长期施肥下水稻根际和非根际土壤微生物碳源利用特征

以红壤丘陵区典型稻田长期定位施肥试验土壤为研究对象,选取不施肥(CK)、化肥(NPK)、秸秆还田+化肥(NPKS)、30%有机肥+化肥(LOM)和60%有机肥+化肥(HOM)这5种处理,研究长期不同施肥条件下水稻根际和非根际土壤微生物碳源利用特征.基于~(18)O-H_2O示踪的结果表明,土壤微生物量碳(MBC)和微生物生长速率(CGrowth)均以HOM处理最高,CK处理最低.根际土中,土壤微生物基础呼吸速率以HOM最高,CK和NPK最低;微生物碳源利用效率(CUE)以NPK最高,LOM和HOM最低.非根际土中,不同施肥处理的基础呼吸速率和CUE均无显著差异. MicroResp~(TM)结果显示,非根际土中微生物对外源碳源代谢能力高于根际土.施用有机物料(秸秆或有机肥)均能提高微生物对羧酸类、氨基酸、碳水化合物的代谢速率,且土壤微生物利用羧酸类碳源的活性最高,其次为氨基酸类和碳水化合物类碳源,对复杂化合物的代谢速率较低. RDA分析表明,微生物对不同碳源代谢情况的聚类总体以根际土与非根际土分开,CK与施肥处理分开,且NPK与NPKS相对聚集,LOM与HOM相对聚集,NPK、NPKS与LOM、HOM分开,即不同施肥处理显著改变土壤微生物对外源碳源代谢特征.结果表明,施肥未改变微生物CUE和基础呼吸速率,但有外源碳源输入(如根系分泌物)的情况下,施用有机物料增加基础呼吸、降低CUE.     

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.     

碳中和目标下海洋地球工程的国际法规制和政策启示

碳中和目标的实现需要充分开发海洋碳汇的潜力。海洋施肥、人工海洋上升流、海洋碱化是三种旨在提升海洋碳汇的地球工程技术。本文从海洋地球工程活动合法性、海洋环境保护义务和气候变化公约体系三个方面论述海洋地球工程的国际法框架。首先,《伦敦倾倒公约》和《伦敦议定书》中关于“倾倒”的定义不适用于海洋地球工程活动涉及的以吸收二氧化碳为目的投放铁或碱性物粉末或放置管道的行为。《关于规制以海洋施肥和其他以海洋地球工程活动为目的投放物质的伦敦议定书修正案》将海洋施肥活动限制在通过了完整的环境影响评价的“合理科学研究”范围内。目前这一限制不适用于其他海洋地球工程技术,但随着对其他技术研究的深入,修正案限制范围有可能会扩大。其次,《联合国海洋法公约》和《生物多样性公约》中有关海洋环境和海洋生态保护的公约条款适用于海洋地球工程活动,其中有关环境影响评价的义务与海洋地球工程的发展密切相关。再次,《联合国气候变化框架公约》以及《巴黎协定》中关于国家自主贡献的规定为实施海洋地球工程提供了鼓励性规则。最后,本文就中国关于该技术的实验活动以及未来应用该技术的场景下涉及的遵约和治理问题进行展望。当前不与国际法冲突的发展模式是进行小规模试验研究、建立海洋碳汇方法学标准、核算海洋碳汇经济价值,推动海洋碳汇换算核证自愿减排量进入碳市场交易;在实践中鼓励将开发海洋碳汇与低碳渔业养殖、陆海统筹增汇等方法相结合。未来能否大规模实施海洋地球工程技术取决于对海洋生态环境相关影响研究的进展。     

肥料投入水平与养分资源高效利用的关系

提高资源利用效率是实现农业可持续发展目标的核心,本文以山东省和全国作物施肥现状研究为基础,探讨了肥料投入与养分资源效率及环境风险的关系。从区域、农户和 吨粮田不同层次上的分析表明,高投入下可以实现高效率,关键是提高综合管理的科学水平;经济作物生产中存在经济效益和资源效率分离的现象,生产者受经济利益驱动,大量投入肥料,由此会带来极低的资源效率和巨大的环境风险;在注意经济发达地区高化肥投入带来的环境问题的同时,还需要关注发展高经济价值作物带来的低资源效率和高环境风险。     

不同农田土壤养分可持续性指数的研究

讨论了不同农田土壤碳、氮、磷、钾养分的可持续性指数。结果表明,不同施肥方式、不同土壤类型对碳、氮养分可持续性指数的影响表现为有机肥配施化肥处理＞有机肥处理＞化肥处理,潮土＞水稻土＞红壤;对磷、钾养分表现为化肥处理＞有机肥配施化肥处理＞有机肥处理,水稻土＞潮土＞红壤。相关分析表明,土壤养分可持续性指数与土壤养分相关或极相关。这表明,土壤养分可持续性指数可以用来评价土壤肥力和指示土壤养分的动态变化。     

亚铵法制浆黑液作肥料对水环境影响的研究

通过亚铵法制浆蒸煮黑液直接作农肥施于水稻田的研究,给出了不同施肥方式连续数天田间水和渗滤水中黑液污染物变化情况,定量描述了黑液作肥料直接施于水稻田对水环境的影响。     

长期不同施肥处理对红壤水稻土酶活性及微生物群落功能多样性的影响

江西红壤生态试验站长期定位试验中不同施肥处理红壤水稻土酶活性及微生物群落功能多样性的研究结果表明,不同施肥条件下土壤酶活性及微生物群落功能多样性差异较大,土壤脲酶和脱氢酶活性可以作为土壤肥力的指标。经过20 a施肥管理及水稻种植,土壤酶活性及生物量有很大提高;但是B IOLOGTM生态测试板测定结果显示,施肥使微生物生物群落物种丰富度有所减少,施P土壤酶活性、微生物群落功能多样性均大于未施P土壤,采用秸秆还田处理的群落物种均一性高于未采用秸秆还田处理。     

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。     

不同施肥措施对棉田土壤磷细菌及磷转化强度的影响

研究了不同施肥措施对棉田土壤磷细菌的数量、分布、动态变化及磷转化强度的影响.结果表明,有机肥合理配施N、P、K肥能有效的促进磷细菌的生长发育,磷细菌数量及活性增加,从而增强磷的有效性,改善土壤的供磷性能,有利于棉花生长.     

长期施肥对土壤有机质积累的影响

20年的NPK施肥定位试验,有利于深刻揭示土壤肥力特征与营养平衡规律。以位于黄淮海平原的中国科学院禹城综合试验站为例,探讨和估算了长期定量施肥对冬小麦（TriticuspaestvumL．）、夏玉米（ZeaMaysL．）生长和土壤有机质（SOM）的影响。结果表明,长期的N、P肥配施或N、P、K均衡施肥,可显著增加SOM储量,并且后者要优于前者;SOM增加主要集中在0-20cm深度的土层,40-60cm基本不变;生物量对SOM储量变化影响明显,NPK,NP处理作物生长良好,作物残体输人明显优于其他处理;0-40cm可以代表该区用以计算土壤固碳潜力,并且在N、P、K均衡施肥条件下,0-40cm土层中SOM储量长期以来持续增加,并未达到上限,每年的平均固碳速率（以C计）达182．8kg·hm-1,约是全球平均水平的1．5倍,全国平均水平的1．1倍。华北平原若按N、P、K均衡施肥,农田土壤每年固碳潜力将达到1．6-2．4Tg·a-1。