不同水分管理方式下水稻生长季N2O排放量估算：模型验证和输入参数检验

利用2005～2007年我国稻田N₂O排放通量的田间原位测定资料和国际上其它地区稻田N₂O报道结果,对作者建立的不同水分管理方式下水稻生长季N₂O排放估算模型进行了验证. 结果表明,持续淹水稻田N₂O排放的拟合结果与其他地区淹水稻田N₂O通量值相一致. 淹水-烤田-淹水的水分管理方式下,稻田N₂O排放的拟合值接近于国际上同类研究结果. 淹水-烤田-淹水-湿润灌溉的水分管理方式下,稻田N₂O排放的估算模型对田间原位测定资料有很好的适切性. 为了检验模型输入参数的可信度,将本研究建立的有关我国水稻生产的相关资料数据库与以往研究报道结果进行了比较,结果表明,两者具有高度的一致性. 数据库资料表明,在20世纪50～70年代间,持续淹水稻田占20%～25%,大约75%～80%的稻田采用淹水-烤田-淹水的水分管理方式. 在20世纪80～90年代间,采用持续淹水,淹水-烤田-淹水和淹水-烤田-淹水-湿润灌溉水分管理方式的稻田分别约占12%～16%、 77%和7%～12%. 20世纪50年代水稻生长季平均每季总施氮量为87.49 kg·hm^-2,而90年代平均为224.64 kg·hm^-2. 其中,化学氮肥的施用量从20世纪50年代的37.4 kg·hm^-2增加到了90年代的198.8 kg·hm^-2,分别占水稻生长季氮输入总量的43%和88%. 在20世纪50～70年代间有机氮的输入量相对比较稳定,平均变幅在45.2～48.2 kg·hm^-2之间,随后逐步降低,有机肥料氮占氮输入总量的比例从20世纪50年代的52%降低到了90年代的9%. 作物残体N输入量从20世纪50年代的4.9 kg·hm^-2增加到了80年代的6.3 kg·hm^-2. 20世纪50～70年代水稻生长季氮肥施用量具明显的空间变异性,而80～90年代间其空间变异较小. 模型验证和输入参数检验的结果表明,该模型能较好地模拟我国不同水分管理方式下的稻田N₂O直接排放量.     

长期施肥对红壤稻田耕层土壤碳储量的影响

以红壤性稻田土壤为对象,研究了长期施肥（1990～2006年）对稻田表层土壤碳储量及固碳潜力的影响,讨论了耕层厚度变化对碳储量估算及处理间差异的影响.研究发现,与长期施用化肥相比,有机物的循环利用能显著提高红壤性稻田土壤碳储量,其碳储量为57.7～66.2 t/hm²,比试验前高出18.7～27.2 t/hm²,而长期施用化肥碳储量提高幅度平均为5.4 t/hm².红壤性稻田土壤饱和固碳量为84.0 t/hm²,与目前碳储量相比还有17.8～43.7 t/hm²的固碳潜力.研究证实,土壤碳储量与土壤容重和表层土壤厚度的变化密切相关,以20 cm或23 cm作为统计厚度估算表层土壤的碳储量将分别低估20.6％和11.3％,其中有机物施用处理碳储量低估幅度最大（分别为26.8％和18.9％）;另外,用相同统计厚度进行碳储量估算减小了不同施肥处理间的差异.从稻田土壤碳储量及固碳潜力来考虑,有机物配合化肥施用是红壤稻田较优的施肥方式.     

镉胁迫下稻田土壤微生物基因多样性的DGGE分子指纹分析

采用现代分子生物学技术,避开传统的分离培养过程,探讨重金属镉污染条件下稻田土壤微生物种群的基因多样性.经过直接从土壤中抽提总DNA,并对总DNA中16S rDNA及其中 V3可变区序列作PCR扩增、变性梯度凝胶电泳(DGGE)分析等,对镉胁迫下稻田土壤总DNA、微生物种类分布进行了初步的研究,发现不同浓度镉胁迫下稻田土壤间的菌种有明显差异,DGGE技术可以用于污染环境下微生物多样性研究.同时对DGGE分子指纹图谱的生物信息学分析作了初步尝试,为污染环境下土壤微生物多样性研究提供了新的实验方法与依据.     

水分管理对水稻生长与根际激发效应的影响特征

作物根际沉积碳输入而引起的根际激发效应,对农田土壤碳排放通量和碳平衡起到关键的调控作用.在稻田生态系统中,由于频繁的干湿交替,土壤CO₂和CH₄排放以及根际激发效应明显有别于其他自然生态系统.因此,明确稻田生态系统干湿交替过程中水稻根际激发效应的方向与强度,对于减缓稻田温室气体排放具有重要意义.本研究采用¹³C-CO₂连续标记法,结合盆栽试验,研究干湿交替和持续淹水条件下,水稻生长以及根际激发效应的响应特征.结果表明,相对于持续淹水处理,干湿交替处理使水稻地上部和根系生物量以及根冠比显著提高,并增加了土壤微生物生物量.持续淹水条件下,¹³CO₂和¹³CH₄排放通量随水稻生长由10.2 μg·（kg·h）^-1和2.8 μg·（kg·h）^-1（63 d）增加到16.0 μg·（kg·h）^-1和3.2 μg·（kg·h）^-1（75 d）.而在干湿交替条件下,经过12 d的落干处理¹³CO₂和¹³CH₄排放通量分别降低了57.5%和88.1%.持续淹水条件下,CO₂和CH₄的根际激发效应表现为正激发效应,而且随水稻的生长而增加.而干湿交替处理下,经过12 d的落干处理,CO₂和CH₄的根际激发效应分别由0.29 mg·（kg·h）^-1和12.3 μg·（kg·h）^-1（63 d）降低到-0.39 mg·（kg·h）^-1和0.07 μg·（kg·h）^-1（75 d）.因此,干湿交替处理,能有效促进水稻生长和降低CH₄的累计排放量.合理地田间水分管理对于提高水稻产量和降低温室气体排放具有重要意义.     

稻鸭萍共作复合系统的主要生态效应

对稻鸭萍共作体系的主要生态效应研究结果表明,稻鸭萍共作有利于提高土壤肥力,水稻收获后的土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾分别比对照增加7.95%、7.05%、6.47%和4.46%;稻鸭萍共作对杂草的控制效果达到98.94%,明显削弱了稻田优势杂草的发生与危害,稻田残存杂草为数甚少,P ielou均匀度指数显著提高;稻鸭萍共作对稻田飞虱有显著的控制效应,从而明显抑制主要由灰飞虱传毒危害的水稻条纹叶枯病的发病率;稻鸭萍共作虽然对水稻纹枯病也有明显防治效果,但不能阻止纹枯病的发生;由于绿萍吸附了稻田水体中部分有机物、腐殖质等,稻鸭萍共作区水体的化学需氧量比稻鸭共作区降低8.70%。     

典型灌区稻田多氯联苯残留特征及生态风险评估

以南方典型小灌区的两块稻田为试验小区,采用GC-ECD对其田间水体和土壤中EPA优控14种多氯联苯（PCBs）进行了检测和定量分析。结果表明,14种PCBs同系物有不同程度检出,优势残留物主要以3氯和5氯取代PCBs为主,水和土壤占PCBs总量的88.24%、90.13%。水中∑PCBs质量浓度为24.09～310.34ng·L^-1,其中地表水均值为245.84ng·L^-1,地下水均值为96.46ng·L^-1;土壤中∑PCBs质量分数为10.01～54.63ng·g^-1,均值为33.92ng·g^-1。稻田地表水中的PCBs质量浓度远高于地下水,垂向迁移明显但速度较慢;稻田地表及地下水中PCBs质量浓度有随时间衰减的趋势,可能与水稻的生育周期有关;淹灌处理稻田PCBs质量分数高于节水灌溉。研究区毒性当量TEQ在2.65×10^-2～7.54×10^-2pg·g^-1之间,生态风险处于中等水平。地表及地下水均遭到污染,再加上PCBs具有生态累积效应,危害不容忽视。     

我国长江中下游平原典型稻田含碳温室气体通量变化特性

近年来关于碳排放研究的内容越来越受到重视,我国提出了在2030年实现碳达峰的战略目标,因此对我国温室气体排放监测的研究显得非常重要.基于涡度相关法对我国长江中下游区域典型稻田生长季的CO2和CH4通量进行监测分析,结果发现整个观测阶段稻田CO2通量呈"U"型曲线,整体表现为汇,分蘖期开始出现负值,抽穗期降到最低,通量平...     

风化煤组配改良剂结合水分管理对水稻根际土壤与稻米甲基汞含量的影响

采用以风化煤、碳酸钙与亚硒酸钠为主要原料组配的土壤改良剂,结合稻田水分管理（抽穗扬花期后保持80%田间持水量）,通过盆栽试验和大田试验,研究改良剂和水分管理对稻田水稻土和水稻籽粒中甲基汞含量及水稻生产的影响.结果表明：①土壤改良剂结合稻田水分管理可以显著降低水稻根际土壤与水稻籽粒中甲基汞含量.在盆栽环境中,土壤改良剂+水分管理的处理与对照相比,水稻根际土壤甲基汞含量降低了86.6%,水稻籽粒中甲基汞含量降低了65.2%;在大田环境中,土壤改良剂+水分管理的处理与对照相比,水稻根际土壤甲基汞含量降低了77.4%,水稻籽粒中甲基汞含量降低了60.6%.②土壤改良剂显著提高了土壤pH,在盆栽环境中提高了约0.3,在大田环境中提高了约0.2.同时,土壤改良剂加入土壤后,水稻在湿润状态下有效穗、穗粒数和籽粒产量没有出现显著降低.以上研究结果显示,通过土壤改良剂配合农艺调控措施（水分管理）,能够有效降低汞污染稻田甲基汞暴露风险,且高效绿色,对于实现轻中度汞污染稻田安全利用具有可行性.     

氮肥水平对不同土壤CH4排放的影响

鉴于氮肥施用对农田CH₄排放的影响还有很大不确定性,室外盆栽试验于2002年在南京农业大学实施.选取3个供试土壤,各土壤设置对照和低、中、高3个不同氮肥水平,施入尿素量分别为0 g/盆钵(对照) ,0.64g/盆钵,(低氮水平) ,1.28g/盆钵(中氮水平) ,1.93g/盆钵(高氮水平) .结果表明在水稻生长季,不同氮肥(尿素)施用量对稻田土壤CH₄排放影响表现为不同土壤之间,及不同氮肥水平之间CH₄排放均存在显著差异.无氮肥施入的情况下,3种土壤的CH₄季节性累积排放量存在显著差异,分别为6.7g/m²,12.6g/m² 和8.3g/m².施加氮肥后,3种土壤的CH4排放量随氮肥施入量的增加,均表现为降低趋势,不同土壤CH₄排放量存在差异,土壤背景氮含量最高的F(江苏溧水)土壤的CH4排放都比相应氮肥水平下的G(江苏涟水)和H(江苏农科院)土壤的CH₄排放低1倍左右.更进一步发现从低氮到中氮水平,3种土壤CH₄排放量随氮肥用量的增加降低幅度最大,而此时各土壤的NH₄-N含量随氮肥用量增加明显提高,推断造成CH₄排放降低的主要可能原因是各土壤的氨态氮含量的增加所致.从中氮到高氮水平3种土壤的CH₄排放量的变化不尽相同,G和H土壤的CH₄排放量随氮肥用量的增加而降低,而F土壤在中氮和高氮水平下的CH4排放量没有明显变化,值分别为30g/m².     

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。