不同施肥处理下双季稻田CH4和N2O排放的全年观测研究

选取湖南典型红壤双季稻田为研究对象,采用静态箱—气相色谱法对不施肥对照(CK)、常规施化肥(NPK)、新鲜稻草与化肥配施(RS+ NPK1)、菌渣与化肥配施(MR+ NPK1)、新鲜牛粪与化肥配施(CD+NPK2)和沼渣与化肥配施(BD+NPK2)等6个处理的CH4和N2O排放通量进行为期一年的观测(早稻、晚稻和休闲期...     

种植不同作物对农田N2O和CH4排放的影响及其驱动因子

以种植玉米(Zea mays)、大豆(Glycine max)和水稻(Oryza sativa)的农田生态系统为研究对象,于2003年6~10月系统观测了N2O和CH4的排放、土壤温度和湿度以及相关的生物学因子。玉米和水稻分别施化肥氮300 kg.hm-2,大豆未施氮肥。研究结果表明,作物类型对农田N2O和CH4排放具有显著的影响。土壤-玉米系统、土壤-大豆系统和土壤-水稻系统的N2O季节性平均排放通量分别为620.5±57.6、338.0±7.5和238.8±13.6μg.m-2.h-1(N2O)。种植作物促进了农田生态系统的N2O排放,玉米地土壤和裸地土壤的N2O平均排放通量分别为364.2±11.7和163.7±10.5μg.m-2.h-1(N2O)。土壤-玉米系统、土壤-水稻系统、玉米地土壤和裸地土壤N2O排放受土壤温度的影响,与土壤湿度无显著统计相关,但受土壤温度和水分的综合影响。土壤-大豆系统N2O排放随作物绿叶干重的增加而指数增加,与土壤温度和水分条件无统计相关,由大豆作物自身氮代谢所产生的N2O-N季节总量约为6.2 kg.hm-2(N)。土壤-水稻系统CH4平均排放通量为1.7±0.1 mg.m-2.h-1(CH4),烤田抑制了稻田CH4的排放。烤田前影响稻田CH4排放的主要因素是水稻生物量,烤田后的浅水灌溉及湿润灌溉阶段的CH4排放与土壤温度和水稻生物量无关。本研究未观测到旱作农田有吸收CH4的现象。     

青藏高原上空H2O和CH4的分布和变化趋势分析

采用UARS卫星1993—2004年卤素掩星试验的观测资料(HALOE),分析了青藏高原(下称高原)上空大气中H2O和CH4的分布和季节变化,也与同纬度其它地区作对比,找出它们的差异,并分析了H2O和CH4的多年变化趋势。结果表明:高原上空H2O混合比在对流层上层随高度迅速减少,在对流层顶和平流层底达到极小值,平流层里水汽混合比随高度增加。高原上空CH4混合比从140 hPa直至1 hPa随高度递减。在对流层上部和平流层下部H2O和CH4混合比季节差异最明显。高原上空H2O和CH4混合比与同纬度带其它地区相比有不少差异,这种差异在对流层上部和平流层下部更明显。分析还表明:高原上空对流层上部和平流层下部H2O和CH4的分布明显受到高原热力作用引起的垂直运动的影响,高原区域是平流层和对流层交换的活跃区。平流层中上层H2O和CH4的关系很密切,其原因主要是在平流层中上层CH4很容易被氧化成H2O。趋势分析表明,在对流层顶附近,水汽在1993—2004年呈下降趋势,而CH4在1998年以前和2001年以后也呈下降趋势;平流层中层1993—2000年H2O混合比呈增加趋势,CH4呈下降趋势,2000—2004年H2O混合比呈下降趋势,而CH4呈增加趋势。     

广东清远早、晚稻稻田甲烷排放的观测研究

分析了2003、2004年广东省清远市郊区早、晚稻稻田甲烷（CH4）的排放通量,结果表明：广东清远早、晚稻稻田CH4排放通量的几何平均值2003年为4,38mg·m^-2·h^-1和6．09mg·m^-2·h^-1;2004年为5．17mg·m^-2·h^-1和8．3mg·m^-2·h^-1,土壤有机质含量是造成2003和2004年CH4排放差异的原因之一。水稻品种的不同,CH4排放通量也有所不同,实验表明,水稻品种“七丝尖”的排放通量比品种“金优99”高1．08mg·m^-2·h^-1,产量却只有64％。此外,与相关的测量结果进行初步比较。     

稻田CH4排放的农业气象数值模拟研究

在美国DNDC模式基础上, 综合气象学、农业气象学及生态学最新研究进展, 将作物生长、碳氮循环及CH₄排放有机耦合, 建立了一个CH₄排放数值模式, 模式通过了相关显著性检验。利用模式重点分析了气象因子对稻田CH₄排放的影响状况, 数值分析表明, 当仅考虑气象条件影响时: (1) 不同地区不同生长季节的CH₄排放量均与相应生长期的平均气温成正相关关系; (2) 功率谱分析表明稻田CH₄排放存在4~5年周期变化, 与相应生长季节的平均温度年际变化规律相一致; (3) CH₄排放量年际之间变化趋势与生长季平均气温变化趋势基本一致。利用数值计算结果, 给出了杭州及昌德地区早稻、晚稻CH₄简易统计模式, 为应用模型监测并调控农田生态系统中的CH₄排放奠定了基础。     

广东省不同地区稻田甲烷排放的差异性及其模型估计

减少温室气体排放以减缓全球变暖是当前全球变化研究的主要关注点。制定区域适应性的减排措施,有赖于对不同环境条件下温室气体排放空间差异性的进一步研究。广东是我国主要的双季稻种植区,其气候条件及稻田耕作方式都有别于我国其他稻区的。为估算广东省区域稻甲烷(CH_4)排放情况,利用IPCC2006清单指南中的稻田甲烷模型——CH_4MOD,模拟计算了2010年广东省21个地市双季早(晚)稻CH_4排放量及其排放因子。结果显示:1) 2010年稻田CH_4排放量为60. 74万t,其中双季晚稻CH_4排放量35. 01万t,双季早稻CH_4排放量25. 73万t。2)稻田CH_4排放量空间分布不均,区域稻田甲烷排放量为粤西的粤北的珠江三角洲的粤东的,排放量分别为21. 22万t、17. 02万t、15. 14万t、7. 36万t。3)双季早稻CH_4排放因子明显小于晚稻的,双季早稻CH_4排放因子为261. 18 kg CH_4/hm~2,双季晚稻为358. 53 kg CH_4/hm~2。4)空间上,粤西地区稻田CH_4排放因子水平较高,粤北、粤东的处于中等水平,珠江三角洲稻田CH_4排放水平最低。     

1955-2005年中国稻田甲烷排放估算

 将稻田甲烷排放模型CH4MOD和GIS空间化数据库结合,模拟估计了中国大陆1955-2005年水稻生长季稻田甲烷排放量。结果表明：中国稻田甲烷排放总体呈增加趋势,1960年代、1970年代、1980年代和1990年代年均排放量分别为（3.18±0.53）、（4.71±0.27）、（5.22±0.24）和（5.79±0.34）Tg,2000-2005年平均排放量为（6.25±0.36） Tg。1960-1975年增加最快,速率为0.167 Tg/a;自1970年代中期开始增加速率减缓,为0.054 Tg/a。中国稻田甲烷排放高值区主要分布在湖南、湖北、江西、广东、广西、江苏和安徽省,约占全国稻田甲烷排放总量的73.2%。自1980年代初以来,东北三省稻田甲烷排放增加显著,这主要归因于该区水稻种植面积的迅速扩大。     

华东地区稻麦轮作农田生态系统N2O排放的模拟研究

利用DNDC（DeNitrification and DeComposition）模式,对华东地区典型稻麦轮作农田生态系统的N2O排放特征进行了模拟研究。结果表明：该模式能模拟出轮作周期中N2O的主要排放峰值和排放趋势,但与实测值相比,模拟结果普遍有些偏小。相对而言,该模式对旱地阶段的模拟结果比较理想,尤其是对春季小麦返青至成熟期的模拟最好。因此,我们就该阶段影响N2O排放的主要因子进行了敏感性研究。结果指出,对这一阶段N2O排放影响最大的是化肥的施用,其他比较重要的影响因子还包括犁地方式、有机肥、降水量、降水中的N含量以及温度等。     

大气CO2浓度升高和秸秆还田对稻麦轮作农田N2O排放的影响

随着大气CO2浓度的逐渐升高,CO2的施肥效应很可能对陆地生态系统的N2O地气交换过程产生一定的影响。在江苏北部的中国稻麦轮作FACE (Free-Air Carbon Dioxide Enrichment) 实验平台上,采用静态箱暗箱-色谱法,研究了一个稻麦轮作周期（2005年6月中旬至2006年6月中旬）3种小麦秸秆还田水平处理(全还田、半还田和不还田)和CO2浓度升高200 μmol·mol-1对稻麦轮作农田N2O排放的影响。结果表明,就当地传统农田管理方式下的砂性土壤稻麦轮作农田N2O排放而言,所采用的观测方法未能检测到显著的秸秆还田效应和大气CO2浓度升高效应。     

太湖地区冬小麦田与蔬菜地N2O排放对比观测研究

2003年11月8日至2004年6月5日对太湖地区相邻的蔬菜地和稻麦轮作生态系统的冬小麦田,在当季不施肥情况下的N2O排放进行了田间同步对比观测,分析了N2O排放时间变化以及土壤湿度、土壤温度、土壤速效氮含量和农业管理措施对N2O排放的影响。研究结果表明,小麦播种前的耕翻(表层大约7cm土壤旋耕)处理不会明显改变稻麦轮作农田整个旱地阶段的N2O排放总量,但却使小麦生长季初期的N2O排放明显减弱69%(p<0.01,p为相关概率),使小麦生长季后期的N2O排放明显偏高2.6倍(p<0.05),而对其余时间段的N2O排放作用不明显。与长期实行稻麦轮作的旱地阶段农田相比,由稻田改种蔬菜20多年的蔬菜地,其整个观测期的N2O排放总量比免耕处理小麦田同期的排放高85%(p<0.05),比耕翻处理小麦田同期的排放高99%(p<0.01)。蔬菜地N2O排放偏高的原因是土壤速效氮,特别是铵态氮含量明显偏高(p<0.01)。     

华东稻麦轮作农田CH4、N2O和NO排放特征

利用同步自动观测系统对华东稻麦轮作农田的CH4、N2O和NO排放进行了长期连续观测,分析了这3种气体排放的季节特征及决定因素,结果表明,华东稻麦轮作农田的CH4、N2O和NO排放具有完全不同的季节变化形式。CH4的排放发生在水稻生长期,其他阶段排放不明显,土壤水分状况是决定整个轮作周期内CH4排放变化的主要因素。N2O排放具有"冬季无,水田少,旱地多"的季节变化特点,尤其以旱地阶段的排放为主,土壤水分状况和温度共同决定着N2O排放的季节变化形式。NO排放具有"冬季无,水田很少,春季旱地多于秋季旱地"的季节分布特点,轮作周期内97.3%±0.6%的NO排放都发生在除冬季以外的旱地阶段,NO排放的季节变化形式由土壤水分状况和温度共同决定。大多数情况下稻田CH4和N2O排放呈互为消长的关系,但在烤田期间,二者却有时甚至同时出现高排放。在N2O日平均排放通量小于5 mg.m-2.h-1时,稻麦轮作农田的N2O和NO排放呈明显的互为消长关系,但大于5 mg.m-2.h-1时,N2O排放很强,同时NO排放也很强。     

Modeling N2O Emissions from Agricultural Fields in Southeast China

DNDC, a rainfall-driven and process-oriented model of soil carbon and nitrogen biogeochemistry, is applied to simulate the nitrous oxide emissions from agricultural ecosystem in Southeast China. We simulated the soil N₂O emission during a whole rice-wheat rotation cycle (from Nov. 1, 1996 to Oct. 31, 1997) under three different conditions, which are A) no fertilizer, B) both chemical fertilizer and manure and, C) chemical fertilizer only. The processes of N₂O emission were discussed in detail by comparing the model outputs with the results from field measurement. The comparison shows that the model is good at simulating most of the N₂O emission pulses and trends. Although the simulated N₂O emission fluxes are generally less than the measured ones, the model outputs during the dryland period, especially during the wheat reviving and maturing stages in spring, are much better than those during the paddy field period. Some sensitive experiments were made by simulating the N₂O emissions in spring, when there is a smallest gap between the simulated fluxes and the measured ones. Meanwhile, the effects of some important regulating factors, such as the rainfall, N deposition by rainfall, temperature, tillage, nitrogen fertilizer and manure application on N₂O emission during this period were analyzed. From the analysis, we draw a conclusion that soil moisture and fertilization are the most important regulating factors while the N₂O emission is sensitive to some other factors, such as temperature, manure, tillage and the wet deposition of atmospheric nitrate.     

Modeling Methane Emissions from Paddy Rice Fields under Elevated Atmospheric Carbon Dioxide Conditions

Methane(CH4 ) emissions from paddy rice fields substantially contribute to the dramatic increase of this greenhouse gas in the atmosphere.Due to great concern about climate change,it is necessary to predict the effects of the dramatic increase in atmospheric carbon dioxide(CO2 ) on CH4 emissions from paddy rice fields.CH4MOD 1.0 is the most widely validated model for simulating CH4 emissions from paddy rice fields exposed to ambient CO2(hereinafter referred to as aCO2 ).We upgraded the model to CH4MOD 2.0 b...     

Modeling N_2O Emissions from Agricultural Fields in Southeast China

l.Intr0ductionWiththedevelopmentofeconomy,theenvironmentalproblemsarebec0mingincreasinglyserious.Am0ngthem,theenhancementofgreenh0useeffectsandglobalwarm-ingaretwoimPOrtantonesthathavear0usedwideattention.Nitrousoxide(N,O)isanim-POrtantgreenhousegasandplayingagreatroleinthesetwoprocesses.SincetheIndustrialRevolution,theatmosphericN2Oconcentrationhasincreasedbyaboutl5%(IPCC,l995).Inthelast4Oyears,itincreasedrapidlyatarateof0.2%ro.3%yr-'(IPCC,l99O).Ifitin-creasesatthisrate,theatmospheri…     

基于排放源的中国城市垃圾填埋场甲烷排放研究

利用全国垃圾填埋场的点源数据,基于实际调研和实验室分析建立中国不同区域、不同规模、不同填埋时间的排放因子矩阵,采用IPCC推荐的一级降解动力学（FOD）方法自下而上地核算了中国2107个垃圾填埋场在2007年的甲烷（CH₄）排放量。针对不同区域和类型的填埋场,分别就城市垃圾组分、可降解有机碳、CH₄修正因子、CH₄氧化系数、填埋场CH₄收集率等进行了深入研究。结果显示,中国2007年填埋场CH₄排放量为118.61万t,与《中华人民共和国气候变化第二次国家信息通报》2005年填埋场排放量（220万t）差异较大,其主要原因是城市垃圾填埋场统计数据的差异,例如填埋场个数及垃圾填埋量。中国绝大部分填埋场CH₄年排放量在700 t以下,超过1000 t的有279个,超过1万t的仅10个。江苏省的CH₄排放量最高,达到9.87万t;西藏的排放量最小,仅为0.21万t。东部江苏、广东、浙江等省的整体排放量较高,西部地区西藏、宁夏、青海等地的排放水平较低。