一種旱地農田土壤的N₂O減排方法

2023-06-23 02:32:16 2

專利名稱：一種旱地農田土壤的N2O減排方法
技術領域：
本發明屬於農田生態系統溫室氣體減排技術領域，具體是一種旱地農田土壤的 N2O減排方法。
背景技術：
全球變暖的主要原因是大氣中溫室氣體濃度上升。N2O是排在第三位的重要溫室 氣體，其單分子增溫潛勢是CO2的296倍，對全球變暖的貢獻約佔全部溫室氣體的總貢獻的 7%，其重要性僅次於0)2和014。它還參與破壞平流層臭氧而增強對地表的紫外輻射。目 前大氣中N2O的濃度約為310ppbv，年增長率為0. 25%，這意味著目前N2O濃度的增加將對 全球氣候變化產生長遠的影響。全球氣候變暖已是不爭的事實。當前，各國政府和科技人員將努力為應對全球氣 候變暖做出貢獻。因為過量施肥、肥料利用率低等原因，農田施氮肥土壤通過硝化作用和反 硝化作用產生N2O,從而成為N2O的一個重要排放源，因此迫切需要尋求有效的農田土壤N2O 減排技術。東北地區是我國糧食主產區，主要作物為玉米、大豆、小麥等旱地作物，旱地農田 面積大、作物產量高。

發明內容
本發明的目的在於提供一種旱地農田土壤的N2O減排方法，達到抑制土壤硝化作 用對氮素的轉化、使N2O排放量大幅度減少的目的。本發明的技術方案一種旱地農田土壤的N2O減排方法，在氮素肥料中添加硝化抑制劑雙氰胺和/ 或1，2，4_三唑，硝化抑制劑添加比例雙氰胺為肥料中氮素重量的2-12%。(優選範圍為 5-9% ) ；1，2，4_三唑為肥料中氮素重量的1-8%。(優選範圍為3-6%。)。所述的旱地農田土壤的N2O減排方法，在氮素肥料中添加硝化抑制劑的方式為混 拌或氮肥生產流程中在線添加形成共結晶。所述的旱地農田土壤的N2O減排方法，氮素肥料是尿素、碳酸氫銨、氯化銨、硝酸銨 或磷酸二氫銨等，當季施肥量為60-500KgN/ha。所述的旱地農田土壤的N2O減排方法，農田土壤N2O的排放量由靜態箱_氣相色譜 儀法測定。所述的旱地農田土壤的N2O減排方法，靜態箱設有底座和箱體，體積為 0. 02-2. OOm3;底座的下部插入土壤中，箱體下部罩於底座上的凹槽內，槽內注水，以阻止箱 內外的氣體交換；箱體頂部設有採氣口 ；箱內氣體樣品的採集時間為靜態箱封閉後1小時 內，每間隔5-20分鐘採集一次；氣體樣品中的N2O濃度由帶有電子捕獲檢測器的氣相色譜 儀測定。所述的旱地農田土壤的N2O減排方法，每一次氣體樣品的採集時間為上午8-12點 之間，施肥後15天內需要每天採集氣體樣品，降水後5天內需要每天採集氣體樣品，其它時期每3-5天採集一次氣體樣品。所述的旱地農田土壤的N2O減排方法，為檢驗農田土壤N2O減排效果，需開展對比 試驗研究，即添加硝化抑制劑處理與施用普通氮肥對照各設置三個以上隨機分布的田間試 驗小區，每個試驗小區面積20M2以上，在每個小區中設置一個以上靜態箱。所述的旱地農田土壤的N2O減排方法，旱地農田土壤為東北地區棕壤土等，種植作 物為玉米、大豆或小麥等。本發明中，1，2，4-三唑的全稱是1H-1，2，4_三氮唑。本發明中，雙氰胺和1，2，4_三唑作為硝化抑制劑，作用於自養硝化細菌的銨單氧 化酶，其原理包括(1)抑制劑作為替代性底物；(2)直接影響硝化細菌的呼吸作用；(3)使 酶的金屬活性中心受到螯合。本發明的有益效果是1.本發明提出了一種可以顯著減少東北旱地農田土壤N2O排放的新技術，從而降 低東北農田土壤的N2O排放源強。2.本發明使氮素肥料向N2O轉化的硝化作用受到部分抑制，從而也可提高氮素利 用率，增加作物產量。3.本發明通過在尿素等氮素肥料中添加雙氰胺和/或1，2，4_三唑等硝化抑制劑， 使種植玉米、大豆、小麥等作物的中國東北地區棕壤土的N2O排放量減少34-86%，同時對農 作物產量沒有明顯影響。


圖1為本發明靜態箱的示意圖。圖中，1採氣口；2箱體；3把手；4凹槽；5底座；6 土壤；7作物。
具體實施例方式本發明在尿素等氮素肥料中添加硝化抑制劑，如雙氰胺和/或1，2，4-三唑等。硝 化抑制劑的添加比例雙氰胺為肥料中氮元素重量的2-12%。；1，2，4_三唑為肥料中氮元素 重量的1-8%。。添加方式為施肥前混拌或在氮肥生產流程中在線添加，與氮素肥料形成共結 晶。添加方式為混拌或在氮肥生產流程中在線添加，與氮素肥料形成共結晶。上述氮素肥 料可以是尿素、碳酸氫銨、氯化銨、硝酸銨、磷酸二氫銨等，在玉米、大豆、小麥等作物的施肥 量在60-500KgN/ha。施肥管理分為基施和追施。施肥後，需要由靜態箱-氣相色譜儀法來監測農田土壤N2O的排放量。如圖1所 示，靜態箱由底座5和箱體2組成，體積為0. 02-2. 00m3。底座5下部插在長有作物7的土 壤6中，箱體2下部罩於底座5上的凹槽4內，槽內注水，以阻止箱內外的氣體交換。箱體 2頂部設有採氣口 1，箱體2兩側設有把手3。箱內氣體樣品的採集時間為靜態箱封閉後1 小時內，每間隔5-20分鐘採集一次。氣體樣品中的N2O濃度由帶有電子捕獲檢測器(ECD) 的氣相色譜儀測定。氣體通量(排放速率)由靜態箱封閉後不同時間氣體濃度增加速率來 計算。一般地，每次氣體樣品的採集時間為上午8-12點之間。施肥後15天內需要每天採 集氣體樣品，降水後5天內需要每天採集氣體樣品。其它時期可以每3-5天採集一次氣體 樣品。同時，為檢驗該技術的農田土壤N2O減排效果，需要開展對比試驗研究，即添加硝化
4抑制劑處理與施用普通氮肥處理各設置三個以上的隨機分布的田間試驗小區，每個試驗小 區面積20m2以上，在每個小區中設置一個以上靜態箱。實施例1 本次試驗在遼寧省瀋陽市蘇家屯區十裡河鎮進行，土壤為棕壤土，種植作物為玉 米。在尿素肥料中添加硝化抑制劑雙氰胺(佔尿素中氮元素重量的10%。)，在施肥前混 拌於尿素中。施肥量為基肥120KgN/ha(千克氮/公頃)，追肥30KgN/ha。靜態箱尺寸為 600 X 300 X 200mm。添加硝化抑制劑處理與施用普通氮肥處理各設置4個隨機分布的田間 試驗小區，每個小區30m2，放置1個靜態箱，用來監測農田土壤N2O的排放量。箱內氣體樣品 的採集時間為靜態箱封閉後1小時內，每間隔15-20分鐘採集一次。氣體樣品中的N2O濃度 由帶有電子捕獲檢測器(ECD)的氣相色譜儀測定。氣體通量(排放速率)由靜態箱封閉後 不同時間氣體濃度增加速率來計算。經過生長季N2O通量的連續觀測，2006、2007、2008和 2009年分別觀測到添加抑制劑可以減少N2O排放45-67%。觀察到處理比對照的作物產量 有所增加，但差別不顯著。實施例2 本次試驗在遼寧省瀋陽市蘇家屯區十裡河鎮進行，土壤為棕壤土，種植作物為玉 米。在尿素肥料中添加硝化抑制劑雙氰胺(佔尿素中氮元素重量的7%。)和1，2，4_三唑 (佔尿素中氮元素重量的3%。)。在施肥前混拌於尿素中。施肥量為基肥120KgN/ha，追肥 30KgN/ha。靜態箱尺寸為600 X 300 X 200mm。添加硝化抑制劑處理與施用普通氮肥處理各 設置4個隨機分布的田間試驗小區，每個小區30m2，放置1個靜態箱，用來監測農田土壤N2O 的排放量。箱內氣體樣品的採集時間為靜態箱封閉後1小時內，每間隔20分鐘採集一次。 氣體樣品中的N2O濃度由帶有電子捕獲檢測器(ECD)的氣相色譜儀測定。氣體通量(排放 速率)由靜態箱封閉後不同時間氣體濃度增加速率來計算。經過生長季N2O通量的連續觀 測，2006、2007、2008和2009年分別觀測到添加抑制劑可以減少N2O排放53-86%。未觀察 到處理與對照間作物產量的顯著差別。本實施例中，雙氰胺和1，2，4_三唑協同作用的效果更為顯著，其原因是1，2，4_三 唑可以使氮素轉化周期延長更多。實施例3 本次試驗在遼寧省瀋陽市蘇家屯區十裡河鎮進行，土壤為棕壤土，種植作物為大 豆。在尿素肥料中添加硝化抑制劑雙氰胺(佔尿素中氮元素重量的10%。)。在施肥前混拌 於尿素中。施肥量為基肥60KgN/ha。靜態箱尺寸為600X300X 200mm。添加硝化抑制劑處 理與施用普通氮肥處理各設置4個隨機分布的田間試驗小區，每個小區30m2，放置1個靜態 箱，用來監測農田土壤隊0的排放量。箱內氣體樣品的採集時間為靜態箱封閉後1小時內， 每間隔20分鐘採集一次。氣體樣品中的N2O濃度由帶有電子捕獲檢測器(ECD)的氣相色譜 儀測定。氣體通量(排放速率)由靜態箱封閉後不同時間氣體濃度增加速率來計算。經過 生長季N2O通量的連續觀測，2006、2007和2008年分別觀測到添加抑制劑可以減少N2O排 放34-69%。未觀察到處理與對照間作物產量的顯著差別。實施例4:本次試驗在遼寧省鐵嶺市昌圖縣曲家店鄉進行，土壤為棕壤土，種植作物為玉米。 在尿素肥料中添加硝化抑制劑雙氰胺(佔尿素中氮元素重量的9%。)。在施肥前混拌於尿素中。施肥量為基肥120KgN/ha，追肥30KgN/ha。靜態箱尺寸為500X500X500mm。添加 硝化抑制劑處理與施用普通氮肥處理各設置4個隨機分布的田間試驗小區，每個小區面積 為10畝，放置1個靜態箱，用來監測農田土壤N2O的排放量。箱內氣體樣品的採集時間為 靜態箱封閉後1小時內，每間隔15分鐘採集一次。氣體樣品中的N2O濃度由帶有電子捕獲 檢測器(ECD)的氣相色譜儀測定。氣體通量(排放速率)由靜態箱封閉後不同時間氣體濃 度增加速率來計算。經過生長季N2O通量的連續觀測，2009年觀測到添加抑制劑可以減少 N2O排放66%。觀察到處理比對照的作物產量有所增加6.3%，差異顯著。
權利要求
一種旱地農田土壤的N2O減排方法，其特徵在於在氮素肥料中添加硝化抑制劑雙氰胺和/或1，2，4 三唑，硝化抑制劑添加比例雙氰胺為肥料中氮素重量的2 12‰；1，2，4 三唑為肥料中氮素重量的1 8‰。
2.按權利要求1所述的旱地農田土壤的N2O減排方法，其特徵在於在氮素肥料中添加 硝化抑制劑的方式為混拌或氮肥生產流程中在線添加形成共結晶。
3.按權利要求1所述的旱地農田土壤的N2O減排方法，其特徵在於氮素肥料是尿素、 碳酸氫銨、氯化銨、硝酸銨或磷酸二氫銨，當季施肥量在60-500KgN/ha。
4.按權利要求1所述的旱地農田土壤的N2O減排方法，其特徵在於農田土壤N2O的排 放量由靜態箱_氣相色譜儀法測定。
5.按權利要求4所述的旱地農田土壤的N2O減排方法，其特徵在於靜態箱設有底座和 箱體，體積為0. 02-2. OOm3;底座的下部插入土壤中，箱體下部罩於底座上的凹槽內，槽內注 水，以阻止箱內外的氣體交換，箱體頂部設有採氣口 ；箱內氣體樣品的採集時間為靜態箱封 閉後1小時內，每間隔5-20分鐘採集一次；氣體樣品中的N2O濃度由帶有電子捕獲檢測器 的氣相色譜儀測定。
6.按權利要求5所述的旱地農田土壤的隊0減排方法，其特徵在於每一次氣體樣品的 採集時間為上午8-12點之間，施肥後15天內需要每天採集氣體樣品，降水後5天內需要每 天採集氣體樣品，其它時期每3-5天採集一次氣體樣品。
7.按權利要求5所述的旱地農田土壤的N2O減排方法，其特徵在於為檢驗農田土壤 N2O減排效果，需開展對比研究，即添加硝化抑制劑處理與施用普通氮肥對照各設置三個以 上隨機分布的田間試驗小區，每個試驗小區面積20M2以上，在每個小區中設置一個以上靜 態箱。
8.按權利要求1所述的旱地農田土壤的隊0減排方法，其特徵在於旱地農田土壤為東 北地區棕壤土等，種植作物為玉米、大豆或小麥等。全文摘要
本發明屬於農田生態系統溫室氣體減排技術領域，具體是一種旱地農田土壤的N2O減排方法。在氮素肥料中添加硝化抑制劑雙氰胺和/或1，2，4-三唑，硝化抑制劑添加比例雙氰胺為肥料中氮素重量的2-12‰；1，2，4-三唑為肥料中氮素重量的1-8‰。本發明通過在尿素等氮素肥料中添加雙氰胺和/或1，2，4-三唑等硝化抑制劑，達到抑制土壤硝化作用對氮素的轉化、大幅度減少中國旱地農田土壤N2O排放量的目的。經過在作物生長期的田間觀測，可以使種植玉米、大豆、小麥等作物的中國東北地區棕壤土的N2O排放量減少34-86％，同時對農作物產量沒有明顯影響。
文檔編號A01C21/00GK101913967SQ20101025058
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月11日 優先權日2010年8月11日
發明者倪志龍, 夏忠偉, 徐慧, 楊偉超, 章燕, 董丹, 郭彥玲, 陳冠雄 申請人:中國科學院瀋陽應用生態研究所