长期定位施用牛粪对夏玉米-冬小麦体系农田N_2O和NO排放的影响

利用静态暗箱法对关中平原27a长期定位施肥农田氧化亚氮(N2O)和一氧化氮(NO)排放通量进行周年(2017年6月到2018年6月)观测,目的是阐明N2O和NO的排放特征及其影响因子,定量评估施用牛粪对气体排放的影响。田间试验采用随机区组试验设计,设置3种处理。对照(CK)处理全年不施肥。全化肥(NPK)和化肥加牛粪(NPKM)处理全年施氮(N)量为353 kg·hm-2,其中夏玉米季为188 kg·hm-2,均为尿素N;冬小麦季为165 kg·hm-2,NPK处理全部为尿素N,而NPKM处理尿素N与牛粪N的比例为3:7。结果表明,CK处理气体排放通量较低且无明显季节变化,NPK和NPKM处理气体排放高峰主要与施肥和灌溉有关,N2O和NO排放最高峰值分别为103.0 g·(hm2·d)-1和71.0 g·(hm2·d)-1,均出现在NPKM处理玉米季。当土壤温度高于20℃时,NPK和NPKM中NO/N2O比均与土壤充水孔隙度呈显著负相关关系(P0.01),说明土壤温度和水分含量共同影响气体排放。各处理N2O年排放量分别为0.21、2.32和2.15kg·hm-2,NPK与NPKM处理间差异不显著(P=0.74);NO年排放量分别为0.23、0.80和1.46 kg·hm-2,NPK和NPKM处理间差异显著(P0.05)。说明长期施用牛粪对N2O排放无影响,但可显著增加NO排放。     

长期定位有机物料还田对关中平原冬小麦-玉米轮作土壤N2O排放的影响

为定量研究有机物料还田对农田土壤N2O排放的影响,采用静态暗箱-气相色谱法对关中平原冬小麦-玉米轮作24 a长期定位施肥试验地土壤N2O排放速率和相关环境因子进行了周年观测,试验处理为对照(CK,0 kg·hm~(-2))、氮磷钾(NPK,353kg·hm~(-2))、氮磷钾加秸秆还田[NPKS,(353+40)kg·hm~(-2)]和氮磷钾加牛粪[NPKM,(238+115)kg·hm~(-2)]4个处理.结果表明观测期内,CK处理N2O排放速率较小[2.9 g·(hm~2·d)~(-1)];施肥处理在冬小麦季施肥和玉米季灌溉后均出现排放峰,最高值分别为NPKS[113.4 g·(hm~2·d)~(-1)]和NPKM[495.0 g·(hm~2·d)~(-1)]处理.各处理N2O排放通量与土壤湿度均呈显著正相关关系(r0.28,P0.05).CK、NPK、NPKS和NPKM处理N2O年排放总量分别为(0.1±0.0)、(2.6±0.1)、(3.4±0.7)和(2.9±0.3)kg·hm~(-2),施肥处理排放总量显著高于CK处理(P0.05),但施肥处理之间差异不显著(P=0.06),说明施肥促进了N2O排放,但有机物料还田未能显著增加N2O排放.各施肥处理N2O直接排放系数分别为0.72%、0.83%和0.80%,均低于IPCC缺省值1%.施肥处理中,NPKM处理的单位产量N2O排放量最低.     

长期定位有机物料还田对关中平原夏玉米-冬小麦轮作土壤NO排放的影响

农田土壤是大气光化学活性气体一氧化氮(NO)的主要人为源之一.为定量研究有机物料还田对NO排放的影响,利用静态暗箱法对关中平原26 a长期定位施肥夏玉米-冬小麦轮作农田NO排放通量进行周年(2016年6月至2017年6月)观测.除对照(CK)处理全年不施肥外,田间设3个施肥处理,冬小麦季分别为全化肥(NPK,165 kg·hm~(-2))、化肥加秸秆[NPKS,(165+40)kg·hm~(-2)]和化肥加牛粪[NPKM,(50+115)kg·hm~(-2)];夏玉米季均施等量化肥(188 kg·hm~(-2)).观测期内,CK处理NO排放通量较小[12.2 g·(hm~2·d)~(-1)];各施肥处理均在夏玉米播种、施肥和冬小麦施肥后出现排放峰,其中NPK处理峰值最高[112.0 g·(hm~2·d)~(-1)].各处理NO年排放总量和排放系数分别为0.13~0.57 kg·hm~(-2)和0.04%~0.12%.NPKS和NPKM处理年排放总量较NPK分别减少17.6%和增加68.0%(P0.05).与NPK处理相比,NPKS和NPKM冬小麦季排放总量降低41.1%~60.0%(P0.05);但夏玉米季增加25.2%~292.1%(P0.05).冬小麦季添加有机物料有效降低NO排放,而夏玉米季NO排放增加则与土壤有机质含量有关.     

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...     

长期施用有机肥和化肥对黑土N2O排放的影响

东北黑土区作为我国重要的粮食生产基地,近年来面临着土壤退化、肥力下降和粮食减产等诸多问题.优化施肥管理是维持或提升土壤肥力的一种重要措施,但不合理的肥料施用会促使养分损失和N₂O等温室气体排放,导致土壤退化和环境污染.为探明黑土N₂O排放对长期施用有机肥和化肥的响应及关键控制因素,采集吉林公主岭黑土长期定位试验（32 a）的施用有机肥主处理（M₀,不施有机肥;M₁,低量有机肥;M₂,高量有机肥）和施用化肥副处理（CK,不施肥;N,化学氮肥;NPK,化学氮磷钾肥）共计9个处理（即每个施用有机肥水平下包含3个化肥施用水平）的表层土壤样品（0～20 cm）,进行室内恒温恒湿培养（65%田间持水量25℃下培养21 d）,并测定N₂O排放通量和土壤物理化学生物学性质.研究结果表明,长期施用有机肥和化肥显著增加了黑土N₂O排放.与M₀CK处理[（0.25±0.01） mg·kg^-1,以N计,下同]相比,单施有机肥处理N₂O累计排放量显著提高了361%～456%[M₁CK和M₂CK处理分别为（1.17±0.02）mg·kg^-1和（1.41±0.02）mg·kg^-1],且N₂O排放随着有机肥施用量增加显著增强.与M₀CK处理相比,单施化肥处理N₂O累计排放量显著提高了96%～236%[M₀N和M₀NPK处理分别为（0.49±0.01）mg·kg^-1和（0.84±0.03）mg·kg^-1],且平衡施用化肥处理N₂O排放提升幅度明显高于单施氮肥处理.在M₁和M₂条件下,化肥施用对N₂O排放的影响程度减弱,说明有机肥施用缓解了化肥对N₂O排放的影响.单施有机肥显著提高了土壤及团聚体有机碳（SOC）和总氮（TN）、土壤微生物量碳氮含量,有机肥配施进一步提高土壤及团聚体SOC和TN含量.Pearson相关及路径分析结果表明,N₂O排放与土壤碳氮组分及微生物量碳氮含量显著正相关,长期施用有机肥和化肥主要通过影响土壤碳氮组分,改变微生物量和底物有效性调控N₂O排放.综上所述,施用有机肥通过增加土壤可利用碳氮库以及微生物生物量碳氮显著促进了N₂O排放.有机肥施用缓解了化肥对N₂O排放的促进作用,在施用化肥时应适量配施有机肥,以平衡肥力提升与氮素损失及温室气体排放的综合效应.     

有机肥部分替代化肥对桃园N2O和NO排放的影响

有机肥替代作为一种减肥增效和多元化肥替代技术在农业生产中被大力推广.然而,目前尚缺乏对于有机肥在果园N₂O和NO排放方面的影响综合评估.采用静态暗箱-气相色谱法,周年观测桃园种植过程中N₂O和NO的排放,比较了单施化肥和有机肥部分替代化肥处理对桃园氮氧化物排放的影响.结果表明,有机肥部分替代化肥分别降低桃园N₂O和NO排放总量15.0%和9.4%,同时N₂O和NO排放系数降低21.3%和21.1%.有机肥处理土壤的矿质氮含量低于单施化肥处理.有机肥处理提高了硝化作用中AOA的贡献,降低AOB的贡献,从而减少了硝化作用产生的N₂O.此外,双同位素混合模型[δ¹⁸O（N₂O/H₂O） vs.δ¹⁵N^SP]结果表明,硝化细菌反硝化/细菌反硝化（b D/n D）是桃园土壤N₂O排放的主要途径.施用有机肥增强了土壤反硝化作用,导致更多的N₂O和NO被还原.因此,有机肥部分替代可以缓解果园氮氧化物排放,是实现农业绿色低碳的可行措施.     

华北平原玉米-小麦轮作农田N2O交换通量的研究

以华北地区冬小麦-夏玉米轮作农田为研究对象,运用静态箱法对正常施肥及正常施肥结合秸秆还田农田N2O交换通量进行了连续1 a对比研究.正常施肥及正常施肥结合秸秆还田样地N2O全年的累积排放量分别为7.61 kg.hm-2和12.6kg.hm-2,其中秸秆还田引起N2O排放明显增加主要发生在玉米生长季节.两种处理样地在玉米季N2O的排放量占全年累积排放的57%～86%,表明华北玉米-小麦轮作体系中N2O排放主要集中在玉米季.各次施肥后10 d内N2O的累积排放量约占全年总排放量的71%～88%,显然现有化肥极大促进了华北农田N2O排放.     

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.     

控释氮肥减量配施对土壤氨挥发和N2O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.      

不同施肥模式对热区晚稻水田CH4和N2O排放的影响

由于农田温室气体排放的原位观测主要集中于温带和亚热带地区,热带地区农田土壤温室气体的排放往往被忽视.研究不同施肥模式下海南稻田温室气体排放特征对于准确评估我国农田土壤CH_4和N_2O排放及制定相应的减排措施有重要意义.本研究设置5个处理:空白对照(CK)、常规施肥(CON)、优化施肥(YH)、优化施肥与缓控释肥配施(ZYH1)、优化施肥、缓控释肥和有机肥三者配施(ZYH2),采用静态箱-气相色谱法,通过田间小区试验研究晚稻生长季CH_4和N_2O排放动态特征,并估算全球增温潜势(GWP)以及温室气体排放强度(GHGI).结果表明,CK、CON、YH、ZYH1和ZYH2处理的CH_4晚稻生长季累计排放量分别为175. 70、60. 30、63. 00、62. 80和56. 60 kg·hm~(-2),相应处理的N2O晚稻生长季累积排放量分别为0. 78、3. 40、1. 03、1. 44和0. 44 kg·hm~(-2). ZYH2的产量较CK、CON、YH和ZYH1分别提高了29. 69%、11. 81%、6. 74%和10. 36%,GWP较CK、CON、YH和ZYH1分别降低了64. 80%、43. 23%、12. 93%和15. 15%,同时,GHGI分别降低了76. 49%、52. 52%、20. 54%和23. 87%.相关分析结果表明:土壤温度和Eh是驱动CH_4排放变化的主要因素.综合产量及温室气体减排效果而言,优化施肥+羊粪有机肥+缓控释肥处理(ZYH2)是当地值得推广的减肥模式.     

设施菜田土壤N2O产生对O2的响应

以添加(DIS)/不添加(DI)玉米秸秆的常规设施菜田土壤为研究对象,通过室内培养试验,利用在线自动监测培养系统,在不同初始氧气体积分数下(0%、1%、3%、5%和10%)监测土壤N_2O、NO、N_2和CO_2产生量的动态变化,并同步分析了土壤无机氮(NO-2、NO-3、NH+4)含量,同时设置添加Na Cl O3的处理抑制土壤NO-2的氧化,以期对比研究不同碳投入菜田土壤N_2O产生量对O_2的响应.结果表明,厌氧条件下土壤N_2O产生量显著高于有氧条件下土壤N_2O产生量(P0.01).当氧气体积分数≤1%时,添加秸秆的(DIS)土壤N_2O产生量显著高于未添加秸秆的(DI)土壤(P0.01).土壤中氧耗竭时会观察到明显的N_2O产生速率峰值,但N_2产生速率峰值随着初始氧气体积分数的升高极显著降低(P0.01),反之,土壤中如果没有出现氧耗竭的现象,则N_2O和N_2产生量随着初始氧气体积分数的升高显著降低(P0.01).初始氧气体积分数介于1%~5%时,培养过程中会观察到持续的NO-2累积,且在该氧梯度内N_2O/(NO+N_2O+N_2)指数显著高于0%以及10%初始氧气体积分数的处理,此外,添加Na Cl O3后,当初始氧气体积分数为5%和10%时,持续增加的NO-2与N_2O产生量两者之间线性相关(R2≥0.85).本研究结果表明,低氧条件下不完全的反硝化和NO-2诱导的硝化细菌反硝化共同作用,显著增加了土壤N_2O的产生量和N_2O/(N_2O+NO+N_2)指数;但是,有氧条件下土壤N_2O的产生量显著低于厌氧条件(P0.01).     

冬季猪粪固体堆放过程中NH3、N2O和NO排放特征研究

针对农村猪粪典型处理方式中的固体堆放管理,研究猪粪在冬季(2012年11月~2013年2月)固体堆放过程中NH3、N2O和NO排放特征.实验共设两个处理——无覆盖(non-covered,NC)和水稻秸秆覆盖(covered,C),堆放时间为73 d,期间进行了3次翻堆操作.实验观测了3种含氮气体(NH3、N2O和NO)的排放通量和堆体剖面N2O浓度变化.结果表明,猪粪固体堆放过程中NH3、N2O和NO排放累积量(以N计)分别占初始TN的比例为2.1%~2.6%、0.02%和~0.000 25%.两个处理的含氮气体排放通量变化趋势基本一致,且有覆盖堆体的含氮气体的排放量略低于无覆盖堆体.在堆放初期,NH3排放量最先出现峰值,之后N2O和NO排放开始增加.NH3和NO在固体堆放的中前期呈现互为消长的变化趋势;到堆放后期,N2O开始出现比前期高出两倍的排放高峰,而NH3和NO出现小幅增长.翻堆前后,NH3的排放无明显变化,而N2O排放在翻堆后均出现降低的变化,NO排放却出现升高的变化.     

Sources of nitrous and nitric oxides in paddy soils：Nitrification and denitrification

Rice-paddies are regarded as one of the main agricultural sources of N 2O and NO emissions. To date, however, specific N2O and NO production pathways are poorly understood in paddy soils. ^15N-tracing experiments were carded out to investigate the processes responsible for N2O and NO production in two paddy soils with substantially different soil properties. Laboratory incubation experiments were carried out under aerobic conditions at moisture contents corresponding to 60% of water holding capacity. The relative importance of nitrification and denitrification to the flux of NaO was quantified by periodically measuring and comparing the enrichments of the N2O, NH~-N and NO3-N pools. The results showed that both N2O and NO emission rates in an alkaline paddy soil with clayey texture were substantially higher than those in a neutral paddy soil with silty loamy texture. In accordance with most published results, the ammonium N pool was the main source of N2O emission across the soil profiles of the two paddy soils, being responsible for 59.7% to 97.7% of total N2O emissions. The NO3-N pool of N2O emission was relatively less important under the given aerobic conditions. The rates of N2O emission from nitrification （N2On） among different soil layers were significantly different, which could be attributed to both the differences in gross N nitrification rates and to the ratios of nitrified N emitted as NzO among soil layers. Furthermore, NO fluxes were positively correlated with the changes in gross nitrification rates and the ratios of NO/N2O in the two paddy soils were always greater than one （from 1.26 to 6.47）. We therefore deduce that, similar to N2O, nitrification was also the dominant source of NO in the tested paddy soils at water contents below 60% water holding capacity.     

盐度水平对不同盐渍化程度土壤氧化亚氮排放的影响

选取内蒙古河套灌区3种不同盐渍化程度土壤（盐土、重度盐渍化土壤和轻度盐渍化土壤）,采用室内培养方法,用不同浓度KCl溶液调节不同盐渍化程度土壤盐含量分别为原土壤盐含量（对照）的2倍和3倍,研究盐分对不同盐渍化程度土壤氧化亚氮（N2O）排放的影响.结果表明,盐分含量显著影响不同盐渍化程度土壤N2O排放.无外源盐分加入时,不同盐碱程度土壤中盐土N2O排放量最高,重度盐渍化土壤次之,轻度盐渍化土壤最低.外源盐加入后,随盐度梯度升高,与其对照相比,盐土N2O排放量降低;重度盐渍化土壤N2O排放量呈现先增加后降低趋势;轻度盐渍化土壤N2O排放量升高.与其对照相比,土壤的盐分含量增加2倍时,盐土N2O排放量减少90%;轻度盐渍化土壤N2O排放量增加9倍.外源盐加入不同盐渍化程度土壤对N2O排放的影响程度取决于土壤培养前后铵态氮含量差值,加入外源盐后,N2O累积排放变化量的94.6%由土壤NH4+-N含量差值解释（R2=0.95,p<0.01）.     

生物质炭对华北平原4种典型土壤N2O排放的影响

生物质炭作为一种新型的土壤改良剂,在降低土壤温室气体排放方面发挥着重要作用.为明确生物质炭对冬小麦苗期土壤N_2O排放的影响,以华北平原的4种典型土壤(水稻土、砂姜黑土、褐土和潮土)为研究对象,进行田间试验,设置了4个处理:对照(CK)、单施化肥(NPK)、单施生物质炭(BC)和化肥与生物质炭配施(NPK+BC).结果表明,单施化肥显著增加了4种土壤N_2O排放,与对照相比,水稻土、砂姜黑土、褐土和潮土N_2O排放分别增加了314%、116%、240%和282%.添加生物质炭对华北平原4种土壤N_2O排放影响存在差异,与CK相比,单施生物质炭水稻土、褐土N_2O排放显著增加了72. 4%和50. 9%,而砂姜黑土和潮土BC与CK处理无显著差异.与NPK相比,生物质炭与化肥配施显著降低了4种土壤N_2O排放.添加生物质炭提高了4种土壤pH,其中,初始pH最低的水稻土,受生物质炭影响较显著,施肥则降低了4种土壤pH.砂姜黑土、褐土和潮土施肥处理N_2O排放通量均与铵态氮含量呈显著正相关,水稻土和砂姜黑土单施生物质炭处理N_2O排放通量与硝态氮含量呈显著正相关.     

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.     

有机肥与无机肥配施对潮土N2O排放的影响

华北平原是我国重要的粮食主产区,由于土壤有机质含量低,增加氮肥用量并不能导致玉米产量持续增加.有机肥和无机肥配施被广泛认为是同时实现粮食增产和提高土壤有机质的双赢措施,但是有机肥和无机肥配施对华北平原农田N2 O排放的影响尚不明确.本研究在华北平原潮土区,通过测定不同种类有机肥与无机肥配施后农田N2 O排放通量和作物产...