稻田CH4排放和土壤,大气条件的关系

在杭州地区利用静态箱法对稻田CH_4排放进行连续观测,结果证明CH_4排放率有较大的日变化和季节变化,CH_4排放率的日变化较复杂,除了和温度变化一致的峰型外,还有夜间峰、双峰型、多峰等。CH_4排放率的季节波动较大,在分蘖期和长穗前期分别有一较大峰值,早稻和晚稻的变化规律略有不同。稻田CH_4排放规律可用稻田中有机物含量的变化和空气、土壤温度的变化等作一定性解释。 早稻和晚稻的CH_4排放总量有较大的差别,平均来看,早稻的排放量为0.46g·m~(-2)·d~(-1),晚稻为0.80g·m~(-2)·d~(-1)。稻田CH_4排放也有较大的年际变化,1988年全年CH_4排放量为0.23g·m~(-2)·d~(-1),1989年为0.95g·m~(-2)·d~(-1),施肥对CH_4排放有一定的影响,施有机肥的稻田CH_4排放量最高,施化肥的稻田次之,不施肥的稻田CH_4排放量最低。     

稻田CH4的传输

通过对稻田CH_4排放、土壤CH_4产生率以及植物体CH_4传输、气泡、液相扩散这三种排放路径的同时测量后发现:CH_4氧化作用在下午CH_4排放路径通畅时较小;阴雨天气造成CH_4排放率降低会增加CH_4在土壤中的氧化量。早稻CH_4传输效率在6月上、中旬较高,晚稻则在水稻生长初期的7月下旬最高,这主要是两季水稻的生长季节中气候因子的差异造成的。只有在较短的时间尺度内,当水稻植物体、气候因素维持相对恒定时,CH_4产生率和稻田甲烷排放才显出正相关性。 水稻植物体内有明显的CH_4浓度梯度。水稻的切割控制实验发现,通过植物体排放CH_4的比例随季节而变化,在进行单株植物体排放测量时发现了同样结果,早稻和晚稻CH_4通过水稻植物体的传输平均分别占CH_4总体排放的73.18％(43.07—97.88％〕及54.98％(11—99.95％);植物体对CH_4排放的作用在早稻大于晚稻;水稻植物体排放CH_4的能力的季节变化对早、晚稻类似,随着水稻的生长而不断增强,到水稻抽穗中期达到最大,以后则随水稻的成熟而变小;水稻植物体排放CH_4的能力与水稻植物体的高度存在极大的线性正相关。土壤中CH_4的浓度远远大于大气中的CH_4含量(10—10~4倍),根部区域土壤CH_4浓度小于水稻行间土壤中的;在垂直方向,CH_4浓度在14cm深的土壤中最大,与土壤浅层有     

我国西南地区的稻田CH4排放

稻田CH_4排放的季节变化和水稻的生长过程(水稻高度)有较大的关系,有机肥对稻田CH_4排放有促进作用,沼气发酵肥可以降低稻田的CH_4排放量,水稻品种对稻田CH_4排放有一定影响,垄作是减少稻田CH_4排放的一种重要方法。     

稻田CH_4排放的控制措施

通过对稻田CH_4排放施肥效应的研究指出:化肥的施用能够降低CH_4的排放,但是有机物的数量及质量是影响稻田CH_4排放的主要因素,因此稻田CH_4排放的控制应该主要从有机肥的科学施用入手;比起常规的有机肥,沼渣肥这种已经发酵的“陈”有机肥能够较大程度地降低CH_4排放。推出沼渣肥和化肥混施的方案,在不降低水稻产量的同时降低CH_4排放,并建议新鲜有机肥(紫云英、稻草、猪粪等)先进沼气池产生沼气并利用,沼渣在施入土壤前先充分干燥。 水管理实验发现,当土壤湿润度低到一定程度时(26％<湿度<31％),CH_4排放率突然减少,CH_4产生率也明显降低,而且主要的产CH_4区域向土壤深处移动。重新灌水后在较长的一段时间内CH_4排放率仍不能恢复。一个三日间隔灌溉法因为灌溉的时间间隔太短,没有起到降低排放的作用。同时考虑水稻产量及方案实用性,提出用适当时间表的间歇灌溉来降低CH_4排放。如果能控制好土壤湿润度的临界值,我国常用的晒田技术会起到降低CH_4排放的效果。 为更好地降低CH_4排放,并努力增加水稻产量,设想了一种水肥结合的控制措施,即把沼渣肥和化肥混施方案与最简单的间歇灌溉方案——晒田共同使用、结果使晚稻CH_4排放降低了一倍多。水稻作为传输CH_4的主要路径,某些水稻品种也可能对降低稻田CH_4排     

稻田土壤中的CH4产生

通过对意大利稻田及我国湖南地区稻田土壤中CH_4产生率的实地测量,甲烷产生主要发生在稻田土壤耕作层的还原层(2—20cm),但不同的农业操作对此有较大的影响;在意大利稻田中7—17cm土壤层是重要的甲烷产生区域,13cm处的CH_4产生率最大;由于我国湖南地区独特的有机肥铺施操作,土壤中甲烷的产生在土壤上部即耕作层氧化层以下(3—7cm)就达到最大值。土壤湿润度能影响土壤主要CH_4产生区域的深度,当土壤湿润度低于某个临界值后,主要的CH_4产生区域将向土壤深处移动,CH_4产生量也明显减少。种植水稻的稻田土壤中CH_4产生率要比不种水稻的大,同块稻田中CH_4产生率还有一定的空间变化。另外,水稻植物根部土壤比水稻行间土壤能产生较多的CH_4。在大多数情况下CH_4产生率在下午大于上午,但在一日间没有明显的日变化规律,因此CH_4排放路径的日变化可能是CH_4排放日变化的主要原因。在湖南地区不同施肥和水管理稻田的CH_4产生率差别十分显著。这种差别能完全在CH_4排放率的差异上体现出来。总有机酸含量差别在各不同施肥田中较小而在各不同水处理田中较大实验室培殖发现温度能够较大地影响土壤CH_4产生率,每上升10℃,甲烷产生率能增加3倍多。在整个水稻生长季节中,仅施化肥或不施肥的意大利稻田土壤中CH_4产生率随时     

基于通量测量的稻田甲烷排放特征及影响因素研究

稻田是大气甲烷(CH_4)的重要来源之一,会直接加剧全球气候变暖。基于涡度相关方法,通过对湖南省益阳市水稻田的CH_4通量进行连续测量,探讨来自水稻田的CH_4通量特征、动态及其影响因素。结果表明:①该地区水稻田的CH_4通量具有显著的季节性变化特征,即在水稻营养生长阶段CH_4通量最大,随后逐渐减少,在休耕阶段CH_4通量最小。②该地区水稻田的CH_4通量在水稻营养生长和生殖生长阶段具有明显的日变化,在14:00-16:00达到日通量峰值,但在休耕阶段,CH_4通量没有显著的日变化。③空气温度是该地区水稻田CH_4通量季节性变化最重要的控制因子,饱和水汽亏缺对CH_4通量的季节性变化也具有一定影响。④该地区水稻田的最大日平均CH_4通量为0.69μmol/(m~2·s),出现在水稻营养生长阶段后期,整个观测时段的CH_4排放总量约为28 g C/m~2。     

广州地区稻田甲烷排放及中国稻田甲烷排放的空间变化

１９９３年在广州地区采用中国科学院大气物理研究所研制的自动采集和分析系统测量了稻田甲烷的排放率，首次获得了占我国２０－２５％左右水稻收获面积的华南地区稻田甲烷排放特征值。从而宏观地使我国五个主要水稻生态区的甲烷排放率都有了实测资料。稻田甲烷排放率的季节变化主要与气温及灌溉水状态的变化的较大关系，日变化规律以下午出现极大为主。本实验田的甲烷排放率低。     

川中丘陵水旱轮作土壤—小麦系统CO_2排放及其影响因素

利用静态箱/气相色谱法对川中丘陵区水旱轮作区的小麦进行全生长季CO_2排放观测。结果表明:①土壤—小麦系统的CO_2排放通量存在着明显的日变化。凌晨4:00～6:00排放量最低,随着温度的升高,CO_2的排放量逐渐增大,在午后1:00～3:00达到峰值。分析表明,气温和地表温度与土壤—小麦系统CO_2排放通量之间存在显著的相关关系。②土壤—小麦系统CO_2排放都有明显的季节变化。分析表明,小麦生物量和气温与土壤—小麦系统CO_2排放季节变化之间存在显著的相关关系。③在小麦各个生育期中,CO_2平均排放通量常规处理>无氮处理>空白>裸地。水早轮作区小麦常规处理、无氮处理、空白点和裸地的CO_2排放通量的平均值分别为574.51、362.23、239.92、129.47 mg/(m~2·h)。     

川中丘陵水旱轮作土壤—小麦系统CO2排放及其影响因素

利用静态箱／气相色谱法对川中丘陵区水旱轮作区的小麦进行全生长季CO2排放观测。结果表明：①土壤-小麦系统的CO2排放通量存在着明显的日变化。凌晨 4：00～6：00排放量最低，随着温度的升高，CO2的排放量逐渐增大，在午后 1：00～3：00达到峰值。分析表明，气温和地表温度与土壤-小麦系统CO2排放通量之间存在显著的相关关系。②土壤-小麦系统CO2排放都有明显的季节变化。分析表明，小麦生物量和气温与土壤-小麦系统CO2排放季节变化之间存在显著的相关关系。③在小麦各个生育期中，CO2平均排放通量常规处理＞无氮处理＞空白＞裸地。水旱轮作区小麦常规处理、无氮处理、空白点和裸地的CO2排放通量的平均值分别为574．51、362．23、 239．91、129．47 m g／（ m 2· h）。     

Fe对稻田土壤重金属迁移转化影响机制及研究进展

我国是全球最大的水稻生产国和消费国,部分地区稻田土壤重金属污染严重,威胁粮食安全和人体健康。目前稻田土壤重金属复合污染是我国土壤污染治理的重点和难点。Fe在地壳中分布广泛,居元素分布序列的第四位,是土壤中的高活性元素,参与多种重金属的地球化学过程。文章针对Fe氧化物对重金属的作用机制、土壤中Fe的生物化学过程、稻田系统中Fe对重金属吸收转运的影响,以及Fe相关材料在重金属污染土壤修复中的应用等方面进行总结。结果显示：(1)土壤中Fe氧化物主要通过吸附/络合/沉淀作用固定重金属,或通过氧化还原作用降低重金属的毒性和有效性;(2)土壤环境的变化容易引起Fe氧化物的还原溶解/氧化沉淀,以及微生物介导的Fe(III)还原和Fe(II)氧化等过程;(3)稻田环境变化关系到土壤中Fe氧化物的形态转化、水稻根表铁膜的形成与成矿过程、水稻对Fe的吸收转运等,从而影响重金属在土壤-水稻中的运移;(4)Fe相关材料对土壤单一重金属污染修复效率高,但尚未在重金属复合污染土壤修复中大面积应用。同时,对我国当前Fe相关材料在稻田重金属复合污染修复应用中存在的问题进行思考,对今后的研究方向进行展望,以期为稻田重金...     

疏勒河上游多年冻土区植物生长季主要温室气体排放观测

选取青藏高原东北部疏勒河上游多年冻土区的高寒草甸样地为研究对象, 对2011年植物生长季(6-10月)主要温室气体(CO₂、 CH₄CH₄和CO₂)的排放进行了观测. 结果显示: 疏勒河上游多年冻土区高寒草甸地表CO₂、 CH₄和N₂O排放速率范围分别为7.58~418.60 mg·m^-2·h^-1, -0.20~0.14 mg·m^-2·h^-1和-27.22~39.98 μg·m^-2·h^-1. 0~10 cm土壤温度、 含水量和盐分与CO₂和CH₄排放速率显著相关, 但与N₂O排放速率无显著相关. 日均排放速率显示, CO₂和N₂O在整个观测期均表现为排放; CH₄在植物返青期和生长旺盛期表现为排放, 在枯黄期伴随表层土壤发生日冻融循环时为吸收. 从9月30日12:00-10月6日14:40, 表层0~10 cm土壤经历了3次日冻融循环, CO₂和N₂O日均排放速率分别由冻融前的60.73 mg·m^-2·h^-1和9.91 μg·m^-2·h^-1提高到122.33 mg·m^-2·h^-1和11.70 μg·m^-2·h^-1. 土壤温度、 含水量和盐分是影响CO₂和CH₄排放的重要因子, 表层土壤冻融交替作用可提高地表CO₂和N₂O的排放速率.     

Characteristics and Drivers of Methane Fluxes from a Rice Paddy Based on the Flux Measurement

Rice paddies are an important anthropogenic source of methane (CH₄) to the atmosphere, which aggravate the global warming greatly. CH₄ fluxes from a rice paddy in Central China were continuously measured with the eddy covariance method in 2018. The characteristics, dynamics and drivers of the observed CH₄ fluxes from this paddy field were subsequently analyzed. The results indicated that \mathrm{①} a distinct seasonal variation of daily CH₄ fluxes was found over the whole observed period. Daily CH₄ fluxes were the highest in the vegetative period, then decreased gradually, and became the lowest in the fallow period; \mathrm{②} observed CH₄ fluxes had a clear single-peak diurnal pattern during the vegetative and reproductive periods, and reached daily peaks at about 14:00-16:00. However, no obvious diurnal variation in CH₄ fluxes was observed during the fallow period; \mathrm{③} air temperature was the most important drivers that controlled the seasonal variation of CH₄ fluxes from this paddy field, and Vapor Pressure Deficit (VPD) was also found related to the CH₄ emissions; \mathrm{④} the largest daily CH₄ flux was 0.69 μmol/(m²·s), occurred in the late of vegetative period, and the total amount of CH₄ emissions over the whole observed period was about 28 g C/m².     

高寒湿地太阳辐射和地表反射率变化的统计学特征

依据祁连山海北高寒湿地植物生长期观测的太阳总辐射(E_g)和反射辐射(Er)资料,分析了高寒湿地E_g和地表反射率(A)的日及季节变化特征.结果表明:祁连山海北高寒湿地,有较强的E_g,但A较低.年内1-12月E_g的平均日总量达17.3 MJ·m^-2,其中植物生长期的5-9月平均日总量为20.0MJ·m^-2,表现出4-7月高,冷季低的变化特征.A的日、季节变化均表现“U”型变化过程.2004年1-12月A的年平均值为0.32,植物生长季的5-9月平均值为0.18,植物非生长季的10月-翌年4月平均值为0.43.其中1月最高(0.70),7月最低(0.16).     

若尔盖高原草甸土与泥炭土氧化CH4研究

若尔盖高原草甸土氧化大气CH₄的速率为-0.092～0.125 ng·g^-1·h^-1,氧化速率随着土壤深度的增加而减小,深度超过25cm的土层没有氧化大气CH₄的潜力;而高原泥炭土CH₄排放速率为0.236～1.088 ng·g^-1·h^-1,排放速率亚表层土(10～25 cm)最大.两种土壤均能氧化高浓度CH₄,泥炭土氧化大气浓度CH₄的速率是草甸土的15～22倍.两种土壤不同层次氧化高浓度CH₄的潜力都没有显著差异.降水减少或人为排水导致的泥炭地水位下降,将加强若尔盖高原土壤氧化CH₄从而减少CH₄排放.     

CO2注气压力对瓦斯扩散系数影响规律实验研究

煤层CH₄解吸效率低、扩散慢的特点严重制约着煤层瓦斯抽采的效率,为解决低透气性煤层瓦斯抽采困难的问题,选取晋城赵庄煤矿煤样,研究不同注气压力对驱替CH₄过程的影响以及驱替过程中CH₄扩散系数的变化规律,利用自主研发的CO₂驱替CH₄试验平台,在0.6、0.8、1.0 MPa等不同注气压力条件下分别进行CO₂驱替CH₄实验。结果表明:驱替压力越大,达到最大CH₄排放量的时间越短,CO₂突破时间越快,置换效率越大,驱替效果越好;CH₄气体驱替过程分为3个阶段,先急剧增加再缓慢增加最后保持平稳;在同一注气压力下,瓦斯扩散系数随时间呈先增大后减小的变化规律,注气压力为0.6、0.8、1.0 MPa时,瓦斯扩散系数的最大值分别为2.27×10-5、3.36×10-5、4.62×10-5 cm2/s。从实验结果可知,不同注气压力下,CO₂对CH₄主要起到驱替作用、置换吸附-解吸作用及稀释驱替作用;每个阶段的CH₄气体运移情况不同,根据实验阶段合理调整注气流量、压力等参数,使注驱技术搭配更高效。研究结果对CO₂深埋与瓦斯（煤层气）高效抽采具有理论指导意义。      

神农架大九湖泥炭湿地CH4通量特征及其影响因子

开展大九湖湿地生态系统CH₄通量研究,对深入了解碳循环机制、科学经营以及准确评估湿地生态系统碳收支等方面具有重要意义.以湖北省神农架林区大九湖亚高山泥炭湿地为研究区域,采用涡度相关法对CH₄通量进行原位连续观测,分析了泥炭湿地CH₄通量变化特征及其影响因素.结果表明,大九湖泥炭湿地在2015年8月至2016年5月期间表现为CH₄的源,日通量均值为15.57 nmol·m-2·s-1.CH₄通量具有“夜间极大值”(2:00或22:00) 和“三峰模式”(6:00、12:00和22:00) 两种昼夜变化规律;CH₄通量具有明显季节变化规律,8月释放最多(36.46 nmol·m-2·s-1),3月释放最少(3.92 nmol·m-2·s-1).相关性分析表明,大九湖泥炭湿地CH₄通量受空气温度(T_a)、土壤温度(T_s)、土壤含水量(SWC)和摩擦风速(U*)的共同影响;不同时间尺度上,各影响因子与CH₄通量的相关性有所差异.曲线拟合得出,CH₄通量与T_a和T_s呈指数增长趋势,与SWC呈二次曲线关系.