施肥对长江中下游稻田温室气体排放的影响——基于Meta分析

气候变暖已成为全球关注的热点话题,农业温室气体是气候暖化的重要排放源。目前许多学者研究了不同施肥措施下温室气体排放的特征,但实验结果之间存在一定的差异。为了综合评价区域内不同施肥措施(单施无机氮(N)、无机氮磷钾(NPK)和有机无机配施(OF))下土壤温室气体排放的特征及其净减排潜力,本文基于长江中下游地区40篇关于施肥对稻田温室气体CH_4和N_2O排放的文献,筛选出339组样本数据,采用Meta分析方法从施肥类型、施肥时间和施肥水平三个方面定量研究了3种施肥措施对稻田CH_4和N_2O排放的影响,并在前期研究的基础上,估算了各个施肥处理下的综合增温潜势、净增温潜势以及温室气体排放强度。结果表明:N、NPK和OF处理下CH_4周年排放的效应值分别为0.24、0.27和0.63,N_2O周年排放的效应值分别为1.25、1.26和1.41。随着施肥次数的增加,N、NPK和OF处理下温室气体排放的效应值均逐渐增大;随着施肥量的增加,N处理表现为增加的趋势,NPK处理表现为减少的趋势,OF处理表现为先增后减的趋势。对于3种施肥处理下的净增温潜势大小为OFNPKN,其中CH_4排放对温室气体的贡献最大;3种施肥处理下的温室气体排放强度大小为OFNPKN。从粮食增产和温室气体减排两方面综合考虑,施用氮磷钾(NPK)是长江中下游地区稻田较适宜的施肥方式。     

自然沼泽湿地生物量与CH4、N2O排放量关系初步研究

气候变化是人类所面临的全球环境问题之一，而温室气体的排放是引起气候变化的一个重要原因，因此温室气体的排放量估算是环境变化研究热点，其中对其估算方法是研究内容之一。2003年，在三江平原典型沼泽湿地，采用收割法和静态箱-气相色谱法研究不同植被类型小叶章、毛果和漂筏地上生物量及CH4、N2O排放量。通过对地上植物生物量与CH4、N2O排放量数据分析表明，在地上生物量达到最大前，三江平原沼泽湿地生长季不同植被群落生物量与CH4、N2O排放累积量呈现强的线性相关。可用Y=b1X＋b0函数表示，R2都在0.89以上。     

典型大嵩江流域稻田CH_4和N_2O排放的分析与控制研究

如何在保证水稻产量的同时减少稻田温室气体排放一直是学术界关注的重要问题。本研究在宁波市大嵩江流域内选取了12块稻田样地,在采集研究样地土壤特性和管理方式数据的基础上,使用DNDC(DeNitrification-DeComposition)模型模拟估算了不同管理模式下样地的水稻产量及其对应的温室气体CH_4(甲烷)和N_2O(氧化亚氮)排放量。结果表明,CH_4的排放量和稻田的淹水深度以及N_2O的排放量和N肥(尿素)的施用量之间均存在明显的相关关系——通过优化管理方式可以在保持水稻产量的同时实现温室气体减排。具体方式有:改变稻田淹水天数,选取高产低排稻种,控制N肥使用量和减少秸秆还田,然而其效果则又与土壤特性有很大的关系。     

极端干旱对温带草地生态系统CO2、CH4、N2O通量特征的影响

2001年6月～9月,利用静态暗箱法,对内蒙古锡林河流域的草甸草原(包括农田和休耕地)、羊草草原、大针茅草原等典型温带草地生态系统的CO2、CH4、N2O等温室气体的通量进行了实地观测.但恰逢内蒙古地区的大旱之年,年降水量仅相当于历史正常年份的约1/6,致使干旱对温带草原生态系统的CO2、CH4、N2O通量变化影响显著.通过数据分析发现:从草原群落整个活跃生长期来看,CO2排放通量由于干旱明显减少,大约相当于1998年同期排放通量的1/5,且表现出递减趋势;温带草原对大气CH4表现为弱汇,但干旱使吸收趋于减弱,特别是草原被开垦为耕地后,干旱对其影响更明显;干旱使得大部分温带草原群落在夏季作为大气N2O源表现不明显,只有在水分状况较好的草甸草原及其被开垦的耕地和休耕地N2O排放较明显,甚至极端干旱使得温带草地生态系统对大气N2O表现出吸收特性.     

中国南方旱田转水田后温室气体减排年限预测

农业生产活动是大气温室气体的主要来源之一,不同作物栽培体系和管理方式都会影响农田温室气体的排放。国内外已有大量关于农业温室气体排放规律和控制机理的研究,但关于土地利用方式转变对温室气体排放规律和影响机制的研究相对较少。本文以中科院千烟洲红壤丘陵综合开发试验站为研究平台,通过对新（刚从旱田转为稻田）老（过去20余年一直为稻田）稻田进行连续4年（2013—2016）观测,分析稻田温室气体排放规律及影响因子。在此基础上预测稻田温室气体排放量的动态变化。研究表明,旱田转变为稻田后,前4年新稻田CH₄排放通量显著低于老稻田,但随着耕作年限的延长新稻田的CH₄排放速率呈增加趋势,而老稻田的CH₄排放速率没有明显变化趋势;耕作年限对CO₂和N₂O的排放速率影响不显著;新稻田的pH值和土壤有机碳含量低于老稻田。模型模拟结果表明缩短稻田轮作（水-旱轮作）期（小于7年）能够有效降低稻田CH₄和总温室气体排放量。该结果表明利用老稻田的CH₄排放系数可能会显著高估新稻田的CH₄排放量。研究结论可为准确评估土地利用方式变化对农业温室气体排放的影响提供新的视角,同时为区域农业温室气体管理和减排政策的制定提供科学依据。     

上海市郊稻田生态系统服务综合评价

在田间实验的基础上,对上海五四农场稻田生态系统的初级产品生产、气体调节、氮素转化、有机质形成和累积、水调节和环境净化6项生态系统服务进行了评价。研究结果显示,稻田生态系统初级产品生产量及其价值随施氮量的增加而增加;稻田生态系统向大气释放O₂并吸收大气中的CO₂,稻田向大气排放CH₄和N₂O,其中施氮量为375 kgN/hm²（N3处理）的稻田生态系统气体调节价值量最高;稻田生态系统中施加化学氮肥是氮素输入的主要途径,水稻收获移出和氨挥发是氮素输出的主要途径,稻田生态系统氮素转化造成了经济损失;稻田有机质累积量及其价值随施氮量的增加而增加;水稻种植消耗了水资源,同时稻田在降雨时具有蓄水功能;稻田生态系统能吸收SO₂和净化污水。综合研究发现,研究区稻田在水稻生育期内提供的生态系统服务价值为（3.83~4.85）×10⁴元/hm²,其中N3处理稻田提供的生态服务价值最高,但是与未施加氮肥的N0处理相比并不具有明显优势。通过分析表明,施加氮肥带来的环境损失削弱了稻田生态系统服务给人类社会带来的效益。因此,应当鼓励水稻种植者采用缓释氮肥、改进施肥技术等提高氮肥利用效率的措施,以促进稻田生态系统服务的发挥,给人类社会带来更多福利。     

三江平原沼泽湿地外源肥输入对CH_4、N_2O排放通量的影响

位于三江平原地区的沼泽湿地常年受到各种外源肥输入因素的影响:大气沉降、地表径流变化以及农业上的排水输水量变化等都会对三江平原地区湿地生态系统的CH4和N2O的排放通量产生巨大的影响。事实上,以外源氮为代表的外源肥在一定程度上对CH4和N2O的排放起到了促进作用。本文结合笔者的具体实验探究,研究了外源肥输入对CH4和N2O排放通量所产生的影响,以供读者参考。     

中国稻田温室气体的排放与减排

中国是世界上最大的水稻生产国, 水稻种植面积占全球总种植面积的30%。水稻生产在粮食安全方面起着重要的作用, 稻田却是温室气体甲烷(CH₄)和氧化亚氮(N₂O)的重要排放源。文章综述了稻田CH₄和N₂O的产生过程、影响因素及时空变异规律, 总结了近年来我国稻田CH₄和N₂O排放总量的估算结果, 并提出了针对性的温室气体减排措施。     

陆地生态系统-大气界面多种碳氮气体交换通量的同步自动观测系统

正项目概况我国现有的陆地生态系统非均匀下垫面观测技术,远不能满足碳氮温室气体排放的过程与机理及碳氮循环耦合过程的综合研究对观测设备性能的要求。由于国际上尚无商品化的相关设备,国外先进科研机构都只能通过自己研制来满足其科研工作的需要。本项目将研制我国第一套专门针对非均匀下垫面低矮植被陆地生态系统进行多点位多气体(包括N_2O、NO、CH_4、CO_2)净排放通量的同步、高频、全自动综合测定的观测技术系统(AMEG)     

陆地生态系统-大气界面多种碳氮气体交换通量的同步自动观测系统

正项目概况我国现有的陆地生态系统非均匀下垫面观测技术,远不能满足碳氮温室气体排放的过程与机理及碳氮循环耦合过程的综合研究对观测设备性能的要求。由于国际上尚无商品化的相关设备,国外先进科研机构都只能通过自己研制来满足其科研工作的需要。本项目将研制我国第一套专门针对非均匀下垫面低矮植被陆地生态系统进行多点位多气体(包括N_2O、NO、CH_4、CO_2)净排放通量的同步、高频、全自动综合测定的观测技术系统(AMEG)     

促进南方红壤丘陵区农业可持续发展的复合农业生态系统长期观测研究

我国南方红壤丘陵区土壤质地黏重,透水性差,季节性降雨分布严重不足,极易发生水土流失;不合理的耕作措施加剧土壤侵蚀,导致土壤肥力下降,制约当地农业的可持续发展。1979年中国科学院桃源农业生态试验站(以下简称"桃源站")建站以来,系统开展了区域农业生态系统优化管理、农业整体效益的提高和建立区域农业综合发展的技术体系与优化模式,并进行示范推广,为南方红壤丘陵区农田生态系统耕地地力提升和水土流失治理、区域农业结构调整和生态环境改善提供重要理论和技术支撑。通过系统分析南方潜育性和次生潜育化水稻土的形成原因,为我国潜育性水田的治理提供技术支撑;研究红壤稻田生态系统可持续生产力与系统健康的协调机制,为稻田生态系统持续、高效生产提供理论依据和技术支撑;系统解析驱动稻田N2O和CH4排放关键过程的微生物作用机理,为我国农田温室气体减排提供重要的科学依据;系统解析我国农田生态系统土壤细菌和反硝化微生物的分布格局和主要驱动因素,为大尺度刻画我国农田土壤微生物群落组成机构及生态功能奠定基础;研究猪日粮功能性氨基酸代谢与生理功能调控机制,提升我国科学养猪水平和养猪业的健康可持续发展;探明了多年蔬菜连作对土壤氮素转化功能的影响及其微生物作用机制,并提出相应调控措施,为蔬菜土氮素的调控提供强有力理论依据和技术支持;研究典型农田生态系统养分流失特征及影响因素,构建丘岗复合农业生态系统氮磷拦截与生态消纳模式和稻田流失氮磷生态湿地消纳技术,为防控农田生态系统氮磷面源污染提供技术支撑;构建南方丘陵区坡地种草养羊与农牧资源循环利用模式并开展示范推广,服务当地农业可持续发展。未来,桃源站在中国科学院"率先行动"计划指导下,将为区域农业可持续发展作出更大的贡献。     

稻田25年定位连种麦—稻—稻三熟制的研究

在发育于近代浅海沉积物的黄化青紫泥田的潴育型水稻土上进行为时25年（1974－1998）连作麦－稻－稻三熟制高产小区定位试验。结果表明，在人年施用尿素750kg/hm^2的基础上，另配施45t猪栏粪和在年施总氮量为412.5kg/hm^2的条件上，将猪栏粪与尿素氮配成6：4的比例施用，均取得较高的产量，25年平均谷物产量分别达16002kg/hm^2和16226kg/hm^2；伴以4次更换晚稻品种，由常规水稻品种改种杂交稻优良组合。结果谷物产量稳中有升，平均年递增1.42%，同时土壤有机质得到积累和更新，土壤氮磷养分有效化，土壤结构保持相对稳定。     

Greenhouse gas emissions from rice-based ecosystems and natural wetlands

Rice-based ecosystems and natural wetlands are important sources of atmospheric methane （CH4） and nitrous oxide （N2O）, two kinds of greenhouse gases that are continuously increasing.     

中国亚热带红壤丘陵区不同土地利用方式下土壤CO2排放规律初探

以千烟洲试验站为例 ,对亚热带红壤丘陵区杉木林、柑桔园、玉米地、水稻田四种不同的土地利用方式下的土壤CO2 年排放总量、排放速率的年变化和日变化进行了详细的比较。 4种土地利用方式下CO2 年排放总量从高到低依次为玉米地 5 799kg·m- 2 、柑桔园 4 1 76kg·m- 2 、水稻田 3 388kg·m- 2 、杉木林3 1 1 9kg·m- 2 。研究发现 ,4种土地利用方式下的土壤CO2 排放速率均是夏季高于冬季 ,白天高于夜间。此外 ,本文还分析了土壤温度、土壤湿度和人类活动等因子对土壤CO2 排放速率的影响 ,发现土壤二氧化碳排放速率与 5cm地温存在显著的指数正相关关系。     

施肥前后稻田土壤中微生物多样性的PCR-DGGE分析

通过测坑定位试验,研究了3种施肥处理下稻田土壤微生物多样性变化。试验结果表明,有机肥能提高土壤微生物的丰富度和多样性。施肥后,稻田上层土壤的土壤微生物群落结构发生了明显的改变。有机肥处理的土壤DNA丰富度最大,为19;无机肥处理的最小,为14。3种施肥处理的DNA序列Shannon-Weaver指数分别为:混施肥处理1.85,有机肥处理2.30和无机肥处理1.60,均匀度指数分别为:混施肥处理0.73,有机肥处理0.82和无机肥处理0.64。上层土壤中,无机肥处理和混施肥处理的微生物多样性相似系数为79%,而施用有机肥的处理与混施肥处理、无机肥处理的相似系数为62%,这表明施用有机肥能明显改变稻田土壤微生物的种群结构。下层土壤各处理仍然具有较高的相似性。     

中国化肥消费需求影响因素及走势分析(Ⅱ)

本文在分析种植结构变化的基础上,运用农户调查数据分析了中国不同作物体系化肥消费水平,并核算了化肥在不同作物上的分配。最后利用多元线性回归方程定量研究了中国化肥消费对作物结构变化的弹性。结果表明,中国氮、磷肥消费已达到较高水平,氮、磷化肥施用面积比例分别达到87％和66％,大部分作物氮使用量超过了100kg／hm^2,磷肥超过80kg／hm^2。相对而言,钾肥施用水平略低,施肥面积比例仅43％,大部分农户很少使用钾肥。中国氮、磷肥用量较高与有机肥施用较少有关系。由于作物间施肥水平差异较大,作物群体变化对化肥消费的影响很大。随着种植结构调整,粮食作物播种面积比重已经下降到63％,粮食作物化肥消费比重已经下降到46％,而经济作物（尤其是果菜）已经成为化肥消费的主体。从种植结构弹性系数来看,粮食作物面积比例大,化肥消费总量对其面积变化的弹性要大于经济作物,但不同化肥品种对不同作物面积变化的弹性有一定差异。未来粮食作物面积会保持稳定,而高耗肥的经济作物面积会继续增长,因此全国化肥需求会进一步增加,尤其是施用水平较低的钾肥需求会有较大的增长空间。     

Survey reveals floral emission of methane on Qinghai-Tibet Plateau

A long-term field observation by CAS scientists indicates that meadows on the Qinghai-Tibet Plateau emit methane, a powerful greenhouse gas, adding weight to the argument that the living plant is a producer of methane under aerobic conditions.     

Survey reveals floral emission of methane on Qinghai-Tibet Plateau

Along-term field observation by CAS scientists indicates .that meadows on the Qinghai-Tibet Plateau emit methane, a powerful greenhouse gas, adding weight to the argument that the living plant is a producer of methane under aerobic conditions.     

2001-2010年鄱阳湖圩区水稻多熟种植时空格局变化

在耕地面积有限、粮食单产水平较高的地区,提高粮食生产能力的主要途径是提高复种指数,加大土地利用强度。鄱阳湖圩区是我国重要的水稻生产基地,是我国水稻多熟种植最典型的地区之一。弄清鄱阳湖圩区时间上与空间上的水稻多熟种植变化特征,为兼顾粮食安全与新型城镇化发展研究提供现实基础。本文利用较高空间分辨率卫星影像(Landsat-TM/ETM+),选择合适时间窗口,识别了2001年鄱阳湖圩区水稻多熟种植的空间格局,并利用K-means算法对解译结果进行精度验证。研究表明,2001年圩堤水田面积为34.54万hm2,其中单季稻13.02万hm2,双季稻21.52万hm2,分别占水田面积的37.7%与62.3%,复种指数为162.3%。对比分析2001年与2010年的多熟种植空间格局变化表明,2001-2010年鄱阳湖圩区水田面积减少了1.09万hm2,但复种指数增加了15.9%。本文利用时间窗口阈值法不需经过目视解译即可达到81.6%的精度,是一种有效的水稻多熟种植空间格局提取的方法,并且大大减少了所需的遥感影像。