不同母质发育的水稻土中铁,锰对甲烷排放的影响

盆栽结果表明,不同土壤类型铁,锰含量的差异是造成不同土壤类型间甲烷排放量差异甚大的重要因素之一。土壤中铁,锰通过对土壤氧化还原电位及根膜形成的影响而影响甲烷的排放。     

不同母质发育的水稻土中铁、锰对甲烷排放的影响

盆栽结果表明,不同土壤类型铁、锰含量的差异是造成不同土壤类型间甲烷排放量差异甚大的重要因素之一。土壤中铁、锰通过对土壤氧化还原电位及根膜形成的影响而影响甲烷的排放。     

不同类型河滨湿地甲烷和二氧化碳排放初步研究

湿地生态系统在全球碳循环中起着重要作用。湿地在低氧环境中促进碳累积的同时产出温室气体——甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2),湿地的碳源和碳汇功能近来成为全球气候变化研究关注的重点问题。对于保护和修复湿地等生态工程措施与湿地温室气体排放量之间的关系还不明确。运用了静态箱-气相色谱法,对Olentangy河湿地研究中心的4种不同类型河滨湿地(人工种植人工湿地、自然演替人工湿地、半人工湿地和自然湿地)甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)排放时空规律进行了研究,探讨了湿地土壤温度、水文条件等环境因子对CH4、CO2排放的影响。结果表明,不同类型河滨湿地的CH4和CO2排放量具有显著的时空异质性,甲烷排放速率(中值)为:自然湿地(CH4-C 0.33~85.7 mg·m-2·h-1)人工湿地(CH4-C0.02~20.5 mg·m-2·h-1)半人工湿地(CH4-C-0.04~0.09 mg·m-2·h-1)。CO2排放通量的中值(平均值)分别为9.8(19.2)、13.5(20.6)、24.7(36.0)和33.7(40.3)CO2-C mg·m-2·h-1。在湿地1、湿地2和河道边湿地中的CH4排放量与土壤温度显著性相关,相关系数分别为0.88、0.86和0.85;湿地1、湿地2和牛轭湖湿地CO2通量与土壤温度相关性显著,相关系数分别为0.63、0.54和0.67。土壤含水率与甲烷排放量具有一定的相关性;与二氧化碳排放通量具有显著负相关性。土壤碳含量与其相应的CH4和CO2排放量之间关联度都较高。在同一区域淡水河滨湿地中,自然湿地的CH4和CO2排放通量均大于恢复湿地,CH4和CO2排放的空间异质性是由于洪水冲击频率、土壤状况、地下水位及净初级生产力等因素决定的。     

不同耕作制度对南方稻田甲烷排放的影响

以南方稻田温室气体甲烷排放为研究对象,选取冬季休闲和种植绿肥作物紫云英(AstragalussinicusL.)两种主要模式,在早稻(OryzasativaL.)移栽之前进行旋耕和翻耕两种处理,以全年休闲为空白对照,利用静态箱法测定甲烷排放通量。结果表明,甲烷排放在水稻抽穗期达到极大值,至收获甲烷排放呈减少趋势,以无稻全年休闲区甲烷排放通量最低,在抽穗至收获阶段平均排放速率为3.43mg·m-2·h-1,冬闲及冬季种植紫云英处理分别比无稻休闲区排放通量高114.3%和420.3%;甲烷浓度具有强烈的空间异质性,地表以上50cm空间内,早稻抽穗至成熟阶段甲烷浓度是大气甲烷浓度的35.2倍;稻田甲烷高浓度低排放速率以及低浓度高排放速率现象表明,甲烷排放速率与其浓度之间具有非一致性。     

热带地区成土母质对水稻土不同粒级组分及其铅吸附形态的影响

为探明热带地区不同成土母质发育的水稻土其各粒级物理组分中理化性质、矿物组成差异以及其对铅形态的影响机制,选取两种不同成土母质(花岗岩与玄武岩)的水稻土,通过湿筛法将未添加铅和添加铅老化土壤分为5个物理组分(2—0.25、0.25—0.05、0.05—0.01、0.01—0.001 mm、0.001 mm),测定其理化性质,通过BCR连续提取法测定土壤老化后的铅化学形态,通过XRD与SEM-EDS分析各物理组分的矿物质组成与老化后铅的分子形态。结果表明,玄武岩水稻土中有机质、CEC与游离氧化铁含量分别较花岗岩水稻土高出21%、13.2%与114%,且玄武岩水稻土对重金属铅的吸附量与吸附形态的稳定性均强于花岗岩水稻土;随着粒径的减小,各物理组分中的有机质含量、CEC与游离氧化铁含量显著升高。两种不同成土母质土壤的矿物组成存在巨大差异;随着粒径的减小,各物理组分中的原生矿物减小,粘土矿物增多,硅含量减少,各金属元素增多。土壤加铅老化培养后,两种土壤中铅的主要化学形态均为弱酸提取态与可还原态,共占全量铅的83%(SG)与85%(SB);随着粒径减小,两种土壤各物理组分中铅各化学形态与吸附量均增加;可还原态铅占比逐渐增加,而弱酸提取态的比例却逐渐下降,在0.001mm组分中,可还原态铅成为最主要的化学形态,分别占55%(SB)与63%(SG)。XRD数据显示,磷酸铅与硅酸铅为两种土壤中铅的主要分子形态;随着粒径减小,硅酸铁铅、磷酸铁铅、硅酸铝铅与硅酸铅钙等晶体峰开始出现,在0.01—0.001mm与0.001mm组分中,原有的硅酸铅峰消失。对比两种不同的成土母质发育的水稻土,其成土母质的不同造成的组成性质差异,使玄武岩水稻土对铅的吸附能力强于花岗岩水稻土,且吸附形态更为稳定;粒径较小的土壤物理组分对铅的吸附能力较强,且吸附的形态相比大粒径土壤物理组分而言更为稳定。因此,不同母质发育的土壤因其各物理组分的组成性质差异导致对铅的吸附能力与形态存在显著不同,最终改变着重金属的生态环境行为。     

不同农业措施对稻田甲烷排放通量的影响

经过三年的田间试验发现,稻田甲烷排放通量随着农业措施的不同而大幅度地变化。在1990年至1992年的三个晚稻生长季节里,试验地块的甲烷排放通量分别为10.83、25.18及19.85mg/m~2·h。半旱式栽培使甲烷排放量减少了约1/3;施用硫酸铵、烤田、间歇灌溉亦可显著地降低甲烷排放通量。高有机肥与长期淹水是造成稻田甲烷排放量大的主要原因。控制稻田甲烷排放的关键在于调节灌溉水。只要采用合适的灌溉制度。有机肥用量的增加不一定引起甲烷排放量的增大。     

施肥对稻田甲烷排放的影响

采用自动连续测量系统，对不同施肥情况下稻田甲烷排放通量进行了监测。结果表明：施肥是影响稻田甲烷排放的重要因素。增施有机肥会导致甲烷排放量增加．应用化肥可降低甲烷排放，有机肥加倍处理，３２ｄ甲烷总排放量１６．４０ｇＣＨ＿４／ｍ￣２，是化肥加倍处理的１．５６倍；常规施肥处理介于两者之间。略高于常规加倍处理。肥料种类对甲烷排放量也有影响。全施有机肥高于有机肥加化肥（１：１）组，施沼渣肥组次之，全化肥组排放量最低，不到全有机肥处理排放量的１／５．有机肥又以施人畜粪的甲烷排放率最高，绿肥次之，沼渣肥和稻草的甲烷排放率最低。有机肥的多级利用是减少稻田甲烷排放的一条重要途径。     

不同栽培技术对稻季CH_4和N_2O排放的影响

2014年在大田试验条件下,以水稻品种苏101为供试材料,设置超高产生产技术、常规生产技术和减肥生产技术3个处理组合,采用静态暗箱-气相色谱法,开展了不同栽培技术下水稻生长季田间甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)排放的原位监测试验,研究不同栽培技术对稻季CH4和N2O排放的影响及其温室效应,以期为稻麦两熟农田温室气体减排提供对策。结果表明:(1)不同栽培技术下水稻生长季CH4排放通量总体均呈先升高后降低的变化趋势,CH4排放峰值出现在水稻生育前期,移栽至有效分蘖临界叶龄期CH4累积排放量占全生育期排放总量的比例为79.1%~84.5%,而N2O主要在水稻生育中期搁田的时候排放量较大;(2)不同栽培技术对稻季CH4和N2O排放有显著影响,CH4季节排放总量表现为超高产生产技术(423.68 kg·hm-2)减肥生产技术(407.51 kg·hm-2)常规生产技术(195.96 kg·hm-2),N2O季节排放总量表现为常规生产技术(3.88 kg·hm-2)超高产生产技术(2.96 kg·hm-2)减肥生产技术(2.72 kg·hm-2);(3)超高产生产技术稻季排放CH4和N2O产生的增温潜势最高(CO2 11 473.6 kg·hm-2),显著高于其他处理,比常规生产技术(CO2 6 055.7 kg·hm-2)增加89%,比减肥生产技术(CO2 10 998.4 kg·hm-2)增加4.3%;(4)超高产生产技术在增加水稻产量的同时也增加了太湖地区水稻生长季的温室效应,但是其单位产量的全球增温潜势低于同样实施秸秆还田的减肥生产技术。     

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)     

沼液全量连续回流对稻秸厌氧发酵特性的影响

秸秆厌氧发酵沼气工程中合理的沼液回流可减少沼液排放量,降低后续沼液处置利用成本。以稻秸为底物,采用完全混合搅拌反应器(CSTR)半连续发酵方式,研究沼液全量连续回流对稻秸厌氧发酵特性的影响,旨在为明确沼液全量回流对秸秆厌氧发酵的影响机制、改进沼液全量回流技术提供科学依据。结果表明:在100%沼液回流条件下连续回流50 d时系统运行稳定,总固体(TS)产气率、挥发性固体(VS)产气率及容积产气率分别稳定在245 m L·g-1、300 m L·g-1及0.74 L·L-1·d-1。但随着运行时间延长,回流天数达85 d时,虽然发酵液pH值和沼气中φ(CH4)无明显变化,但系统产气效率明显受到抑制。产气受抑制阶段与产气稳定阶段相比,TS产气率、VS产气率及容积产气率分别下降到186 m L·g-1、226 m L·g-1及0.56 L·L-1·d-1,下降幅度达24%。进一步分析表明,沼液中ρ(NH4+-N)下降到185 mg·L-1,下降幅度为71%;主要金属离子总质量浓度增加到4.13 g·L-1,增加幅度为342%。初步判断沼液全量连续回用会因氮含量严重下降和盐分积累致系统产气量下降,但真实原因还有待进一步研究。     

种植不同冬季作物对稻田甲烷、氧化亚氮排放和土壤微生物的影响

研究双季稻收获后填闲种植不同冬季作物在其生长季节内甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）的排放特征,对合理利用冬闲稻田、发展冬季作物生产及合理评价不同种植模式具有重要意义。采用静态箱-气相色谱法对冬季免耕直播黑麦草、紫云英和冬闲的双季稻田中CH4和N2O排放及其相关微生物数量变化进行了分析。在冬季作物生长期,不同冬季作物稻田CH4和N2O排放通量均显著高于对照（冬闲）,CH4和N2O排放通量均表现为免耕直播黑麦草〉免耕直播紫云英〉冬闲;免耕直播黑麦草和紫云英处理稻田CH4排放量分别为2.28和1.07 g·m^-2,分别比对照增加241.92%和60.63%;N2O排放量分别为0.59和0.48 g·m^-2,分别比对照增加71.93%和40.06%;各处理稻田土壤产甲烷细菌、甲烷氧化细菌、硝化细菌及反硝化细菌的数量变化范围分别为0.33×10^2 163.37×10^2 cfu·g^-1、11.05×10^3~245.68×10^3 cfu·g^-1、3.21×10^3~178.26×10^3 cfu·g^-1和10.47×10^5~198.88×10^5 cfu·g-1,免耕直播黑麦草和紫云英处理稻田土壤产甲烷细菌、甲烷氧化细菌、硝化细菌和反硝化细菌的数量均显著高于冬闲,其中免耕直播黑麦草处理稻田土壤的产甲烷细菌、甲烷氧化细菌和硝化细菌数量显著高于免耕直播紫云英处理,而免耕直播紫云英处理稻田土壤反硝化细菌的数量则显著高于免耕直播黑麦草处理。研究结果显示,种植不同冬季作物能促进稻田生态系统中CH4和N2O的排放,而这两种气体的排放量与稻田土壤产甲烷细菌、甲烷氧化菌、硝化细菌和反硝化细菌数量变化密切相关。     

水稻土甲烷氧化菌对镉胁迫的响应

重金属污染影响土壤微生物群落结构与活性,间接影响土壤碳（如CO2、CH4）的生物地球化学循环和全球气候变化。甲烷氧化菌氧化消耗CH4,降低大气中CH4含量,在缓解由温室气体导致的全球温暖化方面起着重要作用。本研究通过短期土壤培养实验,比较研究了不同强度重金属镉（Cd）胁迫下,水稻土中甲烷氧化菌的多度、群落组成及其氧化CH4潜势的差异。结果表明,添加Cd含量越大,水稻土氧化CH4潜势越弱,甲烷氧化菌pmoA基因拷贝数显著减少;甲烷氧化菌多度与水稻土氧化CH4潜势之间存在显著正相关关系（P〈0.001）。群落组成分析发现,在相对低含量Cd（1 mg.kg-1）条件下,有新的甲烷氧化菌菌属出现,而添加较高含量Cd（10 mg.kg-1）时甲烷氧化菌种类减少。总之,Cd胁迫降低水稻土中甲烷氧化菌多样性及其氧化CH4潜势,可能导致原位CH4消耗减少,从而增加稻田CH4排放。     

耕种方式对稻田甲烷排放的影响

通过田间试验研究了稻田2种土壤耕作强度(深翻耕和浅旋耕)和3种水稻栽培方式(直播、抛秧和插秧)下的CH4排放规律,以探讨稻田土壤耕作强度和水稻栽培方式对CH4排放的影响。结果表明,各水稻栽培方式下,深翻耕和浅旋耕稻田CH4排放季节变化趋势一致。土壤耕作强度对稻田CH4季节排放总量的影响受水稻栽培方式的制约:抛秧方式下,浅旋耕与深翻耕处理相比,稻田CH4排放量减少31.37%(P0.05);而直播和插秧方式下,2者CH4季节排放总量相当。水稻栽培方式显著影响稻田CH4排放季节变化规律:直播稻田CH4排放大致呈现"双峰型"模式,且水稻生育前期CH4排放水平较低;而移栽稻田(抛秧和插秧)CH4排放大致呈现"三峰型"模式,且水稻生育前期CH4排放水平较高。与深翻耕抛秧相比,深翻耕直播和深翻耕插秧稻田CH4排放分别减少23.31%和42.51%;而浅旋耕方式下,3种水稻栽培处理CH4季节排放总量相当。降低土壤耕作强度,以浅旋耕代替深翻耕,可以减少耕作对土壤的扰动,在一定程度上减少稻田CH4排放。与水稻移栽相比,水稻直播能够显著降低水稻生育前期CH4排放,具有一定的CH4减排潜力,但仍需加强中后期田间水分管理。     

水肥管理对稻田土壤甲烷和氧化亚氮排放的影响

就稻田水肥管理对甲烷和氧化亚氮排放的影响研究进行了综述。文献分析表明,甲烷和氧化亚氮的排放条件存在明显的反位关系,即有利于甲烷排放的水分条件往往不利于氧化亚氮的排放。稻田温室气体的排放与水分管理的历史有明显的关系,不同的肥料施用对甲烷和氧化亚氮排放影响的机制不同。因此,要真正有效地控制温室气体的排放必须首先弄清甲烷和氧化亚氮在不同条件下的排放关系。     

纳米氧化铁对水稻土CH4和N2O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CH4和N2O气体排放情景,设置相同水平的微米氧化...     

不同化肥对水稻土中Cu吸附行为的影响

通过等温吸附试验,研究Ca(NO3)2、NH4CI、NH4NO3、CO(NH2)2、KH2PO4和KCI 6种化肥对土壤中Cu吸附行为的影响.结果表明,添加CO(NH2)2使土壤中Cu的吸附率和分配系数增大,NH4NO3、KCI、NH4Cl和Ca(NO3)2则使其明显减小,KH2PO4对土壤Cu吸附的影响作用与Cu离子浓度有关.不同化肥处理土壤中Cu的吸附势E0顺序为:CO(NH2)2>CK>NH4NO3>Ca(NO3)2>KCI>NH4CI>KH2PO4.6种化肥对土壤中Cu吸附行为的影响作用为:KH2PO4>CO(NH2)2>CK>NH4NO3>KCI>NH4CI>Ca(NO3)2.由于不同化肥对土壤中Cu吸附行为的影响不同,因此在Cu含量较高的土壤上种植时应合理选择施用化肥,以避免土壤中Cu的迁移转化,降低其生物有效性.     

生物质炭施加对新成水稻土碳组分及其分解的影响

将玉米芯热解炭化的生物质炭施加于长江沉积物新成土上发育的稻田土壤中,1 a后采集土壤并进行土壤碳分组及土壤培养;基于生物质炭与土壤的碳同位素丰度差异,量化生物质炭来源的有机质在土壤组分中的分布,分析施用生物质炭对土壤碳组分及其培养过程中分解动态的影响。结果表明,施用生物质炭可显著增加各级团聚体的有机碳含量,大部分(76%~90%)生物质炭以游离态形式存在于大团聚体(250μm)和微团聚体(50~250μm)外,少部分与微团聚体或20μm土壤矿质较紧密地结合。添加的生物质炭未促进土壤团聚体的形成。土壤中生物质炭自身的分解很弱,但不同程度地促进了原有土壤碳的分解。该试验初步证实,生物质炭单独施用未明显促进新成土上发育的稻田土壤有机碳的稳定,反之短期内可能加速土壤原有有机碳的分解。     

温度对东北平原水稻田甲烷排放的影响

水稻(Oryza sativa)田是农业环境中甲烷(CH_4)排放的重要来源。在东北水稻主产区三江平原和辽河平原开展典型水稻田CH_4排放监测、分析CH_4排放与温度之间的关系,对制定合理的减排措施来降低水稻田温室气体CH_4排放具有的一定参考意义。该研究将两地2017—2018年水稻田CH4的高频通量、温度、水稻生育期数据相结合,研究CH4的排放过程、不同时间尺度的排放特性及其在不同生育阶段对温度变化响应的敏感性。结果表明,2017年三江平原和辽河平原CH4的年排放量分别是26.77 g·m~(-2)和16.17 g·m~(-2)。两地2018年CH_4的排放量均比2017年明显增加,年际变化差异显著。三江平原6月和7月排放量最大,分蘖期是CH_4排放高峰,最大排放速率为0.127μmol·m~(-2)·s~(-1),非生长季基本无CH_4排放。辽河平原拔节抽穗期和成熟期是CH_4排放高峰,7月CH_4月排放量最高,拔节—抽穗期的排放速率增加至0.102μmol·m~(-2)·s~(-1),然后逐渐减少,生长季末出现第三个峰值,在非生长季存在CH_4排放弱日变化。2018年与2017年的气温持平,但5—9月土壤温度比2017年略有升高。三江平原生长季夜间CH_4排放与土壤温度符合指数相关关系,孕穗到排水前CH_4排放对温度变化最敏感(温度敏感性系数Q10=11.336),辽河平原只有泡田到返青期CH4排放与土壤温度符合指数相关关系(温度敏感性系数Q10=2.846)。三江平原和辽河平原典型水稻田的灌溉制度、淹水条件、种植方式基本相同,而辽河平原水稻田CH_4排放比三江平原水稻田低。土壤温度变化对三江平原水稻田CH_4排放速率的影响比辽河平原强。     

施肥对稻田甲烷与氧化亚氮排放的影响

大气温室气体浓度的升高引起太阳辐射加强,导致全球变暖已成为不争的事实。农田是温室气体排放的重要来源之一,采用静态箱-气相色谱法探讨不同氮肥类型与施氮水平对华南稻田甲烷（CH4）与氧化亚氮（N2O）排放的影响。试验共设置5个处理,每处理3次重复,分别（以N计）为U6（90 kg·hm-2）,U10（150 kg·hm-2）,U12（180 kg·hm-2）,SR10（150 kg·hm-2,缓释肥）,CR10（150 kg·hm-2,控释肥）。各处理磷钾肥用量一致,分别为45 kg·hm-2（以P2O5计）和127.5 kg·hm-2（以K2O计）。研究结果表明：稻田CH4与N2O排放量随氮肥用量的增加呈增加趋势。晚稻CH4排放呈单峰型,其峰值出现在水稻移栽后16~23 d,N2O排放并未出现明显的排放峰。CH4累积排放主要发生在返青-分蘖初期和分蘖盛期-幼穗分化期两个时段,而N2O的累积排放主要集中在灌浆-成熟期（U6处理除外）。不同氮肥类型处理CH4季节排放总量与平均排放量表现为：处理SR10〉处理U10〉处理CR10,其中,控释肥处理甲烷排放总量较常规尿素处理减少了11.3%;而N2O季节排放总量与平均排放量表现为：处理CR10〉处理U10〉处理SR10。综上,初步认为氮肥的施用能够促进CH4与N2O的释放,缓释肥处理能有效减少稻田N2O的排放,而控释尿素处理能明显降低稻田CH4气体的排放,且稻田CH4与N2O的排放存在一定的互为消长关系,因此如何平衡稻田甲烷与氧化亚氮释放,使稻田增温潜势最小化是下一步研究的重点和方向。