生物质炭对双季稻田土壤反硝化功能微生物的影响

目前,基于田间条件下生物质炭添加对稻田反硝化微生物的调控效应还不甚明确.为此,本研究采用小区试验,通过在双季稻田添加不同量的小麦秸秆生物质炭(0、24和48 t·hm-2,分别用CK、LC和HC代表),结合实时荧光定量PCR(q PCR)和末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)分析技术,研究了生物质炭添加对双季稻田休闲季和水稻季土壤反硝化微生物相关功能基因(调控硝酸还原酶的nar G基因,亚硝酸还原酶的nir K基因和氧化亚氮还原酶的nos Z基因)的影响.由于生物质炭呈碱性,添加到土壤后,可提高稻田休闲季土壤p H 0. 2～0. 8个单位.生物质炭本身含有部分可溶性N,因此,添加生物质炭可增加休闲季土壤铵态氮(NH_4~+-N)和硝态氮(NO_3~--N)含量,增幅分别达21. 1%～32. 5%和63. 0%～176. 0%,但由于其吸附作用,降低了水稻季NH_4~+-N含量48. 8%～60. 1%.生物质炭添加增加了休闲季微生物生物量氮(MBN)含量,这可能是由于生物质炭较大的比表面积为微生物生存提供了适宜的环境,可利用养分的增加促进了微生物的生长.与对照相比,休闲季生物质炭引起的NH_4~+-N和NO_3~--N含量增加,促进NH_4~+-N向NO_3~--N的转化,进而增加nar G和nos Z的基因丰度(P0. 05),同时,生物质炭处理p H的提高促进了nos Z的基因丰度的增加,显著改变了反硝化功能基因nar G和nos Z的群落结构,并以此对反硝化作用产生影响,但未对休闲季氧化亚氮(N_2O)排放产生影响.而在水稻季,生物质炭增加了土壤nos Z的基因丰度(P 0. 05),HC处理增加了nir K基因丰度(P 0. 05),这也是导致水稻季HC处理N_2O排放增加的重要原因.生物质炭通过降低水稻季土壤NH_4~+-N含量,改变了nir K和nos Z基因的群落结构,而nar G基因群落结构的变化影响了土壤N_2O排放.综上所述,生物质炭可通过改变双季稻田土壤性质,来影响参与土壤反硝化作用的相关微生物,进而影响土壤N_2O排放及NO_3~--N的淋失.     

地膜覆盖对土壤中N2O排放通量的影响

田间试验研究了西北干旱半干旱地区地膜覆盖对土壤中N2O排放通量变化的影响.结果表明,在小麦生长期内,地膜覆盖措施使N2O排放通量在扬花期最高,成熟期最低;N2O排放通量的增加幅度在小麦分蘖期最高,扬花期最低.在土壤剖面上,随着土壤深度的增加,5,10,20cm土层处N2O排放通量依次递增;地膜覆盖措施使N2O排放通量的增加幅度在10cm土层处为最高.地膜覆盖使土壤中N2O排放通量增加.     

农田土壤N2O排放过程影响因素研究进展

本文主要阐述了土壤水分、温度等理化性质,NH4 -N和NO3--N含量,土壤有机质等因素对农田土壤产生N2O过程的影响的研究进展.     

2种生物质炭对土壤表面结构的影响

以小麦秸秆为原料,在300℃和600℃下制备了2种生物质炭(BC300和BC600),考察了生物质炭添加到土壤后对土壤微孔结构的影响,研究结果表明,在土壤中添加1%的BC300和BC600,土壤的总比表面积由(5.4±0.06)m2/g分别增加到(6.7±0.08)m2/g和(7.7±0.08)m2/g,总孔容由(14.9±0.42)μL/g分别增加到(18.6±0.34)μL/g和(17.2±0.31)μL/g,平均孔径由(13.8±0.38)nm分别降低到(11.1±0.21)nm和(9.0±0.19)nm。     

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.     

生物炭对潜流人工湿地污染物去除及N2O排放影响

生物炭作为一种生物质废弃物的热解产物,逐渐被应用于受污染水体治理.生物炭具有提高孔隙、吸附氮磷、控制温室气体排放等作用.通过在温室内构建生物炭投加比为40%、30%、20%、10%和0%的微型潜流湿地系统(分别命名为BW-40、BW-30、BW-20、BW-10和CW-K),探究生物炭投加对湿地污染物去除及N_2O排放的影响.结果表明,投加生物炭可以提高出水氧化还原电位(oxidation-reduction potential,ORP),降低电导率(conductivity,Cond),但影响均不显著(P 0. 05).5组湿地系统中化学需氧量(COD)去除率均达到90%,但随着生物炭投加比的增加,氨氮(NH_4~+-N)和总氮(TN)的去除效果显著提高(P 0. 05).湿地NH_4~+-N平均去除率为(34. 76±14. 16)%～(57. 96±10. 63)%,TN平均去除率为(70. 92±5. 68)%～(80. 21±10. 63)%.各湿地系统N_2O的平均释放通量在13. 53～45. 30 mg·(m~2·d)~(-1)之间,生物炭投加可以通过减少亚硝态氮(NO_2~--N)累积浓度和积累时间,实现N_2O减排,并显著减少湿地中N_2O排放占TN去除的百分比(P 0. 05). 40%的生物炭投加比可以实现70. 13%的N_2O减排效果.     

南极菲尔德斯半岛植被土壤N2O排放特征

应用密闭箱法首次测定了南极菲尔德斯半岛苔藓、地衣植被土壤N2 O的排放通量 ,并估算了该半岛植被区土壤在夏季 2个月内N2 O的排放总量 .结果表明 :在晴天和雨天 ,苔藓土壤N2 O的排放通量与温度有较好的响应关系 ,呈现单峰型变化趋势 ;但在雪天 ,与温度的变化不一致 ;苔藓、地衣这 2种不同的植被土壤N2 O排放通量日变化基本一致 ;温度是影响苔藓土壤N2 O的排放通量季节变化的主要因子 ,同时还受降水的影响 ,干湿交替有利于N2 O的排放 ;苔藓土壤N2 O的排放总量为 3 .71 52kg ;地衣土壤N2 O的排放总量为 2 .53 4 4kg .由此可见 ,南极菲尔德斯半岛苔藓、地衣植被土壤N2 O排放量虽然很小 ,但仍起着大气N2 O源的作用     

影响森林土壤N2O排放和CH4吸收的主要因素

利用正交试验设计法对长白山阔叶红松林土壤进行培养试验,考察了温度、水分、pH、NH^ 4及NO3^-对森林土壤N2O排放和CH4吸收的影响。结果表明：在本试验设计的因素、水平条件下,pH和温度对N2O排放速率和CH4氧化速率的影响是显著的。N2O排放速率和CH4吸收速率分别与5因素进行多元回归的结果显示：二者均与土壤pH和温度呈显著正相关关系。并且,在本实验条件下,N2O排放速率与CH4吸收速率间呈显著线性正相关关系。     

地表UV-B辐射增强对土壤-冬小麦系统呼吸速率和N2O排放的影响

通过室外盆栽实验,用静态箱-气相色谱法测定土壤-冬小麦系统的呼吸速率和N20排放通量,研究了UV-B辐射增强20%对土壤-冬小麦系统的呼吸速率和N2O排放的影响.结果表明,相同的气象条件和田间管理下,UV-B辐射增强处理对呼吸速率和N2O排放的季节变化模式无明显影响.在返青期,UV-B辐射增强显著降低了土壤-冬小麦系统的呼吸速率,但对N2O的排放通量没有产生显著影响;在拔节孕穗期,UV-B辐射增强处理显著降低了土壤-冬小麦系统的呼吸速率和N2O的排放通量;在抽穗-成熟期,UV-B辐射增强处理对土壤-冬小麦系统的呼吸速率和N2O的排放没有显著影响.返青-齐穗期,UV-B增强处理显著降低土壤-冬小麦系统的N2O累积排放量;但从齐穗开始至小麦成熟,UV-B增强处理对土壤-冬小麦系统的N2O累积排放量没有显著影响.     

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N₂O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N₂O排放通量和作物产量,旨在揭示不同种类有机肥及其用量对潮土N₂O排放和作物产量的影响效应.田间试验共设置8个处理,分别为不施肥(CK)、化肥氮(NPK)、 40%牛粪氮+60%化肥氮(CM)、 40%鸡粪氮+60%化肥氮(FC)、 40%猪粪氮+60%化肥氮(FP)、 20%牛粪氮+80%化肥氮(1/2CM)、 20%鸡粪氮+80%化肥氮(1/2FC)和20%猪粪氮+80%化肥氮(1/2FP).整个玉米季N₂O排放通量均与土壤WFPS显著正相关(P<0.05).除NPK处理外,玉米季N₂O排放量与土壤可溶性有机碳(DOC)平均含量存在显著的线性关系.玉米季CK处理N_2<...     

华北平原农田管理措施对冬小麦-夏玉米轮作系统N2O和CH4排放的影响

华北平原是我国重要的粮食生产基地,其农业生产对N_2O和CH_4也具有重要影响.本研究设置包括3类不同农田管理措施的田间试验,即免耕(No-tillage,N)/旋耕(Rotary,T)、秸秆清茬(Cleaning,S0)/还田(Straw,S1)以及不同氮肥水平(常规氮肥(F2),优化氮肥(F1)和空白处理(F0)),分析对产量、N_2O和CH_4排放的影响以及与土壤性状的关系.结果表明,优化氮肥能保持和当地常规氮肥水平相同的粮食产量,同时可以有效降低温室气体CO2-eq(45.4%).秸秆还田可以显著降低N_2O的排放,其中在夏玉米季效果尤为明显.施用氮肥能够抑制土壤对CH_4的吸收.夏玉米季是N_2O排放的主要时期(N_2O累积排放占全年的59%~78%).土壤NO-3含量、WFPS和土壤温度都对N_2O有显著影响.主效应和交互作用分析证明,氮肥水平对两季作物产量、秸秆还田对冬小麦的产量有显著影响;耕作方式与氮肥水平、秸秆还田分别对两季作物产量和CH_4有极显著的交互作用,秸秆处理和氮肥水平对CH_4排放和冬小麦产量有显著的交互作用;三因素的交互作用体现在对冬小麦产量和两季作物的总产量有显著影响.在华北平原当前氮肥水平上降低30%仍能维持和当地常规农业管理措施相同的作物产量,降低N_2O和CH_4排放45%以上,秸秆还田体现出降低N_2O排放以及长期提高土壤有机碳水平的效益.     

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.     

氮肥和秸秆还田方式对麦玉轮作土壤N2O排放的影响

为探究氮肥和秸秆还田方式对N₂O排放的影响,本研究在关中地区冬小麦-夏玉米轮作模式下,采用双因素裂区设计,主区为常规施氮(G)和减量施氮(70%G);副区为秸秆不还田(N)、秸秆还田(S)和秸秆还田+生物炭(SB),分析对N₂O排放和产量的影响及与相关影响因子间的关系.结果表明,小麦季和玉米季各处理在施肥后第5～16d内相继出现N₂O排放高峰,在降雨后也出现N₂O排放峰值.N₂O通量和土壤温度、NH₄⁺-N含量呈显著正相关.在同等施氮水平下,S处理增加了N₂O排放量,SB处理可降低N₂O排放量,S和SB处理均能显著增加作物产量,且SB增产幅度更大; 70%G水平的N₂O年排放量较G水平减少了40%～48%,而产量并没有明显减少.综合考虑,在常规施氮基础上减氮30%配合秸秆+生物炭,在保证作物高产的同时,N₂O减排效果最好.     

地膜覆盖和生物炭添加对菜地N2O排放的影响

为研究生物炭添加(B0:0 t·hm^-2、 B20:20 t·hm^-2、 B40:40 t·hm^-2)和地膜覆盖（FM:覆膜、 NM:不覆膜）对菜地N₂O排放的影响,以西南大学农场内辣椒-萝卜轮作菜地为研究对象,采用静态暗箱/气相色谱法进行为期1 a的田间原位观测.共设置6个处理,分别为NMB0（CK）和FMB0、 NMB20和FMB20、 NMB40和FMB40.结果表明,FM显著提高辣椒季土壤中铵态氮和硝态氮含量（P<0.05）,而对萝卜季土壤环境因子均无显著影响.与NM相比,辣椒季FM分别对B0、 B20和B40处理下的N₂O排放提高了52.87%、 52.97%和52.49%（P<0.05）,但萝卜季FM对N₂O排放无显著影响.生物炭对辣椒和萝卜季土壤环境因子均无显著影响.萝卜季生物炭添加减少了28.76%～67.88%的N₂O排放（P<0.01）,辣椒季生物炭添加对N₂O排放无显著影响...     

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.     

昼夜增温对大豆田土壤N2O排放的影响

通过田间试验,用静态箱-气相色谱法测定N2O排放通量,研究昼夜增温对大豆田土壤N2O排放的影响.结果表明,增温没有改变大豆田土壤N2O排放通量的季节性变化规律.整个生长季,与对照相比,增温土壤N2O平均排放通量增加了17.31%(P=0.019),累积排放量显著增加了20.27%(P=0.005).对照与增温处理土壤N2O排放通量与土壤温湿度均呈显著性相关关系,对照与增温土壤的N2O排放温度敏感系数分别为3.75和4.10.整个生育期,增温显著增加了植株地上和总生物量、叶片硝酸还原酶活性和全氮含量,显著降低了叶片NO3--N含量;显著增加了土壤NO3--N含量,但对土壤有机碳及全氮含量没有显著影响.本研究表明,昼夜增温显著增加了大豆田土壤N2O的排放.     

渗滤液灌溉土壤N2O释放及氨挥发的研究

选用2种供试土壤（S1和S2）,通过培养试验研究了渗滤液投加土壤后N₂O释放、氨挥发及矿物氮的转化,并讨论了土壤理化性质对上述过程的影响.土壤pH值较大程度地决定了氨的挥发,仅投加渗滤液的碱性土S1在培养期的前5 d内测到氨挥发,通过氨挥发共损失了约3.0‰的渗滤液氮.投加同等含量的渗滤液后,不同土壤可导致N₂O释放量近20倍的差异(p<0.01).土壤含水率（WFPS）影响了土壤中硝酸盐氮的生成速率,从而制约了N₂O释放通量的高低.与WFPS为46%时相比,投加蒸馏水的土壤S1、投加渗滤液的土壤S1和土壤S2在WFPS为70%的条件下N₂O的释放通量均值分别提高了6.5 (p>0.05)、 1.8(p>0.05)和2.2倍(p<0.05).渗滤液投加土壤在10 d培养期内,土壤S1和S2因N₂O释放分别损失了41.1‰和2.3‰的渗滤液氮.为此,控制灌溉土壤的含水率(<70% WFPS),并选用酸性土壤可有效地控制渗滤液灌溉下N₂O的释放和氨挥发.     

控释尿素对黄河故道沙性潮土N2O排放的影响

建立田间原位试验,采用静态箱-气相色谱法,研究了常规尿素及其与硫包膜和聚氨酯包膜控释尿素配施(比例分别为30%∶70%、 50%∶50%和70%∶30%)对黄河故道沙性潮土玉米生长季氧化亚氮(N_2O)排放的影响.研究发现:常规尿素处理N_2O排放量(以N计,下同)为1.78 kg·hm~(-2),排放系数为0.38%;与之相比,配施30%、 50%和70%硫包膜尿素处理的N_2O排放量分别降低了1.12%、 22.5%和11.2%,排放系数下降2.63%～26.3%.相反,配施聚氨酯包膜尿素处理增加N_2O排放量0.02～0.41 kg·hm~(-2),其中70%聚氨酯包膜尿素处理增幅最大,达到23.0%.回归分析表明,各处理N_2O排放通量与10 cm处土温、土壤NH~+_4-N和NO~-_3-N含量呈极显著正相关(P0.01),而与土壤孔隙含水量和溶解性有机碳含量无显著关系.与常规尿素相比, 50%常规尿素+50%硫包膜控释尿素处理玉米产量略有增加,而30%常规尿素+70%硫包膜尿素处理稍微降低了玉米产量,但不显著(P0.05).因此,控释肥减缓土壤N_2O排放以及对作物产量的影响主要受控于包衣材料.     

生物炭对热带地区辣椒种植土壤N2O排放及其功能基因的影响

生物炭具有一定的增产和减少N₂O排放效果,但关于其相关氮循环微生物作用的动态变化过程了解较少.为探明热带地区生物炭的增产减排效应潜力及相关微生物动态作用机制,通过辣椒盆栽试验对比添加生物炭(B)、常规施肥(CON)和不施氮(CK)处理对辣椒产量、氧化亚氮(N₂O)的排放及相关功能基因丰度的影响.结果表明,CON处理产量高于CK处理;与CON处理相比,生物炭显著增加辣椒产量18.0%(P<0.05),添加生物炭在辣椒生长的大部分时期增加土壤NH⁺₄-N和NO^-₃-N含量;在辣椒的生长周期内,相比CON处理,生物炭处理显著减少土壤N₂O累积排放量18.3%(P<0.05).N₂O排放通量与氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)的amoA基因丰度呈极显著负相关(P<0.01);与nosZ基因丰度呈显著负相关(P<0.05),表明N₂O排放可能主要来自反硝化过程;在辣椒生...