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农田土壤温室气体排放通量与区域模拟研究

张国明  
【摘要】: 农业活动产生的温室气体已经成为引起全球变暖的主要因子之一。主要来自于旱地的N_2O和稻田的CH_4是农业活动向大气排放温室气体的主要来源。本文研究了北方地区典型旱地农田土壤的温室气体排放状况,对冬小麦-夏玉米轮作期间的CO_2、N_2O、CH_4排放通量进行了测定,分析了这三种气体排放通量与土壤中碳、氮元素、气温以及施肥等因子的关系;同时利用DNDC模型对江西省典型的双季稻轮作情况下的温室气体排放进行了模拟,并分析了其排放的区域特征;最后,还利用DNDC模型模拟了我国东部样带的温室气体排放量,对东部样带的模拟估算结果进行了分析。 冬小麦-夏玉米轮作期间CO_2的平均排放通量依次为:无机-有机肥配合施用的处理(110.78mg CO_2/m~2/h)>单施无机肥处理(79.58 mg CO_2/m~2/h)>无追肥处理(74.20 mg CO_2/m~2/h)>休闲地(54.91 mg CO_2/m~2/h),作物生长状况与土壤温度是影响土壤呼吸强度的主要因子;其中,小麦拔节期和玉米的拔节期到喇叭口期的土壤CO_2排放通量高。由于土壤可溶性有机碳是土壤有机碳转化过程中的中间产物,没有发现它与土壤CO_2排放通量间有直接关系。土壤N_2O排放通量主要受施肥及土壤无机氮的影响,同时与温度密切相关。在气温较高时施肥,土壤中的无机氮含量升高,这时的土壤N_2O排放通量大,但排放高峰期比施肥时间略微滞后。整个生长季内,土壤N_2O平均排放通量依次为:无机-有机肥配合施用的处理(39.86 ug N_2O-N/m~2/h)>单施无机肥处理是(34.62 ug N_2O-N/m~2/h)>无追肥处理(21.74 ug N_2O-N/m~2/h)>休闲地(2.48 ug N_2O-N/m~2/h)。旱地农田甲烷排放受多种因子影响,甲烷的排放或吸收通量及其季节变化没有明显的规律,但测定仍表明旱地农田为一个弱的甲烷汇,麦玉轮作期内的甲烷平均吸收通量为:无机-有机肥配合施用的处理(-9.7 ug CH_4/m~2/h)>单施无机肥处理(-16.0 ug CH_4/m~2/h)>无追肥处理(-26.50 ug CH_4/m~2/h)>休闲地(-28.80 ug CH_4/m~2/h)。 DNDC模型模拟得出江西省稻田温室气体排放特征如下:CO:排放通量: 土壤的排放均为高肥力田中肥力田低肥力田,且地区间差异不大。C氏排 放通量:在pH 4.5一6范围内,c场排放量随土壤pH的增加而增加;对于相同 pH条件下的土壤,C氏排放强度又随土壤粘粒含量的增加而降低。稻田从O 排放主要发生在晒田期间,施肥量与土壤pH是影响NZo排放的主要因素: 施肥量高的地区,NZO排放也高;其次是土壤pH,中性土壤的NZO排放通 量高于酸性土壤。各地区CO:的总排放量基本与其面积大小一致;各地区甲 烷排放量主要受稻田面积大小和粘粒含量的影响,砂质土的甲烷排放量高一 些,如上饶和九江,各地区甲烷排放总量依次为:上饶九江宜春吉安抚 州,总排放量小的一些地区依次为:鹰潭南昌赣州。各地区间N20的总排 放量,其规律与甲烷排放基本一致。 DNDC模型模拟得出的东部样带温室气体排放区域特征为:东部样带农 田的co:排放通量在2.5一4.5 tc小mZ/y之间。旱地土壤cq排放通量高于水 田;有机质含量高的东北农田及温度较高的长江中下游地区旱地(由于其轮 作茬数多且温度较高),因而单位面积旱地的CO:排放量较大。关于甲烷排 放通量,南方水田在33.6一430 kgc小mZ/y范围内,中南地区旱地为一3.37一0.46 kgc庄旧12/y,华北地区农田既非甲烷源也非甲烷汇,华北农田的甲烷吸收通 量为一1 .81一1.56 kgc月111飞2/y。NZo的排放主要受氮肥施用量与温度的影响: 东北旱地/南方水田的氮肥用量较高(320一340 kgN月11n2/y),因而NZo排放量 高(1 0 kg NZo一爪mZ/y);华南旱地由于温度较高,因而排放通量也很高(18一30 kg从。一月lm场).综合本文的测定与模拟结果,提出如下可能的农田减排温 室气体的措施:增加土面覆盖(用桔杆等)和减少耕作(减柳免耕等),以减 少土壤的自然矿化分解和耕作扰动造成Co:的排放。避免过量施肥(旱地)或 施用缓释肥料以及避免施肥后很快晒田以减少农田NZO的排放。合理管理水 田土壤水分,如缩短淹水时间,在后期采用间歇落干,以及施用腐熟肥料等 措施均可减少水田甲烷排放。


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