稻麥輪作農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放及機制研究.pdf

1、溫室氣體排放導致全球變暖問題日益成為全球關(guān)注的焦點。研究認為，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是重要的溫室氣體排放源。甲烷(CH<,4>)、氧化亞氮(N<,2>O)、二氧化碳(CO<,2>)是三種典型的溫室氣體。稻田濕地系統(tǒng)中CH<,4>排放量所占份額極高，田間干濕交替處理則會增加N<,2>O的排放；而冬小麥N<,2>O排放量也占到了重要份額；農(nóng)業(yè)土壤中的有機質(zhì)經(jīng)微生物分解后，碳素也多以CO<,2>的形式釋放入大氣。本研究在上海市郊區(qū)設(shè)置試驗田，以大田條件

2、下的稻麥輪作農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，通過對CH<,4>、N<,2>O和CO<,2>排放的長期連續(xù)觀測，研究了溫室氣體排放的時間變化規(guī)律；探討了各個影響因子特別是灌溉及降水引起的干濕交替以及施肥管理等對溫室氣體排放的影響；將溫室氣體排放與農(nóng)田碳(C)、氮(N)循環(huán)過程相結(jié)合，估算出了氣體排放總量，并進行了農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的N平衡分析；建立了農(nóng)田溫室氣體排放的半經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，并與實測值相互驗證。 在作物的生長季尺度下，稻季CH<,4>、N<

3、,2>O和CO<,2>均以排放為主；在麥季，N<,2>O和CO<,2>以排放為主，CH<,4>通量較小。正常水肥管理條件下(以施肥小區(qū)計)，三種氣體在稻季平均通量分別為4.21 mg CH<,4>·m<'-2>·h<'-1>、84.77μg N<,2>O·m<'-2>·h<'-1>和602.73 mg CO<,2>·m<'-2>·h<'-1>，麥季平均通量分別為0.14 mg CH<,4>·m<'-2>·h<'-1>、94.24μgN<

4、,2>O·m<'-2>·h<'-1>和265.31 mg CO<,2>·m<'-2>·h<'-1>。對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中三種溫室氣體的相關(guān)性分析表明，CH<,4>和CO<,2>的通量呈顯著正相關(guān)；而CH<,4>和N<,2>O的通量表現(xiàn)出較明顯的此消彼漲的關(guān)系。 溫室氣體排放的影響因子包括溫度、水分狀況、土壤理化性質(zhì)、植物、農(nóng)田水肥管理等。CH<,4>和CO<,2>排放量與各溫度之間呈顯著線性正相關(guān)關(guān)系；CH<,4>的排放極值發(fā)生在5

5、 cm土溫為30～33℃時，N<,2>O的排放極值發(fā)生在5 cm土溫為18～30℃時。稻季田面水厚度和溫度與CH<,4>排放量呈顯著線性正相關(guān)，與N<,2>O排放量呈顯著線性負相關(guān)。稻季由于長期淹水，土壤Eh值較低，4～12 cm土層呈弱還原環(huán)境，有利于農(nóng)田土壤中CH<,4>的產(chǎn)生；麥季土壤不再淹水，通氣性增強，Eh值顯著升高，土壤呈氧化環(huán)境。稻季植株高度與CO<,2>通量呈顯著線性正相關(guān)關(guān)系；麥季植株高度與CO<,2>和N<,2>O通

6、量均呈顯著線性正相關(guān)關(guān)系。對施肥小區(qū)和對照小區(qū)的數(shù)據(jù)做配對t檢驗顯示，兩種施肥處理下，CH<,4>和CO<,2>通量具有顯著差異，即施肥對CH<,4>和CO<,2>排放有明顯的影響。 上海郊區(qū)稻麥輪作農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中CH<,4>、N<,2>O和CO<,2>的排放總量在正常水肥管理條件下(以施肥小區(qū)計)，稻季分別為1.5×10<'5>g·hm<'-2>、3.0×10<'3>g·hm<'-2>、2.1×10<'7>g·hm<'-2>，

7、在麥季分別為7.1×10<'3> g·hm<'-2>、4.8×10<'3>g·hm<'-2>、1.3×10<'7>g·hm<'-2>。CH<,4>排放以稻季為主，麥季排放量僅占稻季的1.5～4.8％；N<,2>O排放為麥季大于稻季；CO<,2>排放，在兩季的對照小區(qū)其總量差距不大，在施肥小區(qū)是稻季大于麥季。兩季農(nóng)田系統(tǒng)因施肥而造成N<,2>O排放損失的N僅占施肥量的0.50％和0.48％。N<,2>O排放對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)N循環(huán)的作用較微弱