农田N2O排放研究进展

摘要:指出了N2O作为土壤硝化及反硝化作用的中间产物,其排放受到土壤理化性状、气候因素及农田措施等因素的影响,在概述农田土壤N2O排放机制及影响因素的同时,系统总结了国内外其观测所采用的方法,并提出了相应的减排对策,以期为控制农田土壤N2O排放、发展低碳农业提供参考依据。

关键词:温室气体;N2O排放;作用机理;影响因子;减排措施

中***分类号:X592

文献标识码:A文章编号:16749944(2016)12015203

1引言

农业在为人类提供粮食作物的同时,也产生温室气体导致全球变暖已成为不争的事实[1]。自工业***以来,大气中的CO2、CH4及N2O浓度均呈现逐年增加的趋势,其产生的潜在温室效应均能跨越百年之久[2]。其中,N2O作为温室气体之一,虽然其含量仅占温室气体总量的7.1 %,但其在全球范围内的增温潜力相对较大。据估算,我国农田N2O排放量在398Gg左右,约占全球N2O排放总量的11.3 %,其中由化学氮肥施用所造成的N2O排放量占70 %。由于农田氮肥的不合理使用所引起的N2O等温室气体的排放,造成的氮肥损失、不可再生资源的浪费及环境的恶化,严重影响人口―资源―环境的可持续发展,为此,减少N2O排放,缓解全球气候变暖得到人们的广泛关注,本文通过对农田N2O排放机理及其影响因素的探讨,并为减少农田N2O排放提供合理化建议。

2农田N2O排放机理

硝化和反硝化作用是农田土壤氮循环的重要过程,N2O作为土壤中的微生物的硝化和反硝化过程的中间产物,其产生和排放均与硝化和反硝化作用息息相关。土壤硝化作用其实质就是在好氧条件下,土壤中的硝化细菌将NH+4转化为NO-3及NO-2的过程。

NH+4NH2OHNOHNONO-2NO-3

N2O N2O

如上所示,一些硝化细菌可将NO-2和NO-3作为电子受体,将通过以上过程产生N2O[3]。

生物反硝化作用则分为生物反硝化作用及化学反硝化作用,其中以生物反硝化作用为主,也是土壤N2O的主要来源。该过程是土壤微生物在无氧条件下所驱动的硝酸盐异化过程,在此过程中,反硝化细菌利用呼吸电子传递系统,以NO-2、NO-3或N2O作为电子受体将其逐步还原为N2、NO-2、NO或NO2。反应过程如下:

硝酸还原酶 亚硝酸还原酶 一氧化氮还原酶 氧化亚氮还原酶

NO-3―――――NO-2―――――NO―――――――N2O―N2

上述每一个步骤有任何不利因素均会阻止N2O进一步还原而导致N2O的累积量增加[4]。化学反硝化作用产生N2O途径有以下3种:氮素转化生成的羟胺与亚硝酸盐反应产生N2O,反应如下:NH2OH+HNO2N2O+2H2O;羟胺自身分解生成N2O,反应如下:NH2OHN2O+H2O;土壤有机质组分与亚硝酸根反应生成N2O。

3农田N2O排放影响因素

由于土壤硝化和反硝化过程是N2O产生与排放的决定性过程,因此,凡是对土壤硝化和反硝化过程具有影响的因素都将会影响土壤N2O的排放。主要包括土壤理化性状、气候因素及农业技术措施等,多种因素在各种尺度水平上存在交互作用,从而直接或间接的影响土壤N2O的产生、转运和排放[5]。

3.1土壤理化性状

土壤质地、温度、湿度、pH值及有机碳含量等土壤理化性状均对N2O的排放存在强烈的影响。其中,土壤质地作为土壤透气度,土壤水分含量及土壤微生物活性的重要影响因素,对土壤硝化和反硝化作用的相对强弱及N2O在土壤中的扩散速度[6]。土壤水分含量是影响O2及其他有效性、扩散率、微生物活性和氧化还原状况的关键因素,并通过影响土壤中铵态氮和硝态氮含量及分布间接的对土壤硝化及反硝化速率产生影响。土壤温度作为影响N2O排放的重要元素,主要是通过抑制土壤产甲烷菌、硝化细菌和反硝化细菌的活性,从而影响土壤N2O的产生及释放。土壤pH值对土壤硝化作用、反硝化作用及N2O排放的影响十分复杂,土壤pH值通过影响土壤硝化和反硝化细菌的活性剂相关氮素转化过程,并对N2O产生的相关化学反应起着一定程度的促进或抑制作用。有机碳源可作为能源的电子供体与细胞成分合成物质被反硝化微生物利用,因此有机碳对土壤微生物活性及行为过程和强度均有较大影响。

3.2气候因素

气候因素包括太阳辐射、温度、降水等通过改变土壤环境从而对土壤硝化和反硝化作用微生物活性产生影响,最终作用于土壤N2O的产生及排放。例如温度和降水的季节性变化使土壤水热条件发生变化,进而影响硝化和反硝化过程,最终导致N2O排放量的季节性变化[7]。光照强度作为影响农田N2O排放的影响因素之一,究其原因可能是光照强度的变化使得作为体内的代谢过程发生相应改变,影响植物的气孔传导性。研究表明:N2O排放量在较弱光照条件下较高或在黑暗及较强光照条件下,农作物的N2O排放量较低,甚至吸收大气中的N2O。

3.3农田措施

农田N2O产生排放机理十分复杂,水肥管理、耕作措施及作物类型等因素均对N2O的排放产生一定影响。研究表明:土壤N2O排放量随着氮肥施用量的增加而增加,且呈现明显的直线关系。肥料类型对N2O的排放的影响也较大,研究表明:在相同施氮量情况下,施用有机肥处理的N2O排放量大于化学氮肥处理,且有机无机化肥配合施用可促进土壤N2O的产生[8,9]。施肥方式、施肥时间及施肥方法对土壤N2O的产生及排放存在影响。施肥时间与作物对养分需求一致时,可有效提高肥料利用效率,减少土壤N2O排放量,因此分次施肥较一次性施肥方式相比可减少N2O的排放[10,11]。作物和土壤相互作用显著影响土壤-植物系统,因此,作物生长对农田土壤N2O的排放有一定的影响,不同作物系统下土壤N2O排放的规律、数量和强度均存在较大差异。

4农田N2O排放测定方法

农田系统N2O排放是土壤N2O产生、排放及运输共同作用的结果。其过程中受到土壤理化性状、气候因素和农田措施等多种因素的影响,因此所观测的N2O排放通量仅为一个表观结果。就目前而言,农田N2O排放的测定方法主要包括箱法、微气象学法、超大箱长光程红外色谱以及同位素法。箱法由于具有简便灵活、造价低、易操作及交换通量检测限制低等特点,逐渐成为当前最常用的农田N2O排放测定方法。箱法分为动态箱法和静态箱法两种,其中,动态箱法由于需测量进气口和排气口痕量气体的浓度差,因此检测下限较高,给实际应用造成一定困难。与之相比,静态箱法箱内的痕量气体的浓度是不断累积,因此检测下限较低。静态箱法也同样具有相应缺点,但由于静态箱法具有灵敏高;操作简单,容易控制;仪器设备简单,价格低廉等优点,因此成为当前国内外学者测量农田N2O排放量应用最广的一种测定方法。

5农田N2O减排措施

农田土壤N2O排放的主要来源是农业化学肥料的施用,大量研究表明N2O排放随氮肥的施用量的增加而增加,同时农田土壤N2O排放受氮肥施用速率及肥料类型的影响较大[12]。因此,减少农田N2O排放的主要措施包括:加强区域间氮肥施用的均衡发展。提高氮肥利用率。控释肥料及环境友好型肥料的施用。稳定性肥料的施用。

然而当前对有机肥施用及免耕等措施对农田N2O排放的影响研究结果不尽相同。因此,选择通过施肥和耕作措施达到减少农田N2O的排放之前,应充分考虑当地土壤及气候因素,做到因地制宜,优化选择。

6结语

农田N2O的产生与排放是生态系统氮素循环的重要环节,是陆地系统向大气系统输出活性氮的重要方式。N2O所引起的一系列环境问题对整个生态系统产生深远的影响。农田生态系统作为大气N2O的重要排放源,了解其作用机理和影响因素对寻求切实可行的减排措施至关重要。总之,根据当地特定的农业发展历史、土地利用现状及气候环境特点,采用先进的科学方法去深入研究特定区域的具体问题,找到当地合理减排措施,从而保证农业的可持续发展已成为亟待解决的问题。

参考文献:

[1]

Ju XT,Xing GX,Chen XP et al.Reducing environmental risk by improving N management in intensive Chinese agricultural svstems[J].Proceedings of the National Academy of Sciences,2009(106):3041~3046.

[2]Snyder CS,Bruulsema TW,Jensen TL et al.Review of greenhouse gas emissions from crop production systems and fertilizer management effects[J].Agriculture,Ecosystems and Environment,2009(133):247~266.

[3]邹国元,张福锁.根际反硝化作用于N2O释放[J].中国农业大学学报,2002,7(1):77~82.

[4]黄树辉,吕***.农田N2O排放研究进展[J].土壤通报,2004,35(4):516~522.

[5]Barnad R,Leadley PW,Hungate BA.Global change,nitrification,and denitrification:Areview[J].Global Biogeochemical Cycles,2005,19(1):23~28.

[6]保琼莉,巨晓棠.夏玉米根系密集区与行间N2O浓度及与氨氧化细菌和反硝化细菌数量的关系[J].植物营养与肥料学报,2011,17(5):1156~1165.

[7]蒋静艳,黄耀,宗良纲,等.环境因素和作物生长对稻田CH4和N2O排放的影响[J].农业环境科学学报,2003,22(6):711~714.

[8]梁巍,张颖,岳进,等.长效氮肥施用对黑土水旱田CH4和N2O排放的影响[J].生态学杂志,2004,23(3):44~48.121

[9]Hadi A,Jumadi O,Inubushi et al.Mitigation options for N2Oemission from a corn field in Kalimanntan,Indonesia[J].Soil Science and Plant Nutrition,2008,54(4):644~649.

[10]Ding WX,Cai Y,Cai ZC et al.Nitrous oxide emissions from an intensively cultivated maize-wheat rotation soil in the North China Plain[J].Science of the total environment,2007,373:501~511.

[11]Bouwman AF,Boumans LJM,Batjes NH.Emissions of N2O and NO from fertilized fields:Summary of available measurement data[J].Global Biogeochemical Cycles,2002,16(4):1058.

Abstract: Global warming has become an indisputable fact. N2O, an important component of the greenhouse gas, received much attention from experts and scholars at home and abroad. Therefore, soil as a major source of N2O emissions and cause for concernhas gotmuchstressed. N2O as the intermediate product of nitrification and denitrification in soil,its emissions receives soil physics and chemistry character, climatic factor and farmland measure influences. This article provided an overview of agricultural soil N2O emission mechanism and influencing factors. At the same time, it systematically summarized the observation of the methods used by both at home and abroad, and put forward the corresponding countermeasures to reduce emissions, in order to control soil N2O emission andtoprovide some references for the development of low carbon agriculture.

Key words: greenhouse gases; N2O emissions;action mechanism;impact factor;emission reduction measures

转载请注明出处学文网 » 农田N2O排放研究进展

学习

亨利?米勒文学作品中垮掉派式的人类意识

阅读(59)

[摘要]亨利・米勒(HenryMiller,1891-1980),美国著名垮掉派作家。亨利・米勒在美国乃至世界文坛上都享有无可动摇的重要地位,被称作“西方现代文明的批判者”,其善于对现实生活进行细致的观察,并用典型的垮掉派的语言风格进行文学创作。亨利・米

学习

欧元10元

阅读(40)

本文为您介绍欧元10元,内容包括欧元10元最新版,欧元10元有几种票面。欧债危机的阴霾之下,欧元迎来其正式流通10周年。10年前的2002年1月1日零时,欧元区被一片欢乐祥和的气氛笼罩;10年后的今天,没有庆典礼,没有会,仅有一枚2欧元纪念币谨记过去

学习

中航国际:从KPI转变到KSI

阅读(39)

中国航空技术国际控股有限公司信息技术部总经理朱东在为企业服务的十余年中,为集团15家企业建立了包括ERP、CRM、计划预算、平衡计分卡、商业智能(BI)在内的企业信息系统,覆盖了实施企业所有业务、财务以及主要的人力资源工作。2011年,他又主

学习

那根叫做“文明”的棍子

阅读(42)

唯有野蛮人是不需要礼仪的。笔挺的身姿,笔挺的礼服,以及一根笔直而精致的手杖,这是旧时西方绅士彰显风度和身份的招牌形象。民国时期,中国的一些知识分子受此影响,也喜欢拿一根手杖,我们习惯称之为“文明棍”。“文明棍”在今天,已大抵成了追忆

学习

《莎菲女士的日记》的深度解读及剧本改编可行性探讨

阅读(41)

本文为您介绍《莎菲女士的日记》的深度解读及剧本改编可行性探讨,内容包括莎菲女士的日记情节梳理,莎菲女士的日记剧本。【摘要】丁玲的《莎菲女士的日记》是一部带有鲜明的女性主义立场的小说。小说主要通过莎菲女士对凌吉士的追求和拒

学习

自家如何水发海参

阅读(37)

本文为您介绍自家如何水发海参,内容包括水发海参的做法与吃法,家庭版水发海参。海参因含胆固醇极低,为一种典型的高蛋白、低脂肪、低胆固醇的食物。又因肉质细嫩,易于消化,所以非常适合老年人与儿童,以及体质虚弱者食用。随着人们生活水平的

学习

精骛八极驰万里 心游万仞揽青天

阅读(46)

本文为您介绍精骛八极驰万里 心游万仞揽青天,内容包括精骛八极心游万仞的意思,精骛八极心游万仞是在说什么。【开窗启思】唐代刘禹锡曾说:“片言可以明百意,坐驰可以役万里。”意思是说,只要充分发挥联想与想象,就可以思接千载,视通万里。纵

学习

建塔原因:朱棣母亲到底是谁

阅读(56)

本文为您介绍建塔原因:朱棣母亲到底是谁,内容包括朱棣生母的墓叫什么塔,朱棣母亲的陵墓在哪里。古时候皇帝建寺庙,多是因为自己笃信佛教而加以推行。但朱棣的目的与此不同。据民国张惠衣的《金陵大报恩寺塔志》载,朱棣建寺的原因是“欲报

学习

大寿贺词范文

阅读(54)

本文为您介绍大寿贺词范文,内容包括七十大寿贺词范文,大寿贺词祝福语。大寿贺词范文第1篇今天喜逢我母亲六十岁生日,这是一个喜庆的日子,我们全家感到万分的高兴和幸福!今天大家不辞辛劳,在百忙中抽出时间,赶到这里,来参加今天的聚会。我代表

学习

猪的养殖技术浅析

阅读(39)

本文为您介绍猪的养殖技术浅析,内容包括猪的养殖专业知识,幼猪的养殖技术。在经济飞速发展的当今社会,人们对猪肉等肉制品的需求量正呈现出与日俱增的趋势,这为养殖户扩大养殖范围提供了良好的市场支持,但是由于现阶段我国的养殖户普遍存在

学习

机械加工中影响表面物理机械性能变化因素分析

阅读(57)

本文为您介绍机械加工中影响表面物理机械性能变化因素分析,内容包括机械加工变形分析,影响机械加工表面质量因素分析。【摘要】机械加工中的表面物理机械性能的变化对其表面质量有很大影响,本文通过三个方面对其影响因素进行了分析。【关

学习

用于油耗检测的多功能底盘测功机解析

阅读(112)

本文为您介绍用于油耗检测的多功能底盘测功机解析,内容包括汽车底盘升高多少会增加油耗,底盘测功机的功能有哪些。随着汽车工业的迅猛发展,能源消耗、交通事故及环境污染对人类的威胁越来越大,因而汽车检测技术的重要性日益突显,各种检测设

学习

福特锐界Edge概念车

阅读(46)

本文为您介绍福特锐界Edge概念车,内容包括福特edge锐界图解,福特锐界edge什么意思。全新一代福特锐界Edge概念车于近日首露真容,这款概念车可以称得上是量产车型的预览,预计量产车型将会在今年年中时。这款概念车可以看出清晰的福特最新外

学习

劳伦兹的伊甸园

阅读(41)

[内容简介]康拉德・劳伦兹是动物行为学的开山祖师,1973年诺贝尔生理医学奖得主。《所罗门王的指环》是他的第一本通俗科学作品,流传最久,也最为脍炙人口,老少咸宜。正如他在书中所说:“人类为了得到文明和文化的超然成就。就不得不有自由意志

学习

烟气排放连续监测系统(CEMS)设计

阅读(239)

本文为您介绍烟气排放连续监测系统(CEMS)设计,内容包括cems烟气排放连续监测系统介绍,烟气排放连续监测系统原理。【摘要】本文分析了在CEMS系统设计中所使用到的技术,着重分析了西门子PLCS7-200和组态王软件在CEMS系统中的应用,提供了一

学习

中国碳排放变化特征及影响因素分解

阅读(47)

本文为您介绍中国碳排放变化特征及影响因素分解,内容包括中国碳排放特征及驱动因素分析,中国碳排放量影响因素分解。一、引言进行现代化建设以来,中国经济发展迅速,平均每年保持8%的经济增长速度,已经超越日本成为全球第二大经济体。反思中

学习

浅谈小型农田水利工程建后管理问题

阅读(45)

本文为您介绍浅谈小型农田水利工程建后管理问题,内容包括农田水利工程竣工后管理措施,浅谈农村小型水利工程管理。小型农田水利配套工程是农业生产发展的基础设施,小型农田水利配套工程建设的完善与否在很大程度上制约着农业可持续发展工

学习

浅谈农田水利的灌溉

阅读(50)

本文为您介绍浅谈农田水利的灌溉,内容包括水利灌溉知识,农田水利最好的灌溉方法。1.国内灌溉区的几大问题国内灌溉区始终存在节水技术落后土壤逐渐盐渍化等问题。如采用大水漫灌或者昼灌夜不灌的模式造成水资源的极大浪费;节水观念薄弱,片

学习

排放污染物申报管理制度

阅读(41)

本文为您介绍排放污染物申报管理制度,内容包括污染物排放怎么申报,污染物排放管理制度。第一章总则第一条为了加强对污染源的监督管理,有效地控制水污染物的排放,改善我市水环境质量,根据《中华人民共和国水污染防治法》规定,结合我市实际情

学习

煤矿排放瓦斯的方法及安全注意事项

阅读(58)

本文为您介绍煤矿排放瓦斯的方法及安全注意事项,内容包括煤矿瓦斯排放有什么规定,煤矿瓦斯排放涂塑直缝钢管厂家。【摘要】介绍了利用局扇排放瓦斯及全风压排放瓦斯的方法,同时介绍了瓦斯排放规程的编制过程。【关键词】瓦斯;局扇排放瓦斯

学习

学习借鉴EU―ETS经验与建设中国碳排放交易体系

阅读(553)

2013年4月16日,对于欧洲碳排放市场来说是一个“黑色星期二”。这一天,欧洲议会以334票对315票,否决了被称为欧洲碳排放市场“救命稻草”的折量拍卖(Backloading)措施。投票结果传出后,欧盟的碳排放配额价格暴跌超过40%,每吨价格跌至2.63欧元的

学习

刍议农田灌溉中低压管道输水在的运用

阅读(39)

本文为您介绍刍议农田灌溉中低压管道输水在的运用,内容包括低压输水灌溉专用管道拼音,低压灌溉输水管材。【摘要】本文主要分析了农田灌溉中低压管道输水的优点、组成部分、原则及注意事项进行了重点阐述。【关键词】低压管道输水;农田灌