氧化亞氮?dú)怏w

1、 華北平原小麥與玉米輪作體系下華北平原小麥與玉米輪作體系下 石灰性石灰性粉砂土粉砂土N N2 2O O和和NONO年排放量年排放量報(bào)告人：李彬波 2014年4月3日Contents實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)材料和方法材料和方法數(shù)據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)檢測(cè)討論與結(jié)論討論與結(jié)論引引 言言研究結(jié)果研究結(jié)果1、為什么要研究氧化亞氮?dú)怏w為什么要研究氧化亞氮?dú)怏w？破壞臭氧層破壞臭氧層形成酸性降水形成酸性降水光化學(xué)反應(yīng)光化學(xué)反應(yīng)氧化亞氮溫室 氣體的危害因?yàn)檠趸瘉喌亲钪匾臏厥覛怏w之一，有重大危害產(chǎn)生產(chǎn)生溫室效應(yīng)溫室效應(yīng) 引引 言言一一溫室效應(yīng)2、土壤中氮氧化物產(chǎn)生機(jī)制生物過(guò)程生物過(guò)程化學(xué)過(guò)程化學(xué)過(guò)程硝化作用和反硝化作用硝化作用3、氮氧

2、化物的來(lái)源源一般認(rèn)為約7070的排放是自然產(chǎn)生3030由人類活動(dòng)引起6.7x106.7x10-6 -6 t/yt/y海洋、熱帶及溫帶土壤、森林、草地、地下水生物質(zhì)燃燒化石燃料燃燒工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中70源于土壤土壤排放 主要由于氮肥氮肥的使用4、氧化亞氮排放現(xiàn)狀全球排放全球排放人類活動(dòng)使大氣中N2O濃度由工業(yè)化前270ppbv增加到目前321ppbv。農(nóng)業(yè)耕種農(nóng)業(yè)耕種土壤土壤作為大氣氮氧化物的主要來(lái)源，貢獻(xiàn)約1.7-4.8 T g N yr-1到大氣 層中，占總量的12%-34%。中國(guó)排放中國(guó)排放我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)， 由農(nóng)業(yè)產(chǎn)生的N2O量約占全球總排放量的1.01.01.51.5 ，這其中約

3、7272來(lái)自農(nóng)田排放農(nóng)田排放。由于耕地減少，人口對(duì)糧食的需求糧食的需求使得越來(lái)越多的肥料被肥料被施入農(nóng)田施入農(nóng)田以提高糧食產(chǎn)量，導(dǎo)致我國(guó)N2O的年排放總量呈增加趨勢(shì)。5、華北平原氮氧化物排放種植特征田間管理方式田間管理方式 漫漫 灌灌施肥量大但利用率低種植面積大：種植面積大：3000000平方米種植制度種植制度 ：冬小麥和夏玉米硝化作用和反硝化作用加劇N2O和和NO排放排放量增量增加加提出假設(shè)A 、調(diào)查研究同一地區(qū)N2O和NO排放在 時(shí)間上的變化；B 、施肥田塊的N2O和NO的年排放量及其 直接排放系數(shù)。C 、在田地里施氮肥之后漫灌能否促進(jìn)高 強(qiáng)度的N2O和NO排放量。D 、碳物質(zhì)能否成為限制

4、反硝化作用和 N2O的排放一個(gè)重要因素。 實(shí)驗(yàn)田位 置在36580 N, 117590 E，海拔大約17米。山東省中心地帶重要糧食產(chǎn)區(qū)。氣候 暖溫帶季風(fēng)氣候種植制度以冬小麥和夏玉米輪種為傳統(tǒng)的耕作體系。氣溫氣溫：年平均氣溫為14降水降水：年平均降水量達(dá)680mm土壤性質(zhì)石灰性始成土,有粉砂壤土的結(jié)構(gòu)。0-20cm內(nèi)的土壤性質(zhì)如表土壤性質(zhì)如表1 1顯示顯示傳統(tǒng)管理方式制度施肥后漫灌施肥后漫灌二二 實(shí)驗(yàn)材料和方法實(shí)驗(yàn)材料和方法 施肥和未施肥施肥和未施肥對(duì)比實(shí)驗(yàn)隨機(jī)的選擇三個(gè)地塊一次和四次一次和四次灌溉處理 類型類型方式方式小麥小麥玉米玉米基肥 /kg162N+105P+60K115N+110P+1

5、10K追肥/kg108115類類型型小小麥麥玉玉米米總施水量250mm60mm次數(shù)4次1次其他處理玉米秸稈切碎 小麥地收割殘株和麥草玉米地2、田間處理 冬小麥冬小麥10月上旬-次年6月中旬 夏玉米夏玉米（6月下旬- 9月下旬）二熟制輪種制度二熟制輪種制度 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)三三小麥地小麥地小麥秸稈還田小麥地小麥地 試驗(yàn)田 通量檢測(cè)檢測(cè)設(shè)備 靜態(tài)采樣箱 電子捕獲色相色譜儀 活性炭過(guò)濾器 特氟隆管 數(shù)字溫度計(jì)等。檢測(cè)時(shí)間 降水、灌溉后立即 翻耕后的翻耕后的3-143-14天內(nèi)天內(nèi) 殘株遺田每2-3天采樣時(shí)間當(dāng)?shù)貢r(shí)間上午9：:0-11:00采樣過(guò)程5個(gè)個(gè)N2O樣，用樣，用60ml注射器每注射器每8分鐘

6、取一個(gè)分鐘取一個(gè) 2個(gè)個(gè)NO樣，在最開(kāi)始和最后取。樣，在最開(kāi)始和最后取。樣品分析N2O樣：電子捕獲氣象色譜分析儀樣：電子捕獲氣象色譜分析儀NO 樣：化學(xué)發(fā)光樣：化學(xué)發(fā)光NO- NO2 - NOx 分析儀分析儀小麥地小麥地N N2 2O O和和NONO通量監(jiān)測(cè)通量監(jiān)測(cè) 試驗(yàn)田 輔助檢測(cè)土壤溫度土壤溫度：便攜式溫度計(jì) 熱電偶探頭土壤濕度土壤濕度：便攜式FDR濕度計(jì)土土壤壤分分析析 土壤土壤采樣采樣 時(shí)間時(shí)間：施肥后10天內(nèi)，每天一次方式方式：三塊地隨機(jī)取土，混合成 一 個(gè)樣，共取三個(gè)樣氨氮分析將12g新土用50ml氯化鉀溶液萃取，氮分析儀分析DOC分析將12g新土用100ml去離子水萃取，震蕩、離

7、心、過(guò)濾，用碳分析儀進(jìn)行分析溶液萃取，碳分析儀分析室內(nèi)對(duì)比實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)比實(shí)驗(yàn)?zāi)康哪康模?研究氮和碳的可用性對(duì)研究氮和碳的可用性對(duì)N N2 2O O排放的影響排放的影響 處理方式：處理方式： 樣品樣品 處理處理CK不加任何肥料NI300kg C ha-1硝酸鈉GL5348kg C ha-1葡萄糖GLNI300kg N ha-1葡萄糖和硝酸鈉AM180kg N ha-1硫酸氨培養(yǎng)七天數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)方法數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)方法直接排放系數(shù)（直接排放系數(shù)（ EFds ）： 基于累計(jì)排放量，各個(gè)土壤樣品在增施氮肥后增加的N2O或NO排放量與氮肥增施率之比。 公式： EFd= 100（EF - E0）/RF 其中

8、，EF代表年度或季度來(lái)自于施肥土樣的N2O或NO排放量， EO代表年度或季度來(lái)自于未施肥土樣的N2O或NO排放量。 RF代表氮肥的增施率。直接排放系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)誤差直接排放系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)誤差（SEEFd）：）：其中 ，（SE）指三次重復(fù)樣均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差， (SEEF) 指施肥的田塊， (SEEo) 指未施肥的田塊的累積排放的標(biāo)準(zhǔn)誤差。 四四 研究結(jié)果研究結(jié)果 處理處理 對(duì)象對(duì)象未施肥施肥施肥 NH+4濃度（mg N kg-1 SDW）均值：2.60.1 最值：0.2-7.5均值: 10.00.2最值 ：08-57.0 NO-3的濃度（0.4mg N kg-1 SDW）均值：8.4 0.4最值：0.6-

9、20.9均值: 42.00.5最值：2.1-115 DOC DOC（mg C kg-1 SDW）均值：35.41.2最值：15.2-71.2均值：32.60.7最值：10.3-68.5土壤濕度土壤濕度高濕度（高濕度（WFPS70%WFPS70%） 表表2 a-b2 a-b圖圖1、試驗(yàn)田環(huán)境狀況施尿素后產(chǎn)生的較低銨含量和硝酸鹽含量，并以此導(dǎo)致了較低水平N2O和NO排放。第一，在這段時(shí)期內(nèi)土壤的溫度 只有10，對(duì)尿素分解而 言太低條件不佳。第二，尿素分解時(shí)的礦質(zhì)氮釋放體 迅速被強(qiáng)烈的小麥生長(zhǎng)占據(jù)。第三，一部分由尿素衍生的氨可能 通過(guò)揮發(fā)已從石灰性土壤中流失由灌溉或暴雨后覆蓋在地表的秸稈等作物殘?jiān)?/p>

10、解加速造成的。可以刺激高強(qiáng)度的反硝化作用及N2O的排放。 氣體氣體 作物作物 處理處理 N2O（ g N m-2 h-1） NO（ g N m-2 h-1）小麥玉米最值小麥 玉米 未施肥未施肥-6.9-99.9始終很低 施肥施肥102.344.790.840.5-3.4-1800微弱上升 漫灌漫灌180050030060開(kāi)始降低，變干上升2 2、試驗(yàn)田的、試驗(yàn)田的N N2 2O O和和NONO通量通量 內(nèi)容內(nèi)容 N N2 2O O和和NONO排放通量排放通量比較對(duì)象施肥施肥+灌溉/降水基肥追肥生長(zhǎng)初期生長(zhǎng)旺盛期施肥灌溉七個(gè)峰值，其中有四個(gè)峰值與施氮肥有關(guān)，也受灌溉或降水影響，兩個(gè)峰值單由強(qiáng)降水

11、引起，最后一個(gè)峰值與初春土壤由凍結(jié)向融化和降水有關(guān)。這些高強(qiáng)度的N2O通量很有可能與反硝化作用有關(guān)，因?yàn)楦邚?qiáng)度的土壤濕度和充足碳源物有利于反硝化作用。七月和八月中旬， N2O和NO排放量小3 3、N N2 2O O和和NONO排放與土壤礦質(zhì)氮和濕度之間的關(guān)系排放與土壤礦質(zhì)氮和濕度之間的關(guān)系土壤無(wú)機(jī)氮濃度變化能夠?qū)?5%N2O和NO通量總和變異解釋施肥20天內(nèi)NO向N2O轉(zhuǎn)化的比率為56%，但土壤水分對(duì)全年NO向N2O轉(zhuǎn)化的比率只有15 氣體氣體 作物作物處理處理 N2O（kg N ha-1） NO（kg N ha-1）小麥玉米輪作總和小麥 玉米輪作總和未施肥（EF）0.30.05 0.20.0

12、40.50.020.20.020.20.10.40.05 施肥（Eo）2.40.31.6 0.044.00.21.10.1 1.90.23.00.2 EFd0.760.100.440.02%0.590.04%0.330.05%0.520.05%0.440.04%4 4、年度和季節(jié)的、年度和季節(jié)的N N2 2O O和和NONO直接排放系數(shù)直接排放系數(shù)5 5、實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)測(cè)得的、實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)測(cè)得的N N2 2O O和和COCO2 2通量通量 氣體氣體處理處理 N N2 2O OCOCO2 2CK1第4位NI14第5位GL500第1位GLNI1170第2位AM53第3位添加基質(zhì)與未添加基質(zhì)對(duì)比，添加基質(zhì)

13、后的添加基質(zhì)與未添加基質(zhì)對(duì)比，添加基質(zhì)后的N N2 2O O和和COCO2 2排放增率排放增率添加基質(zhì)總是顯著的刺激了N2O累計(jì)排放量。培育期的第11天，隨著N2O的排放，約0.03%0.03%的NINI和3.20%3.20%的GLNIGLNI以NONO3- 3-形式和0.26%0.26%的AMAM以NHNH+ +4 4形式流失。本實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)一致研究結(jié)果一致研究結(jié)果 Crill et al Crill et al 20002000年研究年研究由灌溉或降水引起的氮流量的變化導(dǎo)致了N2O和NO排放的劇烈變動(dòng)。灌溉和降水控制73%N2O和88%NO年排放量。他們的實(shí)驗(yàn)觀察到在施肥和灌溉后N2O和NO

14、的排放峰值立即出現(xiàn)。 討論與結(jié)論討論與結(jié)論五五討論討論1: 灌溉或降水對(duì)灌溉或降水對(duì)N N2 2O O和和NONO排放排放的影響的影響結(jié)論結(jié)論: 灌溉或降水對(duì)灌溉或降水對(duì)N N2 2O O和和NONO的的排放排放起顯著促進(jìn)作用起顯著促進(jìn)作用本實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)一致研究結(jié)果 Ding et al. (2007) and Meng et al相比較輪作時(shí)施肥-灌溉結(jié)合產(chǎn)生的N2O，小麥第二根部次追肥所產(chǎn)生的N2O非常小且持續(xù)的時(shí)間更短。丁和孟在華北平原南部的田間試驗(yàn)、劉等在華北平原西部的小麥和玉米輪作試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)都獲得了相似的研究結(jié)果。討論討論2：施肥-漫灌對(duì)的N2O和NO排放量的影響結(jié)論：結(jié)論：相比較輪作時(shí)

15、施肥施肥-灌溉結(jié)合灌溉結(jié)合產(chǎn)生的N2O，單單 純施純施肥肥所產(chǎn)生的N2O量量小且持續(xù)的時(shí)間更短小且持續(xù)的時(shí)間更短。 對(duì)象對(duì)象 內(nèi)容內(nèi)容 比較比較NH+4+NO3- WFPS斜率截距斜率 截距本次實(shí)驗(yàn)本次實(shí)驗(yàn)1.110.18(-2.81 -1.39)（0.44-1.48）前人實(shí)驗(yàn)前人實(shí)驗(yàn)1.11(-0.02-1.08)（-6.14 -0.93）（0.64-3.82） 回歸方程：回歸方程：y=ax +by=ax +bR2 與 P兩者關(guān)系參數(shù)值的變化可能是由土壤性質(zhì)、氣候條件、生態(tài)系統(tǒng)類型或?qū)嶒?yàn)方法的差異引起的。這意味著，以土壤礦質(zhì)氮含量和濕度作為獨(dú)立變量的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒贿m用于在不同地點(diǎn)估算氮痕量氣

16、體通量討論討論3：有機(jī)氮和土壤濕度對(duì)：有機(jī)氮和土壤濕度對(duì)N2O和NO排放的影響結(jié)論結(jié)論：在其他條件不變前提下，有機(jī)氮含量與N2O和NO排放成 正相關(guān)。 干燥條件有利于土壤釋放NO，潮濕的條件有利于土壤釋放N2O討論討論4 4、碳源物能否成為限制反硝化作用和N2O的排放一個(gè)重要 因素結(jié)論：結(jié)論：通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，添加葡萄糖和硝酸鈉基質(zhì)后促進(jìn)添加葡萄糖和硝酸鈉基質(zhì)后促進(jìn) 了大量了大量N N2 2O O和和COCO2 2排放。排放。 因此，在碳源物充足的情況下，反硝化作用強(qiáng)烈，會(huì)因此，在碳源物充足的情況下，反硝化作用強(qiáng)烈，會(huì) 產(chǎn)生大量產(chǎn)生大量N N2 2O O 排放。排放。討論討論5 5、施肥田塊的N2O和NO的年直接排放系數(shù)結(jié)論：結(jié)論：我們建議我們建議，在有機(jī)碳含量介乎于在有機(jī)碳含量介乎于4.5 4.5 到到15.615.6克每千克的克每千克的 高地石灰性土壤中施氮肥后的高地石灰性土壤中施氮肥后的N N2 2O O和和NONO的年直