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《南京农业大学》 2001年
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农田土壤甲烷和氧化亚氮排放的研究

蒋静艳  
【摘要】: 农田土壤是大气中CH_4和N_2O的重要来源。中国作为农业大国,水 旱轮作是典型的农田利用方式,水旱轮作系统对大气中CH_4和N_2O的贡 献举足轻重,不可忽视。本文通过大田试验观测,系统研究了农业技术措 施(水分管理、有机质施用及播种密度)和气象条件(温度和降水)对稻 麦轮作系统下农田CH_4和N_2O排放的影响。同时辅以室内培养实验以探 讨土壤特性在水分和小麦秸杆两因子两水平处理下对CH_4和N_2O排放的 影响。本文的主要目的是试图阐明影响稻麦轮作系统CH_4和N_2O排放的 主要因素,为提出合理的减排措施提供科学依据。 大田试验于1999.6~2000.10在南京近郊江宁区秣陵镇金村农场实施。 1999年和2000年水稻生长季研究了常规灌溉和连续淹水条件下有机质 (小麦秸杆)不同投放量(0、2.25、4.5t/ha)对CH_4和N_2O排放的影响 以及水稻生长与CH_4排放的关系;1999/2000年小麦生长季研究了不同播 种量(0、90、180和270kg/ha)对N_2O排放的影响。同时探讨了温度和 降水对稻麦轮作系统下CH_4和N_2O排放季节性波动的影响规律。测定项 目包括CH_4和N_2O排放量、灌溉水层深度和Eh(水稻)、土壤温度、水 稻冠层高度和地上部分生物量等,同期气象数据由当地气象站提供。 研究结果表明:在两种水分管理下,CH_4的累积排放量均与水稻的冠 层高度及地上部分生物量呈显著正相关(p<0.001)。连续淹水条件下,无 论有无外源有机质投放,稻田CH_4排放的季节性变化均与土壤温度呈指数 正相关(p<0.001),而N_2O排放的季节性变化则取决于土壤水分条件。在 连续淹水条件下,小麦秸杆施用大大增加稻田CH_4的排放,其排放数量基 本与秸杆施用量成正比,秸杆施用对CH_4排放的贡献主要在水稻生长的分 蘖期。然而,秸杆施用减少N_2O的排放,N_2O的排放量在施用2.25t/ha 小麦秸杆与对照之间无明显差异,但施用4.5t/ha秸杆却大大抑制了N_2O 的排放,其排放量仅为对照或施用2.25t/ha秸杆处理下的13%左右。常规 水分管理下,烤田大大减少CH_4的排放,同时也明显增加N_2O的排放。 综合考虑水稻生长季CH_4和N_2O排放的全球增温潜势(GWP),则在无外 源有机质投放及短时间尺度(20年)下,烤田是减少CH_4排放的有效措 施之一。但从长时间尺度来看(500年),烤田增加的N_2O排放对温室效 应的影响不容忽视。但如果增加有机质的投放量(如按4.5t/ha比例秸杆 还田),无论从短时间还是长时间尺度考虑,烤田乃是减少稻田 CH4和 NZO 综合温室效应的一种有效措施。 在相同的气象条件和田间管理下,小麦播种-越冬阶段的NZO排放不 受播种量的影响,返青-成熟阶段的NZO排放通量与播种量成正比,裸地 条件下的民O排放与播种量为 90kg/ha下的排放无明显差异。造成返青- 成熟阶段生长季内NZO排放季节性波动的主要原因是降水,该阶段的NZO 排放通量随观狈日前6d的加权平均降水量呈指数增加(p<0.01)。 通过对8个稻田上壤的培养实验,结果表明:施加有机质处理明显促 进CH4的排放,井且对不同类型的上壤NZO排放的影响结果趋势基本一 致,即抑制十壤NZO的排放。相关分析结果表明,各处理下的甲烷排放 量均与上壤砂粒含量成正比;淹水处理的对照NZO排放与叫线性负相夫 中<0刀1人进一涉用逐步回归分析表明:在淹水条件下,尤论施加小麦 秸杆与否,甲烷排放量均可通过上壤砂粒含量和 C/N比的线性组合得以 定量表述,其决定系数(R2)分别为0.993树*和0.974n\在湿润条件下, 对照土壤的甲烷排放量亦可通过这两个囚于的线性组合得以定量表述 (RZ—0.888**),而施加小麦秸杆的甲烷排放量仅与砂粒含量线性相关 (R乙0.608幻。另外,淹水条件F,对照土壤N。O排放量可通过土壤砂粒 含量和上壤 pH确定的线性方程米描述(旷-0.908一人而同样条件下冈施 加有机质而导致 N。O排放变化的量与土壤全氮呈负相关(R乙0.898n入
【学位授予单位】:南京农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:X173

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