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川中丘区稻田生态系统温室气体排放研究

孙园园  
【摘要】: 本文以四川省金堂县为研究区域,通过2005年5月~2006年5月对研究区域农户目前的作物栽培制度、管理方法、作物产出等进行调查和分析,进行土样、水样的测定,并结合当地的气象资料,利用DNDC模型模拟目前农户作物生产条件下稻田温室气体的排放情况,并和专家高产管理方法的温室气体排放进行比较。在农户调查的基础上,改变目前的生产条件中的某些影响因子,进一步研究和预测稻田温室气体的排放情况,提出减少研究区域内稻田温室气体排放的措施。主要结论如下: 1研究区域农户常规栽培管理水平下CO_2、CH_4和N_2O排放情况 (1)冬水田(PF),油菜—水稻田(RR)和小麦-水稻田(RW)。PF、RR和RW的CO_2年排放量分别为:4102 kg·hm~(-2)、7512 kg·hm~(-2)和8111 kg·hm~(-2)。PF水稻生长期和休闲期CO_2排放通量分别为25.48 kg·hm~(-2)·d~(-1)和3.36 kg·hm~(-2)·d~(-1),前者是后者的7.58倍。RR和RW水稻生长期CO_2排放通量平均为23.32 kg·hm~(-2)·d~(-1)和25.21 kg·hm~(-2)·d~(-1)。PF、RR和RW水稻生长期CO_2排放通量差别不大。RR和RW非水稻生长期的CO_2排放通量分别为19.34 kg·hm~(-2)·d~(-1)和20.96 kg·hm~(-2)·d~(-1),分别为PF休闲期的5.76和6.24倍。 (2)PF水稻生长期CH_4排放通量为2.24 kg·hm~(-2)·d~(-1)。休闲期CH_4排放通量为0.51kg·hm~(-2)·d~(-1)。水稻生长期CH_4排放通量是休闲期的4.39倍。水稻生长期CH_4排放量为291kg·hm~(-2),占全年总CH_4排放量(411 kg·hm~(-2))的80.73%。 PF的N_2O排放量仅为5.12kg·hm~(-2)·a~(-1)。水稻生长期和冬闲期N_2O通量分别为0.033和0.0036 kg·hm~(-2)·d~(-1),前者是后者的9.17倍。水稻生长期N_2O排放量为4.28 kg·hm~(-2),占全年总N_2O排放量的83.59%。 (3)PF在采用水旱轮作制后,CH_4排放量大大降低,RR和RW全年CH_4排放量分别为146 kg·hm~(-2)和149 kg·hm~(-2),分别为PF的35.64%和36.25%。RR和RW全年N_2O排放量分别为14.78 kg·hm~(-2)和17.40 kg·hm~(-2),分别为PF的2.89倍和3.40倍。 (4)CH_4和N_2O的排放量在水稻整个生长季节存在明显的互为消长的关系。CH_4排放多时N_2O排放少,CH_4排放少时N_2O排放多。 (5)综合考虑PF、RR和RW排放CO_2、CH_4和N_2O的全球增温潜势(GWP)。PF、RR和RW由CH_4和N_2O产生的GWP:PFRWRR。而由CO_2、CH_4和N_2O产生的GWP:RWRRPF。 2作物高产管理方法和农民常规方法CO_2、CH_4和N_2O排放量的比较 改用专家的管理方法后,全年PF、RR和RW的CO_2排放量分别由4111 kg·hm~(-2)、7512 kg·hm~(-2)和8111 kg·hm~(-2)增加到4187 kg·hm~(-2)、7794 kg·hm~(-2)和8427 kg·hm~(-2),分别增加了2.07%、3.75%和3.90%;N_2O排放量分别由5.12 kg·hm~(-2)、14.78 kg·hm~(-2)和17.40kg·hm~(-2)增加到7.67 kg·hm~(-2)、15.79 kg·hm~(-2)和19.21 kg·hm~(-2),分别增加了49.80%、6.83%和10.40%;CH_4的排放量分别由411 kg·hm~(-2)、146 kg·hm~(-2)和149 kg·hm~(-2)减少到319kg·hm~(-2)、65 kg·hm~(-2)和67 kg·hm~(-2),分别减少了22.38%、55.62%和55.03%;全年CO_2、CH_4和N_2O的GWP,分别减少了8.47%、8.48%和6.20%。 3模拟不同栽培条件的改变对温室气体排放的影响 (1)在氮肥种类和用量方面:施用相同纯氮量的氮肥,就N_2O排放量而言,尿素要显著高于碳铵。氮肥施用量(折纯N)大于200 kg·hm~(-2),N_2O排放量均随每百千克纯氮的投入量增加呈极显著增加。 (2)有机肥种类和动物粪尿投入量方面:相同碳含量有机肥的施用条件下,CH_4排放量(p<0.01):农家肥绿肥≈稻草秸杆≈动物粪尿≈堆肥;N_2O排放量(p<0.01):动物粪尿农家肥≈绿肥>稻草秸杆≈堆肥。随着动物粪尿施肥量的增加,CO_2、CH_4和N_2O的排放量均增加。 (3)晒田和不晒田:冬水田采用专家的晒田方法,CH_4排放量减少了27.57%;N_2O和CO_2排放量都略有增加,而总的GWP下降了9.10%。 (4)耕地深度:随着耕地深度的增加,CO_2的排放量逐渐增加,CH_4的排放量下降。在0~10cm范围内,N_2O排放量随着耕地深度的增加而增加,但在耕地深度达20 cm时,N_2O排放量减少,其原因还有待于进一步研究。 (5)年平均气温和年降雨量变化方面:随着年平均气温的增加,各种温室气体的年排放量均呈增加趋势,存在正反馈的效应。随着年降雨量的增加,对CO_2和CH_4排放量影响不大,而N_2O的排放量逐渐减少。 (6)土壤PH值、有机质含量和质地变化:土壤PH值变化对CO_2和CH_4排放量影响不大,而N_2O的排放量随PH值的变化呈“抛物线”形状;土壤PH=7左右时,N_2O的排放量最大。土壤有机质方面,随着土壤有机质含量的增加,CO_2的排放量呈极显著增加,N_2O的排放量呈显著增加,而CH_4气体的排放量增加不显著。土壤质地方面,随土壤粘性的增大,CO_2、CH_4和N_2O的排放量均减少。


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