华北平原小麦与玉米轮作体系下 石灰性粉砂土N2O和NO年排放量
报告人：李彬波 2014年4月3日
Contents
一 二 三 四 五
引 言 实验材料和方法 数据检测 研究结果 讨论与结论
一
引
言
1、为什么要研究氧化亚氮气体？ 因为氧化亚氮是最重要的温室气体之一，有重大危害 产生温室效应 氧化亚 氮温室 气体的 危害 破坏臭氧层 形成酸性降水 光化学反应
二
实验材料和方法
位 置 气候
在36°580 N, 117°590 E，海拔大约 17米。山东省中心地带重要粮食产区。
暖温带 气温：年平均气温为14℃ 季风气候 降水：年平均降水量达680mm
实 验 田
种植制度 以冬小麦和夏玉米轮种为传统
的耕作体系。 传统管理 方式制度
施肥后漫灌
0-20cm内的土壤性质如表1显示
采样 时间
当地时间上午9：:0-11:00
5个N2O样，用60ml注射器每8分钟取一个 2个NO样，在最开始和最后取。
N2O样：电子捕获气象色谱分析仪 NO 样：化学发光NO- NO2 - NOx 分析仪
采样 过程 样品 分析
小麦地N2O和NO通量监测
土壤温度：便携式温度计 热电偶探头 土壤湿度：便携式FDR湿度计
NO-3的浓度 均值：8.4 ±0.4 （0.4mg N kg-1 SDW） 最值：0.6-20.9 DOC （mg C kg-1 SDW） 均值：35.4±1.2 最值：15.2-71.2
土壤湿度
高湿度（WFPS>70%） 表2 a-b图
施尿素后产生的较低铵含量和硝 酸盐含量，并以此导致了较低水 平N2O和NO排放。 第一，在这段时期内土壤的温度 只有10℃，对尿素分解而 言太低条件不佳。 第二，尿素分解时的矿质氮释放体 迅速被强烈的小麦生长占据。 第三，一部分由尿素衍生的氨可能 通过挥发已从石灰性土壤中流失
温室效应
2、土壤中氮氧化物产生机制
生物过程
硝化作用
指土壤中硝化微 生物在通气良 好条件下，将 铵氧化为亚硝 酸或硝酸的过 程，主要产物 为NO3-，其中 释放部分N20 反硝化作用 是在缺乏氧气的 嫌气条件下， 由反硝化细菌 将硝酸盐和亚 硝酸盐异化还 原为气态氮的 微生物过程。
化学过程
化学反硝化 是NO3-或NO2被化学还原剂 还原成为N2或 N20的氧化物 的过程。
）：
其中 ，（SE）指三次重复样均值的标准误差， (SEEF) 指施肥的田块， (SEEo) 指未施肥的田块的累积排放的标准误差。
四
研究结果
处理
1、试验田环境状况
对象 NH+4浓度 （mg N kg-1 SDW）
未施肥
均值：2.6±0.1 最值：0.2-7.5
施肥
均值: 10.0±0.2 最值 ：08-57.0 均值: 42.0±0.5 最值：2.1-115 均值：32.6±0.7 最值：10.3-68.5
基于累计排放量，各个土壤样品在增施氮肥后增加的N2O或 NO排放量与氮肥增施率之比。 公式： EFd= 100（EF - E0）/RF 其中，EF代表年度或季度来自于施肥土样的N2O或NO排放量， EO代表年度或季度来自于未施肥土样的N2O或NO排放量。 RF代表氮肥的增施率。
直接排放系数的标准误差（SEEFd
总施 250 60 水量 mm mm 次数 4次 1次
小麦地收割 残株和麦草
玉米地
追肥 /kg
三
小麦地
数据监测
小麦地 小麦秸秆还田
检测 设备 检测 时间
静态采样箱 电子捕获色相色谱仪 活性炭过滤器 特氟隆管 数字温度计等。 降水、灌溉后立即 翻耕后的3-14天内 残株遗田每2-3天
试验田 通量检测
硝化作用和反硝化作用
硝化作用
3、氮氧化物的来源
一般认为约 70％的排放 是自然产生
海洋、热带及温 带土壤、森林、 草地、地下水
源
30％由 人类活 动引起 6.7x10-6 t/y
化石燃料燃烧 生物质燃烧 工业生产过程
农田生态系统中 70％源于土壤排放
主要由于氮肥的使用
4、氧化亚氮排放现状
全球排放
土壤性质 石灰性始成土,有粉砂壤土的结构。
2、田间处理
种植 周期
二熟制轮种制度
对比实验
施肥和未施肥 随机的选择三个地块
类型 方式
灌溉 处理
一次和四次
其他 处理
玉米秸秆切碎
冬小麦 10月上旬次年6月中 旬 夏玉米 （6月下旬9月下旬）
小麦
玉米
类 型
小 麦
玉 米
基肥 /kg
162N 115N+ +105 110P+ P+60 110K K 108 115
5、华北平原氮氧化物排放
种 植 特 征
种植面积大：3000000平方米 种植制度 ：冬小麦和夏玉米
施肥 量大 但利 用率 低
灌
田间管理方式——
漫
硝化 作用 和反 硝化 作用 加剧
N2O 和NO 排放 量增 加
A 、调查研究同一地区N2O和NO排放在 时间上的变化；
提 出 假 设
B 、施肥田块的N2O和NO的年排放量及其 直接排放系数。 C 、在田地里施氮肥之后漫灌能否促进高 强度的N2O和NO排放量。 D 、碳物质能否成为限制反硝化作用和 N2O的排放一个重要因素。
人类活动使大气中 N2O浓度由工业化前 270ppbv增加到目前 321ppbv。农业耕种 土壤作为大气氮氧化 物的主要来源，贡献 约1.7-4.8 T g N yr-1到 大气 层中，占总量 的12%-34%。 中国排放
我国是农业大国， 由农 业产生的N2O量约占全 球总排放量的1.0％～1.5 ％ ，这其中约72％来自 农田排放。由于耕地减 少，人口对粮食的需求 使得越来越多的肥料被 施入农田以提高粮食产 量，导致我国N2O的年 排放总量呈增加趋势。
土壤 采样
时间：施肥后10天内，每天一次
试验田 辅助检测
土 壤 分 析
方式：三块地随机取土，混合成 一 个样，共取三个样 将12g新土用50ml氯化钾溶液萃取，氮 分析仪分析 将12g新土用100ml去离子水萃取， 震荡、离心、过滤，用碳分析仪进 行分析溶液萃取，碳分析仪分析
氨氮 分析 DOC 分析
室内对比实验 目的：
研究氮和碳的可用性对N2O排放的影响
处理方式：
样品
培 养 七 天
处理
不加任何肥料 300kg C ha-1硝酸钠 5348kg C ha-1葡萄糖 300kg N ha-1葡萄糖和硝酸钠
CK NI GL GLNI
AM
180kg N ha-1硫酸氨
数据分析与统计方法
直接排放系数（ EFds ）：