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.     

不同种类有机肥施用对稻田CH4和N2O排放的综合影响

以麦茬稻田为对象,研究基肥施用不同有机肥对稻田CH4和N2O排放的综合影响.结果表明:有机肥施用对稻田CH4和N2O排放的季节变化模式无明显影响,但影响其排放量.与施用化肥(化肥处理)相比,施用菜饼+化肥(菜饼处理)促进CH4和N2O的排放,其季节排放总量分别增加了252%和22%;施用小麦秸秆+化肥(秸秆处理)和牛厩肥+化肥(牛厩肥处理)明显增加CH4排放,增加量分别为250%和45%,同时却减少N2O排放,分别减少18%和21%;施用猪厩肥+化肥(猪厩肥处理)降低CH4和N2O的排放,分别降低4%和18%.对CH4和N2O排放的综合温室效应分析表明,菜饼和秸秆处理的全球增温潜势(GWP)约为化肥处理的2.5倍,牛厩肥和化肥处理基本持平,但施用猪厩肥可减少10%～15%.各处理的GWP从高到低依次为菜饼、秸秆、牛厩肥、化肥和猪厩肥.单位产量的GWP以秸秆处理最高,菜饼次之,牛厩肥比化肥处理略高,猪厩肥处理最低.从本生长季来看,猪厩肥的施用对于实现环境效益与生产效益的协调发展具有一定作用.     

氮肥水平对不同土壤N2O排放的影响

鉴于N2O排放量占施用氮肥量的比例即N2O排放系数还有很大不确定性,室外盆栽试验于2002-2003年选取3个供试土壤.各土壤没置对照和低、中、高氮肥水平,全年施尿素量(以N计)分别为334、670和1 004 kg/hm2.结果表明,水稻生长季,各个土壤的N2O累积排放量与其对照相比的增加量在低、中、高氮肥水平间无明显差异;而小麦生长季,随氮肥施用量增加,各个土壤的N2O累积排放量与其对照相比的增加量在3种氮肥水平之间的差异显著.整个稻麦轮作系统,随氮肥用量的增加明显促进麦田N2O的排放.无论水稻或小麦生长季,对照3个土壤的N2O累积排放量并无显著差异,F土壤(江苏溧水)、G土壤(江苏涟水)和H土壤(江苏农科院)的N2O累积排放量,在水稻生长季分别为168、127和146 ms/m2;小麦生长季,分别为134、124和168 mg/m2.在施氮肥后,3个土壤的N2O排放量出现差异,如在中氮水平下,小麦生长季.F土壤、G土壤和H土壤N2O累积排放量分别为976、744和626 mg/m2.稻麦轮作生长季内,在低氮与中氮2个水平下,不同土壤间N2O排放系数存在显著差异.以1个稻麦轮作周期为时间尺度,F土壤、G土壤和H土壤总的N2O排放系数分别为1.1%±0.23%、0.75%±0.17%和1.01%±0.11%,表明不同土壤对N2O排放系数的影响不同.     

优化施肥模式对我国热带地区水稻-豇豆轮作系统N2O和CH4排放的影响

选择海南典型的水稻-豇豆轮作系统进行氧化亚氮(N_2O)和甲烷(CH_4)排放的原位监测,探究不同施肥模式下该系统土壤温室气体排放特征.试验设当地常规施肥对照(CON)、优化施肥量(OPT)、有机无机配施(ORG)、缓控肥替代优化(SCOPT)及不施氮对照(CK)共5个处理,采用静态箱-气相色谱法监测整个种植季土壤N_2O和CH_4排放,并估算增温潜势(GWP)和温室气体排放强度(GHGI).结果表明,各处理水稻季N_2O累积排放量为0. 19～1. 37 kg·hm~(-2),相较于CON处理,优化施肥处理N_2O减排50%～86%;豇豆季N_2O累积排放量为1. 29～3. 55 kg·hm~(-2),除ORG增加14%,其他处理减排16%～59%.各处理水稻季CH_4累积排放量为4. 67～14. 23 kg·hm~(-2),CK、OPT和ORG处理分别较CON增加116%、22%和102%,而SCOPT减少了29%;豇豆季CH_4累积排放量为0. 03～0. 26 kg·hm~(-2),期间出现CH_4吸收.比较两个作物季和休闲期对农田土壤直接排放的温室气体GWP的贡献率,豇豆季在CH_4排放极低的情况下,仍有44. 7%～54. 5%的占比;两种温室气体比较中,N_2O对GWP的贡献率为66. 7%～77. 2%. SCOPT处理的GWP和两季作物GHGI均显著低于CON处理.3个优化施肥处理中,SCOPT的增产减排效果最显著,为最优的施肥方案.     

不同种类有机肥施用对稻田CH4和N2O排放的综合影响

以麦茬稻田为对象,研究基肥施用不同有机肥对稻田CH₄和N₂O排放的综合影响.结果表明:有机肥施用对稻田CH₄和N₂O排放的季节变化模式无明显影响,但影响其排放量.与施用化肥(化肥处理)相比,施用菜饼+化肥(菜饼处理)促进CH₄和N₂O的排放,其季节排放总量分别增加了252%和22%;施用小麦秸秆+化肥(秸秆处理)和牛厩肥+化肥(牛厩肥处理)明显增加CH₄排放,增加量分别为250%和45%,同时却减少N₂O排放,分别减少18%和21%;施用猪厩肥+化肥(猪厩肥处理)降低CH₄和N₂O的排放,分别降低4%和18%.对CH4和N₂O排放的综合温室效应分析表明,菜饼和秸秆处理的全球增温潜势(GWP)约为化肥处理的2.5倍,牛厩肥和化肥处理基本持平,但施用猪厩肥可减少10%～15%.各处理的GWP从高到低依次为菜饼、秸秆、牛厩肥、化肥和猪厩肥.单位产量的GWP以秸秆处理最高,菜饼次之,牛厩肥比化肥处理略高,猪厩肥处理最低.从本生长季来看,猪厩肥的施用对于实现环境效益与生产效益的协调发展具有一定作用.     

焚烧麦杆对稻田CH4 和N2O 排放的影响

采用3 种麦杆处理方式(不还田、均匀混施和原位焚烧)进行田间试验,观测稻田CH₄ 和N₂O 的排放情况,以探讨原位焚烧麦杆对稻田CH₄ 和N₂O 排放的影响.结果表明,与不还田处理相比,原位焚烧显著增加稻田CH₄ 排放量,同时显著减少稻田N₂O 排放量;与均匀混施处理相比,原位焚烧显著减少稻田CH₄ 排放量,二者的N₂O 排放量无明显差异.     

湖南地区不同集约化栽培模式下双季稻稻田CH4和N2O的排放规律

采用静态暗箱-气相色谱法研究了湖南双季稻稻田不施氮(NN)、当地常规(FP)、高产高效(YE)、再高产(HY)、再高效(HE)5种不同栽培模式下温室气体(CH4、N2O)的排放规律.结果表明:水稻生长季CH4累积排放量变化为(206.5±37.5) kg· hm-2(FP,早稻)～(490.5±65.7) kg·hm-2(HE,晚稻),N2O-N累积排放量变化为(0.08±0.05) kg·hm-2(NN,早稻)～(0.326±0.15) kg·hm-2(HY,晚稻).不同栽培模式对CH4和N2O的排放都有显著影响(p＜0.05).HE模式CH4排放显著高于其他模式62％～ 87％(p＜0.05),尤其是晚稻季节;除NN模式外,其他4种模式间N2O排放差异不显著.冬季休闲期也是CH4和N2O排放的重要时期,分别占全年排放量的9.7％～19.7％和42％～ 62％.CH4主导了稻田不同栽培模式下的综合温室效应,在各模式中均占95％以上.施氮肥提高了作物产量,降低了温室气体强度(GHGI).在5种模式中,YE和HY模式温室气体强度较小,HY模式下仅为(0.97±0.16) kg·kg-1(以每kg产量排放的CO2当量计).因此,与FP模式相比,YE和HY模式既能提高产量和氮肥利用率,也能减缓温室效应;但HE模式排放的温室气体较高,在实际应用前尚需进一步研究.     

水分管理与秸秆施用对稻田CH4和N2O排放的影响

2000年6~10月在南京近郊江宁区实施大田试验.主要研究了水稻生长季常规灌溉和连续淹水条件下有机质(小麦秸杆)不同施用量(0,2.25,4.5t/hm2)对稻田CH4和N2O排放的影响.结果表明,在连续淹水条件下,CH4排放量与秸杆施用量成正比,N2O排放与秸杆施用量成反比.烤田的N2O的排放量在施用2.25t/hm2秸杆与对照之间无明显差异,但施用4.5t/hm2秸杆处理其N2O的排放量仅为对照或施用2.25t/hm2秸杆处理下的13%左右.综合考虑水稻生长季CH4和N2O排放的全球增温潜势(GWP),在增加有机质的施用量(如按4.5t/hm2施用量秸杆还田)的情况下,烤田的GWP只占连续淹水处理的60%,是减少稻田CH4和N2O综合温室效应的一种有效措施.     

UV-B增强对稻田呼吸速率、CH4和N2O排放的影响

于水稻生长季进行室外盆栽试验,人工模拟UV-B辐射增强20%,采用静态箱-气相色谱法测定稻田生态系统的呼吸速率、CH4和N2O排放通量,研究UV-B辐射增强对稻田生态系统呼吸速率、CH4和N2O排放通量的影响.结果表明,UV-B辐射增强没有改变稻田呼吸速率、CH4和N2O排放通量的季节变化规律;与对照相比,平均呼吸速率...     

沼泽湿地CO2、CH4、N2O排放对氮输入的响应

利用静态暗箱-气象色谱法，选取小叶章沼泽化草甸进行野外原位试验，研究氮输入对沼泽湿地CO2、CH4和N2O等3种温室气体排放的影响,结果表明：氮输入对沼泽湿地CO2和CH4排放有明显影响，其季节排放总量分别是对照处理的1.3和2.5倍，但对CO2和CH4的季节变化模式无明显影响；氮输入对N2O的排放强度和季节变化模式均有显著影响,CO2排放通量与5cm深土壤温度存在显著的正相关关系，与地表温度和1.5m气温存在指数关系，而CH4和N2O排放与温度之间没有显著的相关性．在20、100和500年时间尺度上氮输入处理的CH4和N2O全球增温潜势（GWP）分别比对照处理增加了150％、150％和80％，表明氮输入在长、短时间尺度上都是增强CH4和N2O的温室效应的。     

不同水分管理方式下水稻生长季N_2O排放量估算:模型建立

我国水稻生产中往往采用多种水分管理方式,如持续淹水、淹水-烤田-淹水和淹水-烤田-淹水-湿润灌溉等. 水分管理方式的不同会引起水稻生长季N2O排放的显著变化. 本研究收集和整理了2005年以前17篇国内外文献报道的有关我国稻田N2O季节排放通量的71组田间原位测定资料,每组资料包括稻田氮肥施用的种类和施用量、水分管理方式、N2O季节排放量等数据,旨在建立不同水分管理方式下水稻生长季N2O直接排放量的估算模型. 分析结果表明,持续淹水稻田N2O季节排放量与施氮量无明显相关关系,在淹水-烤田-淹水和淹水-烤田-淹水-湿润灌溉的水分管理方式下,两者呈极显著线性正相关关系. 持续淹水稻田N2O季节排放总量相当于施氮量的0.02%. 基于普通最小二乘法(OLS)分析技术建立的线性回归模型估算结果表明,淹水-烤田-淹水的水分管理方式下稻田肥料氮的N2O排放系数为0.42%,但N2O季节背景排放量不显著. 在淹水-烤田-淹水-湿润灌溉的水分管理方式下,水稻生长季肥料N的N2O排放系数和N2O-N背景排放量分别为0.73%和0.79 kg·hm-2. 残差分析和效能分析显示模型具有较好的适切性. 综合3种水分管理方式,我国稻田水稻生长季N的N2O排放系数和N2O-N背景排放量平均分别为0.54%和0.43 kg·hm-2. 相对于旱作农田而言,水稻生长季肥料N的N2O排放系数较低,意味着水稻生产较旱地作物可能更有利于减缓我国农业N2O排放. 本研究建立的模型可以用于我国稻田水稻生长季N2O直接排放量的估算.     

不同水分管理方式下水稻生长季N_2O排放量估算:模型应用

基于田间原位测定结果,作者建立了不同水分管理方式下稻田N2O排放估算的统计模型.在模型验证和输入参数检验的基础上,本研究应用模型估算了20世纪50～90年代我国稻田水稻生长季N2O直接排放量.结果表明,由于水稻种植面积和氮输入量的增加、以及水分管理方式的变化,稻田N2O-N季节排放量从20世纪50年代平均每年9.55 Gg增加到了90年代每年32.26 Gg,同期伴随着水稻单产的增加.在20世纪50～90年代间,我国水稻生产的N2O-N排放量以平均每10 a 6.74 Gg的速度递增.20世纪50年代和90年代稻田N2O-N季节排放通量平均分别为0.32 kg·hm-2和1.00 kg·hm-2,相当于季节氮输入总量的0.37%和0.46%.本研究模型估算50～90年代间稻田N2O季节排放量的不确定性为59.8%～37.5%.就全国稻田的不同种植区域而言,长江中下游地区稻田水稻生长季N2O排放量占全国稻田N2O排放总量的51%～56%.20世纪90年代水稻生长季N2O排放量约占我国农田N2O年总排放量的8%～11%.相对于旱地作物而言,过去几十年水稻生产的发展在很大程度上减缓了我国农业生产的N2O排放.然而,随着水稻生产中节水灌溉的推广和氮肥施用量的增加,我国稻田N2O季节排放量预计将相应增加.     

不同水分管理方式下水稻生长季N_2O排放量估算:模型验证和输入参数检验

利用2005～2007年我国稻田N2O排放通量的田间原位测定资料和国际上其它地区稻田N2O报道结果,对作者建立的不同水分管理方式下水稻生长季N2O排放估算模型进行了验证.结果表明,持续淹水稻田N2O排放的拟合结果与其他地区淹水稻田N2O通量值相一致.淹水-烤田-淹水的水分管理方式下,稻田N2O排放的拟合值接近于国际上同类研究结果.淹水-烤田-淹水-湿润灌溉的水分管理方式下,稻田N2O排放的估算模型对田间原位测定资料有很好的适切性.为了检验模型输入参数的可信度,将本研究建立的有关我国水稻生产的相关资料数据库与以往研究报道结果进行了比较,结果表明,两者具有高度的一致性.数据库资料表明,在20世纪50～70年代间,持续淹水稻田占20%～25%,大约75%～80%的稻田采用淹水-烤田-淹水的水分管理方式.在20世纪80～90年代间,采用持续淹水,淹水-烤田-淹水和淹水-烤田-淹水-湿润灌溉水分管理方式的稻田分别约占12%～16%、77%和7%～12%.20世纪50年代水稻生长季平均每季总施氮量为87.49 kg·hm-2,而90年代平均为224.64 kg·hm-2.其中,化学氮肥的施用量从20世纪50年代的37.4 kg·hm-2增加到了90年代的198.8 kg·hm-2,分别占水稻生长季氮输入总量的43%和88%.在20世纪50～70年代间有机氮的输入量相对比较稳定,平均变幅在45.2～48.2 kg·hm-2之间,随后逐步降低,有机肥料氮占氮输入总量的比例从20世纪50年代的52%降低到了90年代的9%.作物残体N输入量从20世纪50年代的4.9 kg·hm-2增加到了80年代的6.3 kg·hm-2.20世纪50～70年代水稻生长季氮肥施用量具明显的空间变异性,而80～90年代间其空间变异较小.模型验证和输入参数检验的结果表明,该模型能较好地模拟我国不同水分管理方式下的稻田N2O直接排放量.     

不同水分管理方式下水稻生长季N2O排放量估算：模型应用

基于田间原位测定结果,作者建立了不同水分管理方式下稻田N₂O排放估算的统计模型. 在模型验证和输入参数检验的基础上, 本研究应用模型估算了20世纪50～90年代我国稻田水稻生长季N₂O直接排放量. 结果表明, 由于水稻种植面积和氮输入量的增加、以及水分管理方式的变化, 稻田N₂O-N季节排放量从20世纪50年代平均每年9.55 Gg增加到了90年代每年32.26 Gg, 同期伴随着水稻单产的增加. 在20世纪50～90年代间, 我国水稻生产的N₂O-N排放量以平均每10 a6.74 Gg的速度递增. 20世纪50年代和90年代稻田N₂O-N季节排放通量平均分别为0.32 kg·hm^-2和1.00 kg·hm^-2, 相当于季节氮输入总量的0.37%和0.46%. 本研究模型估算50～90年代间稻田N₂O季节排放量的不确定性为59.8%～37.5%. 就全国稻田的不同种植区域而言, 长江中下游地区稻田水稻生长季N₂O排放量占全国稻田N₂O排放总量的51%～56%. 20世纪90年代水稻生长季N₂O排放量约占我国农田N₂O年总排放量的8%～11%. 相对于旱地作物而言, 过去几十年水稻生产的发展在很大程度上减缓了我国农业生产的N₂O排放. 然而, 随着水稻生产中节水灌溉的推广和氮肥施用量的增加, 我国稻田N₂O季节排放量预计将相应增加.     

种植密度和降水对冬小麦田N2O排放的影响

为研究种植密度对农田N2O排放的影响和探讨N2O排放季节性波动的原因，于1999～2000年小麦生长季在南京市郊江宁县进行了不同播种量（0.90、180和270kg/hm^2）和大田试验，观测分析结果表明：在相同的气象条件和田间管理下，播种～越冬阶段的N2O排放不受播种量的影响，近青～成熟阶段的N2O排放通量与播种量成正比，裸地条件下的N2O排放与播量为90kg/hm^2下的排放无明显差异，造成该生长季内N2O排放季节性波动的主要原因是降水，返表～成熟阶段的N2O排放通量随观测日前6d的加权平均降水解呈指数增加。     

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%.     

不同水分管理方式下水稻生长季N2O排放量估算：模型验证和输入参数检验

利用2005～2007年我国稻田N₂O排放通量的田间原位测定资料和国际上其它地区稻田N₂O报道结果,对作者建立的不同水分管理方式下水稻生长季N₂O排放估算模型进行了验证. 结果表明,持续淹水稻田N₂O排放的拟合结果与其他地区淹水稻田N₂O通量值相一致. 淹水-烤田-淹水的水分管理方式下,稻田N₂O排放的拟合值接近于国际上同类研究结果. 淹水-烤田-淹水-湿润灌溉的水分管理方式下,稻田N₂O排放的估算模型对田间原位测定资料有很好的适切性. 为了检验模型输入参数的可信度,将本研究建立的有关我国水稻生产的相关资料数据库与以往研究报道结果进行了比较,结果表明,两者具有高度的一致性. 数据库资料表明,在20世纪50～70年代间,持续淹水稻田占20%～25%,大约75%～80%的稻田采用淹水-烤田-淹水的水分管理方式. 在20世纪80～90年代间,采用持续淹水,淹水-烤田-淹水和淹水-烤田-淹水-湿润灌溉水分管理方式的稻田分别约占12%～16%、 77%和7%～12%. 20世纪50年代水稻生长季平均每季总施氮量为87.49 kg·hm^-2,而90年代平均为224.64 kg·hm^-2. 其中,化学氮肥的施用量从20世纪50年代的37.4 kg·hm^-2增加到了90年代的198.8 kg·hm^-2,分别占水稻生长季氮输入总量的43%和88%. 在20世纪50～70年代间有机氮的输入量相对比较稳定,平均变幅在45.2～48.2 kg·hm^-2之间,随后逐步降低,有机肥料氮占氮输入总量的比例从20世纪50年代的52%降低到了90年代的9%. 作物残体N输入量从20世纪50年代的4.9 kg·hm^-2增加到了80年代的6.3 kg·hm^-2. 20世纪50～70年代水稻生长季氮肥施用量具明显的空间变异性,而80～90年代间其空间变异较小. 模型验证和输入参数检验的结果表明,该模型能较好地模拟我国不同水分管理方式下的稻田N₂O直接排放量.