長期不同施肥制度下紅壤雙季稻田甲烷與氧化亞氮排放的研究

【摘要】：本研究于2007-2008年在中國科學(xué)院湖南省桃源農(nóng)業(yè)生態(tài)站試驗(yàn)場內(nèi)進(jìn)行,試驗(yàn)地土壤為經(jīng)過17年不同施肥制度定位試驗(yàn)的第四紀(jì)紅色粘土發(fā)育而成的水稻土。選取其中6個(gè)處理進(jìn)行試驗(yàn),所選處理如下為：①不施化肥和有機(jī)肥(CK)；②化學(xué)N、P肥(NP)；③化肥N、K肥(NK)；④化學(xué)N、P、K肥(NPK)；⑤化學(xué)N、P、K肥+全量秸稈還田+綠肥(FOM)；⑥2/3化學(xué)N、P肥+1/3化學(xué)K肥+1/2秸稈還田+綠肥(ROM)。采用靜態(tài)箱法-氣相色譜法對雙季稻田CH4和N20排放進(jìn)行監(jiān)測,研究了長期不同施肥制度下CH4和N20排放規(guī)律及其影響因素,探討了各個(gè)環(huán)境和作物因素對CH4和N20排放的影響,并估算長期不同施肥制度下雙季稻田CH4和N20排放對溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)。研究結(jié)果表明： 1.稻田是甲烷和氧化亞氮的主要排放源。長期不同施肥制度下,年際間雙季稻田甲烷排放具有相同的季節(jié)變化規(guī)律。早稻季甲烷排放呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢,最高排放峰主要集中在移栽后35天左右,即：早稻分蘗期。晚稻甲烷排放表現(xiàn)為先升高后降低的變化趨勢,呈現(xiàn)明顯的單峰型。移栽后一周左右達(dá)到排放最高峰,即晚稻的移栽返青-分蘗期。早稻季氧化亞氮排放量較小,呈現(xiàn)零星的峰值。晚稻季生長前期幾乎監(jiān)測不到氧化亞氮的排放,但生長后期氧化亞氮排放量顯著增加,出現(xiàn)全年氧化亞氮排放最高峰。稻田CH4和N20的排放呈現(xiàn)互為消長的規(guī)律,具有交互效應(yīng)。稻田淹水期是CH4的排放高峰期,稻田落干曬田期為N20的排放高峰期。 2.早稻各處理甲烷的平均排放通量為8.5-19.4 mg.m-2.h-1,晚稻為17.2-43.8mg.m-2.h-1。從總的排放通量來看,在雙季稻田中,67-69%的甲烷排放量集中在晚稻季。早、晚稻田的累積排放量分別為140.6～350.7 Kg/ha和352.3～861.7 Kg/ha,不同施肥處理的甲烷累積排放量的大小順序分別為FOM ROM NPK NK NP CK。長期不同施肥制度對雙季稻田N20的排放也有一定的影響。無論是在早稻季還是在晚稻季,N20的平均排放通量和累積排放量均為有機(jī)無機(jī)配施的FOM處理最高。缺素處理NP和NK兩處理排放量要高于平衡施肥的NPK處理。因此,在本研究條件下,稻草還田對稻田甲烷和氧化亞氮的排放都具有明顯促進(jìn)作用,而平衡施肥顯著抑制了稻田氧化亞氮的排放。 3.影響稻田溫室氣體排放的環(huán)境因素主要包括水層深度、土壤Eh、土壤pH和土壤溫度等,本研究表明早稻季各施肥處理CH4排放與水層深度、土壤Eh、土壤pH值均無相關(guān)性,與5cm土溫呈顯著正相關(guān)。說明在適宜甲烷產(chǎn)生的厭氧環(huán)境中,土壤溫度是甲烷排放的主要限制因子。而N2O的排放與上述四種環(huán)境因素均無相關(guān)性。晚稻季各施肥處理CH4的排放與田面水層深度、土壤pH值、5cm土溫和土壤Eh值呈顯著正相關(guān)和負(fù)相關(guān)。N2O排放僅FOM、ROM和NPK處理與田面水層深度、土壤pH值、5cm土溫和土壤Eh值呈負(fù)相關(guān)和正相關(guān)關(guān)系。 4.在雙季稻中,稻田CH4累積排放量與水稻植株高度、生物量、土壤有機(jī)質(zhì)和全N含量呈顯著或極顯著的正相關(guān)關(guān)系。N2O累積排放量僅晚稻季與土壤有機(jī)質(zhì)和全N含量呈正相關(guān),與水稻植株高度、生物量無相關(guān)性。 5.結(jié)合各施肥處理早、晚稻季生物量與產(chǎn)量和溫室氣體排放分析表明,雖然早稻季的稻草還田使晚稻季的生物量大幅度增加,并未顯著提高晚稻季水稻的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量,相反顯著地增加了甲烷和氧化亞氮的排放量。因此,在本實(shí)驗(yàn)條件下建議晚稻移栽前不要實(shí)行秸稈還田。 6.通過對不同施肥處理“單位產(chǎn)量的GMP”值的計(jì)算,可以綜合評價(jià)不同施肥處理對雙季稻田甲烷和氧化亞氮排放的影響。在20年的時(shí)間尺度上,各處理“單位產(chǎn)量的GMP”由大至小的順序?yàn)镕OMROMCKNKNP NPK;在500年的時(shí)間尺度上的順序?yàn)镃K NK= FOMROMNP NPK。施用有機(jī)肥(稻草或綠肥)顯著增加雙季稻田CH4和N2O的綜合溫室效應(yīng)。因此,從20年和500年尺度上的“單位產(chǎn)量的GMP”來看,在地勢低洼,容易積水的丘陵地域,從環(huán)境效益與生產(chǎn)效益協(xié)調(diào)統(tǒng)一的角度考慮,NPK處理是較為科學(xué)的施肥制度。 【關(guān)鍵詞】：紅壤 長期施肥 甲烷排放 氧化亞氮排放 溫室效應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：S511
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-13
• 引言13-15
• 第一章 文獻(xiàn)綜述15-29
• 1.1 稻田溫室氣體排放研究概況15-16
• 1.2 稻田CH_4排放16-22
• 1.2.1 稻田CH_4排放機(jī)制16-19
• 1.2.2 稻田CH_4排放影響因素19-21
• 1.2.3 減輕措施21-22
• 1.3 稻田N_2O排放22-26
• 1.3.1 稻田N_2O產(chǎn)生機(jī)理22-23
• 1.3.2 稻田N_2O排放影響因素23-26
• 1.4 研究目標(biāo)與內(nèi)容26-29
• 1.4.1 研究目標(biāo)26
• 1.4.2 研究內(nèi)容26-29
• 第二章 材料與方法29-37
• 2.1 研究區(qū)域概況29
• 2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)29-31
• 2.3 研究方法31-34
• 2.3.1 CH_4、N_2O排放的測定31-33
• 2.3.2 氣體樣品的分析33
• 2.3.3 甲烷氣體排放通量的計(jì)算33-34
• 2.4 雙季稻田常規(guī)管理措施與水稻生育期34-35
• 2.4.1 生物要素34-35
• 2.4.2 田間管理記載35
• 2.4.3 土壤要素35
• 2.4.4 氣象要素35
• 2.5 數(shù)據(jù)分析35-37
• 第三章 長期不同施肥制度下雙季稻田甲烷排放季節(jié)變化規(guī)律37-43
• 1 引言37
• 2 結(jié)果與分析37-42
• 2.1 長期不同施肥制度下稻田CH_4季節(jié)排放規(guī)律37-40
• 2.2 長期不同施肥制度下稻田CH_4平均排放通量和季節(jié)累積排放量40-42
• 3 小結(jié)42-43
• 第四章 長期不同施肥制度下雙季稻田氧化亞氮排放季節(jié)變化規(guī)律43-49
• 1 引言43
• 2 長期不同施肥制度下稻田N_2O排放規(guī)律43-47
• 2.1 長期不同施肥制度下稻田N_2O排放季節(jié)變化43-45
• 2.2 長期不同施肥制度下稻田N_2O平均排放通量和季節(jié)累積排放量45-46
• 2.3 稻田甲烷和氧化亞氮季節(jié)排放規(guī)律比較(以2007年為例)46-47
• 3 小結(jié)47-49
• 第五章 環(huán)境因素對雙季稻田溫室氣體(CH_4、N_2O)排放的影響49-63
• 1 引言49
• 2 結(jié)果與討論49-61
• 2.1 水分條件對雙季稻田甲烷和氧化亞氮季節(jié)排放的影響50-53
• 2.2 土壤pH值對雙季稻田甲烷和氧化亞氮季節(jié)排放的影響53-56
• 2.3 土壤Eh對雙季稻田甲烷和氧化亞氮季節(jié)排放的影響56-58
• 2.4 土壤溫度對雙季稻田甲烷和氧化亞氮季節(jié)排放的影響58-61
• 3 小結(jié)61-63
• 第六章 水稻生長和土壤因素對稻田溫室氣體(CH_4、N_2O)排放的影響及溫室效應(yīng)的評價(jià)63-73
• 1 引言63
• 2 結(jié)果與討論63-71
• 2.1 水稻植株高度與雙季稻田甲烷和氧化亞氮累積排放量年際變化的相關(guān)性63-65
• 2.2 水稻生物量與雙季稻田CH_4和N_2O累積排放量年際變化的相關(guān)性65-67
• 2.3 長期不同施肥制度下土壤有機(jī)質(zhì)的變化與CH_4和N_2O排放的相關(guān)性(以2007年為例)67-68
• 2.4 長期不同施肥制度下土壤全N的變化趨勢與CH_4和N_2O排放的相關(guān)性68-70
• 2.5 長期不同施肥制度下稻田溫室氣體的綜合溫室效應(yīng)70-71
• 3 小結(jié)71-73
• 全文結(jié)論73-75
• 研究展望75-77
• 參考文獻(xiàn)77-85
• 致謝85-87
• 在讀碩士期間發(fā)表文章87

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