不同耕作方式下紫色水稻土农田生态系统甲烷排放的研究

【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CO2、CH4和N2O被认为是最重要的温室气体。最近IPCC报告(2007)指出,单位分子CH4在100年尺度下的GWP值是CO2的25倍,2005年CH4浓度约为1774 ppb,是工业化前浓度的两倍以上。大气中CH4的排放源包括天然湿地、稻田、天然气泄漏、海洋、森林、化石燃料、反刍动物、白蚁、生物质燃烧、植物体和凋落物等。农业土壤中CH4释放是人类活动所产生的温室气体的重要来源。 本研究以1989年设立的,位于西南大学的农业部重庆紫色土生态环境重点野外科学观测试验站内的长期免耕试验田为对象,利用静态暗箱-气相色谱法研究冬水田平作(DP)、垄作免耕(LM)、厢作免耕(XM)和水旱轮作(SH)四种耕作制度下紫色水稻土CH4的排放情况,探寻不同耕作制度以及环境因子对农田CH4排放的影响,以找出减少CH4排放的最佳耕作方式,为稻田CH4减排提供理论基础。主要研究结果如下： 1、不同耕作方式下农田CH4排放的季节性变化 (1)在水稻生长季,不同耕作方式CH4排放通量变化趋势基本相同,均呈双峰形态。水稻生长季内CH4排放通量相差甚大,DP、LM、XM和SH处理CH4排放通量分别在0.163～17.110、0.538～20.218、-0.094～13.360和-0.311～9.376mg·m-2·h-1之间。成对t检验分析表明,不同耕作方式下,稻田CH4排放通量差异显著：DP处理在水稻季的CH4排放通量显著大于LM、XM和SH处理(p0.01),LM处理与XM处理不显著(p=0.052),LM和XM处理显著大于SH处理(p0.01)。 水稻各生长阶段CH4排放通量明显不同,各耕作方式下CH4排放通量的大小规律基本相同,其规律是：拔节期抽穗扬花期灌浆完熟期分蘖期返青期。同时,拔节期和抽穗扬花期持续时间(28 d)不到水稻生长季(102 d)的1/3,DP、LM、XM和SH处理在这段时间的CH4排放量却分别达到其水稻生长季CH4总排放量的48.4%、61.3%、54.8%和61.4%。 (2)油菜生长季各耕作方式下CH4的排放通量大大低于水稻生长季,CH4排放通量变化幅度不大,种植了油菜的LM、XM和SH处理CH4排放通量分别在-0.446～0.465、-0.371～0.451和-0.489～0.630 ma·m-2·h-1之间,未种植油菜的DP处理在这段时期内CH4排放通量在-0.584～3.767mg·M-2·h-1之间。DP、LM、XM和SH处理CH4平均排放通量分别为0.417、-0.003、-0.031和0.016 mg·m-2·h-1。DP处理总体上呈现CH4的排放过程,LM、XM和SH处理则表现为CH4的微弱排放甚至吸收(CH4的汇)。 种植油菜的三个处理中,LM和XM处理CH4排放集中在薹蕾期和角果成熟期,SH处理CH4排放则集中在花期和角果成熟期。 (3)农田水稻收割后至油菜种植前的农田休闲期,CH4排放通量明显低于水稻生长季。DP处理在水稻收割后一个月内呈现较大的CH4排放通量(2.731～5.514mg·m-2·h-1),之后维持在较低的排放水平(0.033～0.821 mg·m-2·h-1)。其他三个处理则呈现对CH4的微弱吸收或排放(-0.845～0.704 mg·m-2-h-1)。 2、耕作方式对农田CH4排放量的影响 (1)水稻生长季,各耕作方式的CH4排放占整个时期的77.22%～103.84%；CH4排放量的大小顺序为：DP (196.216±22.943)LM (153.418±21.203)XM (119.058±8.372)SH (79.550±3.994 kg·hm-2)。 在水稻各生长阶段,不同耕作方式的CH4排放量变化与水稻季CH4排放通量变化有着相似的规律：沿DP、LM、XM和SH处理呈阶梯状依次下降。 (2)油菜生长季LM、XM和SH处理CH4排放量仅占全年农田排放的1%左右,DP处理CH4排放量占全年农田排放的7.67%；各耕作方式下CH4的排放量DP(19.495±5.517)LM(0.805±1.693)XM(0.536±2.251)SH(-1.046±1.335 kg·hm-2)。 油菜生长季各时期的CH4排放量不同。DP处理除了在薹蕾期体现为CH4的吸收外,其余各时段均为CH4排放过程；LM、XM和SH处理在苗期表现为CH4的吸收,在角果成熟期为CH4的排放。 (3)农田休闲期,DP处理的CH4排放量远大于其他三个处理,占其全年农田排放的15.1%。各耕作方式下CH4排放量DP(38.400±8.945)LM(0.620±0.696) XM (0.161±0.516)SH (-3.746±0.719kg·hm"2)。(4)四种耕作方式的CH4年排放量大小顺序为：DP(254.112±37.405 kg·hm-2) LM (154.574±24.150 kg-hm"2)XM (118.173±10.223 kg·hm-2) SH (76.609±6.406 kg·hm-2)。DP处理CH4年排放量显著大于LM、XM和SH处理,LM和XM处理显著大于SH处理(p0.01),而LM和XM处理之间差异未达到显著(p0.05)。与传统耕作方式的冬水田平作相比,实行免耕的LM和XM处理CH4的排放减少了39.2%和53.5%,SH处理CH4排放减少了69.9%。 3、环境因子对农田CH4排放的影响 研究表明,水稻生长季,DP、LM、XM和SH处理的CH4排放通量与实验测定的三个温度(地下5 cm处温度、地表温度和箱内温度)均呈显著正相关关系(p0.05),其中与地下5 cm处温度相关性最高,相关系数R2依次为0.697、0.560、0.598和0.665；而非水稻季的土壤温度与CH4吸收通量之间的相关性不明显(p0.05)。各耕作方式下CH4排放通量与WFPS之间无显著相关关系；水稻生长季CH4排放通量的对数值与水深之间也无显著相关关系；也未发现CH4排放通量与土壤DOC间存在显著相关关系。 【关键词】：免耕 耕作方式 甲烷 紫色水稻土
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：S511
【目录】：

• 摘要8-11
• ABSTRACT11-15
• 第一章 文献综述15-29
• 1.1 免耕的发展历史及现状15-16
• 1.2 免耕对土壤理化特性的影响16-19
• 1.2.1 免耕对土壤物理特性的影响16-18
• 1.2.2 免耕对土壤化学特性的影响18-19
• 1.3 免耕农田CH_4排放的研究现状19-20
• 1.3.1 国外研究现状19
• 1.3.2 国内研究现状19-20
• 1.4 农田生态系统CH_4排放的研究进展20-27
• 1.4.1 农田CH_4的排放机理20-22
• 1.4.2 影响农田CH_4排放的因素22-26
• 1.4.3 稻田CH_4的减排方法26-27
• 1.5 农田生态系统温室气体测定方法27-29
• 1.5.1 箱法27-28
• 1.5.2 微气象学法28-29
• 第二章 引言29-33
• 2.1 立题背景29-30
• 2.2 研究内容及意义30-31
• 2.3 技术路线31-33
• 第三章 实验设计与方法33-39
• 3.1 试验区域概况33
• 3.2 实验设计及材料33-35
• 3.3 测定项目及方法35-37
• 3.3.1 气体样品的采集和CH_4通量测定35-36
• 3.3.2 土壤样品的采集和测定36-37
• 3.3.3 环境参数的观测37
• 3.4 实验数据的统计与分析37-39
• 第四章 结果与讨论39-53
• 4.1 不同耕作方式下农田CH_4排放的季节性变化39-44
• 4.1.1 水稻生长季39-42
• 4.1.2 油菜生长季42-43
• 4.1.3 农田休闲期43-44
• 4.2 耕作方式对农田CH_4排放量的影响44-49
• 4.2.1 耕作方式对农田水稻生长季CH_4排放量的影响44-46
• 4.2.2 耕作方式对农田油菜生长季CH_4排放量的影响46-47
• 4.2.3 耕作方式对农田休闲期CH_4排放量的影响47
• 4.2.4 耕作方式对农田CH_4年排放量的影响47-49
• 4.3 环境因子对农田CH_4排放的影响49-53
• 4.3.1 温度与CH_4排放通量的关系49-51
• 4.3.2 土壤含水量/水深与CH_4排放通量的关系51-52
• 4.3.3 DOC与CH_4排放通量的关系52-53
• 第五章 主要结论与建议53-55
• 5.1 结论53-54
• 5.2 建议54-55
• 参考文献55-67
• 致谢67-69
• 在学期间所发表的论文69

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