湖北省油菜种植氮足迹分析

农业领域大量活性氮损失造成的环境污染问题日渐突出,分析农业生产过程中活性氮的排放特征及其影响因素,对指导农业生产的低氮化具有一定现实意义。该文以湖北省油菜种植大县沙洋县为案例地,基于生命周期分析法,核算油菜种植过程的氮足迹,并分析不同耕作方式、轮作模式和肥料类型对油菜田间种植阶段活性氮排放的影响。结果表明,油菜田间种植环节产生的活性氮占总排放量的98.13%,是整个生命周期过程中活性氮排放的主要来源。免耕较常规翻耕可减少1.31%的活性氮排放。轮作方式对活性氮排放影响显著,前茬为旱作棉花情况下的活性氮是前茬作物为水稻的1.4倍。肥料类型对所排放活性氮的组分有显著影响,施用有机肥可有效减少活性氮排放。研究结果可为农业低氮种植、发展低碳农业提供参考。     

三峡库区小流域河流可溶性硅、无机氮和磷的研究

利用定点监测的方法对三峡库区2个小流域水体中可溶性硅(DSi)、可溶性无机氮(DIN)和可溶性磷(DP)含量及其变化规律进行了研究,分析了三者之间的比例关系及可能引起的环境问题.结果表明,2006年宝塔河流域和曲溪流域Dsi含量在0.18～19.89 mg·L-1之间,DIN含量在0.39～6.85 mg·L-1之间,枯水季节含量高于丰水季节;DP含量在0.01～0.08 mg·L-1之间,无明显的季节性变化.曲溪流域水体中DSi、DIN的含量明显高于宝塔河,这可能与当地的农户活动、土地利用类型、施肥量等因素有关;而DP含量在两流域间无明显差异,具体影响因素还有待探索.两流域水体中DSi、DIN含量均高于库区水体,DP含量低于库区.宝塔河流域水体中的DSi、DIN和DP的含量比例为138:81:1,而曲溪流域为500:350:1,从水体营养学角度来看,两流域营养物质含量比均达到发生"水华"现象的程度,其水环境问题的潜在威胁值得关注.     

外源褪黑素对As~(3+)胁迫下水稻种子萌发的影响

本文研究了添加外源褪黑素对As~(3+)胁迫下水稻种子萌发及生理指标的影响。结果表明:添加外源褪黑素能促进As~(3+)胁迫下水稻种子的萌发,提高水稻的发芽势和发芽率,促进水稻幼苗的生长。当As~(3+)浓度为100μmol·L~(-1)时,添加100μmol·L~(-1)褪黑素能使水稻种子发芽率和总根长比对照分别提高57.1%和50.0%。添加褪黑素能显著提高As~(3+)胁迫下水稻幼苗中抗氧化酶系统过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)活性和超氧化物歧化酶(SOD)的活性,并降低水稻幼芽中丙二醛(MDA)的含量。当As~(3+)浓度为100μmol·L~(-1)时,添加50μmol·L~(-1)和100μmol·L~(-1)褪黑素导致水稻幼芽中POD活性比对照处理分别提高57.5%和114.8%,CAT活性提高29.4%和53.8%,SOD活性提高31.5%和56.0%,丙二醛含量比对照处理降低16.5%和31.9%。添加褪黑素也能显著提高As~(3+)胁迫下水稻的根系活力,当As~(3+)浓度为100μmol·L~(-1)时,50、100μmol·L~(-1)褪黑素处理后根系活力比对照分别提高42.4%和124.1%。这说明添加外源褪黑素可缓解As~(3+)胁迫对水稻的脂质过氧化损害,有效降低As对水稻内膜的破坏,显著缓解As污染对水稻的毒害作用。     

三峡库区小流域不同尺度施氮量对水体的影响

为了解三峡库区农业施肥对水质的影响,通过划分子流域和设置作用区的方法,对张家冲小流域的施肥状况、水体氮含量及其形态进行了调查分析.结果表明,在不同尺度上农户的施氮量有很大的差异,化学氮肥占总施肥量的90%以上.流域水体中TN 含量>2.50mg/L,主要以NO₃^--N 的形态存在.在不同尺度范围内水体氮素含量和施氮量之间的相关性表现出很大差异.水体氮含量与其上游200m 内的总施氮量和子流域的平均施氮量之间显著相关.     

添加葡萄糖、乙酸、草酸对红壤旱地土壤氮素矿化及反硝化的影响

为进一步理解红壤旱地土壤中碳源与土壤氮养分之间的耦合作用机制,以华中地区典型红壤旱地土壤为研究对象,运用静态培养法,设置室内培养试验,研究了添加葡萄糖、乙酸、草酸3种碳源对红壤旱地土壤中氮素矿化及反硝化的影响.结果表明,在25℃好氧培养下,不同碳源的添加对土壤氮素转化的影响具有较大差异.具体表现为:与对照处理(CK)相比,添加葡萄糖在整个培养期间内显著地促进了土壤可溶性有机氮(DON)含量的减少(p0.01),在培养第1 d,添加葡萄糖显著地促进了氧化亚氮(N_2O)的排放、硝态氮(NO_3~--N)含量的减少(p0.01);添加乙酸也显著促进了上述过程(p0.05),但促进作用没有葡萄糖强烈;而添加草酸对上述过程的促进不显著.30 d培养结束后,葡萄糖、乙酸、草酸3种处理的DON含量分别为14.84、19.46和23.47 mg·kg~(-1),比CK处理(24.20 mg·kg~(-1))分别减少了38.68%、19.59%、3.02%;葡萄糖、乙酸、草酸3种处理的NO_3~--N含量分别为8.77、13.89和20.42 mg·kg~(-1),比CK处理(17.23 mg·kg~(-1))分别减少了49.10%、19.38%和增加了18.51%.研究表明,碳源的可利用性是促进土壤氮素矿化和反硝化的关键因素.     

冬水田转稻麦轮作对小麦生长季温室气体排放的影响

用静态暗箱-气相色谱法测定了川中丘陵地区典型冬水田(RF)及冬水田转稻麦轮作处理(RW)在小麦生长季的温室气体排放通量,并同步测定了土壤温度、水分和可溶态碳氮含量.结果表明,RW在小麦生长季的CH4、生态系统呼吸CO2和N2O平均排放通量分别为0.05、117.01 mg·m-2·h-1(以C计)和77.19μg·m-2·h-1(以N计),而RF相应通量分别为1.43、7.85 mg·m-2·h-1和-0.61μg·m-2·h-1.RW施氮肥后出现N2O的排放峰,其N2O直接排放系数为1.28%.土壤可溶态有机碳含量与CO2通量之间呈显著正相关关系(r=0.342,p0.01),与CH4、N2O的相关关系不显著;硝态氮、可溶态总氮含量与N2O通量的关系为显著正相关,但与CH4通量呈显著负相关.RF的综合增温潜势(以CO2-eq计,下同)为3.03 Mg·hm-2,大于RW(-1.66 Mg·hm-2),暗示冬水田转稻麦轮作会降低生态系统的综合增温效应.     

添加磷对水稻-油菜轮作土壤N2O排放影响

我国南方红壤区域普遍属于缺磷土壤,种植作物需要施用较多的磷肥,但添加磷对水稻-油菜轮作土壤中N_2O的排放影响并不明确.以潜江、咸宁两处水稻-油菜轮作模式下的土壤为研究对象,添加不同浓度的磷(0、15和30 mg·kg-1)和不同浓度的氮(0和100 mg·kg-1)进行室内培养实验,探究添加磷对水稻-油菜轮作土壤N_2O排放的影响.结果表明,添加磷对土壤中N_2O的排放有较为显著的影响,但影响的方式有所不同:在土壤本身氮比较少的情况下,添加磷会促进土壤中微生物对氮的固定,降低N_2O的排放;在土壤中有充足的氮情况下,添加较少的磷会促进土壤中硝化微生物的活动,促进N2O的排放,但添加较多的磷同样会促进土壤中微生物对氮的固定,相比于添加较少的磷处理会抑制N_2O的排放;在土壤本身磷的含量较为充足的情况下,无论土壤中的氮源是否充足,添加磷仅对土壤中N_2O的排放起抑制作用.     

川中丘陵地区冬水田甲烷排放特征研究

以川中丘陵地区典型冬水田为对象,设置了有水稻常规施肥(RF)、无水稻常规施肥(NP)、有水稻无氮肥(NN)3种处理,以静态暗箱-气相色谱法对甲烷(CH_4)排放进行了原位观测.结果表明,RF、NP和NN处理下CH_4排放通量分别为-0.0042~18.29、0.03~16.78和0.10~26.76mg·m~(-2)·h~(-1),平均排放通量分别为10.22、4.25和14.15 mg·m~(-2)·h~(-1)(以每平方米每小时消耗/产生的C量(mg)计),水稻生长季是主要排放期,但休闲季CH_4排放量仍占全年CH_4总排放量的14%.没有水稻处理的CH_4排放量显著低于有水稻处理(p0.01);而不施氮肥处理的CH_4排放量显著高于施肥处理(p0.01).CH_4排放通量与5 cm深土壤温度呈显著正相关(p0.01),随着温度的升高,甲烷排放量呈指数增加.CH_4排放通量与1~4 cm的稻田水深呈显著负相关(p0.01),随着水深的增加,甲烷的排放呈指数迅速下降;而与4~8 cm的稻田水深无相关性,甲烷的排放也变化缓慢.由此表明,土壤温度和水深在很大程度上调控着CH_4的排放.此外,研究结果也显示将冬水田休闲期改为旱作可减少CH_4排放,对环境有利.     

湖北省畜禽粪便温室气体减排潜力分析

畜禽粪便是农业温室气体的重要排放源.合理的粪便管理方式可有效降低温室气体排放,同时减少环境污染.为明确不同养殖模式下适宜的粪便管理方式对温室气体减排的有效性,以湖北省为案例地,针对不同畜禽的粪便特征、区域自然条件和畜禽养殖模式等,筛选适宜的粪便管理方式;运用政府间气候变化专门委员会提出的畜禽粪便温室气体排放因子测算模型,在优化管理方式的基础上进行排放因子预测,估算由粪便管理方式改进所带来的减排潜力.结果表明,粪便管理经优化后畜禽粪便温室气体排放减少1.98~357.82 kg·头-1·a-1(以CO2当量计).根据养殖规模发展趋势预测,至2020年全省畜禽粪便优化管理所带来的减排潜力可达322.78万t(以CO2当量计).不同地区间减排效果则与当地养殖规模、养殖结构、养殖模式及适宜的畜禽粪便管理方式密切相关;畜禽种类间粪便特性的不同是其CH4和N2O减排效率迥异的主要原因;规模化养殖粪便管理方式优化是实现区域温室气体减排的重点.结合区域自然条件和畜禽养殖特征等,筛选适宜的粪便管理方式是实现区域温室气体减排的有效措施.     

秸秆添加对长期施肥旱地红壤N2O和CO2排放的影响

秸秆还田作为农田土壤培肥的一种重要措施,显著影响N₂ O和CO₂ 等温室气体排放.为探明长期施肥土壤N₂ O和CO₂ 排放对秸秆添加的响应规律及关键影响因素,采集对照（CK,不施肥）、当地推荐化肥施用量（F）、200 %当地推荐化肥施用量（2F）、猪粪（M）和化肥配施猪粪（FM）这5种长期施肥（30 a）处理的旱地红壤,分别设置添加秸秆和不添加秸秆处理,在恒温恒湿条件下培养（65 %田间持水量,25 ℃）20 d.结果表明,施肥显著促进了N₂ O排放.相较不施肥处理[（22.05 ±2.09） μg·kg^-1,以N计,下同],施化肥处理N₂ O累计排放量显著增加了119 %~195 %[F和2F处理分别为（48.38 ±20.81） μg·kg^-1和（65.13 ±12.55） μg·kg^-1],施粪肥处理N₂ O累计排放量显著增加了275 %~399 %[M和FM处理分别为（82.72 ±12.73） μg·kg^-1和（1 101.99 ±425.71） μg·kg^-1].土壤硝态氮（NO₃ ^--N）、可溶性有机碳（DOC）和可溶性总氮（DTN）是影响不同施肥处理N₂ O排放的主要因素.相较未添加秸秆,添加秸秆对CK、F和FM处理的N₂ O累计排放无显著影响,显著增加了2F（345 %）和M处理（247 %）的N₂ O累计排放.秸秆添加通过增加DOC和消耗DTN从而影响N₂ O排放.施肥显著促进了CO₂ 排放.相较不施肥处理,施粪肥处理CO₂ 累计排放量显著增加了120 %~130 %[M和FM处理累计排放量（以C计,下同）,分别为（122.11 ±4.3） mg·kg^-1和（116.47 ±4.55） mg·kg^-1],2F处理CO₂ 累计排放量显著增加了28 %[（65.13 ±12.55） mg·kg^-1].微生物量碳（MBC）、DOC和DTN是影响不同施肥处理CO₂ 排放的主要因素.相较未添加秸秆,添加秸秆条件下CO₂ 累计排放量显著增加了660 %~1 132 %.秸秆添加后DOC和MBC含量显著提高,促进了CO₂ 排放.综上,秸秆添加通过增加土壤DTN消耗和DOC含量显著促进施肥处理的N₂ O和CO₂ 排放.在施用粪肥的旱地红壤中应合理考虑秸秆还田,以平衡肥力提升与温室气体排放的综合效益.