大氣二氧化碳濃度和氣溫升高下生物質(zhì)炭輸入對(duì)稻田土壤甲烷排放的影響研究

【摘要】：稻田是我國(guó)典型的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng),也是溫室氣體CH4的重要排放源。大量研究表明,大氣CO2濃度和氣溫升高將會(huì)顯著影響稻田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體CH4的排放。作為環(huán)境友好型新材料,諸多研究指出生物質(zhì)炭輸入在正常CO2濃度和氣溫條件下可以顯著削減稻田土壤CH4排放量。然而,在未來大氣CO2濃度和氣溫升高條件下,生物質(zhì)炭輸入是否依然能夠發(fā)揮其對(duì)稻田土壤CH4排放的高效減排作用對(duì)人類應(yīng)對(duì)氣候變化具有重要現(xiàn)實(shí)意義。本研究首次將大氣CO2濃度和氣溫升高與生物質(zhì)炭固碳減排作用兩大國(guó)際熱點(diǎn)相結(jié)合,通過微氣候模擬系統(tǒng)平臺(tái),以水稻秸稈生物質(zhì)炭為試材,分析大氣CO2濃度和氣溫升高條件下(CO2:700 ppm；溫度：+3℃)生物質(zhì)炭輸入對(duì)稻田土壤CH4排放和水稻生長(zhǎng)的影響；同時(shí),借助q-PCR等技術(shù),揭示大氣CO2濃度和氣溫升高條件下稻田土壤產(chǎn)甲烷菌與甲烷氧化菌豐度對(duì)生物質(zhì)炭添加的響應(yīng)機(jī)制。主要研究結(jié)果如下.(1)以水稻秸稈生物質(zhì)炭為試材,通過微氣候模擬系統(tǒng)平臺(tái),探究了大氣CO2濃度和氣溫升高條件下生物質(zhì)炭輸入對(duì)稻田土壤CH4排放特征的影響。結(jié)果表明,單獨(dú)升高溫度或CO2以及兩者同時(shí)升高對(duì)稻田土壤CH4排放的影響有所不同。單獨(dú)升高溫度或CO2濃度均會(huì)顯著抑制稻田土壤CH4累積排放量,削減量分別為70.9%和54.4%,而同時(shí)升高溫度和CO2濃度對(duì)CH4累積排放量無顯著性影響。與此同時(shí),與多數(shù)研究相類似,生物質(zhì)炭添加可以在正常大氣CO2濃度和氣溫條件下顯著削減97.2%的稻田土壤CH4排放量。然而,值得高度關(guān)注的是,在大氣CO2濃度和氣溫升高條件下水稻秸稈炭化還田依然可以顯著降低稻田土壤CH4累積排放量,削減量高達(dá)39.5%。(2)通過測(cè)定水稻生長(zhǎng)、土壤理化性質(zhì)以及微生物學(xué)特性,分析了大氣CO2濃度和氣溫升高條件下生物質(zhì)炭輸入對(duì)稻田土壤產(chǎn)甲烷和甲烷氧化作用的影響機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn),單獨(dú)升高溫度抑制了水稻生長(zhǎng)和大部分嗜中溫產(chǎn)甲烷菌的活性,導(dǎo)致土壤產(chǎn)甲烷活性降低和通過水稻植株向大氣傳輸?shù)腃H4減少。單獨(dú)升高CO2濃度促進(jìn)水稻生長(zhǎng),有利于大氣O2向根系傳輸,提高土壤甲烷氧化菌pmoA基因豐度,降低土壤產(chǎn)甲烷活性,從而削減稻田土壤CH4排放量。相關(guān)性分析表明,大氣CO2濃度和氣溫升高條件下生物質(zhì)炭輸入可能通過改善土壤環(huán)境,顯著抑制稻田土壤產(chǎn)甲烷活性,大幅度提高稻田土壤甲烷氧化活性以及甲烷氧化菌功能基因pmoA的豐度,從而導(dǎo)致稻田土壤CH4累積排放量的顯著降低。 【關(guān)鍵詞】：水稻秸稈生物質(zhì)炭 稻田土壤 溫室氣體CH_4 大氣CO_2濃度和氣溫升高
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：X144
【目錄】：

• 致謝6-7
• 摘要7-9
• Abstract9-13
• 第一章 緒論13-24
• 1.1 引言13-14
• 1.2 全球氣候變暖與稻田土壤CH_4排放14-18
• 1.2.1 全球氣候變暖趨勢(shì)14-15
• 1.2.2 稻田生態(tài)系統(tǒng)CH_4排放15-16
• 1.2.3 秸稈還田和過量施肥對(duì)稻田土壤CH_4排放的影響16-17
• 1.2.4 大氣CO_2濃度和氣溫升高對(duì)稻田土壤CH_4排放的影響17-18
• 1.3 生物質(zhì)炭對(duì)水稻生長(zhǎng)和CH_4排放影響的研究進(jìn)展18-22
• 1.3.1 生物質(zhì)炭基本特性18
• 1.3.2 生物質(zhì)炭對(duì)土壤理化性質(zhì)和水稻生長(zhǎng)的影響18-20
• 1.3.3 生物質(zhì)炭對(duì)稻田土壤CH_4排放的影響20-22
• 1.4 論文的研究意義、研究目標(biāo)和研究?jī)?nèi)容22-24
• 1.4.1 研究意義22
• 1.4.2 研究目標(biāo)22-23
• 1.4.3 研究?jī)?nèi)容23-24
• 第二章 大氣CO_2濃度和氣溫升高下生物質(zhì)炭輸入對(duì)稻田土壤CH_4排放特性和理化性質(zhì)的影響24-46
• 2.1 引言24-25
• 2.2 材料與方法25-31
• 2.2.1 試驗(yàn)材料25
• 2.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)25-28
• 2.2.3 樣品采集28-29
• 2.2.4 測(cè)定指標(biāo)與方法29-30
• 2.2.5 數(shù)據(jù)分析30-31
• 2.3 結(jié)果與討論31-44
• 2.3.1 大氣CO_2濃度和氣溫升高下生物質(zhì)炭輸入對(duì)稻田土壤CH_4排放的影響31-34
• 2.3.2 大氣CO_2濃度和氣溫升高下水稻生長(zhǎng)狀況的變化對(duì)稻田土壤CH_4排放的影響34-36
• 2.3.3 大氣CO_2濃度和氣溫升高下生物質(zhì)炭輸入對(duì)稻田土壤TOC和TN的影響36-38
• 2.3.4 大氣CO_2濃度和氣溫升高下生物質(zhì)炭輸入對(duì)稻田土壤含水率的影響38-39
• 2.3.5 大氣CO_2濃度和氣溫升高下生物質(zhì)炭輸入對(duì)稻田土壤pH的影響39-40
• 2.3.6 大氣CO_2濃度和氣溫升高下生物質(zhì)炭輸入對(duì)稻田土壤EC的影響40-41
• 2.3.7 大氣CO_2濃度和氣溫升高下生物質(zhì)炭輸入對(duì)稻田土壤DOC和MBC的影響41-43
• 2.3.8 大氣CO_2濃度和氣溫升高與生物質(zhì)炭輸入條件下CH_4排放特性與土壤理化性質(zhì)之間的相關(guān)性分析43-44
• 2.4 本章小結(jié)44-46
• 第三章 大氣CO_2濃度和氣溫升高下生物質(zhì)炭輸入對(duì)稻田土壤CH_4排放影響的微生物學(xué)機(jī)理46-62
• 3.1 引言46-47
• 3.2 材料與方法47-50
• 3.2.1 試驗(yàn)材料47
• 3.2.2 測(cè)定指標(biāo)與方法47-50
• 3.2.3 數(shù)據(jù)分析50
• 3.3 結(jié)果與討論50-61
• 3.3.1 大氣CO_2濃度和氣溫升高下生物質(zhì)炭輸入對(duì)稻田土壤產(chǎn)甲烷活性的影響50-51
• 3.3.2 大氣CO_2濃度和氣溫升高下生物質(zhì)炭輸入對(duì)稻田土壤甲烷氧化活性的影響51-52
• 3.3.3 大氣CO_2濃度和氣溫升高下生物質(zhì)炭輸入對(duì)稻田土壤產(chǎn)甲烷菌豐度的影響52-55
• 3.3.4 大氣CO_2濃度和氣溫升高下生物質(zhì)炭輸入對(duì)稻田土壤甲烷氧化菌豐度的影響55-56
• 3.3.5 大氣CO_2濃度和氣溫升高與生物質(zhì)炭輸入對(duì)稻田土壤CH_4排放影響的機(jī)理分析56-61
• 3.4 本章小結(jié)61-62
• 第四章 結(jié)論與展望62-64
• 4.1 研究結(jié)論62
• 4.2 研究創(chuàng)新點(diǎn)62-63
• 4.3 研究展望63-64
• 參考文獻(xiàn)64-73
• 攻讀碩士期間發(fā)表的文章、專利及獎(jiǎng)勵(lì)73

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