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摘要:以川中丘陵地区典型冬水田为对象,设置了有水稻常规施肥(RF)、无水稻常规施肥(NP)、有水稻无氮肥(NN)3种处理,以静态暗箱-气相色谱法对甲烷(CH4)排放进行了原位观测.结果表明,RF、NP和NN处理下CH4排放通量分别为-0.0042~ 18.29、0.03~ 16.78和0.10~26.76mg·m-2·h-1,平均排放通量分别为10.22、4.25和14.15 mg·m-2·h-1(以每平方米每小时消耗/产生的C量(mg)计),水稻生长季是主要排放期,但休闲季CH4排放量仍占全年CH4总排放量的14%.没有水稻处理的CH4排放量显著低于有水稻处理(p<0.01);而不施氮肥处理的CH4排放量显著高于施肥处理(p<0.01).CH4排放通量与5 cm深土壤温度呈显著正相关(p<0.01),随着温度的升高,甲烷排放量呈指数增加.CH4排放通量与1~4 cm的稻田水深呈显著负相关(p<0.01),随着水深的增加,甲烷的排放呈指数迅速下降;而与4~8 cm的稻田水深无相关性,甲烷的排放也变化缓慢.由此表明,土壤温度和水深在很大程度上调控着CH4的排放.此外,研究结果也显示将冬水田休闲期改为旱作可减少CH4排放,对环境有利.
[硕士论文] 任晓静
环境工程 华中农业大学 2017(学位年度)
摘要:甲烷(CH4)是仅次于CO2的重要温室气体,CH4的主要排放源来自农业活动,在各种农业排放源中,稻田是CH4最重要的农业源。从农田管理的角度寻求CH4减排成为当前研究的一个重要方向。因此,本研究依托中国科学院盐亭紫色土农业生态试验站,以川中丘陵地区典型冬水田为研究对象,采用静态暗箱-气相色谱法,在2012~2015年对冬水田(RF)和冬水田转稻麦轮作(RW)的CH4排放通量进行了连续三年的定位观测,研究了冬水田转为稻麦轮作后对CH4排放的影响。主要研究结果如下:
  1.冬水田和稻麦轮作处理的CH4排放通量均整体表现出“冬春低、夏秋高”的季节规律。冬水田转稻麦轮作处理后,CH4累积排放量减少43%,其中稻季减少量占总减少量的39%,非稻季占61%,并多出一季小麦产出,说明将冬水田转为稻麦轮作能显著降低CH4排放通量,其中非稻季CH4减排量大于稻季,同时增加了作物产量。
  2.冬水田的休闲期水分排干种植小麦后,其麦季CH4排放通量比冬水田在该时段的排放通量减少70%~81%,因此,冬水田转稻麦轮作能显著减少休闲期的CH4排放通量;在2012~2015年,RF处理的休闲期CH4平均排放通量比RW处理麦季高3~80倍,相应的累积排放量高3~6倍,非稻季CH4排放量冬水田明显高于稻麦轮作;在RF处理的非稻季,三年间的CH4平均排放通量分别为0.8、1.62和3.65mg Cm-2 h-1,RW处理相应的通量分别为0.01、0.1和1.05mg Cm-2 h-1,三年间RF、RW处理非稻季的CH4排放通量均在逐年增加。
  3.冬水田转为稻麦轮作后,其稻季CH4排放通量比冬水田稻季减少24%~33%,因此,冬水田转稻麦轮作不仅在冬季休闲期,在稻季也能显著降低CH4排放通量;在2013年和2014年的稻季,RF处理的CH4平均排放通量比RW处理高2倍,相应的累积排放量高1.4倍,稻季CH4排放量RF处理明显高于RW处理;2013年和2014年的稻季,RF处理的CH4平均排放通量分别为10.22和11.78mg Cm-2 h-1,RW处理相应的通量分别为5.64和6.89mg Cm-2 h-1,两年的RF、RW处理在稻季的CH4排放通量均在逐年增加。
  4.在RF处理2013年的稻季,常规施肥与无氮肥处理的CH4排放通量之间差异不显著(p<0.05),而在2014年稻季常规施肥处理的CH4排放通量大于无氮肥处理,差异显著(p>0.05),在2014~2015年的休闲期,常规施肥处理的CH4排放通量明显高于无氮肥,氮肥对RF处理的CH4排放整体表现为促进作用;在2012~2015年,RW处理麦季常规施肥处理的CH4累积排放量分别是无氮肥处理的2.3、1.7和1.0倍,稻季常规施肥处理分别是无氮肥处理的1.1和1.3倍,RW处理麦季和稻季的常规施肥处理CH4排放通量均大于无氮肥处理的,氮肥对RW处理的CH4排放有促进作用。
  5.在2012~2015年,不管是RF还是RW的稻季有植株处理的CH4排放通量均大于无植株处理的,差异显著(p<0.05);在2013年和2014年稻季,RF处理有植株处理的CH4累积排放量分别是无植株处理的2.2和3.1倍,RW处理有植株处理的CH4累积排放量分别是无植株处理的2.7和1.8倍。但RW处理麦季,有植株与无植株处理的CH4排放通量差异不显著(p>0.05)。整体而言,植株对RF和RW处理的稻季CH4排放有明显的促进作用,对麦季CH4排放影响不显著。
  6.RF和RW处理的CH4排放通量均与5cm土壤温度之间呈显著正相关关系(p<0.05);当RF的土壤温度高于10℃左右,RW处理的土壤温度高于15℃左右时,CH4排放通量随着温度的升高而增加。综合分析影响CH4排放的环境因子,得到RW处理的CH4排放受铵态氮、硝态氮、可溶态总氮和土壤温度这4个因子影响较大,其中土壤温度是主要影响因子;但在RF处理的休闲期,田间水深是影响CH4排放的主要因子。
  7.土壤水分与RW处理CH4排放量之间关系不显著(p>0.05),田间水深与RF处理CH4排放量之间呈显著正相关关系(p<0.05),且主要集中1~5cm水层。RF处理的土壤有机碳与CH4通量之间关系不显著(p>0.05),铵态氮、硝态氮和可溶态总氮含量与CH4通量之间关系关系不显著(p>0.05); RW处理的土壤有机碳与CH4通量之间关系均不显著(p>0.05),铵态氮和可溶态总氮含量与CH4通量之间关系不显著(p>0.05),硝态氮含量与CH4通量之间呈极显著负相关关系(p<0.01)。
  综上,在冬水田转稻麦轮作的过程中,土壤水分状态的改变、温度和可溶态氮含量的变化是影响CH4排放的主要因子,冬水田转稻麦轮作在减少CH4排放的同时增加了农作物产出。因此,冬水田转稻麦轮作对环境和农户都是有利的。
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