凤眼莲深度净化污水厂尾水生态工程中温室气体的排放特征

构建凤眼莲(Eichhornia crassipes)三级串联净化塘生态工程,对村镇污水处理厂尾水进行深度处理,采用自主研发的原位收集气体装置联合气相色谱法,于2015年8—11月采集并监测生态工程中排放的温室气体(CO_2、CH_4和N_2O),分析其排放特征,并探讨主要水体环境因子与气体释放之间的相关性。结果显示,生态工程对尾水TN和TP具有良好的净化效果,去除率分别达68.07%和64.21%;出水TN和TP浓度接近GB 3838—2002《地表水环境质量标准》的Ⅴ类标准。运行期间,生态工程中CO_2、CH_4和N_2O平均排放通量分别为0.058、0.076和1.539 mg·m~(-2)·h~(-1),实验期内CO_2、CH_4和N_2O累积释放总量分别为1.273、1.685和33.59 kg。CO_2和CH_4排放通量呈现明显的季节变化特征,夏季释放通量远高于秋季,N_2O排放通量未表现明显季节变化特征;沿生态工程水流方向上,CO_2、CH_4和N_2O排放通量均呈现先升高后降低的变化趋势。相关性分析结果表明,CO_2和CH_4排放通量与水温呈显著正相关(P0.05),CO_2排放通量分别与pH值和DO呈显著负相关(P0.05),CH_4排放通量分别与pH值和DO呈负相关(P0.05);N_2O排放通量分别与TN和NO_3~--N浓度呈正相关(P0.05)。     

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。     

模拟酸雨对大豆田土壤N_2O通量及植株和土壤氮含量的影响

氧化亚氮(N_2O)是一种重要的温室气体,而农田生态系统是N_2O的重要排放源。酸雨是中国重要的环境问题,然而少有研究关注酸雨对农田土壤N_2O排放的影响。在大豆(Glycine max(Linn.)Merr.)生长季开展了2年的田间模拟酸雨试验,设置了pH值分别为6.7(对照,CK)、4.0(T_1)、3.0(T_2)和2.0(T_3)的4个不同酸雨处理水平,采用静态箱-气相色谱法测定N_2O排放通量,以研究模拟酸雨对大豆田土壤N_2O排放通量及植株与土壤氮含量的影响。结果表明:与CK相比,酸雨没有改变土壤N_2O排放的季节性规律,虽然整个大豆生长季土壤N_2O平均通量并没有显著变化,但在第二年大豆鼓粒期,与CK相比,T_1和T_3处理使土壤N_2O平均排放通量分别显著增加35.1%(P=0.020)和71.2%(P=0.000)。通过植株和土壤理化分析发现,酸雨处理显著降低了开花—结荚期大豆植株地下生物量,T_1和T_3处理的地下生物量分别下降了31.93%(P=0.039)和24.30%(P=0.027)。在分枝期、开花—结荚期和鼓粒期,各酸雨处理不同程度地降低了叶片可溶性蛋白质含量;在开花—结荚期,酸雨各处理均降低了叶片全氮和硝态氮含量。酸雨处理没有显著改变土壤有机碳及全氮含量,但在分枝期和开花—结荚期,酸雨处理显著减少了土壤硝态氮含量。     

添加生物炭对东台滨海区杨树人工林3种温室气体排放的长期影响

为了解施用生物炭对杨树人工林土壤CO_2、CH_4、N_2O3种温室气体排放的长期影响及其主要调控机理,以东台国有林场杨树人工林为对象,设置低生物炭添加量(D,40 t·hm~(-2))、中生物炭添加量(Z,80 t·hm~(-2))、高生物炭添加量(G,120 t·hm~(-2))及对照(CK,0 t·hm~(-2))4种不同处理,采用静态箱-气相色谱法对CO_2、CH_4、N_2O3种温室气体的排放速率进行了多次测定,同时测定分析了土壤含水率、土壤酶活性等土壤理化及生化指标,为阐明生物炭对杨树人工林生态系统的长期影响提供理论依据。结果表明:(1)对照样地土壤CO_2排放速率变化范围为123.428-412.066mg·m-2·h-1,中、高生物炭添加处理显著促进了土壤CO_2的排放(P=0.001、0.000),分别导致CO_2年平均排放速率增加了21%和20%;(2)对照样地土壤CH4排放速率变化范围为0.578-1.405 mg·m-2·h-1,中、高生物炭添加处理显著抑制了土壤CH_4的排放(P=0.000、0.000),分别导致CH4年平均排放速率降低了21%和33%;(3)对照样地土壤N2O排放速率变化范围为0.124-0.297mg·m-2·h-1,中、高生物炭添加处理显著抑制了土壤N2O的排放(P=0.003、0.000),分别导致N_2O年平均排放速率降低14%和37%;(4)土壤CO_2排放主要与土壤微生物量C(MBC)、水溶性有机碳(DOC)、全氮(TN)、蔗糖酶活性(IA)呈显著正相关关系(P=0.000、0.000、0.013、0.000),与土壤微生物量N(MBN)、土壤微生物量P(MBP)呈显著负相关关系(P=0.000、0.000);(5)土壤CH4排放和N2O排放主要与MBN、MBP、土壤含水率(SMC)、蛋白酶活性(PA)、脲酶活性(UA)、IA呈显著正相关关系(PCH4=0.011、0.009、0.005、0.000、0.000、0.007;PN2O=0.021、0.024、0.002、0.000、0.001、0.019),与MBC、DOC、TN呈显著负相关关系(PCH4=0.000、0.003、0.002;PN2O=0.001、0.012、0.001)。综上,添加生物炭导致了土壤N、P养分有效性增加和蛋白酶、脲酶等相关酶活性降低,可能是本区域生物炭调控杨树人工林土壤3种温室气体排放的主要机制。     

黄河三角洲养殖塘水-气界面CO_2、CH_4和N_2O通量特征

随着经济的增长和人口的增加,沿海地区养殖业迅速发展,故养殖区水-气界面的CO_2、CH_4和N_2O交换通量对大气中温室气体浓度的影响不容忽视。以黄河三角洲神仙沟(桩11)南部的养虾塘为研究对象,于2013年6月—2014年4月,采用漂浮箱-气相色谱法对养殖塘白天水-气界面CO_2、CH_4和N_2O通量进行观测,并同步测定养殖塘部分环境因子。结果表明,黄河三角洲养殖塘CO_2、CH_4和N_2O的通量范围分别为-71.140 3~7.278 6、-0.005 8~0.016 5、-0.002 0~0.007 9 mg·m~(-2)·h~(-1),均值分别为-36.347 5、0.005 9、0.002 7 mg·m~(-2)·h~(-1),整体上表现为从大气吸收CO2的汇和向大气排放CH_4和N_2O的源。养殖塘温室气体通量存在明显的季节变化特征,在温度较高的夏秋季,CH_4和N_2O排放通量较大。相关性分析结果表明,温度、盐度、SO_4~(2-)、Cl~-和磷水平对养殖塘温室气体具有一定的影响,且盐度与N_2O通量、SO_4~(2-)浓度与CO_2通量之间的相关性达到显著水平。黄河三角洲养殖塘温室气体通量与自然水体和其他地区养殖塘存在较大差异,其中,地理位置的差异、养殖方式、杀菌剂的使用等环境因子和人为因素的作用显著。此外,养殖塘作为受人为干扰严重的水体,表现为多因子共同作用的结果,这一结论还有待于进一步的研究。研究结果对于综合评价水产养殖对区域气候变化的影响,深化人类活动对全球变暖的影响认识具有一定意义。     

生物可降解膜覆盖对水稻温室气体排放及产量的影响

为了探究生物可降解膜覆盖对水稻温室气体及产量的影响,选取南北稻区开展大田试验,利用静态箱-气相色谱法,监测生物可降解膜覆盖机插(BM)和不覆膜机插(CK)处理稻田的甲烷(CH_4)和氧化亚氮(N_2O)排放通量并进行分析。结果表明:南北生态区BM处理均能显著降低稻田CH_4排放量,降幅分别为43.5%和52.4%,其减排效果主要体现在BM处理能够显著降低甲烷排放峰值,进一步分析与CH_4排放相关的土壤产甲烷菌((mcrA)和甲烷氧化菌(pmoA)丰度变化,发现南北生态区BM处理均能显著降低土壤产甲烷菌丰度,并提高甲烷氧化菌丰度,变化规律与CH4排放基本一致;对稻田N_2O排放量的影响,南北生态区存在差异,南方BM处理与CK相比,N_2O排放量显著减少47.9%,而北方N_2O排放量略高于CK。生物可降解膜覆盖机插种植能够提高土壤温度,尤其对于北方生态区增温效果更好,生育前期月平均增温达到2.9℃,能提高土壤微生物活性,且改变了土壤的理化性质及土壤养分含量,与CK相比,BM处理能增加土壤全氮和有机碳含量,北方生态区,在水稻成熟期分别显著增加14.8%和27.1%,南方生态区差异不显著;从产量上看南北生态区BM处理与CK相比均达到显著增产效果,南方增产4.1%,北方增产8.7%,且对稻田温室气体排放强度(GHGI)也有显著的抑制作用,降幅分别为46.6%和56%;生物可降解膜覆盖机插种植能够显著降低稻田温室气体的增温潜势(GWP),提高水稻产量,为水稻绿色高效生产提供新的途径。     

不同施氮措施对冬小麦农田土壤温室气体通量的影响

农田生态系统是大气中温室气体重要的排放源,其温室气体排放量占全球人为活动产生总量的10%-12%,减少农田生态系统温室气体的排放,对于减少温室气体排放总量,缓解全球变暖具有积极的作用。以河南省平顶山市冬小麦农田为研究对象,设置5种施氮措施,分别为:尿素+脲酶抑制剂(U+HQ)、尿素+硝化抑制剂(U+DCD)、尿素+脲酶抑制剂+硝化抑制剂(U+HQ+DCD)和包膜尿素(PCU),并以尿素(U)为对照,采用静态暗箱-气相色谱法测定分析了冬小麦栽培关键阶段N_2O、CO_2和CH_4通量及其累积通量。研究表明,3种温室气体通量均随小麦生长呈先降低后升高再降低的趋势。与U相比,其他4种施氮措施均减少N_2O累积通量,减排效果呈U+DCDPCUU+HQU+HQ+DCD的规律,其中U+DCD及PCU减排效果较显著,降幅分别为44.44%和20.99%(P0.05);除U+HQ外,U+DCD、U+HQ+DCD和PCU均显著降低了CO_2的累积排放量(P0.05),减排效果呈U+HQ+DCD (42.29%)PCU (40.84%)U+DCD (34.78%)U+HQ (6.07%)的规律;其他4种施氮措施均显著降低了CH4的累积吸收量(P0.05),其中U+DCD和U+HQ+DCD降幅较大,分别为48.21%和49.40%(P0.05)。与U相比,其他4种施氮措施均显著降低了温室气体全球增温潜势,减排效果呈PCUU+HQ+DCDU+DCDU+HQ,降幅分别为38.29%、36.64%、36.03%、6.54%(P0.05)。不同施氮措施对小麦产量有显著影响(P0.05),呈U+DCDU+HQUPCUU+HQ+DCD的规律。综合分析表明,普通尿素配施硝化抑制剂可以有效降低温室气体排放并提高冬小麦产量。     

多梯度增温对青藏高原高寒草甸温室气体通量的影响

高寒草甸是青藏高原重要的草地类型之一。目前增温对高寒草甸温室气体通量影响的研究较少,尤其在不同尺度的增温条件下,温室气体通量的响应尚不明确。因此,设置多梯度增温实验,模拟未来不同幅度增幅情况,对预测高寒草甸温室气体通量的变化具有重要意义。为深入地认识气候变暖对高寒草甸温室气体通量的影响,假设高寒草甸温室气体通量的周转速率在增温条件下随增温梯度而加快。在青藏高原纳木错地区高寒草甸,采用开顶箱法(Open-top chambers,OTCs)设置对照(T0,不增温)以及4个不同程度的增温处理(T1、T2、T3、T4,分别增温1、2、3、4℃),结合静态箱-气相色谱法对增温处理后的CO_2、CH_4和N_2O通量进行同步观测。对3个生长季(2013—2015年)进行连续观测发现:(1)地下5 cm土壤3年的平均温度相对于对照处理分别增加1.73℃(T1)、1.83℃(T2)、3.03℃(T3)和3.53℃(T4);(2)高寒草甸生长季平均呼吸(CO_2)为(42.6±9.11)mg·m~(-2)·h~(-1),同时具有较强的CH_4吸收能力,达到(-47.96±8.76)μg·m~(-2)·h~(-1),其N_2O通量维持在较低水平,为(0.3±0.46)μg·m~(-2)·h~(-1);(3)在高寒草甸生长季,温室气体通量与温度以及水分均具有显著的相关关系,但增温未能显著改变生长季温室气体平均通量。以上结果表明,增温所引起的其他环境因素的改变(如伴随不同梯度增温下土壤水分变化的不确定性),导致高寒草甸在短期内进行内部调节,并维持温室气体通量稳定。     

西双版纳不同演替阶段热带森林土壤N_2O排放的时间特征

氧化亚氮(N_2O)是导致全球变暖的一种重要温室气体。探明热带森林土壤N_2O排放动态及调控机制是全球变化及国际气候谈判的一个重要内容。为探明热带森林不同次生演替对土壤N_2O排放通量时间变化的影响,以西双版纳不同演替阶段热带森林[白背桐(Mallotus paniculatus)群落、崖豆藤(Mellettia leptobotrya)群落和高檐蒲桃(Syzygium oblatum)群落]为研究对象,采用静态箱-气相色谱法对土壤N_2O排放通量动态进行定位观测。探究这些变化与土壤温度和水分及理化性质之间的相互关系。结果表明:(1)不同次生演替阶段热带森林土壤N_2O排放通量存在显著差异,其大小顺序为:高檐蒲桃群落(462.4μg·m~(-2)·h~(-1))崖豆藤群落(378.93μg·m~(-2)·h~(-1))白背桐群落(310.68μg·m~(-2)·h~(-1));(2)不同次生演替阶段热带森林土壤N_2O排放通量月份变化趋势基本一致,均表现为6月显著高于12月,且各月份间差异显著;(3)土壤易氧化有机碳、水解氮、硝态氮和铵态氮显著影响土壤N_2O排放通量的时间变化,而土壤容重和pH值与土壤N_2O排放通量呈显著负相关。因此,土壤N_2O排放对西双版纳不同演替阶段热带森林群落具有敏感的响应,土壤温度、水分、易氧化有机碳、水解氮、硝态氮及铵态氮是土壤N_2O排放时间变化的主控因素。     

陇东旱塬苜蓿草地N_2O排放特征及其对施氮的响应

采用LGR-N_2O/CO气体分析仪研究陇东旱塬苜蓿草地N_2O排放特征、影响因素及其对施氮的响应.试验设N0 kg hm~(-2)(N0)和150 kg hm~(-2)(N150)两个施氮处理.结果表明,监测期N0和N150处理的N_2O排放通量平均分别为-0.0036和0.0118 mg m~(-2) h~(-1),N150处理较N0处理明显增加.N_2O排放通量具有明显的日变化特征,表现为先降低后增加的趋势.回归分析表明,N_2O排放通量与表层10 cm土壤含水量表现为显著的正相关关系,降雨天N_2O排放通量较非降雨天值升高131.3%.同时,N_2O排放通量随着表层10 cm土壤温度的升高表现为减低的趋势.日排放特征表明,以9:00-11:00时测定的N_2O通量值为基础推算日尺度或更长时间尺度的N_2O排放通量时可能存在明显低估的现象.综上所述,陇东苜蓿草地N_2O排放受降水和施氮的深刻影响,且具有明显的日动态特征,建议通过仪器连续动态测定加强N_2O排放通量数据的准确性和代表性.     

有风条件下典型城市绿地对近地面大气温室气体含量分布的影响

以河南省新乡市典型城市公园作为研究对象,对公园周边道路、绿化带及公园内绿地等不同环境中近地面大气的CO_2、CH_4、N_2O含量进行监测,以探讨有风条件下城市绿地系统对近地面大气温室气体含量及分布的影响。结果表明,研究区域内CO_2、N_2O的含量分布受风的影响较为明显,2种风速条件(6.5 m·s~(-1)和5.5 m·s~(-1))下CO_2均表现出向下风向迁移的趋势,而N_2O趋向于向风向左侧积累。对比不同监测层次低层大气温室气体平均含量发现,城市公园内部CO_2含量低于道路和绿化带,风速较大(6.5 m·s-1)时各层次CO_2、N_2O含量低于风速较小环境,但不同风速条件下CO_2平均含量差异不显著;N_2O含量受风速的影响主要表现在公园中心处变化显著(P=0.005),在风速较大时该点N_2O含量低于周围研究区域(P0.05),低风速时期公园中心处N_2O含量增加,但与其他监测区域无显著差异。2种风速条件下CH_4平均含量在道路与公园中心处变化显著(P0.001),高风速条件下公园中心CH_4平均含量高于其他研究区域,而低风速时含量最低。综合研究结果表明,风条件改变了温室气体在公园景观系统中的传输,而绿地结构进一步影响了温室气体的扩散和累积,绿化带对道路源温室气体输送具有一定阻滞效应,使得公园内的综合增温潜势低于周围道路,说明该公园绿地系统具有调节局地微气象条件的生态功能。     

基于DNDC模型多因子对马铃薯田N_2O排放和产量的影响研究

如何在确保粮食保产增产的同时,减少农田温室气体排放,是中国应对全球气候变化的当务之急。为了探究氮肥对马铃薯(Solanum tuberosum)田土壤N_2O排放和产量的影响,以及更全面验证DNDC模型对于马铃薯田N_2O排放和产量预测的适用性,选择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(0 kg·hm~(-2))、低氮(75 kg·hm~(-2))、中氮(150 kg·hm~(-2))和高氮(225 kg·hm~(-2))4个施氮水平,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模型探究多因子对马铃薯田N_2O排放和产量的影响。结果表明,(1)DNDC模型对于马铃薯田N_2O排放和产量均具有较好的模拟效果。2017年和2018年N_2O排放模拟结果,模型效率指数EF分别在0.45-0.76和0.41-0.73之间。产量模拟结果,2017年:EF=0.91,R2=0.97,P=0.017;2018年:EF=0.85,R~2=0.95,P=0.027。(2)年降雨量、土壤有机碳含量(SOC)、土壤容重、土壤pH值对马铃薯生育期N_2O累计排放的影响较明显,且均呈现正相关关系。年降雨量、年均温度、CO2质量浓度、施氮水平对马铃薯产量的影响较明显,其中年降雨量、CO_2质量浓度、施氮水平与马铃薯产量呈正相关关系,年均温度与马铃薯产量呈负相关关系。(3)保持水分正常供给的前提下,该地区五日滑动平均温度稳定通过10℃后的5 d内播种马铃薯,即可保证马铃薯正常生长的温度条件,达到保产增产的目的。     

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)     

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.     

麦秸还田与土壤耕作对稻季CH_4和N_2O排放的影响

2008年在大田试验条件下,设置麦秸还田旋耕、麦秸不还田旋耕、麦秸还田翻耕、麦秸不还田翻耕4个处理,采用静态暗箱-气相色谱法田间原位观测稻麦两熟制农田水稻生长季CH_4和N_2O排放通量,研究小麦秸秆全量还田与土壤耕作两项技术措施对稻季CH_4和N_2O排放的影响及其温室效应,以期为稻麦两熟制农田温室气体减排提供对策.结果表明:麦秸还田对稻季CH_4排放总量的影响达极显著水平,麦秸还田与耕作方式的互作效应对CH_4排放总量有显著影响,麦秸还田和耕作方式对N_2O排放总量的影响均达极显著水平;不同麦秸还田与土壤耕作处理稻季OH4排放总量为:麦秸还田旋耕>麦秸还田翻耕>麦秸不还田翻耕>麦秸不还田旋耕,N_2O的排放总量为:麦秸不还田翻耕>麦秸不还田旋耕>麦秸还田翻耕>麦秸还田旋耕;与麦秸不还田相比,相同耕作措施下麦秸还用排放CH_44和N_2O所产生的全球增温潜势(GWP)明显提高.麦秸还田条件下旋耕处理的GWP高于翻耕处理,而"单位产量的GWP"无明显差异,麦秸不还田条件下采用旋耕措施较翻耕可减轻温室效应.     

秸秆腐熟剂对秸秆还田稻田CH_4和N_2O排放的影响

采用静态暗箱-气相色谱法对太湖地区稻田生态系统甲烷(CH_4)和氧化亚氮(N_2O)排放进行田间原位观测,研究秸秆与秸秆腐熟剂(金葵子腐熟剂与宁粮腐熟剂)配施条件下秸秆还田稻田CH_4和N_2O的排放规律。结果表明,相对秸秆还田处理(S),配施秸秆腐熟剂处理(SJ和SN)提前出现CH_4排放峰值,而对N_2O排放的季节变化趋势无明显影响。秸秆配施金葵子腐熟剂处理(SJ)和宁粮腐熟剂处理(SN)CH_4累积排放量(以C计)分别为363和388 kg·hm~(-2),N_2O累积排放量(以N计)分别为0.18和0.20 kg·hm~(-2)。相对于S处理,添加腐熟剂处理CH_4累积排放量分别增加2.5%和9.6%,N_2O累积排放量分别减少33.3%和25.9%。同时,水稻产量分别增加7.5%和11.1%,温室气体排放强度(GHGI)分别减少5.1%和1.7%。该研究可为评估秸秆腐熟剂对秸秆还田稻田系统CH_4和N_2O排放的综合影响提供科学依据。     

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)     

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。     

含水率与C/N耦合对驴粪堆肥过程中温室气体排放的影响

在全球气候变化背景下温室气体减排已成为当前研究热点之一。该研究通过研究含水率和C/N耦合对驴粪堆肥过程中的温室气体排放和全球增温潜势的影响,从中筛选出温室气体减排的含水率和C/N耦合模式,为实现堆肥过程中温室气体减排提供依据和参考。以驴粪堆肥为对象,采用静态箱-气相色谱法研究了不同C/N和含水率耦合,即W_1R_1(含水率:55%;C/N:25-1)、W_1R_2(含水率:55%;C/N:30-1)、W_1R_3(含水率:55%;C/N:35-1)、W_2R_1(含水率:60%;C/N:25-1)、W_2R_1(含水率:60%;C/N:30-1)、W_2R_3(含水率:60%;C/N:35-1)6种驴粪堆肥模式对温室气体排放和全球增温潜势的影响。结果表明,在堆肥过程中,堆温呈先升后降趋势,含氧量呈先降后升趋势,堆温和含氧量呈极显著负相关关系;低C/N、低含水率有利于堆温的升高。N_2O、CH_4、CO_2排放通量总体呈先升后降趋势,排放峰值分别出现在堆肥后24、8、16 d左右。6种堆肥模式下CH4、CO_2排放通量与堆温呈极显著正相关,CH4排放通量与含氧量呈极显著负相关。全球增温潜势大小顺序为W_2R_1W_2R_3W_1R_2W_1R_1W_2R_2W_1R_3。各处理均以CO_2累积排放量对全球增温潜势贡献最大,达到66.30%以上,N_2O贡献为2.07%-32.45%,CH4贡献低于1.54%。综合考虑堆温和全球增温效应,建议采用W_1R_3堆肥模式。     

不同灌溉模式和施氮处理下稻田N_2O排放与反硝化酶活性的关系

通过大田试验,研究不同灌溉模式和施氮处理对晚稻和早稻不同时期稻田N_2O排放和硝酸还原酶(NR)、亚硝酸还原酶(NiR)和羟胺还原酶(HyR)活性的影响,并分析稻田N_2O排放通量与NR、NiR和HyR活性的关系.两季试验均设3种灌溉模式[常规灌溉(CIR)、"薄浅湿晒"灌溉(TIR)以及干湿交替灌溉(DIR)]和2种施氮处理(N1:100%尿素;N2:50%尿素+50%猪粪).结果表明:N2处理下,TIR模式早稻产量较CIR模式提高20.9%,DIR模式早稻产量和两季总产量较CIR模式分别提高37.4%和21.6%.相同施氮处理下,CIR模式土壤NR和NiR活性大于DIR模式,DIR模式土壤HyR活性在分蘖期、孕穗期和乳熟期显著大于CIR模式.与N1相比,CIR模式下N2处理土壤NR和NiR活性在孕穗期分别提高12.5%-15.1%和12.2%-25.4%;TIR模式下N2处理土壤NiR活性在分蘖期和孕穗期分别提高11.9%-16.9%和17.6%-27.1%,以及土壤HyR活性在乳熟期和成熟期分别提高34.3%-40.8%和10.1%-41.8%;DIR模式下N2处理土壤NiR活性在乳熟期和成熟期分别提高18.0%-26.1%和4.9%-12.9%,以及土壤HyR活性在孕穗期提高27.2%-40.3%.DIR和N2互作显著降低分蘖期和乳熟期土壤NR活性,提高土壤HyR活性.CIR和TIR模式稻田N_2O排放主要集中在乳熟期和成熟期,不同处理两季水稻N_2O总排放量的顺序为DIR-N2DIR-N1TIR-N2CIR-N2TIR-N1CIR-N1;两季稻田N_2O排放通量与Hy R活性显著正相关(相关系数为0.423-0.431).因此DIR和N2互作提高了稻田水稻产量、N_2O排放量以及分蘖期、乳熟期土壤HyR活性,但降低了土壤NR活性,且土壤HyR活性显著影响N_2O排放通量,其结果可为稻田N_2O减排提供依据.