科研产出
干湿交替灌溉模式在湖南稻区适用性及其甲烷减排潜力评估
《农业工程学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：减排技术适用性评估的缺失，限制了区域水稻生产精准减碳政策的制定和中国双碳战略相关体系的完善。该研究通过对湖南水稻生产现状分析和干湿交替灌溉甲烷（CH4）减排技术区域适用性评估，力求为湖南水稻主产区提供精准的丰产减排水分管理措施。收集2016—2019年湖南水稻生产数据及各地市多年（1960—2017年）气象数据，利用基于稻田水分平衡模型的干湿交替灌溉技术适用性评估方法并结合地理信息系统工具，评估了该方法在湖南稻区的适用性及其加权CH4减排潜力。结果表明：2016—2019年湖南水稻播种面积略有下降，其中早、晚稻播种面积且单季稻播种面积逐年增加；而水稻单产稳步增加，单季稻4a内年均单产为7259kg/hm~2，比双季早、晚稻分别高21.68%、13.19%。在湖南省地市和县区两级层面上，干湿交替灌溉适用性均具有显著的时间和空间差异，市、县两级层面上，相比早稻和中稻，晚稻更适宜实施干湿交替灌溉。针对水稻生育期，早稻季生长后期干湿交替灌溉适宜性较高，单季稻生长中、后期适宜性更好，而晚稻除分蘖期，其余生育期均适合执行干湿交替灌溉技术。干湿交替灌溉技术在湖南稻区有较大的减排潜力（51.16%），考虑适用性情景的干湿交替灌溉（Alternate Wetting and Drying,AWD）加权减排量达49.36万t，占全国稻田CH4排放的5.54%。在确保稻谷供应的基础上，因时因地制宜的实施动态的干湿交替灌溉精准调控技术，是湖南水稻生产低碳转型高质量发展的关键举措。
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厢作免耕下生态种养对稻田CH4和N2O排放的影响
《农业环境科学学报 》 2021 北大核心 CSCD
摘要：为明确厢作免耕养鸭、养鱼模式对双季稻田CH4、N2O排放量及其增温潜势（GWP）和温室气体排放强度（GHGI）的影响,了解稻田厢作免耕养殖的温室气体排放情况,本研究设置厢作免耕养鸭（W-RD）、厢作免耕养鱼（W-RF）、厢作免耕（W-CK）、平作翻耕养鸭（F-RD）、平作翻耕养鱼（F-RF）和平作翻耕（F-CK）6个处理进行大田对比试验,采用密闭静态箱法收集CH4和N2O的排放量,探究双季早晚稻田CH4和N2O的累积排放量、GWP和GHGI。结果表明:早稻CH4累积排放量在分蘖末期-孕穗期阶段排放最多,晚稻CH4累积排放量主要集中在返青-分蘖末期阶段,相对于晚稻,早稻CH4排放量占双季稻总排放量的61.60%～77.00%。早稻和晚稻的N2O累积排放量均在分蘖末期-孕穗期阶段排放最多,W-CK处理N2O累积排放量最高为7.85 kg·hm-2,F-RF处理最低为2.64 kg·hm-2,且W-CK与F-RF处理达到显著差异;厢作免耕各处理早晚稻累积N2O排放的CO2当量均显著高于平作翻耕各处理,且厢作免耕与平作翻耕各处理均显著低于CK处理。双季稻全球增温潜势（总GWP）和双季稻温室气体排放强度（总GHGI）均以F-CK处理最高(总GWP为25 258.08 kg·hm-2,总GHGI为4 501.41 kg CO2-eq·kg-1),以W-RF处理最低(总GWP为14 819.94 kg·hm-2,总GHGI为2 322.83 kg CO2-eq·kg-1),W-RF处理总GWP和总GHGI分别低于F-CK处理41.33%、48.40%,均达到显著差异。双季水稻总产量中W-RF和F-RF处理显著高于其他处理,W-RF和F-RF处理周年水稻总产量分别为13.36、13.20 t·hm-2。综上所述,厢作免耕养鱼模式（W-RF）与其他处理相比既可保证水稻高产又可降低GWP和GHGI,而厢作免耕养鸭模式（W-RD）对稻田温室气体排放的影响还需要进一步研究。
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稻油不同轮作模式对农田甲烷和氧化亚氮排放的影响
《环境科学 》 2020 北大核心 CSCD
摘要：以南方稻区不同轮作模式为研究对象,采用静态箱-气相色谱法研究水稻-油菜轮作处理的甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)排放特征,并估算稻田增温潜势(GWP)和温室气体排放强度(GHGI).结果表明,双季稻田、一季中(晚)稻田、油菜地和休闲地CH4平均排放量分别为135.25, 55.64、 5.05和1.89 kg·hm-2,稻季CH4排放占不同轮作周年CH4排放的91.8%~98.5%,稻田土壤水溶性有机碳与CH4排放呈显著正相关,常规晚稻稻田CH4排放比杂交晚稻高18.7%(P<0.05);双季稻田、一季中(晚)稻田、油菜地和休闲地N2O平均排放量分别为0.94、 0.64、 1.38和0.24 kg·hm-2,油菜地的N2O排放占周年排放的57.2%~70.2%,双季稻和一季稻处理的冬闲农田N2O排放占周年排放的17.8%和30.6%,杂交稻和常规稻稻田N2O排放无显著性差异;双季稻-冬闲和双季稻-油菜的GWP处理高于稻-油和稻-冬闲处理,稻季排放CH4的GWP占轮作周年GWP排放的71.2%~90.9%; GHGI以稻-稻-油菜最高,稻-油和稻-冬闲处理较低,综合环境效益和经济效益,建议南方稻区选择杂交晚稻-油菜的种植模式,有利于南方多熟制稻田的温室气体减排.
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有机肥等碳施用对稻田甲烷和氧化亚氮排放的影响（英文）
《Agricultural Science & Technology 》 2018
摘要：为研究有机肥等碳施入稻田对温室气体排放的影响,设置猪粪、鸡粪和稻草分别与化肥混施处理,利用静态箱法-气相色谱仪监测稻田甲烷(CH_4)和氧化亚氮(N_2O)排放通量并进行分析。结果表明,化肥处理(CF)CH_4季节排放总量为271.47 kg/hm~2,猪粪(PM)、鸡粪(CM)和稻草(RS)处理的CH_4排放分别比CF处理增加50.61、260.22和602.82 kg/hm~2;CF处理N_2O排放为1.22 kg/hm~2,PM、CM和RS处理的N_2O排放分别比CF处理减少23.6%(P<0.05)、31.7%(P<0.05)和30.9%(P<0.05);CH_4季节排放通量与土壤Eh值呈极显著负相关关系,与土壤温度呈极显著正相关关系;肥料中被167 mmol/L高锰酸钾氧化的有机碳(ROC_(167))显著影响稻田CH_4排放,与稻田CH_4总量的相关系数为0.872(P<0.05)。施有机肥处理水稻平均产量比CF处理增加6.8%;不同有机肥中,以PM处理的增温潜势和温室气体排放强度最小,与不施肥和CF处理无显著性差异。可见,猪粪能较好的协调环境与产量之间的关系,并含有低含量的ROC_(167),是值得推荐的施肥方式。
关键词： 稻田 甲烷 氧化亚氮 土壤Eh值 易氧化有机碳 温室气体排放强度
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不同有机肥对稻田温室气体排放及产量的影响
《农业工程学报 》 2018 EI 北大核心 CSCD
摘要：为研究有机肥施入稻田对温室气体排放的影响,设置猪粪、鸡粪和稻草分别与化肥混施处理,利用静态箱法-气相色谱仪监测稻田甲烷(CH_4)和氧化亚氮(N_2O)排放通量并进行分析。研究结果表明,化肥处理(CF)CH_4季节排放为202.1、279.9和332.5 kg/hm~2,与猪粪(PM)无显性差异,明显低于鸡粪(CM)和稻草(RS)处理;CF处理N_2O排放总量最高,与有机肥处理无显著性差异;CH_4季节排放通量与土壤Eh值呈极显著负相关关系,与土壤温度呈极显著正相关关系;肥料中不同活性有机碳质量分数为18.4~114.5 g/kg,肥料中被167 mmol/L高锰酸钾氧化的有机碳(ROC167)与稻田CH_4排放总量呈显著正相关关系(相关系数为0.872,P<0.05);施有机肥第三年水稻平均产量比CF处理增加14.3%(P<0.05);不同有机肥中,以PM处理的增温潜势和温室气体排放强度最小,与不施肥和CF处理无显著性差异,猪粪的ROC167含量低,能较好的协调环境与产量之间关系,是值得推荐的有机肥种类。
关键词： 土壤 温室气体 甲烷 有机肥 稻田 氧化亚氮 Eh值
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脱甲河水系CH_4关键产生途径及其稳定碳同位素特征
《应用生态学报 》 2018 北大核心 CSCD
摘要：为明确脱甲河溶存CH_4关键产生途径,明晰水系碳同位素组成及其分布特征,为小流域CH_4排放估算和减排提供数据支撑.利用双层扩散模型法估算了CH_4浓度和传输通量,研究了周年内脱甲河4级河段(S_1~S_4)水体CH_4通量的时空分布及其主控环境因子;运用稳定同位素方法探究了溶存CH_4关键产生途径,分析了溶解CH_4、悬浮颗粒物和沉积物有机质δ~(13)C分布特征.结果表明:水体pH均值为(7.27±0.03),各河段四季差异均显著;溶解氧(DO)在0.43~13.99 mg·L~(-1)内变化,S_1河段DO浓度最高且夏、秋季差异显著,其他河段均为冬与春、夏、秋季差异显著;可溶性有机碳(DOC)变化范围是0.34~8.32 mg·L~(-1),由S_1至S_4河段总体呈递增趋势;水体电导率(EC)和氧化还原电位(ORP)变化范围分别是17~436μS·cm~(-1)和-52.30~674.10 mV,各河段差异明显;铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)浓度分别在0.30~1.35(平均0.90±0.10)mg·L~(-1)和0.82~2.45(平均1.62±0.16)mg·L~(-1)内变化.溶存CH_4浓度和传输通量变化范围分别是0~5.28(平均0.46±0.06)μmol·L~(-1)和-0.34~619.72(平均53.88±7.15)μg C·m~(-2)·h~(-1);均存在时空变化且变异规律相似,为春季>冬季>夏季>秋季,S_2>S_3>S_4>S_1.通量与水体铵态氮和DOC浓度均呈显著正相关.各级河段均以乙酸发酵产甲烷途径为主导,但不同河段差异明显,乙酸发酵途径产CH_4贡献率以S_1河段最高(87%),其次为S_4(81%),S_2、S_3分别达到78%和76%.溶存CH_4、悬浮颗粒物和沉积物有机质的δ~(13)C均值分别为-41.64‰±1.91‰、-14.07‰±1.06‰和-26.20‰±1.02‰,溶存甲烷δ~(13)C与沉积物有机质的δ~(13)C呈显著正相关,与其传输通量呈极显著负相关.
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长期施肥对双季稻田甲烷排放和关键功能微生物的影响
《生态学报 》 2017 北大核心 CSCD
摘要：研究不同施肥措施对双季稻田甲烷(CH_4)排放特征的影响及其微生物学机理,对合理利用及评价不同施肥模式对水稻生长的影响具有重要意义。以长期施肥定位试验田为平台,采用静态箱-气相色谱法对施用化肥(MF:mineral fertilizer alone)、秸秆还田配施化肥(RF:rice residues plus mineral fertilizer)、30%有机肥配施70%化肥(LOM:30%organic matter plus 70%mineral fertilizer)、60%有机肥配施40%化肥(HOM:60%organic matter plus 40%mineral fertilizer)和无肥(CK:without fertilizer)条件下双季稻田CH_4排放及其微生物学机理进行了分析。结果表明,早稻和晚稻生长期,不同施肥处理稻田CH_4排放通量均显著高于CK,表现为HOM>LOM>RF>MF>CK。各处理间CH_4总排放量差异达显著水平,其大小顺序与排放通量趋势一致,以HOM处理为最高,比CK处理增加105.56%,其次是LOM和RF处理,分别比CK处理增加72.97%和54.17%。关键功能土壤微生物测定结果表明,早稻和晚稻各个主要生育时期,各处理稻田土壤产甲烷古菌的数量变化范围为(3.18—81.07)×10~3cfu/g,土壤甲烷氧化细菌的数量变化范围为(24.82—379.72)×10~3cfu/g。稻田土壤产甲烷古菌和甲烷氧化细菌数量大小顺序为HOM>LOM>RF>MF>CK,各施肥处理均显著高于CK;HOM、LOM、RF处理显著高于MF、CK处理。双季稻田CH_4排放与稻田土壤产甲烷古菌、甲烷氧化细菌数量变化关系密切。采用有机无机肥配施促进了双季稻田生态系统CH_4的排放和关键功能微生物的数量。
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不同稻草还田模式下双季稻田周年CH_4排放特征及温室效应
《农业环境科学学报 》 2015 北大核心 CSCD
摘要：采用静态箱-气相色谱法对南方双季稻田稻季无草翻耕冬季休闲(CK)、周年稻草焚烧还田翻耕(BST)、稻季稻草覆盖免耕冬季高桩(SNTH)、稻季稻草覆盖免耕冬季翻埋(SNTB)和稻季稻草翻耕还田冬季稻草翻埋(STB)5种稻草还田模式下双季稻田周年CH4排放进行观测,分析双季稻田周年CH4排放特征及其温室效应,旨在探索双季稻田CH4减排最佳的稻草还田方式及土壤耕作调控技术模式。结果表明:早、晚稻季CH4排放总量分别占全年CH4排放总量的43.9%和52.1%,冬闲季CH4排放比例很小,仅为4.0%;稻草还田显著增加了周年CH4排放总量(P<0.05),增加幅度为25.9%~92.8%(P<0.05),与STB处理相比,SNTH处理和SNTB处理均能显著降低CH4排放(P<0.05);不同稻草还田处理周年CH4温室效应大小顺序为:STB>BST>SNTB>SNTH>CK。可以看出,双季稻田稻季稻草覆盖免耕还田、冬季翻埋稻草还田或留桩还田能显著减缓因稻草直接还田CH4排放引起的温室效应,在南方双季稻区是一项可行的CH4周年减排的稻草还田调控技术模式。
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双季稻田不同种植模式对CH_4和N_2O排放的影响研究
《生态环境学报 》 2015 北大核心 CSCD
摘要：以南方典型双季稻种植制度(早稻-晚稻R-R)为对照,采用静态箱-气相色谱法,研究了双季稻田早、晚稻(Oryza sativa L.)改种玉米(Zea mays L.),包括早稻-玉米(R-C)和玉米-早稻(C-R)两种种植模式下周年温室气体排放及其综合增温潜势(GWP),旨在探索出适合双季稻区的低碳农业种植模式,对我国农业应对气候变化温室气体减排具有重大意义。结果表明:不同种植制中水稻种植CH4排放占主导地位,改制玉米N2O排放量显著增加;其中,早稻改制玉米(C-R)的CH4排放比晚稻改制玉米(R-C)显著降低68.5%(P<0.05),N2O排放量有所降低,但没有达到显著水平;R-C和C-R模式CH4周年排放总量较R-R模式显著降低53.6%(P<0.01)和183.9%(P<0.01),但N2O排放分别显著增加257.0%(P<0.01)和245.2%(P<0.01);不同种植制度增温潜势(按CO2当量计)大小顺序为:R-R(8 855.3 kg·hm-2)>R-C(4 881.4 kg·hm-2)>C-R(2 116.4 kg·hm-2),且差异达显著水平,结合南方晚稻季温光资源的优势,认为玉米替代晚稻种植(早稻-玉米模式)是一可行的减缓温室效应的途径。
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不同施肥措施对稻田土壤温室气体排放的影响
《农业环境科学学报 》 2015 北大核心 CSCD
摘要：选取江西红壤性双季稻水稻土为研究对象,采用盆栽模拟试验研究了4种不同施肥措施即当地农民习惯施肥(FP)、较FP减施20%化肥氮且有机肥替代20%化肥氮(T1)、在T1基础上加施Si、Zn、S三种微肥(T2)和在T2基础上采用20%缓释氮肥替代普通化肥氮(T3)对稻田主要温室气体CO2、CH4和N2O排放的影响,并对土壤微生物量碳(SMBC)、土壤微生物量氮(SMBN)、水稻产量的影响进行了分析。结果表明:4种处理稻田土壤CO2的总排放通量均无显著性差异;稻田土壤N2O的总排放量与FP处理相比,T1、T2和T3处理均有显著性减少(P<0.05),分别减少了31.72%、27.17%和43.65%,T3较T2处理显著减少22.83%(P<0.05);稻田土壤CH4的总排放量与FP处理相比,T1、T2、T3处理分别高了13.06%、13.90%、21.97%,其中T3处理差异达到显著水平(P<0.05)。与FP处理相比,T1、T2、T3处理显著提高了SMBC和SMBN的含量(P<0.05),分别提高了18.91%、19.30%、20.07%和28.95%、31.66%、29.96%;T1、T2、T3处理对水稻产量均无显著性影响。稻田土壤CH4和N2O的排放与SMBC和SMBN存在显著的相关性(P<0.01)。总体看,T3处理在降低N2O的总排放量的同时对提升土壤SMBC和SMBN含量具有明显作用。
