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耕作方式对水稻—油菜轮作紫色土温室气体排放的影响

刘志祥  
【摘要】:气候变暖是当今全球性的环境问题,其主要原因之一是由于大气中温室气体浓度的不断增加。其中CH4、CO2和N20被认为是三种非常重要的温室气体。它们通过各种方式对全球环境和气候有着双重危害作用,而且这种影响越来越明显。 农业生产活动对这三种温室气体在大气中的含量有着重要影响。其中,耕作方式是农业生产的重要部分,不同耕作方式对农田生态系统中温室气体的产生与排放有着较大差异。 本研究以位于西南大学农业部重庆紫色土生态环境重点野外科学观测试验站于1989年设立的长期免耕试验田为研究对象,利用静态箱-气相色谱法研究冬水田平作(DP)、水旱轮作(SH)、厢作免耕(XM)和垄作免耕(LM)等不同耕作方式下紫色水稻土种植系统中温室气体的排放动态进行了研究;对各个生长季DP、SH、XM和LM四种耕作方式的温室气体排放趋势进行了对比,并分析了温度和水分两种主要的环境因子对温室气体排放通量的影响。结果表明: 1、不同耕作方式下农田CH4排放通量变化 各试验处理在油菜生长季的CH4排放通量的变化趋势基本一致,排放量也都很低。不同耕作方式间CH4排放通量没有显著差异。水稻生长季各试验处理CH4排放通量的变化趋势也基本一致且呈明显的双峰形态,即大概在移栽60天和移栽80天时段出现排放高峰,而在其它时段排放量则较低。单因素方差分析表明,2009-2010年和2010-2011年DP处理在水稻季的CH4排放通量显著大于LM、XM和SH(p0.05), SH处理CH4排放通量最小,表明SH处理在水稻生长季能明显减少CH4的排放。农田休闲期CH4排放特征和结果与水稻生长季相似。全年大部分的CH4排放均出现在水稻生长季。所以要减少农田CH4的排放,应主要着手控制水稻季的排放。 2009-2010年和2010-2011年全年CH4排放量总量均表现为DPLMXMSH。方差分析表明,DP处理年CH4排放量显著大于LM、XM和SH处理(p0.05),农田进行免耕和轮作后,比传统耕作减少了CH4排放,且SH处理CH4减排效应最为明显。 在影响农田CH4排放因素中,温度对CH4的产生和排放过程起着非常重要的作用。通过对LM、XM和SH处理分别在2009-2010年和2010-2011年的油菜季和休闲期CH4排放通量与三种温度进行相关分析可知,三种温度与水稻季CH4通量均有显著的相关关系(p0.05),其中地下5cm处温度与水稻季CH4排放通量的相关性最高。在油菜生长季和休闲期各耕作方式下CH4排放通量与WFPS之间无显著相关关系。 2、不同耕作方式下农田中生态系统总呼吸变化 生态系统总呼吸是土壤呼吸与植物暗呼吸的相加作用。在油菜生长季,除DP处理外,其他的三种耕作方式均种有作物。2009-2010年和2010-2011年油菜季,其他三种耕作方式的生态系统总呼吸速率均高于DP处理,DP处理在整个生长季生态系统总呼吸速率较低且变化幅度较小。2009-2010年的生态系统总呼吸速率大体高于2010-2011年生态系统总呼吸速率,但从总体上而言,2009-2010年和2010-2011年的CO2的生态系统呼吸速率随时间变化的趋势是基本一致的,均表现为先升高后降低。 在水稻生长季,2009-2010年和2010-2011年四种处理的生态系统总呼吸随时间的变化趋势基本一致,不同耕作处理生态系统总呼吸量依次为XMLMSHDP。 温度是影响农田生态系统总呼吸的主要因素,地表温度对两种免耕处理农田生态系统总呼吸影响显著,而地下5cm温度对SH处理影响最大。然而WFPS和水深对各种耕作方式下的呼吸速率的影响不显著。 3、不同耕作方式下农田中N2O排放通量变化 油菜生长季时,DP处理的N2O排放较为平稳,且排放量始终在零上下浮动,而其他三种处理中,N20的排放有着明显的波动性,且在不同的种植时期各自出现了明显的排放峰值。2009-2010年和2010-2011年的油菜生长季N20排放通量随时间的变化趋势基本一致,2009-2010年四种耕作方式N20平均排放通量依次为SHLMXMDP,2010-2011年为SHXMLMDP。种植或不种植油菜均不能改变N20排放的状态,免耕与传统轮作相比,能有效减少土壤N20的排放。 2009-2010年和2010-2011年各个处理的N20排放通量在水稻季的不同时期虽然有差异,但是随时间的变化趋势基本一致。2009-2010年各处理N20平均排放通量为LMDPSHXM;2010-2011年各处理的N20平均排放通量为LMSH DPXM,且LM处理N20排放通量均显著高于XM处理。表明在水稻种植期间,XM处理对土壤中N20的排放有明显抑制作用。 除SH处理在2009-2010年时地下5cm温度对N20排放影响显著外,三种温度对农田中N2O的排放均无显著影响。WFPS对LM处理2009-2010年和2010-2011年N20排放通量影响显著,而对其他处理的N20排放通量影响不明显。


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