CN109511497A - 基于斜发沸石的稻田ch4和n2o温室气体控排方法 - Google Patents

基于斜发沸石的稻田ch4和n2o温室气体控排方法 Download PDF

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    • Y02P60/22—Methane [CH4], e.g. from rice paddies

Abstract

本发明属于温室气体控排方法领域，尤其公开了基于斜发沸石的稻田CH4和N2O温室气体控排方法，针对现有的如何降低稻田CH4和N2O的排放问题，现提出如下方案，准备斜发沸石，在翻地前同底肥一起施入，其中斜发沸石用量为5‑10吨/公顷，斜发沸石的粒径为20或80目，泡田后翻地混均，第二年正常施肥但不施沸石；水稻移栽前，在蒸渗仪中部安装好静态箱；气体采样频次为每周1次。本发明借助干湿交替灌溉降低CH4排放,并通过斜发沸石降低土壤中NO3 ‑来降低硝化‑反硝化作用，从而降低N2O排放，最终突破稻田CH4和N2O排放存在互为消长的关系。

Description

基于斜发沸石的稻田CH4和N2O温室气体控排方法
技术领域
本发明涉及温室气体控排方法技术领域，尤其涉及基于斜发沸石 的稻田CH4和N2O温室气体控排方法。
背景技术
过去一百年来，全球气候正经历一次以变暖为主要特征的显著变 化，其主要原因是人类的快速发展加剧了温室气体的排放(IPCC， 2013)。为积极响应2009年联合国气候变化会议的减缓要求，中国 承诺到2020年减少40％-45％单位GDP的温室气体排放(Cheng etal., 2011)。中国是农业大国，而农业又是温室气体最重要排放源之一 (IPCC，2013)。因此，发展与研究新的农业生产策略来降低温室气 体排放是当前迫切的需求(Wang et al.,2017)。
中国的水稻种植面积居世界第二位(4.5×108亩左右)，稻米年 产量居世界第一位(2.04×108t)。因此，水稻生产的可持续性对 确保国家粮食安全具有重要意义。中国水稻种植历史悠久，人们在追 求高产和改善品质等方面进行了长期的探索，也取得了令人满意的结 果，但对稻田对环境影响的研究还不够深入。因为稻田是以长期淹水 为主的生产环境，产生了许多对生态安全不利的因素。比如稻田是 CH4和N2O温室气体的重要排放源之一。大量研究表明，水稻单位产量 的温室气体排放量(CH4和N2O为主)是小麦和玉米等粮食作物的4 倍。而CH4和N2O与全球变暖密切相关，对温室效应的贡献率分别为15％和6％。因此，确保粮食安全必须实现水稻生产的可持续发展， 而降低稻田CH4和N2O的排放是实现水稻生产可持续发展的前提和保 障。
为此，本发明提出基于斜发沸石的稻田CH4和N2O温室气体控排 方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的基于 斜发沸石的稻田CH4和N2O温室气体控排方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
基于斜发沸石的稻田CH4和N2O温室气体控排方法，包括以下步 骤，
S1，试验田选择：首先用于进行田间试验的试验田土壤类型，试 验区的省域或县类型土壤；其次试验田应选择在总面积达0.5-1公顷 的连片稻田之中；第三试验田要远离房屋、公路、古树和墓地；第四 试验田块的面积达到500-1000平方米，排溉方便，光照条件好；
S2，准备斜发沸石，在翻地前同底肥一起施入，其中斜发沸石用 量为5-10吨/公顷，斜发沸石的粒径为20或80目，泡田后翻地混均， 第二年正常施肥但不施沸石；
S3，水稻移栽后每隔7d在小区内梅花式取5个点，用CN61M/FJA3 全自动氧化还原电位去极化法测定仪直接在田间测定耕层土壤氧化 还原电位；
S4，CO2、CH4和N2O温室气体通量的测定；
S5，水稻移栽前，在蒸渗仪中部安装好静态箱；气体采样频次为 每周1次，在施肥周和干湿交替灌溉水面消失临界前增加1次采样， 每次气体采集时间为早上8:00－11:00，在关箱之后分别于0、10、 20、30、40min用60mL注射器收集箱内60mL气体并转移至100mL真空铝袋中，使用美国安捷伦气相色谱仪(7890B)测定CO2、CH4和N2O 温室气体；
S6，表层土壤和渗漏液中铵态氮和硝态氮采用德国SEAL AA3连 续流动分析仪(AA3Auto Analyzer 3)测定。
优选的，运用蒸渗仪，严格控制排水、保持各处理滤液量一致， 可避免滤液量不同对总氮淋失的影响；渗漏量：根据站点多年观察数 据，按照多年平均排水量2.5mm/d定量排水；渗漏液：采用塑料桶 收集，滤液中铵根离子和硝酸根离子浓度采用德国SEAL AA3连续流 动分析仪(AA3Auto Analyzer 3)测定；铵根离子和硝酸根离子浓度 和乘以对应的渗漏量即可估算出总氮流失。
优选的，温室气体通量可通过在单位面积和单位时间内气体质量 的变化来计算：
式中：F为气体通量，mgm-2h-1；ρ为气体密度，mgml-1；Δm和Δc分 别为Δt(h)时间内采集箱中变化的气体质量，mgm3mL-1h-1和混合比浓度 mL·m-3；h为采样箱的高，m；A为采样箱的底面积，m2；V采样箱的 体积。
优选的，全球增温潜势(GWP，以100年计)的综合温室效应,通 过将CH4和N2O转化为CO2当量来估算：
式中：CO2-e为水稻生长季内单位面积排放的综合温室效应CO2当量(kg CO2-e ha-1)；分别为生长季CH4和N2O排放总量 (kg ha-1)。
优选的，翻地前和秋收后土壤耕作层铵态氮和硝态氮积累的测 定：每年翻地前和秋收后分别取0-30cm土鲜样，土壤NH4 +-N和 NO3 --N采用2mol/L的KCl提取，采用德国SEALAA3连续流动分析 仪(AA3Auto Analyzer 3)测定；鲜土样风干、粉碎、硝煮后，采用 凯氏定氮法测定土壤全氮。
优选的，所述斜发沸石的粒径为80目。
本发明提出的基于斜发沸石的稻田CH4和N2O温室气体控排方法， 斜发沸石因其具有极强的阳离子交换能力、丰富的比表面积和分子筛 等特性，加之廉价且可人工合成，已在酸性、中性和碱性等不同土壤 和玉米、小麦、大豆等多种旱作物上得到了广泛应用并取得了明显效 果。近年来，在稻田节水、省肥、增产和降低氮肥面源污染方面越来 越受到关注，湿交替灌溉是稻田众多节水技术中使用最广、节水潜力 较大的一种灌溉方式，可显著降低水资源消耗、提高或维持水稻产量， 甚至可显著降低温室气体CH4的排放。但以往有关干湿交替灌溉N2O 排放方面的研究中，多限于一些定性描述，对干湿交替灌溉下稻田 N2O排放对温室气体全球增温潜势贡献率的研究相对较少，研究干湿 交替灌溉条件下斜发沸石对CH4和N2O排放的影响更不多见。研究在 干湿交替灌溉下稻田增施斜发沸石降低温室气体排放前提，是借助干 湿交替灌溉降低CH4排放,并通过斜发沸石降低土壤中NO3 -来降低硝化-反硝化作用，从而降低N2O排放，最终突破稻田CH4和N2O排放存在 互为消长的关系。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显 然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施 例。
实施例
本发明提出的基于斜发沸石的稻田CH4和N2O温室气体控排方法， 包括以下步骤，
S1，试验田选择：首先用于进行田间试验的试验田土壤类型，试 验区的省域或县类型土壤；其次试验田应选择在总面积达0.5-1公顷 的连片稻田之中；第三试验田要远离房屋、公路、古树和墓地；第四 试验田块的面积达到500-1000平方米，排溉方便，光照条件好；
S2，准备斜发沸石，在翻地前同底肥一起施入，其中斜发沸石用 量为5-10吨/公顷，斜发沸石的粒径为20或80目，泡田后翻地混均， 第二年正常施肥但不施沸石；
S3，水稻移栽后每隔7d在小区内梅花式取5个点，用CN61M/FJA3 全自动氧化还原电位去极化法测定仪直接在田间测定耕层土壤氧化 还原电位；
S4，CO2、CH4和N2O温室气体通量的测定；
S5，水稻移栽前，在蒸渗仪中部安装好静态箱；气体采样频次为 每周1次，在施肥周和干湿交替灌溉水面消失临界前增加1次采样， 每次气体采集时间为早上8:00－11:00，在关箱之后分别于0、10、 20、30、40min用60mL注射器收集箱内60mL气体并转移至100mL真空铝袋中，使用美国安捷伦气相色谱仪(7890B)测定CO2、CH4和N2O 温室气体；
S6，表层土壤和渗漏液中铵态氮和硝态氮采用德国SEAL AA3连 续流动分析仪(AA3Auto Analyzer 3)测定。
本实施方式中，运用蒸渗仪，严格控制排水、保持各处理滤液量 一致，可避免滤液量不同对总氮淋失的影响；渗漏量：根据站点多年 观察数据，按照多年平均排水量2.5mm/d定量排水；渗漏液：采用 塑料桶收集，滤液中铵根离子和硝酸根离子浓度采用德国SEALAA3 连续流动分析仪(AA3Auto Analyzer 3)测定；铵根离子和硝酸根离 子浓度和乘以对应的渗漏量即可估算出总氮流失。
本实施方式中，温室气体通量可通过在单位面积和单位时间内气 体质量的变化来计算：
式中：F为气体通量，mgm-2h-1；ρ为气体密度，mgml-1；Δm和Δc分 别为Δt(h)时间内采集箱中变化的气体质量，mgm3mL-1h-1和混合比浓度 mL·m-3；h为采样箱的高，m；A为采样箱的底面积，m2；V采样箱的 体积。
本实施方式中，全球增温潜势(GWP，以100年计)的综合温室 效应,通过将CH4和N2O转化为CO2当量来估算：
式中：CO2-e为水稻生长季内单位面积排放的综合温室效应CO2当量(kg CO2-e ha-1)；分别为生长季CH4和N2O排放总量 (kg ha-1)。
本实施方式中，翻地前和秋收后土壤耕作层铵态氮和硝态氮积累 的测定：每年翻地前和秋收后分别取0-30cm土鲜样，土壤NH4 +-N和 NO3 --N采用2mol/L的KCl提取，采用德国SEAL AA3连续流动分析 仪(AA3Auto Analyzer 3)测定；鲜土样风干、粉碎、硝煮后，采用凯氏定氮法测定土壤全氮。
值得一提的是，所述斜发沸石的粒径为80目时，达到的效果最 好。
常规淹灌和干湿交替灌溉的水层深度和土水势控制下限要求
本发明提出的基于斜发沸石的稻田CH4和N2O温室气体控排方法， 斜发沸石因其具有极强的阳离子交换能力、丰富的比表面积和分子筛 等特性，加之廉价且可人工合成，已在酸性、中性和碱性等不同土壤 和玉米、小麦、大豆等多种旱作物上得到了广泛应用并取得了明显效 果。近年来，在稻田节水、省肥、增产和降低氮肥面源污染方面越来 越受到关注，湿交替灌溉是稻田众多节水技术中使用最广、节水潜力 较大的一种灌溉方式，可显著降低水资源消耗、提高或维持水稻产量， 甚至可显著降低温室气体CH4的排放。但以往有关干湿交替灌溉N2O 排放方面的研究中，多限于一些定性描述，对干湿交替灌溉下稻田 N2O排放对温室气体全球增温潜势贡献率的研究相对较少，研究干湿 交替灌溉条件下斜发沸石对CH4和N2O排放的影响更不多见。研究在 干湿交替灌溉下稻田增施斜发沸石降低温室气体排放前提，是借助干 湿交替灌溉降低CH4排放,并通过斜发沸石降低土壤中NO3 -来降低硝化-反硝化作用，从而降低N2O排放，最终突破稻田CH4和N2O排放存在 互为消长的关系。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范 围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技 术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改 变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于斜发沸石的稻田CH4和N2O温室气体控排方法，其特征在于，包括以下步骤，
S1，试验田选择：首先用于进行田间试验的试验田土壤类型，试验区的省域或县类型土壤；其次试验田应选择在总面积达0.5-1公顷的连片稻田之中；第三试验田要远离房屋、公路、古树和墓地；第四试验田块的面积达到500-1000平方米，排溉方便，光照条件好；
S2，准备斜发沸石，在翻地前同底肥一起施入，其中斜发沸石用量为5-10吨/公顷，斜发沸石的粒径为20或80目，泡田后翻地混均，第二年正常施肥但不施沸石；
S3，水稻移栽后每隔7d在小区内梅花式取5个点，用CN61M/FJA3全自动氧化还原电位去极化法测定仪直接在田间测定耕层土壤氧化还原电位；
S4，CO2、CH4和N2O温室气体通量的测定；
S5，水稻移栽前，在蒸渗仪中部安装好静态箱；气体采样频次为每周1次，在施肥周和干湿交替灌溉水面消失临界前增加1次采样，每次气体采集时间为早上8:00－11:00，在关箱之后分别于0、10、20、30、40min用60mL注射器收集箱内60mL气体并转移至100mL真空铝袋中，使用美国安捷伦气相色谱仪(7890B)测定CO2、CH4和N2O温室气体；
S6，表层土壤和渗漏液中铵态氮和硝态氮采用德国SEAL AA3连续流动分析仪(AA3Auto Analyzer 3)测定。
2.根据权利要求1所述的基于斜发沸石的稻田CH4和N2O温室气体控排方法，其特征在于，运用蒸渗仪，严格控制排水、保持各处理滤液量一致，可避免滤液量不同对总氮淋失的影响；渗漏量：根据站点多年观察数据，按照多年平均排水量2.5mm/d定量排水；渗漏液：采用塑料桶收集，滤液中铵根离子和硝酸根离子浓度采用德国SEAL AA3连续流动分析仪(AA3Auto Analyzer 3)测定；铵根离子和硝酸根离子浓度和乘以对应的渗漏量即可估算出总氮流失。
3.根据权利要求1所述的基于斜发沸石的稻田CH4和N2O温室气体控排方法，其特征在于，温室气体通量可通过在单位面积和单位时间内气体质量的变化来计算：
式中：F为气体通量，mgm-2h-1；ρ为气体密度，mgml-1；Δm和Δc分别为Δt(h)时间内采集箱中变化的气体质量，mgm3mL-1h-1和混合比浓度mL·m-3；h为采样箱的高，m；A为采样箱的底面积，m2；V采样箱的体积。
4.根据权利要求3所述的基于斜发沸石的稻田CH4和N2O温室气体控排方法，其特征在于，全球增温潜势(GWP，以100年计)的综合温室效应,通过将CH4和N2O转化为CO2当量来估算：
式中：CO2-e为水稻生长季内单位面积排放的综合温室效应CO2当量(kg CO2-e ha-1)；分别为生长季CH4和N2O排放总量(kg ha-1)。
5.根据权利要求1所述的基于斜发沸石的稻田CH4和N2O温室气体控排方法，其特征在于，翻地前和秋收后土壤耕作层铵态氮和硝态氮积累的测定：每年翻地前和秋收后分别取0-30cm土鲜样，土壤NH4 +-N和NO3 --N采用2mol/L的KCl提取，采用德国SEALAA3连续流动分析仪(AA3 Auto Analyzer 3)测定；鲜土样风干、粉碎、硝煮后，采用凯氏定氮法测定土壤全氮。
6.根据权利要求1所述的基于斜发沸石的稻田CH4和N2O温室气体控排方法，其特征在于，所述斜发沸石的粒径为80目。
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