硝化抑制剂:缓解水稻土壤温室气体排放的前景工具
Smita年代库马尔1和Sandeep K Malyan2*
1哈里亚纳邦·科技大学环境科学与工程系,哈里亚纳州哈里亚纳邦。
2印度农业研究所环境科学和气候弹性农业中心,印度新德里110012。
DOI:http://dx.doi.org/10.12944/cwe.11.2.10
稻田是温室气体的重要贡献者,主要是甲烷和一氧化二氮。这些温室气体浓度的增加在改变大气化学物质(如平均气温、降雨模式、干旱和洪水频率)方面发挥着重要作用。在不影响经济生产的情况下,减缓温室气体排放以实现可持续农业,是21世纪国家和全球面临的最大挑战之一。本文在已发表的科学研究的基础上,对水稻土壤硝化抑制剂在温室气体减排中的应用进行了评价。氨生物氧化成硝酸盐称为硝化作用,而抑制这一过程的物质称为硝化抑制剂。添加印楝油包尿素、尼宁包尿素等硝化抑制剂对土壤进行改良;双氰胺、封装的电石和对苯二酚可减少水稻累积的甲烷和一氧化二氮排放。首先,这些抑制剂通过硝化作用(通过降低氨氮)直接减少氧化亚氮的排放4+为没有3.-),以及通过反硝化(通过还原NO3.-可用性土壤中)。其次,通过增强甲烷氧化和抑制甲烷生成,并进一步减少水稻植株的通气组织转运,可以降低水稻土壤甲烷排放。一些硝化抑制剂的应用,如电石和封装电石通过释放乙炔气体来减少甲烷的产生,这有助于减少土壤中产甲烷微生物的数量。施用硝化抑制剂也有助于保持较高的土壤氧化还原电位,从而减少土壤累积甲烷排放。植物衍生的有机硝化抑制剂(印楝油、印楝饼、karanja种子提取物)对环境友好,并具有从水稻中大量减少温室气体的潜力。在当前全球变暖和环境污染的形势下,有机植物源硝化抑制剂的应用是可持续农业发展的迫切需要。
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硝化抑制剂:一种降低水稻土壤温室气体排放的前景工具。Curr World Environ 2016; 11(2)Doi:http://dx.doi.org/10.12944/cwe.11.2.10
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文章出版历史
已收到: | 2016-06-13 |
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接受: | 2016-08-11 |
介绍
全球气候变化是21世纪面临的最大挑战之一。温室效应的增强导致全球平均气温上升,预计平均气温可能从1.5上升到4.5ºC到21次结束时英石世纪(IPPC专用2013)。大气温室气体(GHGs)的增加,如二氧化碳、甲烷(CH4)、氯氟烃和一氧化二氮(N2O)由于人类活动在大气中的浓度导致全球变暖(IPCC 2007)。根据IPCC(2014)二氧化碳(化石燃料和工业过程),二氧化碳(林业和其他土地利用),CH4N2o和氟化气体在2010年的全球水平分别贡献65%,11%,16%,6%和2%(图1)。甲烷和氧化亚氮是从米中排出的两个主要温室气体(奥雅萨苜蓿L.)农业生态系统。在全球水平水稻种植中,单独占总CH的10%4排放(GMI 2011)与N2O是二氧化碳的298倍(Rees等人,2013年),因此两种CH的缓解4和N2o需要打击全球变暖。主要有四种不同类型的水稻生态系统即高地,雨水,灌溉和鹿水稻生态系统(Adhya等,2014)。深稻和灌溉水稻生态系统是CH的主要来源4对大气的排放将在连续洪水之间的普通和干燥期间是n的主要来源2O从水稻土壤排放到大气中。在深度和连续灌溉水稻的厌氧条件下,土壤氧化还原电位急剧下降(Ali et al. 2015;Hussain等人2015;Dubey, 2005),结果是CH4生产。在淹水水稻中,产甲烷菌消耗土壤有机碳并排放CH4(Nazaries et al. 2013;Penning和Conrad 2007)。甲烷由水稻土壤中的产甲烷菌产生,通常通过三种可能的机制(扩散、沸腾和通气组织运输)排放到大气中(Green 2013;Tokida等人2013;Das and Baruah 2008;联合国政府间气候变化专门委员会1996年;莱纳1993)。在水稻土壤中2o通过生物(硝化和脱氮)和化学分解过程(Lan等人2014; Baggs 2011; Ussiri和R. Lal 2007; Freney 1997; Bremner 1997)。氮基肥是n的主要来源2水稻土壤的O产量和约1.25%的施氮总量转化为大气氮2o(Bouwman 1994)在土壤中的有氧病症下,但在淹水的水稻下,施加的施肥量的较少0.1%施用为n2O(Freney等1997)。甲烷和N.2O产量的水稻土壤是受几个因素的影响,如水管理,土壤pH,氧化还原电位,温度,土壤土壤物质,土壤微生物多样性,移栽方法,水稻品种,作物工期和类型的施肥时间(Hussain et al. 2015;Hadi et al. 2010;康拉德2007;Dubey 2005;康拉德2002,勒梅尔和罗杰2001)。该硝化抑制剂对缓解不同水稻arg生态系统的温室气体排放具有重要作用。在这篇综述研究中,我们建立了水稻土壤NI减少温室气体排放以应对全球变暖问题的认识。
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水稻硝化抑制剂对甲烷和一氧化二氮的缓解潜力
硝化细菌通过亚硝酸盐将铵氧化成硝酸盐Nitrosomanas和硝基杆菌分别称为硝化和材料,其延迟或抑制硝化过程称为硝化抑制剂(Ni)(Hussian等,2015; Saharwat 2004)。目前,用于减少温室气体排放的NI全球变暖应用的情景2o和ch.4从米土壤具有良好的环境声音,因为这种化合物也降低了硝酸盐水污染量。Ni通过在土壤中延迟硝化并通过间接降低硝化硝化的可用性,直接降低N2O发射。几项研究陶醉了尼西美胺(Hussain等,2015; Datta和Adhya 2014; Linquist等,2012; Li等人2009; Pathak等,2003),脲酶(Hussain等,2015; Majumdaret al。2003),Hydroquinol(Li等人,2009)和硫代硫酸盐(Malla等,2005)可以减轻CH4米土壤排放。同样,上述几项研究报告说,硝基嘧啶(Majumdar等,2003),DITYANDIAMIDE(DATTA和Adhya 2014; Linquist等,2012; Li等人,2009; Tathak等,2002),苯甲酸(Majumdar等,2003)Nimim(Datta和Adhya 2014)和硫代硫酸盐(Malla等,2005; Kumar等,2000)有重要的n2o减少水稻土壤(表1)。
Li et al.(2009)报道基础施用HQ/DCD可降低CH4排放量减少35.38%。在分蘖期和穗始期施用HQ和DCD可降低CH4与对照相比,水稻土壤的排放量分别增加了19.04和12.24% (Li et al. 2009)。Malla等(2005)报道有机植物源印楝油包膜尿素可降低总CH4无机NI(如电石包覆尿素和DCD)在水稻种植中的总排放量比对照(尿素)分别减少了13.33和11.85% (Malla et al. 2005)。在印度农业研究所研究农场进行的田间试验中,Pathak et al.(2003)观察到DCD与尿素一起降低了总累积CH4排放21.3公斤公顷-1至14.9公斤公顷-1结果表明,施用DCD和尿素比对照(尿素)减排30.5%。在Xu et al.(2002)的实验室研究中,观察到HQ (132.97 mg CH4锅-1)和DCD (132.97 mg CH4锅-1)单独和组合修正(89.22 mg CH4锅-1)对减少CH有效4排放量(190.26毫克氯气)4锅-1)。Bharti等。(2000)投入六种不同NI对CH的影响4并观察到所有化合物都降低了平均CH4生产。意思是CH4从对照生产(1204 μg kg-1土壤)减少到380,941,908,634,1065和1060μgkg-1Datta和Adhya(2014)研究发现,nimim和karanjin等有机NI对N的降氮效果最好2o稻米排放为无机镍镉和鼠尿素的露营。nimim减少总n2O的排放降低69.38%2o比较尿素尿素的排放38.13%(表1)。在其他领域实验Malla等人。(2005)也观察到。
表1不同硝化抑制剂对水稻土壤温室气体排放的影响
参考和国家 |
治疗 |
CH4(公斤公顷-1) |
M % |
N2O () |
M % |
Datta和Adhya(2014年),印度 |
控制(尿素) 尿素(U) +双氰胺(DCD) U + Nimim U + Karanjin |
246.22 372.36 250.17 294.59 |
控制(C) -51.23 -1.60 -19.65 |
1.60 1.20 0.49 0.99 |
控制(C) 25.00% 69.38% 38.13% |
李等(2009),中国 |
控制(尿素) 氢醌/ DCD基础 在分蘖下的总部/划分 HQ和DCD在胰穗启动 |
43.39 28.04 35.13 38.08 |
C 35.38 19.04 12.24 |
3.90 2.98 1.73 3.23 |
C 23.59 55.64 17.18 |
Malla等人。(2005),印度 |
尿素(控制) 尿素+对苯二酚 尿素+纽约蛋糕 尿素+涂层碳化钙 Neem Oil涂层尿素 尿素+双氰胺 尿素+硫代硫酸盐 |
27.0 30.2 23.9 23.4 24.9 23.8 28.4 |
C -11.85. -11.48 13.33 7.78 11.85. -5.19 |
0.76 0.73 0.68 0.54 0.60 0.63 0.50 |
C 3.95 10.53 28.95 21.05 17.11 34.21 |
帕塔克等(2003),印度 |
尿素 尿素+ DCD计划的 尿素+养牛器粪便 没有N |
21.3 14.9 36.5 16.3. |
C 30.05 -71.36 23.47 |
-- -- -- -- |
NA NA NA NA |
帕塔克等(2002),印度 |
尿素 尿素+ DCD计划的 尿素+养牛器粪便 没有N |
-- -- -- -- |
NA NA NA NA |
8.32 6.54 5.11 3.15 |
C 21.39 38.58 62.14 |
徐等(2002),中国 |
控制 总部 DCD. HQ + DCD. |
190.26 * 132.97 * 89.22 * 79.50 * |
C 30.11 53.11 58.22 |
17.25 * * 13.2 * * 9.14 * * 6.51 * * |
C 23.48 47.01 62.26 |
库马尔等人(2000) |
尿素 (NH.4)2所以4 尿素+双氰胺 (NH.4)2所以4+双氰胺 尿素+硫代硫酸盐 |
-- -- -- -- -- |
NA NA NA NA NA |
0.16 0.24 0.14 0.17 0.15 |
C -50 12.50 -6.25 6.25 |
Majumdar等人。(2000),印度 |
尿素 尿素+双氰胺 Nimin涂层尿素 印楝涂层尿素 |
-- -- -- -- |
NA NA NA NA |
0.59 0.49 0.57 0.53 |
C 16.95 3.39 10.17 |
Bharati等人。(2000),印度 |
控制 叠氮化钠 氨基嘌呤 吡啶 替尼胺 硫脲 铵硫代硫酸盐 |
1204μgkg.-1土壤 380μg公斤-1土壤 941μg公斤-1土壤 908μgkg.-1土壤 634μgkg.-1土壤 1065μg公斤-1土壤 1060μg公斤-1土壤 |
C 68.44 21.84 24.58 47.34 11.54 11.96 |
-- -- -- -- -- -- -- |
NA NA NA NA NA NA NA |
(-)更多的排放;M-缓解,na -不适用,* mg CH4锅−1,** mg n2设计锅−1
那个有机倪纽约蛋糕和雷姆涂油尿素减少了n2O的排放量比对照(尿素)分别提高了10.53%和21.05%。在类似的研究中,Malla等人(2005)报道了HQ、DCD、硫代硫酸钠以及尿素和电石包覆尿素可以减轻N2Li et al.(2009)观察到,在水稻土壤中施用HQ和DCD降低了总氮累积量2O排放至3.90公斤公顷-1相比之下,对照为3.90公斤公顷-1.在水稻分蘖期和穗始期施用HQ/DCD可降低氮素含量2中国土壤O的排放量分别为55.64和17.18%(表1)2o单独尿素在水稻土壤中排放比土壤修正为21.39%。徐等人。(2002)还观察到,总HQ,DCD和HQ PLUS DCD减少了n2o排放到13.2,9.14和6.51 mg n2设计锅-1与对照相比(17.25 mg n2设计锅-1) 分别。
结论
印度人和全球水平人口的越来越越来越大,对农业系统饲养产生了程度的压力。这种需求导致现代农业的演变,稻米是世界大多数人口的重要稳定食品。大米生产是温室气体排放的主要来源,导致全球变暖。在这项研究中,我们合成了公布的数据,为肥料管理(硝化抑制剂)的温室减轻了适当的水稻管理。我们发现硝化抑制剂在水稻中的干预措施可以是预测全球变暖的有效工具。对于实例,无机硝化抑制剂这种DCD,HQ和硫代硫酸盐施用具有水稻培养的甲烷和氧化二氮的缓解潜力。最近,还探讨了少数有机硝化抑制剂如karanjin,nimim和neem油涂层尿素的缓解潜力。肥料管理实践,如硝化抑制剂应用声音环境友好,有助于实现可持续的农业目标。
致谢
作者感谢印度新德里-10012印度农业研究所环境科学和气候弹性农业中心主任(Dr. S.D Singh)的所有支持和鼓励。
rerference.
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