不同稻田轮作体系下温室气体排放及温室气体强度研究

不同稻田轮作体系下温室气体排放及温室气体强度研究

作者:师大云端图书馆 时间:2018-08-13 分类:硕士论文 喜欢:3437
师大云端图书馆

【摘要】大气中温室气体浓度不断增加引起的全球变暖和臭氧层破坏是当今全球性环境问题。二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亚氮(N20)被认为是最重要的三种温室气体。我国稻田生态系统采用不同的水旱轮作体系,研究相应轮作体系下的温室气体排放,并制定合理的减排措施,具有重要的理论和现实意义。本研究采用静态暗箱-气相色谱法研究秸秆还田和氮肥施用对两种不同轮作体系下稻田生态系统CH4和N20排放的影响。同时设置单季稻-小麦(SR-W)和双季稻-油菜(DR-OR)两种水旱轮作体系,每种轮作体系分别设置四个处理:不施N肥不加秸秆(CK)、施N肥不添加秸秆(SO)、施N肥稻季添加3t/ha秸秆(S1)和施N肥稻季添加6t/ha秸秆(S2)。从2010年5月水稻季节插秧到2012年5月旱作季节作物收获开展为期两年的大田试验,对稻田生态系统的CH4和N20排放规律、综合温室效应(GWP)及温室气体强度(GHGI)进行长期定位观测。结果表明:双季稻-油菜轮作体系中CH4累积排放量显著高于单季稻-小麦轮作体系。单季稻、早稻和晚稻水稻生长季节均出现了大量的CH4排放,主要集中在移栽到中期烤田阶段,这个阶段CH4的累积排放量占周年轮作周期的85%以上。CH4排放量两年之间差异较小,因为水稻生长季节年际间水分管理基本一致,而CH4排放主要受田间水分状况的影响。秸秆还田显著增加CH4的排放,CH4的排放量随秸秆施用量的增加而增加。双季稻-油菜轮作种植体系中N2O累积排放量显著高于单季稻-小麦轮作体系。小麦、油菜季节施肥过后和早稻的中期烤田期均出现了大量的N2O排放。N2O排放量的年际变异在两种不同水旱轮作体系中均较大。2011-2012年N20累积排放量是2010-2011年的两倍多,这主要是旱作季节年际间的降雨量和降雨分布不同引起土壤含水量不同的结果。在两年水稻生长期,只有早稻的烤田期出现明显的N20排放,这与烤田期的天气是否晴朗有关。在小麦和油菜生长季节,施N显著促进N20排放,因此提高N肥利用率是减少N20排放的重要措施。双季稻-油菜轮作种植体系下各处理CH4和N2O排放的周年GWP显著高于单季稻-小麦轮作体系,主要原因是双季稻-油菜轮作种植体系所施用的N肥和秸秆还田量高。在两种种植体系下,N2O对GWP的贡献均较小,而CH4对GWP的贡献率高达85%(66%-95%)。因此,轮作体系、秸秆和N肥是影响稻田生态系统GWP的主要因素。应用DNDC模型对单季稻-小麦轮作体系下CH4和N2O排放的模拟研究表明,除了对照处理和麦季对CH4排放的模拟偏差较大外,DNDC对其余各处理模拟的CH4和N2O累积排放量与田间观测结果基本吻合,相对偏差变幅为7.1%~26.3%,因此可以直接应用DNDC模型模拟环境因子和主要管理措施对CH4和N2O累积排放量引起的GWP的影响。模型灵敏度检验结果表明,年平均温度、土壤容重、土壤有机碳(SOC)、土壤质地、土壤pH等环境因子对GWP的影响显著;施用N肥、秸秆还田量和烤田期长短等管理因子对GWP的影响明显。除了S1处理,两种轮作体系各对应处理的GHGI之间没有差异,而双季稻-油菜轮作体系能生产更多的粮食,因此推荐双季稻-油菜轮作种植方式。在两种轮作体系下,各季作物单施N肥处理的温室气体强度(GHGI)最低,也显著低于施N肥加秸秆处理。综合考虑粮食增产和减小温室气体排放强度,只施N肥而不进行秸秆还田是较好的田间管理措施。
【作者】张啸林;
【导师】熊正琴;
【作者基本信息】南京农业大学,土壤学,2013,硕士
【关键词】单季稻-小麦轮作;双季稻-油菜轮作;秸秆还田;氮肥施用;综合温室效应;温室气体强度;作物产量;

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