不同轮作制度稻田生态系统温室气体排放研究

【摘要】：全球变暖和各种极端天气引起国际社会对温室气体排放的极大关注,也是世界外交的重要议题。中国目前已经成为了全球CO2排放最多的国家之一,在外交上存在很大压力。稻田生态系统在保证中国粮食安全上有重要作用,同时也是温室气体的重要排放源,主要受到轮作制度、秸秆还田和氮肥施用等因素的影响。 本文用静态暗箱-气相色谱法对比研究稻田两种不同轮作制度下温室气体(CH4N2O和CO2)的排放规律与作物产量及其影响因素。试验从2008年11月旱作季节播种开始到2010年6月旱作季节收获结束,对双季稻-油菜(DR-OR)和单季稻-小麦(SR-W)两种轮作制度同时进行研究；每种轮作制度分别设四个处理：不施N肥不添加秸秆(ck)、施N肥不添加秸秆(SO)、施N肥稻季添加低水平秸秆(S1)和施N肥稻季添加高水平秸秆(S2)；同时设置不种植作物不施肥耕作的休闲(fallow)处理。 在2009-2010水旱轮作体系下,双季稻-油菜轮作稻田各处理CH4和N2O的综合温室效应高于单季稻-小麦轮作体系相应各处理,其中CH4排放的贡献起决定性作用。N肥施用显著增加稻田作物产量,但其N2O排放在不同轮作制度下有所不同。稻季施N添加秸秆处理单位籽粒产量的温室气体强度(GHGI)都显著高于单施N肥处理,因此,在水稻种植中施N不添加秸秆将是较好的农田管理方式。施N各处理籽粒产量差异不显著,双季稻各处理的籽粒产量显著高于相应单季稻处理,但其GHGI没有显著差异,因此,双季稻种植好于单季稻种植体系。 在2009-2010水旱轮作周期内,稻田CH4排放主要发生在淹水的水稻种植季节,其累积排放量占全年排放量的90%以上；N2O排放主要发生在旱作季节和稻季烤田期,而烤田期天气状况决定了是否出现N2O排放峰。晚稻生长季CH4排放总量和强度都大,在双季稻轮作中加强对晚稻稻田的管理能有效减少稻田CH4排放。稻田施N显著促进N2O排放,有效管理N肥是减少N2O排放的重要措施。稻田轮作制度显著影响CH4和N2O的排放；秸秆还田显著影响CH4排放,对N2O排放影响不显著；施N则极显著影响N2O排放,对CH4排放影响不显著。 在2009-2010水旱轮作体系内,双季稻-油菜轮作体系各处理CO2排放都要显著高于单季稻-小麦轮作相应处理；施N显著促进生态系统CO2排放；秸秆还田不会引起CO2排放的显著差异。 对2008-2009和2009-2010年稻田生态系统旱作季节影响因子和年际对比研究表明,稻田旱作季节生态系统N2O和CO2排放年际间变化较大。N2O主要受到前作水分状况、N肥施用、降雨和植物生长状况的影响；CO2主要受植物生长状况和天气的影响。稻田冬季旱作期N2O排放受施N和土壤含水量的显著影响；不同作物对N2O的累积排放的影响主要由作物生长期决定,对N2O平均排放通量没有显著影响；休闲处理N2O排放略高于作物不施N处理,说明稻田排水期种植作物能减少N2O排放。