）、DOC和DTN是影响不同施肥处理CO₂ 排放的主要因素.相较未添加秸秆,添加秸秆条件下CO₂ 累计排放量显著增加了660 %~1 132 %.秸秆添加后DOC和MBC含量显著提高,促进了CO₂ 排放.综上,秸秆添加通过增加土壤DTN消耗和DOC含量显著促进施肥处理的N₂ O和CO₂ 排放.在施用粪肥的旱地红壤中应合理考虑秸秆还田,以平衡肥力提升与温室气体排放的综合效益.     

水稻光合碳在植株-土壤系统中分配与稳定对施磷的响应

为探究稻田土壤光合碳的输入及分配对施磷的响应特征,本研究选用籼性常规水稻品种（中早39）,在两个施磷（0 mg·kg^-1和80 mg·kg^-1;分别记为P₀和P₈₀）条件下进行盆栽试验,同时采用¹³CO₂连续标记技术量化光合碳在水稻-土壤系统中的分配.结果表明,施磷显著增加光合碳在水稻地上部的分配,降低其在根际土的分配（P<0.05）;施磷使拔节期水稻的光合碳含量增加了70%,根系干重降低了31%.与不施磷相比,施磷显著提高了水稻地上部全碳含量0.31 g·pot^-1（P<0.05）,显著降低了水稻根冠比;施磷使进入非根际土壤微生物量的光合碳（¹³C-MBC）显著增加了0.03 mg·kg^-1,但降低其在根际土壤的分配;光合碳在非根际土壤颗粒态有机碳（POC）和矿物结合态有机碳（MOC）的分配对施磷的响应不显著,但在根际土壤施磷处理显著降低了其在POC中的含量.因此,施磷增加了光合碳在水稻-土壤系统的分配,但降低了光合碳在土壤中的积累.本研究探讨施磷对水稻光合碳在水稻-土壤系统的分配及其稳定的影响,为缺磷土壤的合理施用磷肥及其对土壤有机碳积累的影响提供理论基础和数据支撑;对理解稻田土壤光合碳的传输与分配特征及其固碳潜力具有重要意义.     

三元土壤调理剂对田间水稻镉砷累积转运的影响

通过镉砷复合污染稻田的土壤调理剂原位治理,研究了三元土壤调理剂QFJ（羟基磷灰石+沸石+改性秸秆炭）对稻田土壤基本理化性质和水稻各部位镉砷累积转运的影响.结果表明,在土壤Cd总量3.58 mg·kg^-1,As总量124.79 mg·kg^-1污染程度下,施用QFJ后,水稻根际土壤pH值、阳离子交换量及有机质含量有增大的趋势;土壤交换态Cd和As含量可分别从0.37 mg·kg^-1、0.07 mg·kg^-1下降到0.12 mg·kg^-1、0.04 mg·kg^-1.QFJ的施用,可有效降低水稻各部位中Cd和As含量,在9.00 t·hm^-2施用量水平,可将糙米中Cd含量从0.46 mg·kg^-1下降到0.18 mg·kg^-1,无机As含量从0.25 mg·kg^-1降低到0.16 mg·kg^-1,同时低于国家食品污染物限量标准0.2 mg·kg^-1的要求,实现水稻安全生产.施用QFJ减少了水稻根系对Cd和As的富集,降低了水稻植株将Cd从地下部转运到地上部的能力,降低了根系转运Cd的能力以及茎叶、谷壳转运As的能力.     

水分管理对水稻生长与根际激发效应的影响特征

作物根际沉积碳输入而引起的根际激发效应,对农田土壤碳排放通量和碳平衡起到关键的调控作用.在稻田生态系统中,由于频繁的干湿交替,土壤CO₂和CH₄排放以及根际激发效应明显有别于其他自然生态系统.因此,明确稻田生态系统干湿交替过程中水稻根际激发效应的方向与强度,对于减缓稻田温室气体排放具有重要意义.本研究采用¹³C-CO₂连续标记法,结合盆栽试验,研究干湿交替和持续淹水条件下,水稻生长以及根际激发效应的响应特征.结果表明,相对于持续淹水处理,干湿交替处理使水稻地上部和根系生物量以及根冠比显著提高,并增加了土壤微生物生物量.持续淹水条件下,¹³CO₂和¹³CH₄排放通量随水稻生长由10.2 μg·（kg·h）^-1和2.8 μg·（kg·h）^-1（63 d）增加到16.0 μg·（kg·h）^-1和3.2 μg·（kg·h）^-1（75 d）.而在干湿交替条件下,经过12 d的落干处理¹³CO₂和¹³CH₄排放通量分别降低了57.5%和88.1%.持续淹水条件下,CO₂和CH₄的根际激发效应表现为正激发效应,而且随水稻的生长而增加.而干湿交替处理下,经过12 d的落干处理,CO₂和CH₄的根际激发效应分别由0.29 mg·（kg·h）^-1和12.3 μg·（kg·h）^-1（63 d）降低到-0.39 mg·（kg·h）^-1和0.07 μg·（kg·h）^-1（75 d）.因此,干湿交替处理,能有效促进水稻生长和降低CH₄的累计排放量.合理地田间水分管理对于提高水稻产量和降低温室气体排放具有重要意义.     

土壤水分和温度对西南喀斯特棕色石灰土无机碳释放的影响

为了探明环境因子对喀斯特土壤碳酸盐转化的影响,从而为深入理解土壤生态过程及碳循环提供理论依据.以典型喀斯特地区棕色石灰土和地带性红壤（对照）为研究对象,采用添加¹⁴C-CaCO₃室内培养100 d的方法,研究3种温度（15、25、35℃）和水分（30%、65%和100% WHC）条件下土壤无机碳释放特征.结果表明,不同水分和温度条件下,棕色石灰土无机碳释放速率最大值和100d累积最大释放量为0.7~16.8 mg·（kg·d）^-1和5.9~29.4 mg·kg^-1,红壤为39.7~103.3 mg·（kg·d）^-1和83.3~135.1 mg·kg^-1;干旱条件下（30% WHC）两种土壤无机碳累积释放量最大,随温度升高而增加,而且在65% WHC和100% WHC条件下,升温仍促进土壤无机碳释放;棕色石灰土无机碳释放的温度敏感性大于红壤,受土壤水分影响显著.添加碳酸钙后土壤pH和MBC含量均显著增加,两种土壤差异显著.方差分解结果表明,温度可解释无机碳释放7.6%的变异,水分解释变异的2.0%.因此在全球气候变化和极端降水事件增加的背景下,研究西南喀斯特土壤碳循环及其动态变化规律时,应充分考虑土壤水分和温度对土壤无机碳释放的影响.     

外源碳和氮输入对降水变化下土壤呼吸的短期影响

利用野外原位小区控制试验,模拟研究了降水变化下草地生态系统土壤呼吸对外源碳和氮输入的响应.在2014年,以内蒙古锡林河流域温带典型草原为研究对象,测定了增加降水处理（CK）、增加降水配施氮肥处理[CN,2.5 g·（m²·a）^-1]、增加降水配施碳源处理[CG,24 g·（m²·a）^-1]和增加降水配施氮肥和碳源处理[CNG,2.5 g·（m²·a）^-1+24 g·（m²·a）^-1]下土壤呼吸的变化,并分析了土壤呼吸与土壤温度、土壤水分、土壤可溶性有机碳（DOC）、土壤微生物量碳（MBC）之间的关系.结果表明,在自然降水较多的第一次增加降水（FWE）阶段,CG处理和CNG处理168 h土壤CO₂累积通量显著增加,而CN处理168 h土壤CO₂累积通量无显著变化,并且CG处理和CNG处理土壤MBC含量显著高于CK处理和CN处理,同时,该阶段平均CO₂释放速率与土壤MBC含量正相关（P<0.05）.与FWE阶段相比,无自然降水的第二次增加降水（SWE）阶段各处理168 h土壤CO₂累积释放量显著降低,并且各处理MBC含量也显著降低（P<0.05）,仅有土壤DOC含量显著增加（P<0.05）,CG处理和CN处理168 h土壤CO₂累积通量显著降低（P<0.05）.两个降水阶段土壤呼吸速率与土壤温度或土壤体积含水量均有显著的正相关性（P<0.05）.因此,自然降水的分布对土壤水分的影响调控着外源氮和碳对半干旱草地生态系统土壤呼吸的作用效应.     

不同外源硒对镉污染土壤中小白菜生长及镉吸收的影响

为探究不同外源硒对镉的解毒作用的差异,并为土壤镉污染控制与农作物安全生产提供科学依据.采用土培盆栽试验,对比了不同施用量（0、0.5、1.0和2.5 mg·kg^-1）的亚硒酸盐和硒酸盐施入天然镉污染土壤,对小白菜生长（根长、株高、生物量和光合指标）及镉吸收、转运的影响.结果表明,低硒处理（≤1.0 mg·kg^-1）对镉的解毒作用优于高硒处理（2.5 mg·kg^-1）,亚硒酸盐对镉的解毒作用大于硒酸盐.其中,外源施入≤1.0 mg·kg^-1的亚硒酸盐和硒酸盐均提高了小白菜的SPAD值、净光合速率、气孔导度、胞间CO₂浓度及生物量和株高,且以1.0 mg·kg^-1亚硒酸盐处理的效果最为显著（胞间CO₂浓度除外）;而高硒处理小白菜的各光合指标均显著低于低硒处理（蒸腾速率除外,P<0.05）.与未施硒处理（对照）相比,各硒处理均降低了小白菜对镉的吸收.其中,施入1.0 mg·kg^-1的亚硒酸盐和硒酸盐使得小白菜地上部的镉含量较对照处理分别显著降低了40.0%和20.5%（P<0.05）,但当施硒量为2.5 mg·kg^-1时两种外源硒均促进了镉向地上部转运,使更多的镉累积在小白菜的地上部.总之,施入适量外源硒对土壤镉有一定的解毒作用,表现为小白菜生物量的提高和镉的积累下降.推荐施用1.0 mg·kg^-1的亚硒酸盐用于镉污染土壤中镉的控制及安全利用.     

亚热带土壤反硝化过程中NO-3-N对CH4排放的影响

研究了发育于不同成土母质和不同土地利用方式下的45个亚热带土壤样本,在反硝化严格厌氧培养条件下（密闭、淹水、充N₂）,加入KNO₃的处理（加入N量为200 mg·kg^-1）和不加KNO₃的空白对照对CH₄产生和排放的影响.结果表明,厌氧培养条件下无论加入KNO₃与否,CH₄的产生和排放首先取决于土壤有机碳总量水平及其有效性.对照土壤中花岗岩母质发育的土壤和KNO₃处理土壤中稻田利用方式下的土壤CH₄排放量最高.加入KNO₃显著抑制了CH₄的产生和排放,NO^-₃-N对CH₄产生的抑制效应可能较N₂O对CH₄产生的抑制效应更大.加入KNO₃处理中厌氧培养第1周内的NO^-₃-反硝化量和降低速率是决定CH₄排放量的关键因素.不加KNO₃的对照土壤中,73％的土样表现为 Fe²⁺的产生和CH₄的排放之间呈指数关系增长,表明Fe³⁺和CO₂的还原可同步进行.NO^-₃-N不仅显著抑制了CH₄的产生和排放,也抑制了Fe³⁺的还原.     

秸秆还田对冬小麦-夏玉米农田土壤固碳、氧化亚氮排放和全球增温潜势的影响

旱地农田温室气体净排放(以全球增温潜势表示)主要取决于土壤固碳速率和氧化亚氮(N2O)排放量.基于长期定位施肥试验,综合分析2010～2017年表层(0～20 cm)土壤有机碳含量和2014～2017年N2O排放通量的观测结果,定量评价秸秆还田对关中平原冬小麦-夏玉米农田土壤固碳速率、N2O年排放量和全球增温潜势的影响...     

稻田不同种类有机肥施用对后季麦田N2O排放的影响

以稻麦轮作系统为对象,研究水稻生长季基肥施用不同有机物料对后季麦田N₂O排放及年轮作系统CH₄和N₂O综合温室效应的影响.结果表明:与施用化肥(化肥处理)相比,施用菜饼加化肥(菜饼处理)对后季麦田N₂O排放量无影响;施用小麦秸秆加化肥(小麦秸秆处理)导致后季麦田的N₂O排放量减少15%;施用牛厩肥加化肥(牛厩肥处理)和猪厩肥加化肥(猪厩肥处理)分别增加29%和16%.就稻麦年轮作生长季总体而言,菜饼、牛厩肥和猪厩肥处理稻麦生长季N₂O排放总量较化肥处理分别增加6%、17%和7%,然而,小麦秸秆处理N₂O排放总量减少16%.20a或500a时间尺度上各处理稻田CH₄排放和该轮作周期水稻和小麦生长季N₂O排放的总GWP值由大到小的顺序分别为:菜饼处理>小麦秸秆处理>牛厩肥处理>猪厩肥处理>化肥处理或菜饼处理>牛厩肥处理>猪厩肥处理>小麦秸秆处理>化肥处理.单位产量的GWP以作物残体处理最高,农家肥其次,化肥处理最低.因此,稻田基施不同种类有机物料都相应地增加稻麦轮作系统CH₄和N₂O排放的综合温室效应.     

秸秆与氮肥配比对农田土壤内外源碳释放的影响

秸秆配施氮肥调节C/N比不仅影响外源秸秆的矿化,也影响内源土壤有机碳（SOC）的分解（即激发效应）,因此研究秸秆与氮肥配比对土壤内外源有机碳分解的影响,对于农田温室气体减排和土壤肥力提升具有双重意义.本研究以山东桓台农田土壤为研究对象,为了探究秸秆与氮肥的配比对秸秆与SOC分解的影响,在不同氮肥水平下,采用¹³C标记玉米秸秆进行室内土壤培养32周,设置4个处理：CK、秸秆（S）、秸秆+低量尿素（SN1）和秸秆+高量尿素（SN2）.在整个培养期进行16次动态取样,借助¹³C两元线性模型,拆分土壤释放CO₂中源于秸秆和SOC的比例.结果表明,随着培养时间的进行,SOC分解对土壤释放CO₂的贡献呈先减少后升高的趋势,相反,秸秆矿化对土壤释放CO₂的贡献呈先升高后减少的趋势,到培养期末,SOC和秸秆分解对土壤CO₂释放的贡献分别为0.84~0.86和0.14~0.16;在整个培养期,施氮对秸秆累计分解的影响呈先增加后减少的趋势,高氮和低氮施用对秸秆分解的促进程度最高分别为15.8%和7.9%,经历整个培养期,低氮抑制秸秆幅度达到7.1%,而高氮呈轻度促进秸秆分解的趋势（0.7%）.在整个培养期,秸秆配施不同氮量对SOC矿化的激发效应程度呈先升高后降低趋势,在第7 d取样达到最高为55%~148%,并且随着施氮量增加而升高,随着培养时间的进行,各处理的激发效应程度趋于相等,约为50%.因此,秸秆配施氮肥调节C：N不仅影响外源秸秆对SOC的贡献,也影响内源SOC的分解,进而影响土壤碳的固持,经过整个培养期,土壤残留秸秆碳不能完全补偿因激发效应导致SOC的损失,导致SOC库的净亏损.     

碳底物含量对厌氧条件下水稻土N2、N2O、NO、CO2和CH4排放的影响

理解底物碳氮对厌氧条件下水稻土排放氮素气体——氮气(N2)、氧化亚氮(N2O)和一氧化氮(NO)以及二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)的影响,有助于制定合理的温室气体减排措施,定量了解反硝化产物组成对碳底物水平的依赖性,也有助于氮转化过程模型研发中制定正确的关键过程参数选取方法或参数化方案.本研究采用粉砂壤质水稻土为研究对象,设置对照(CK)和加碳(C+)两个处理,前者的初始硝态氮和可溶性有机碳(DOC)含量分别为~50 mg·kg-1和~28 mg·kg-1,后者的分别为~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系统,研究了完全厌氧条件下碳底物水平对上述气体排放的影响.结果表明,CK处理无CH4排放,而C+处理可观测到CH4排放;C+处理的综合增温潜势显著高于CK处理(P<0.01);NO、N2O和N2排放量占这3种氮素气体排放总量的比重,在CK处理分别约为9%、35%和56%,在C+处理分别约为31%、50%和19%,处理间差异显著(P<0.01).由此表明,碳底物水平可显著改变所排放氮素气体的组成;对于旱地阶段硝态氮比较丰富的水稻土,避免在淹水前或淹水期间施用有机肥,有利于削减温室气体排放.     

施氮对黄土旱塬区春玉米土壤呼吸和温度敏感性的影响

了解施氮对土壤呼吸和温度敏感性的影响,是研究农田土壤呼吸变化的重要环节,对预测农田土壤呼吸变化具有重要意义.基于中国科学院长武黄土高原农业生态试验站的氮肥管理试验,于2013年4月至2014年9月利用LI-8100系统(LICOR,Lincoln,NE,USA)监测施氮和不施氮条件下旱地春玉米生长季土壤呼吸、温度、水分以及根系生物量的变化,研究施氮条件下生物与非生物因素对土壤呼吸速率和温度敏感性(Q10)的影响.施氮显著提高了生长季土壤的累积呼吸量(P0.05),与不施氮相比,施氮处理累积呼吸量2013年提高了35%,2014年提高了54%.但施氮显著降低了土壤呼吸温度敏感性(P0.05),施氮处理的Q10较对照2013年降低了27%,2014年降低了17%.施氮显著提高了春玉米产量、地上部生物量和根系生物量(P0.05).施氮处理根系生物量较不施氮处理2013年提高了0.32倍,2014年提高了1.23倍.施氮对土壤温度和水分无显著影响,根系生物量是施氮条件下导致土壤呼吸差异的重要生物因素.     

Effect of elevated tropospheric ozone on methane and nitrous oxide emission from rice soil in north India

Physiological changes in crop plants in response to the elevated tropospheric ozone (O₃) may alter N and C cycles in soil. This may also affect the atmosphere-biosphere exchange of radiatively important greenhouse gases (GHGs), e.g. methane (CH₄) and nitrous oxide (N₂O) from soil. A study was carried out during July to November of 2007 and 2008 in the experimental farm of Indian Agricultural Research Institute, New Delhi to assess the effects of elevated tropospheric ozone on methane and nitrous oxide emissions from rice (Oryza sativa L.) soil. Rice crop was grown in open top chambers (OTC) under elevated ozone (EO), non-filtered air (NF), charcoal filtered air (CF) and ambient air (AA). Seasonal mean concentrations of O₃ were 4.3 ± 0.9, 26.2 ± 1.9, 59.1 ± 4.2 and 27.5 ± 2.3 ppb during year 2007 and 5.9 ± 1.1, 37.2 ± 2.5, 69.7 ± 3.9 and 39.2 ± 1.8 ppb during year 2008 for treatments CF, NF, EO and AA, respectively. Cumulative seasonal CH₄ emission reduced by 29.7% and 40.4% under the elevated ozone (EO) compared to the non-filtered air (NF), whereas the emission increased by 21.5% and 16.7% in the charcoal filtered air (CF) in 2007 and 2008, respectively. Cumulative seasonal emission of N₂O ranged from 47.8 mg m⁻² in elevated ozone to 54.6 mg m⁻² in charcoal filtered air in 2007 and from 46.4 to 62.1 mg m⁻² in 2008. Elevated ozone reduced grain yield by 11.3% and 12.4% in 2007 and 2008, respectively. Global warming potential (GWP) per unit of rice yield was the least under elevated ozone levels. Dissolved organic C content of soil was lowest under the elevated ozone treatment. Decrease in availability of substrate i.e., dissolved organic C under elevated ozone resulted in a decline in GHG emissions. Filtration of ozone from ambient air increased grain yield and growth parameters of rice and emission of GHGs.     

冬季绿肥对黄土高原旱作春玉米农田土壤温室气体排放的影响

利用田间试验研究了冬季绿肥对旱作春玉米农田土壤温室气体排放的影响.试验设燕麦、小扁豆、燕麦与小扁豆混播和裸地休闲共4个处理,采用静态箱-气相色谱法对冬闲期和春玉米生长期间土壤温室气体（CO₂、N₂ O和CH₄）排放通量进行观测.结果表明,旱作春玉米-冬季绿肥种植系统土壤是CO₂、N₂ O的排放源和CH₄的吸收汇.与裸地休闲相比,燕麦和小扁豆在冬闲期对土壤CO₂累积排放量没有影响,但在春玉米生长期间导致土壤CO₂累积排放量分别增加了7.77%和25.7%（P<0.05）,混播导致冬闲期和春玉米生长期间土壤CO₂累积排放量分别增加了19.1%和14.5%（P<0.05）.种植燕麦后冬闲期和春玉米生长期间土壤N₂ O累积排放量较裸地休闲分别降低了11.6%和14.7%（P<0.05）,而小扁豆分别增加了31.9%和14.9%（P<0.05）;混播导致冬闲期土壤N₂ O累积排放量降低了19.2%（P<0.05）,但在春玉米生长期间差异不显著.与裸地休闲相比,燕麦、小扁豆和混播冬闲期土壤CH₄累积吸收量分别降低了37.9%、23.6%和29.6%（P<0.05）,春玉米生长期间分别降低了19.4%、33.5%和31.5%（P<0.05）,其中小扁豆和混播在冬闲期和春玉米生长期间差异均不显著.燕麦较裸地休闲在农田综合增温潜势（GWP）、春玉米产量和温室气体排放强度（GHGI）差异均不显著.小扁豆和混播显著提高了GWP,其中小扁豆显著高于混播.而与裸地休闲相比,小扁豆和混播分别提高了春玉米产量的20.3%和15.4%（P<0.05）,但对GHGI没有显著影响.综合考虑GWP、春玉米产量和GHGI,本地区冬闲期间将小扁豆和燕麦二者混播能增加春玉米产量的同时有效降低土壤温室气体排放强度.     

负载NH4+-N生物炭对土壤N2O-N排放和NH3-N挥发的影响

利用生物炭吸附面源污染水体NH₄⁺-N并将其进行还田可实现此氮资源由水体到农田的安全有效迁移,而探索负载NH₄⁺-N生物炭对N₂O-N排放和NH₃-N挥发的影响则对于减施化肥和降低土壤氮素损失意义重大.本研究采用土柱试验,设置4个处理：对照（不施氮肥,CK）、单施化肥（NPK）、负载氮+化学磷钾肥（N-BC+PK）和生物炭+化肥（BC+NPK）.结果表明,相较NPK和BC+NPK处理,N-BC+PK处理N₂O-N累积排放量、NH₃-N累积挥发量、气态氮素累积损失量（以N计）分别显著降低了33.62%和24.64%、70.64%和79.29%、64.97%和73.75%（P<0.05）.特别需要说明的是,BC+NPK处理相比NPK处理显著增加了NH₃-N累积挥发量（P<0.05）.综上所述,负载NH₄⁺-N生物炭可显著减少N₂O-N排放和NH₃-N挥发,且其减排效果显著优于传统的生物炭化肥配施.本研究结果将为富营养化水体NH₄⁺-N农田回用和土壤气态氮素减排提供理论依据和数据支持.     

洱海流域稻鸭共作对稻田温室气体排放和水稻产量的影响

稻季是水旱轮作生态系统温室气体排放的主要时期,探索有效措施实现稻季温室气体减排和水稻增产已成为当前研究的热点.稻鸭共作是减少稻季温室气体排放的有效措施之一,而确定合理的稻鸭共作密度对确保洱海流域水稻产量基础上实现温室气体减排具有重要意义.该研究通过设置不同稻鸭共作密度试验,采取密闭静态箱—气相色谱法研究了稻鸭共作对温室气体排放规律、排放量及全球增温潜势(GWP)的影响.结果表明:水稻生育期,CH_4和N_2O均在分蘖期和结实期出现排放峰;CH_4排放通量、累计排放量和总排放量大小均为常规处理(CT)低密度鸭处理(LDD)高密度鸭处理(HDD)空白处理(CK),而N_2O为HDDLDDCTCK.与CT相比,CK、LDD、HDD的CH_4排放总量分别降低45%、18%、25%,N_2O排放总量分别降低8%、增加11%和37%,温室气体综合增温潜势分别降低41%、14%、17%.田面水DO、NH~+_4-N、NO~-_3-N及土壤温度是引起温室气体CH_4和N_2O排放差异的主要因素.不同处理的水稻产量为LDDCKCTHDD.合理的稻鸭共作密度降低CH_4排放,增加N_2O排放,减缓全球增温潜势,提高了水稻产量.兼顾水稻产量和温室气体减排效果,LDD处理综合效益最好.     

生物炭和有机肥对华北农田盐碱土N2O排放的影响

基于山东滨州地区冬小麦-夏玉米轮作大田试验,探究了施用生物炭和有机肥对夏玉米季土壤氧化亚氮(N_2O)排放的影响,为盐碱土壤N_2O增汇减排提供理论依据.试验按照不同处理氮、磷、钾含量相同原则,设置对照CK[N:0.2t·(hm~2·a)~(-1),P_2O_5:0.12 t·(hm~2·a)~(-1),K_2O:0.2 t·(hm~2·a)~(-1)]、C1[5 t·(hm~2·a)~(-1)生物炭]、C2[10 t·(hm~2·a)~(-1)生物炭]、C3[20 t·(hm~2·a)~(-1)生物炭]、M1[7.5 t·(hm~2·a)~(-1)有机肥]、M2[10 t·(hm~2·a)~(-1)有机肥]这6个处理.结果表明,施加生物炭和有机肥对土壤N_2O排放影响趋势基本一致,排放高峰均出现在施肥(基肥和追肥)后,累积排放量占整个生育期排放量的近一半;与CK相比,C1、C2分别降低N_2O排放的45.3%、31.6%,而C3、M1、M2分别增加了17.3%、37.4%、27.6%.施加生物炭和有机肥均会对土壤N_2O排放产生影响,施加生物炭可以降低N_2O排放,而施加有机肥则促进了N_2O排放.因此,生物炭对减少农田N_2O排放具有巨大潜力.