为进一步厘清生物炭在减缓农业生态系统土壤N_2O排放的作用和机制,本研究基于CNKI、Springer、Wiley和Science Direct数据库,以"生物炭"、"农业生态系统"、"N_2O"为关键词,搜索2008—2021年相关文献,并进行了总结和归纳。结果表明:土壤N_2O可通过多种微生物过程产生,其中硝化作用和反硝化作用是主要过程,硝化细菌反硝化、硝态氮异化还原成铵、化学反硝化等非生物过程也可产生N_2O;生物炭添加对土壤N_2O排放影响的结论不一,多数研究认为生物炭有利于减少土壤N_2O的排放,少数认为生物炭刺激了土壤N_2O的排放或对其无影响;提出了生物炭减缓土壤N_2O排放机制(生物炭本身理化性质的差异、生物炭影响土壤理化性质和氮转化过程);并分析了生物炭降低堆肥土壤N_2O排放的潜力和生物炭促进酸性土壤的植物生产力。最后,基于上述研究提出三点展望:有必要建立生物炭特性数据库;系统性的加强生物炭在N_2O减排潜力的估算;进行长期野外田间试验的必要性。

N2O不仅是一种重要的温室气体,而且还可以破坏臭氧层。随着人类活动的增加,其在大气中的浓度不断上升,对环境的影响也更加严重,因此,N2O的排放日益成为环境研究的热点问题。土壤是N2O的重要排放源。本文综合分析了土壤N2O排放研究的进展情况,主要包括:土壤N2O产生及排放的机理;影响N2O排放的主要因素;土壤N2O排放的时空特征以及全球N2O排放的模型估计;最后提出了今后的研究方向。

氧化亚氮(N_2O)是第三大温室气体,对全球气候变化具有显著影响。稻田是重要的N_2O排放源,追踪稻田N_2O产生及排放关键过程的微生物调控机制,可以为农田土壤氮素循环研究以及稻田N_2O减排提供有价值的信息。微生物调控的硝化作用和反硝化作用是稻田N_2O排放的主要来源。基于此,我们在过去十年的研究中,依托中国科学院桃源农业生态试验站,以水稻田淹水-落干和施肥为关键过程,从水稻根际、土层深度、反应底物浓度等方面探明了土壤硝化反硝化过程和N_2O排放特征及其微生物调控机制;提出了开发稻田土壤微生物资源,提高土壤N_2O消纳能力的可能策略;构建了可以有效降低稻田氮素损失和N_2O排放的基于化肥一次性深施的减氮控磷施肥技术,并在实际农业生产中进行了示范推广。本文对上述研究取得的成果,以及国内外相关研究结果进行了全面综述。结合分子生物技术在土壤科学研究中的应用,今后的研究工作将会从以下几个方面开展:1)解析土壤微生物与土壤生产力和生态环境之间的关系;2)在基因组和转录组水平构建农田土壤碳氮循环功能微生物分析平台;3)解析土壤微生物分布与生态功能之间的关联机制;4)根系—土壤—微生物之间的协同机制以及植物—内生菌—土壤微生物之间相互影响的分子机制;5)加强对实用技术的研发,把基础研究成果转化为生产力,服务农业生产和生态文明建设。

区域农业生态系统在提供人类生活和生产资料的同时,还能维持区域自然环境的平衡。因此,正确认识和把握区域农业生态系统运行规律对于促进我国农业的可持续发展具有非常重要的意义。文章系统阐述了区域农业生态系统研究的主要进展,着重从区域农业生态系统研究的概念、性质、原理及研究方法及研究趋向展开论述。最后简要评述了研究领域的拓展及趋向,认为加强区域农业生态系统的理论、影响因子、作用机制以及定量化研究结果的理论指导性和实践应用性为今后的研究趋向。

在大量查阅国内外文献资料的基础上,阐述了国内外农业可持续性评价指标体系的选取标准与选取方法,在此基础上,综述了国内外农业可持续评价方法及评价尺度等研究进展情况。发现国内农业可持续性评价指标过多且以农业经济方面的指标为主,指标之间重叠现象严重,对生态环境、政策性和指导性指标重视不够,而且评价方法有待进一步完善。最后,针对农业可持续性评价中存在的问题提出了一些建议,以期对国内农业的可持续评价研究有所借鉴。

利用静态暗箱/气相色谱法连续两个生长季(2003-2004年)对三江平原小叶章草甸和毛果苔草沼泽CO2、CH4和N2O的排放通量进行野外原位观测。结果表明:两种类型湿地的生长季均为温室气体的排放源,三种温室气体排放通量之间的关系是,CO2和CH4、CO2和N2O、CH4和N2O排放通量之间均为正相关,但显著性水平视不同湿地类型以及不同年份而异。表明它们之间的相互关系受湿地类型以及环境因素的影响,本研究结果进一步证明了植物在沼泽湿地温室气体排放中的关键性作用。

以年降雨量 6 32 m m的黄土高原南部旱地小麦田及休耕地为研究对象 ,研究了耕作措施及氮肥施用对小麦生长期土壤 N2 O排放及土壤脲酶活性的影响。结果表明 ,种植小麦对农田 N2 O排放及 10～ 2 0 cm和 0～2 0 cm土层中的脲酶有激发效应 ;地膜覆盖能使土壤 N2 O排放量和耕层不同层次中的脲酶活性升高 ;N2 O排放与耕层土壤脲酶活性之间具有极显著线性相关关系 (y=4 .5 6 0 x+6 .6 86 ,r=0 .6 94 * *) ,因此耕作层土壤脲酶活性可以作为旱作农田土壤 N2 O排放量的生物指标之一。

【目的】研究大气CO_2浓度和温度升高条件下稻麦轮作生态系统N_2O排放的响应规律,以期科学评估未来气候变化情境下,CO_2浓度和温度升高对稻麦轮作生态系统N_2O排放的影响,为中国应对未来气候变化提供数据支持。【方法】依托同步模拟自由大气CO_2浓度升高和温度升高的T-FACE试验平台,设置本底大气CO_2浓度和温度(Ambient)、500μmol·mol~(-1) CO_2+本底大气温度(C)、本底大气CO_2浓度+温度增加2℃(T)和500μmol·mol-1 CO_2+温度增加2℃(C+T)等4个处理。采用静态暗箱-气相色谱法原位观测稻麦轮作生态系统N_2O排放通量,研究稻麦轮作生态系统N_2O排放对大气CO_2浓度和温度升高的响应规律。【结果】(1)CO_2浓度升高使水稻和小麦生物量和产量分别显著增加9.7%、11.3%和5.6%、5.7%(P<0.05);温度升高使水稻和小麦生物量和产量分别显著减少21.1%、18.0%和31.6%、17.7%(P<0.05);CO_2浓度和温度的同步升高使水稻和小麦生物量和产量分别显著降低13.5%、8.7%和26.0%、10.3%(P<0.05)。(2)CO_2浓度和温度升高,均未改变稻麦轮作系统N_2O的季节排放模式。CO_2浓度升高条件下,水稻季和小麦季N_2O排放分别增加15.2%和39.9%,其中后者达显著水平(P<0.05);温度升高未显著影响水稻季N_2O排放,但显著增加小麦季N_2O排放20.5%(P<0.05);CO_2浓度和温度同步升高对水稻季N_2O排放的影响存在较大的年际差异,但总体上有促进N_2O排放的趋势;CO_2浓度和温度同步升高极显著增加小麦季N_2O排放(46.0%,P<0.01)。(3)小麦季N_2O排放与小麦生物量密切相关,在CO_2浓度和温度升高条件下,小麦季N_2O排放与小麦地下部生物量和ΔSOC之间具有显著的正相关关系。(4)与对照组相比,CO_2浓度升高、温度升高以及两者的共同作用,分别导致稻麦轮作系统单位产量的N_2O排放强度(GHGI)分别增加29.1%、66.3%和81.8%,其中温度升高和CO_2浓度和温度同步升高处理达显著水平(PT>C。可见,在未来CO_2浓度和温度升高情境下,为保证现有粮食供应水平不变,由稻麦生产所导致的N_2O排放强度变化可能会进一步加剧气候变化进程。

本文分析了养殖水体氮转化过程中可能产生N_2O的环节,总结了关于水产养殖活动中N_2O排放量的相关研究进展。结果表明,养殖过程中的N_2O排放系数总体上低于废水处理过程中的N_2O排放系数;不同的养殖模式氮的利用效率及未被利用的氮的去向有较大差别,其中循环水养殖模式的氮处理过程最接近于废水处理厂中的处理途径,但循环水养殖产量占全球水产养殖产量的比例较低,且现有水产养殖总产量中约有一半的渔获物不需要投饵,因此,基于废水处理厂的N_2O排放系数和总养殖产量的N_2O排放量的估算会明显高于实际排放量。目前尚缺乏关于水产养殖N_2O产生的基础性研究,本研究未进行相关估算。应尽快开展水产养殖活动中产生N_2O的系统性研究,为客观评估养殖活动N_2O的排放提供理论支撑。

为研究秸秆还田对热带地区稻田N_2O排放的影响,以不同管理措施下耕作4 a的稻田土壤为基础,通过盆栽试验观察种植水稻后N_2O排放动态变化。试验设置了不施氮对照(CK)、常规施氮(CT)、单施秸秆(ST)和常规施氮+秸秆(CTST)处理。结果表明,各处理N_2O排放通量在-0.23～6.64 mg/(m~2·h),主要集中在水稻生育前中期,CTST处理相比于CT处理显著降低了分蘖肥期田面水无机氮浓度(P0.05),CTST处理相比于CT处理可减排49.11%(P<0.05)。因此,施用氮肥是N_2O排放增加的主要原因,秸秆还田可显著减少热带土壤-水稻种植系统N_2O排放。

【目的】明确黄淮海平原地区典型作物种植类型下,农田土壤N2O排放特征,并探明不同环境因子对其排放通量的影响。【方法】采用静态箱法测定了黄淮海平原典型农田(冬小麦/夏玉米、棉花、休闲地)土壤N2O的排放通量及其季节变化特征,并分析了土壤温度、土壤水分、不同氮肥量对土壤N2O通量的影响。【结果】3种种植方式N2O排放在秋季均呈现总体下降趋势,至12月中旬左右降到最低,随着春季气温的升高则呈总体上升趋势。冬小麦/夏玉米地土壤N2O排放高峰值为433.5μgN2O·m-2·h-1,出现在7月下旬;棉花地为146.5μgN2O·m-2·h-1,出现在6月中旬;休闲地为175.16μgN2O·m-2·h-...

应用C2H2抑制-原状土柱培养法研究了三峡库区腹地忠县境内两种不同土地利用方式和不同高程消落带土壤N2O排放及反硝化速率的变化及特征。结果表明:研究区域消落带土壤N2O排放速率和反硝化速率具有明显的时空差异,农耕区消落带土壤N2O排放速率均值为23.71±31.61g N/hm2·d,为人工植被恢复区土壤N2O排放速率均值的3.48倍,农耕区反硝化速率均值为105.51±126.60g N/hm2·d,为人工植被恢复区反硝化速率均值的5.39倍,二者反硝化速率差异显著(p0.05),但低高程消落带土壤反硝化作用相对较强。...

N2O是重要的温室气体,农田是N2O的重要排放源。排放因子法、试验推断法、统计模型和过程模型是目前估算区域农田N2O排放的主要方法,应用上述方法,各国学者对全球、国家和其它区域尺度的农田N2O排放量进行了估算。结果表明,世界农田N2O排放总量在1.2—4.2 TgN之间,中国农田N2O排放总量在0.063—0.628 TgN之间。与其它方法相比,过程模型的精度更高,未来在区域农田N2O排放估算上会发挥越来越重要的作用。应用过程模型,开展模型功能开发与区域验证、氮沉降、淋溶、径流等间接排放因子研究以及区域减排技术集成与农田减排碳贸易测算是未来区域尺度农田N2O排放估算研究的重点。