减缓华中典型双季稻田温室气体排放强度措施的研究

【摘要】：本研究利用手动静态箱-气相色谱法进行了连续5个生长季(2007~2009)的双季稻田温室气体(GHGs)(甲烷(CH_4)和氧化亚氮(N_2O))排放观测,同时监测了环境因子的变化,包括气温、土壤温度、土壤pH值、氧化还原电位(Eh)、田间水层高度(H)、土壤有机质和土壤产气微生物菌群等。试验共设7个处理:翻耕稻草不还田(CWS)、免耕稻草不还田(NWS)、翻耕稻草不还田+硫包膜控释尿素(SCU)、免耕高茬还田(HN)、翻耕高茬还田(HC)、免耕覆盖还田(SN)以及免耕覆盖还田+淹灌(SNF)。分析了稻田GHGs排放季节变化规律,进行了GHGs排放与环境因子关系的多元回归,计算了各处理的综合温室效应,以探讨田间管理措施对华中典型双季稻田温室气体排放强度(GHGI)的影响,并优选减缓措施。主要结论如下: 1)双季稻田温室气体排放具有一定的季节变化规律,表现在早晚稻差异和年际间的差异,年际间差异主要源于具体气候条件和水分状况的年际变异。CH_4排放季节变化规律比N_2O明显,绝大部分CH_4产生自水稻分蘖结束前的生长季前期,水分条件是水稻生长后期CH_4排放的控制因素。N_2O排放季节变异性和不确定性较大,观测到较多的负通量,早晚稻平均N_2O排放系数均低于1 %的IPCC推荐值。稻田CH_4和N_2O排放季节变化不具显著的交互效应。 2)回归分析表明, Eh值-100~0 mv和-150~100 mv分别是CH_4和N_2O平均排放通量最大的范围,而pH值5~6,H 1~5 cm是稻田CH_4和N_2O平均排放通量最大的范围;稻田N_2O排放主要来自反硝化过程,其吸收通量则主要出现在田间水层较高时。 3)稻田GHGs排放通量与土壤产气微生物的活性和数量密切相关,回归模型表明,土壤产甲烷菌数量可单独解释96 %的稻田CH_4排放;土壤硝化菌和反硝化菌数量则可联合解释75 %以上的N_2O排放通量。稻田土壤有机质的总量或形式对GHGs排放通量有显著影响,各处理CH_4排放通量与活性有机质含量显著相关,而N2O排放通量更依赖于土壤有机质总量。 4) CH_4是稻田温室效应的主要贡献者,各种各时间尺度上水稻田CH_4温室效应都远大于N_2O,但随着时间尺度的增加,N_2O对温室效应的贡献比例上升。 5)受水稻品种及其产量的影响,早晚稻各处理GHGI表现出不同的变化规律,纵观5个生长季平均值,SNF处理GHGI最大,而NWS处理最小,因此,NWS处理可作为减缓稻田GHGI的有效措施。考虑到各措施组合,免耕+常规尿素+稻草不还田组合是减缓稻田GHGI的优选耕作及施肥措施;间歇灌溉+中期晒田(增加间歇灌溉的频率及延长晒田日期)是减缓稻田GHGI的优选灌溉措施。