科研进展

ERL:茶园是全球农田氧化亚氮(N2O)的“热点”排放源

  茶,作为最大众化、最受欢迎的健康饮品,在区域和全球农业经济发展和学问传播方面具有重要作用。截止目前,全世界有超过62个国家种植茶叶,面积达到490万公顷;中国作为茶叶的故乡,其种植面积和产量均居世界首位。全球茶树种植的普遍特点是生长在高热高湿、透水性良好的酸性土壤中,并且随着茶树的生长,茶园土壤中的有机质含量逐渐增加。再者,为了追求茶叶的产量和提高茶叶的品质,茶农往往对茶园施用大量氮肥,施肥量通常为200–1200kgNha-1yr-1,远高于粮食作物农田。这种高氮肥投入和茶园的酸化以及有机碳含量的增加可能会发生协同作用,促进茶园土壤硝化和反硝化过程中氧化亚氮(N2O)的产生和排放,从而影响区域或全球气候环境变化。

  澳门威利斯人最新网站碳氮循环研究团队在亚热带地区的田间观测研究表明,稻田转变为茶园后并不会减少土壤温室气体净排放量,而只是污染物质的形式交换,即稻田甲烷(CH4)的强排放转换为茶园的N2O排放,并且随着植茶年龄的增加,土壤N2O排放呈增加趋势(Yao et al.,2018)。再者,不同的施肥类型也会影响茶园的N2O排放,与施尿素处理相比,有机肥处理显著增加了71%的N2O排放。可见,从削减温室气体排放考虑,茶园不宜施用有机肥,因为有机肥提供的大量有机碳和茶园土壤低pH会营造多种氮转化途径产生N2O(Yao et al.,2015)。

  基于现有的田间观测数据,通过文献荟萃(Meta)分析方法对区域和全球尺度上茶园土壤的N2O排放进行了定量分析。结果表明,在区域尺度上,尽管中国茶叶种植面积仅占<2%的中国农田总面积,但估算得出2018年我国茶园N2O排放总量约为28GgNyr-1,占中国农田总排放量的15%(姚志生等,2020)。在全球尺度上,研究得出茶园N2O年平均排放量高达17.1kgN ha-1yr-1,且N2O排放量与施氮量呈显著指数正相关关系(图1)。全球茶园N2O平均排放系数为2.31%,显著高于IPCC提出的全球农田N2O排放缺省值1%,并且也显著高于其他粮食、园艺、纤维和油料等作物的全球平均排放系数(图1)。对于全球茶园N2O总排放量而言,尽管在全球尺度上茶叶种植面积仅占0.3%的农田总面积,但其N2O排放总量(约为57–84GgNyr-1)占全球农田N2O排放总量的比重却高达12.7%。由此可见,茶园是全球农业种植系统中N2O的“热点”排放源。同时,本研究还表明,与茶农常规施肥处理相比,施用缓控释肥、添加生物炭、石灰或硝化抑制剂等替代管理措施能够有效降低茶园土壤N2O排放,其平均减少量约为48%。研究结果将为准确编制全球农田N2O排放清单提供关键参数,并为制定有效的茶园N2O减排方案提供科学依据。

  以上研究成果发表于国际学术期刊Environmental Research Letters上(王燕博士研究生为第一编辑,姚志生研究员为通讯编辑)。该研究得到威利斯人娱乐网址基础前沿科学研究计划从0到1原始创新项目(ZDBS-LY-DQCOO7)和国家自然科学基金项目(41977282和41675144)共同资助。

图1.(左)全球不同作物氧化亚氮(N2O)排放系数的比较;(右)不同研究施氮(N)量与N2O排放关系的比较。实线表示各研究中的实际施N量与N2O排放的关系,虚线表示基于茶园施N量进行拟合的施N量与N2O排放的关系。

  相关文章链接:

  1. Wang Y, Yao Z, Pan Z, Wang R, Yan G, Liu C, Su Y, Zheng X, Butterbach-Bahl. K. 2020. Tea-planted soil as global hotspots for N2O emissions from cropland. Environ. Res. Lett. https://doi.org/10.1088/1748-9326/aba5b2

  2. Yao Z, Zheng X, Liu C, Wang R, Xie B, Butterbach-Bahl K. 2018. Stand age amplifies greenhouse gas and NO releases following conversion of rice paddy to tea plantations in subtropical China. Agric. Forest Meteorol. 248: 386-396. http://dx.doi.org/10.1016/j.agrformet.2017.10.020

  3. Yao Z, Wei Y, Liu C, Zheng X, Xie B. 2015. Organically fertilized tea plantation stimulates N2O emissions and lowers NO fluxes in subtropical China. Biogeosciences 12: 5915-5928. https://doi.org/10.5194/bg-12-5915-2015

  4. 姚志生, 王燕, 王睿, 刘春岩, 郑循华. 2020. 中国茶园N2O排放及其影响因素. 农业环境科学学报, 39(4): 715-725. https://doi.org/10.11654/jaes.2020-0137

 
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