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摘要:研究缓/控释氮肥、氮肥配施硝化抑制剂和微生物菌剂对稻田生态系统白天CO2净交换、群体叶面积和生物量的影响及其相互关系,有助于进一步了解这几类新型氮肥对稻田碳同化的促进作用及增产效果.为此于2012-2013年在湖北荆州进行大田试验,设置了五种氮肥处理:常规尿素(CK)、树脂包膜控释尿素(CRU)、尿素添加硝化抑制剂氯甲基吡啶(NU)、尿素添加硝化抑制剂二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)、尿素配施微生物菌剂(EM).采用静态箱-气相色谱法连续观测双季稻生态系统白天的CO2净交换通量,并在各生育期测定水稻群体的叶面积和地上生物量,分析不同氮肥处理下这些指标的变化.结果表明:水稻生长季稻田生态系统白天表现为CO2的净吸收,净交换通量受气温、降水等气象要素影响较大,在拔节-抽穗阶段出现较高值.相比普通尿素,新型氮肥在不同程度上提高了稻田CO2净交换,在单个水稻生长季NU提高了13.2%~51.6%的平均CO2净吸收通量,其次为CRU提高了9.8%~34.1%.在各生育期,新型氮肥对水稻群体叶面积指数和地上生物量表现出更高的促进效果,其中以CRU最为显著,其最大峰值相比CK分别提高了12.4%~18.6%和9.1%~18.8%.通过回归分析发现,水稻群体叶面积指数与CO2净吸收通量为线性正相关关系,地上生物量与CO2净吸收通量为抛物线型关系,这在一定程度上说明了水稻群体生长状况与稻田生态系统CO2同化速率间的关系.包膜控释尿素、添加硝化抑制剂、添加微生物菌剂有助于提高水稻群体叶面积和生物量,促进稻田生态系统CO2同化,其中树脂包膜控释尿素效果最佳.
[硕士论文] 周志花
气象学 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:农业是重要的温室气体排放源,利用生命周期法(Life cycle assessment,LCA)评价农业生产过程和农业投入品生产、使用等各个环节的温室气体排放,有利于识别和优化减排措施。本研究基于相同系统边界利用LCA法核算了2014年中国各省以及2002-2014年中、美主要农作物碳足迹,分析了中国不同地区以及中国与美国碳足迹差异及其原因,核算了中国农业生产减排政策的减排潜力。主要结论如下:
  (1)中国三大粮食作物碳足迹均存在一定的地域差异。2014年我国不同地区小麦的单位产量和单位面积碳足迹范围是分别是0.37-1.40tCO2eq·t-1、1.18-4.32tCO2eq·hm-2,玉米分别为0.19-1.01tCO2eq·t-1、1.38-4.79tCO2eq·hm-2,水稻分别是0.73-1.67tCO2eq·t-1,5.58-10.46tCO2eq·hn-2。较高的小麦和玉米碳足迹一般为该农作物的非主要种植区。这主要是作物对相应地区的气候条件适应性差造成在农作物生产过程中加大农资投入量,产量却并未大幅度提高,进而造成较大农作物碳足迹。
  (2)氮肥生产CO2排放以及施用氮肥造成的农田N2O排放是小麦、玉米生产中的最主要排放源,稻田CH4排放是水稻生产中的最主要排放源。2014年中国各省氮肥生产和施用造成的温室气体排放占小麦、玉米碳足迹的41.8%-88.6%、44.7%-84.6%,稻田CH4排放占水稻碳足迹的55.5%-78.5%;灌溉耗电CO2排放也是农作物生产碳足迹重要组成部分,尤其是在西北地区以及华北地区。
  (3)中国小麦、玉米碳足迹高于美国,水稻低于美国。2002-2014年中国单位产量小麦、玉米和水稻碳足迹平均为0.76、0.54和1.00tCO2eq·t-1,而美国分别为0.35、0.24和1.24tCO2eq·t-1,小麦、玉米生产碳足迹分别比美国高117.0%和129.0%,水稻生产碳足迹比美国低20.0%。
  (4)氮肥生产CO2排放以及氮肥施用农田N2O排放是中国旱地作物碳足迹高于美国的最主要原因,灌溉耗电CO2排放是中美农作物碳足迹差异的第二原因,稻田CH4排放是美国水稻碳足迹高于中国的最主要原因。中国较高的氮肥施用量以及落后的氮肥生产能源结构造成中国氮肥施用和生产温室气体排放大;中国灌溉技术落后、节水灌溉面积小、灌溉水利用系数低、美国主要粮食种植区降水充足而中国干旱问题严重等原因造成中国灌溉耗电远远高于美国。美国水稻淹灌的管理方式造成美国稻田甲烷排放高于中国
  (5)2002-2014年期间中国小麦和玉米因氮肥生产和施用造成的温室气体极显著的下降趋势(P<0.01),灌溉耗电CO2排放有逐年增大的趋势。中国推广的精准施肥、改进施肥技术、配施有机肥等措施是降低施用氮肥造成的温室气体排放;中国灌溉水分利用率低、复种指数高以及地下水位的逐年下降造成灌溉耗电CO2排放逐年增加。
  (6)通过化肥零增长系列技术措施、降低化肥生产过程中的能耗和节水灌溉等措施可进一步降低作物生产碳足迹。预估2020年中国小麦、玉米、水稻生产碳足迹分别比2014年下降23.0%、22.0%和10.0%。预估到2030年小麦、玉米、水稻生产碳足迹分别比2014年下降30.0%、28.0%和12.0%。降低碳足迹的技术措施包括继续推广测土配方施肥、配施有机肥、施行免耕、推广节水灌溉技术,降低化肥生产过程中的能耗等。
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