太湖地区稻—油轮作及江西红壤双季稻农田生态系统净碳汇效应及收益评估
【摘要】：
农田生态系统碳循环是陆地生态系统碳循环的重要组成部分,也是受人类活动影响最为强烈的生态系统,对维持全球的碳平衡具有重要的贡献。稻田是农业土地利用类型的主要方式之一,在世界农业生产中起着举足轻重的作用,并且对陆地生态系统碳循环、大气温室气体的吸收／排放以及全球气候变化起着不容忽视的影响。稻田土壤与大气间CO2交换特征及其影响因素是碳循环研究的重要内容,其研究不仅是碳循环过程机理和调控机制以及模型模拟所必需的,而且可以为估算和评价稻田生态系统碳源／汇强度及其对大气CO2浓度变化的贡献提供科学依据。因此,本文以太湖稻-油轮作和红壤稻-稻生态系统为研究对象,利用历年作物产量、凋落物固碳、土壤有机碳含量、农田CO2排放等实测资料以及生态系统的物质投入和管理投入等调查资料,估算了该系统的年碳平衡和经济收益。同时,在实验室分析测定了太湖地区农田生态系统不同施肥处理下凋落物的碳含量,以期为完整的全碳分析提供数据支持。主要研究结果如下：
1红壤地区供试稻田生态系统早稻季和晚稻季无论从碳投入-排放还是经济投入-收益上都没有显著差异,且均表现出有机无机肥配施单施化肥对照的效果。将红壤稻-稻系统和太湖稻-油轮作统作比较,红壤系统可以通过较小的碳投入和经济投入获得较高的碳汇效应,但经济收益不及太湖地区。综合比较可以得出,水田耕作相对于旱作有更高的碳汇效应及经济收益,并且,合理的有机无机肥配施可以达到经济效益和环境效益的双赢。
2太湖供试稻田在水稻季和油菜季四种施肥处理下作物凋落物及根系含碳量都有一定的显著性差异。但无论水稻季还是油菜季,凋落物含碳量和根系含碳量没有一致的变化趋势。水稻季和油菜季NF处理的凋落物及根系固碳总量均远远低于其余三种施肥处理,化肥、常规、和秸秆处理的凋落物及根系固碳总量水稻季秸秆常规化肥,油菜季常规化肥秸秆。水稻季四种处理下凋落物及根系固碳量占作物固碳的百分比为4.0%(秸秆)-6.1%(无肥),油菜季为15.0%(常规)-24.4%(化肥)。
3太湖地区供试土壤在4种施肥处理下的碳汇量和经济效益均存在显著差异。水稻季4种施肥处理均为碳汇,且有机肥处理高于化肥和无肥处理；油菜季无肥处理为弱的碳源,其余3种施肥处理为碳汇,但碳汇量低于水稻季；从全年总碳汇量来看,4种施肥处理的碳汇效应表现为：秸秆常规化肥无肥。水稻季经济效益为施肥处理高于无肥处理,且有机肥处理的经济效益最好；油菜季无肥处理经济效益极低,其余3个处理经济效益为常规秸秆化肥；全年经济效益除无肥处理外,其余3个施肥处理均较高。总体来看,有机无机肥配施处理净碳汇效应明显高于无肥和化肥处理,而且可以取得更高的经济效益,因此,有机无机肥配施处理无论从作物产量,净碳汇量还是经济效益方面,都有较高的价值体现,是一种可持续的稻田管理措施。
【关键词】：农田生态系统 长期试验 肥料处理 碳汇 碳平衡 经济收益 凋落物 碳含量 【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：S511;S565.4
【目录】：
- 摘要7-9
- ABSTRACT9-12
- 第一章 文献综述12-24
- 1 全球变化与生态系统碳循环12-13
- 2 农田生态系统-大气CO2净交换的基本原理13-17
- 2.1 NEE估算15-16
- 2.2 净初级生产力(NPP)16
- 2.3 暗箱碳通量(M)16-17
- 2.4 植物地上部分自养呼吸(RAS)17
- 2.5 根呼吸(RAR)17
- 3 土壤有机碳(SOC)17-18
- 4 农业生产的气候变化效应18-21
- 4.1 生态系统物质投入19-20
- 4.1.1 杀虫剂生产19
- 4.1.2 化肥生产19-20
- 4.2 生态系统人工管理20-21
- 4.2.1 灌溉活动20-21
- 4.2.2 机耕活动21
- 5 农田生态系统经济投入-收益概述21-23
- 6 技术路线23-24
- 第二章 稻田生态系统凋落物及根系碳储量估计24-30
- 1 材料与方法25-26
- 1.1 采样区概况25
- 1.2 样品采集与处理25-26
- 1.3 样品有机碳含量的测定26
- 1.4 数据处理和统计检验26
- 2 结果与讨论26-29
- 2.1 水稻/油菜凋落物及根系含碳量26-28
- 2.2 水稻/油菜凋落物及根系碳库估算28-29
- 3 小结29-30
- 第三章 太湖地区稻油轮作农田生态系统净碳汇效应及收益评估30-40
- 1 材料与方法30-34
- 1.1 供试稻田系统(土壤、农作制及施肥处理)30-31
- 1.2 研究方法31-34
- 1.2.1 碳平衡估算途径31-32
- 1.2.2 碳分项估算的参数选择及依据32-33
- 1.2.3 系统的经济流估算33-34
- 2 结果与分析34-37
- 2.1 系统的净碳汇34-35
- 2.2 系统经济流35
- 2.3 碳汇的边际成本35-37
- 3 讨论37-38
- 3.1 水稻-油菜轮作生态系统碳汇效应37-38
- 3.2 水稻-油菜轮作生态系统碳汇效应估算的不确定性38
- 4 结论38-40
- 第四章 红壤丘陵稻稻轮作农田生态系统净碳汇效应及收益评估40-50
- 1 材料与方法40-43
- 1.1 供试稻田系统(土壤、农作制及施肥处理)40-41
- 1.2 研究方法41-43
- 1.2.1 碳平衡估算途径41
- 1.2.2 碳分项估算的参数选择及依据41-42
- 1.2.3 系统的经济流估算42-43
- 2 结果与分析43-45
- 2.1 系统的净碳汇43-44
- 2.2 系统经济流44-45
- 3 讨论45-49
- 3.1 与太湖地区农田生态系统碳汇效应的比较45-49
- 3.1.1 碳成本的比较45-46
- 3.1.2 碳汇效应的比较46
- 3.1.3 经济投入及收益的比较46-49
- 3.2 不确定性分析49
- 4 结论49-50
- 第五章 全文结论、创新点及研究展望50-52
- 1. 全文结论50
- 2. 创新点及研究展望50-51
- 3. 不足及今后工作的方向51-52
- 参考文献52-60
- 致谢60
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