不同耕作方式下紫色水稻土農田生態(tài)系統(tǒng)甲烷排放的研究

【摘要】：氣候變暖是當今全球性的環(huán)境問題,其主要原因之一是由于大氣中溫室氣體濃度的不斷增加,其中CO2、CH4和N2O被認為是最重要的溫室氣體。最近IPCC報告(2007)指出,單位分子CH4在100年尺度下的GWP值是CO2的25倍,2005年CH4濃度約為1774 ppb,是工業(yè)化前濃度的兩倍以上。大氣中CH4的排放源包括天然濕地、稻田、天然氣泄漏、海洋、森林、化石燃料、反芻動物、白蟻、生物質燃燒、植物體和凋落物等。農業(yè)土壤中CH4釋放是人類活動所產生的溫室氣體的重要來源。 本研究以1989年設立的,位于西南大學的農業(yè)部重慶紫色土生態(tài)環(huán)境重點野外科學觀測試驗站內的長期免耕試驗田為對象,利用靜態(tài)暗箱-氣相色譜法研究冬水田平作(DP)、壟作免耕(LM)、廂作免耕(XM)和水旱輪作(SH)四種耕作制度下紫色水稻土CH4的排放情況,探尋不同耕作制度以及環(huán)境因子對農田CH4排放的影響,以找出減少CH4排放的最佳耕作方式,為稻田CH4減排提供理論基礎。主要研究結果如下： 1、不同耕作方式下農田CH4排放的季節(jié)性變化 (1)在水稻生長季,不同耕作方式CH4排放通量變化趨勢基本相同,均呈雙峰形態(tài)。水稻生長季內CH4排放通量相差甚大,DP、LM、XM和SH處理CH4排放通量分別在0.163～17.110、0.538～20.218、-0.094～13.360和-0.311～9.376mg·m-2·h-1之間。成對t檢驗分析表明,不同耕作方式下,稻田CH4排放通量差異顯著：DP處理在水稻季的CH4排放通量顯著大于LM、XM和SH處理(p0.01),LM處理與XM處理不顯著(p=0.052),LM和XM處理顯著大于SH處理(p0.01)。 水稻各生長階段CH4排放通量明顯不同,各耕作方式下CH4排放通量的大小規(guī)律基本相同,其規(guī)律是：拔節(jié)期抽穗揚花期灌漿完熟期分蘗期返青期。同時,拔節(jié)期和抽穗揚花期持續(xù)時間(28 d)不到水稻生長季(102 d)的1/3,DP、LM、XM和SH處理在這段時間的CH4排放量卻分別達到其水稻生長季CH4總排放量的48.4%、61.3%、54.8%和61.4%。 (2)油菜生長季各耕作方式下CH4的排放通量大大低于水稻生長季,CH4排放通量變化幅度不大,種植了油菜的LM、XM和SH處理CH4排放通量分別在-0.446～0.465、-0.371～0.451和-0.489～0.630 ma·m-2·h-1之間,未種植油菜的DP處理在這段時期內CH4排放通量在-0.584～3.767mg·M-2·h-1之間。DP、LM、XM和SH處理CH4平均排放通量分別為0.417、-0.003、-0.031和0.016 mg·m-2·h-1。DP處理總體上呈現(xiàn)CH4的排放過程,LM、XM和SH處理則表現(xiàn)為CH4的微弱排放甚至吸收(CH4的匯)。 種植油菜的三個處理中,LM和XM處理CH4排放集中在薹蕾期和角果成熟期,SH處理CH4排放則集中在花期和角果成熟期。 (3)農田水稻收割后至油菜種植前的農田休閑期,CH4排放通量明顯低于水稻生長季。DP處理在水稻收割后一個月內呈現(xiàn)較大的CH4排放通量(2.731～5.514mg·m-2·h-1),之后維持在較低的排放水平(0.033～0.821 mg·m-2·h-1)。其他三個處理則呈現(xiàn)對CH4的微弱吸收或排放(-0.845～0.704 mg·m-2-h-1)。 2、耕作方式對農田CH4排放量的影響 (1)水稻生長季,各耕作方式的CH4排放占整個時期的77.22%～103.84%；CH4排放量的大小順序為：DP (196.216±22.943)LM (153.418±21.203)XM (119.058±8.372)SH (79.550±3.994 kg·hm-2)。 在水稻各生長階段,不同耕作方式的CH4排放量變化與水稻季CH4排放通量變化有著相似的規(guī)律：沿DP、LM、XM和SH處理呈階梯狀依次下降。 (2)油菜生長季LM、XM和SH處理CH4排放量僅占全年農田排放的1%左右,DP處理CH4排放量占全年農田排放的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)。 油菜生長季各時期的CH4排放量不同。DP處理除了在薹蕾期體現(xiàn)為CH4的吸收外,其余各時段均為CH4排放過程；LM、XM和SH處理在苗期表現(xiàn)為CH4的吸收,在角果成熟期為CH4的排放。 (3)農田休閑期,DP處理的CH4排放量遠大于其他三個處理,占其全年農田排放的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)四種耕作方式的CH4年排放量大小順序為：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處理CH4年排放量顯著大于LM、XM和SH處理,LM和XM處理顯著大于SH處理(p0.01),而LM和XM處理之間差異未達到顯著(p0.05)。與傳統(tǒng)耕作方式的冬水田平作相比,實行免耕的LM和XM處理CH4的排放減少了39.2%和53.5%,SH處理CH4排放減少了69.9%。 3、環(huán)境因子對農田CH4排放的影響 研究表明,水稻生長季,DP、LM、XM和SH處理的CH4排放通量與實驗測定的三個溫度(地下5 cm處溫度、地表溫度和箱內溫度)均呈顯著正相關關系(p0.05),其中與地下5 cm處溫度相關性最高,相關系數(shù)R2依次為0.697、0.560、0.598和0.665；而非水稻季的土壤溫度與CH4吸收通量之間的相關性不明顯(p0.05)。各耕作方式下CH4排放通量與WFPS之間無顯著相關關系；水稻生長季CH4排放通量的對數(shù)值與水深之間也無顯著相關關系；也未發(fā)現(xiàn)CH4排放通量與土壤DOC間存在顯著相關關系。 【關鍵詞】：免耕 耕作方式 甲烷 紫色水稻土
【學位授予單位】：西南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：S511
【目錄】：

• 摘要8-11
• ABSTRACT11-15
• 第一章 文獻綜述15-29
• 1.1 免耕的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀15-16
• 1.2 免耕對土壤理化特性的影響16-19
• 1.2.1 免耕對土壤物理特性的影響16-18
• 1.2.2 免耕對土壤化學特性的影響18-19
• 1.3 免耕農田CH_4排放的研究現(xiàn)狀19-20
• 1.3.1 國外研究現(xiàn)狀19
• 1.3.2 國內研究現(xiàn)狀19-20
• 1.4 農田生態(tài)系統(tǒng)CH_4排放的研究進展20-27
• 1.4.1 農田CH_4的排放機理20-22
• 1.4.2 影響農田CH_4排放的因素22-26
• 1.4.3 稻田CH_4的減排方法26-27
• 1.5 農田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體測定方法27-29
• 1.5.1 箱法27-28
• 1.5.2 微氣象學法28-29
• 第二章 引言29-33
• 2.1 立題背景29-30
• 2.2 研究內容及意義30-31
• 2.3 技術路線31-33
• 第三章 實驗設計與方法33-39
• 3.1 試驗區(qū)域概況33
• 3.2 實驗設計及材料33-35
• 3.3 測定項目及方法35-37
• 3.3.1 氣體樣品的采集和CH_4通量測定35-36
• 3.3.2 土壤樣品的采集和測定36-37
• 3.3.3 環(huán)境參數(shù)的觀測37
• 3.4 實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析37-39
• 第四章 結果與討論39-53
• 4.1 不同耕作方式下農田CH_4排放的季節(jié)性變化39-44
• 4.1.1 水稻生長季39-42
• 4.1.2 油菜生長季42-43
• 4.1.3 農田休閑期43-44
• 4.2 耕作方式對農田CH_4排放量的影響44-49
• 4.2.1 耕作方式對農田水稻生長季CH_4排放量的影響44-46
• 4.2.2 耕作方式對農田油菜生長季CH_4排放量的影響46-47
• 4.2.3 耕作方式對農田休閑期CH_4排放量的影響47
• 4.2.4 耕作方式對農田CH_4年排放量的影響47-49
• 4.3 環(huán)境因子對農田CH_4排放的影響49-53
• 4.3.1 溫度與CH_4排放通量的關系49-51
• 4.3.2 土壤含水量/水深與CH_4排放通量的關系51-52
• 4.3.3 DOC與CH_4排放通量的關系52-53
• 第五章 主要結論與建議53-55
• 5.1 結論53-54
• 5.2 建議54-55
• 參考文獻55-67
• 致謝67-69
• 在學期間所發(fā)表的論文69

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