长期不同施肥制度下红壤双季稻田甲烷与氧化亚氮排放的研究

【摘要】：本研究于2007-2008年在中国科学院湖南省桃源农业生态站试验场内进行,试验地土壤为经过17年不同施肥制度定位试验的第四纪红色粘土发育而成的水稻土。选取其中6个处理进行试验,所选处理如下为：①不施化肥和有机肥(CK)；②化学N、P肥(NP)；③化肥N、K肥(NK)；④化学N、P、K肥(NPK)；⑤化学N、P、K肥+全量秸秆还田+绿肥(FOM)；⑥2/3化学N、P肥+1/3化学K肥+1/2秸秆还田+绿肥(ROM)。采用静态箱法-气相色谱法对双季稻田CH4和N20排放进行监测,研究了长期不同施肥制度下CH4和N20排放规律及其影响因素,探讨了各个环境和作物因素对CH4和N20排放的影响,并估算长期不同施肥制度下双季稻田CH4和N20排放对温室效应的贡献。研究结果表明： 1.稻田是甲烷和氧化亚氮的主要排放源。长期不同施肥制度下,年际间双季稻田甲烷排放具有相同的季节变化规律。早稻季甲烷排放呈现逐渐上升的趋势,最高排放峰主要集中在移栽后35天左右,即：早稻分蘖期。晚稻甲烷排放表现为先升高后降低的变化趋势,呈现明显的单峰型。移栽后一周左右达到排放最高峰,即晚稻的移栽返青-分蘖期。早稻季氧化亚氮排放量较小,呈现零星的峰值。晚稻季生长前期几乎监测不到氧化亚氮的排放,但生长后期氧化亚氮排放量显著增加,出现全年氧化亚氮排放最高峰。稻田CH4和N20的排放呈现互为消长的规律,具有交互效应。稻田淹水期是CH4的排放高峰期,稻田落干晒田期为N20的排放高峰期。 2.早稻各处理甲烷的平均排放通量为8.5-19.4 mg.m-2.h-1,晚稻为17.2-43.8mg.m-2.h-1。从总的排放通量来看,在双季稻田中,67-69%的甲烷排放量集中在晚稻季。早、晚稻田的累积排放量分别为140.6～350.7 Kg/ha和352.3～861.7 Kg/ha,不同施肥处理的甲烷累积排放量的大小顺序分别为FOM ROM NPK NK NP CK。长期不同施肥制度对双季稻田N20的排放也有一定的影响。无论是在早稻季还是在晚稻季,N20的平均排放通量和累积排放量均为有机无机配施的FOM处理最高。缺素处理NP和NK两处理排放量要高于平衡施肥的NPK处理。因此,在本研究条件下,稻草还田对稻田甲烷和氧化亚氮的排放都具有明显促进作用,而平衡施肥显著抑制了稻田氧化亚氮的排放。 3.影响稻田温室气体排放的环境因素主要包括水层深度、土壤Eh、土壤pH和土壤温度等,本研究表明早稻季各施肥处理CH4排放与水层深度、土壤Eh、土壤pH值均无相关性,与5cm土温呈显著正相关。说明在适宜甲烷产生的厌氧环境中,土壤温度是甲烷排放的主要限制因子。而N2O的排放与上述四种环境因素均无相关性。晚稻季各施肥处理CH4的排放与田面水层深度、土壤pH值、5cm土温和土壤Eh值呈显著正相关和负相关。N2O排放仅FOM、ROM和NPK处理与田面水层深度、土壤pH值、5cm土温和土壤Eh值呈负相关和正相关关系。 4.在双季稻中,稻田CH4累积排放量与水稻植株高度、生物量、土壤有机质和全N含量呈显著或极显著的正相关关系。N2O累积排放量仅晚稻季与土壤有机质和全N含量呈正相关,与水稻植株高度、生物量无相关性。 5.结合各施肥处理早、晚稻季生物量与产量和温室气体排放分析表明,虽然早稻季的稻草还田使晚稻季的生物量大幅度增加,并未显著提高晚稻季水稻的经济产量,相反显著地增加了甲烷和氧化亚氮的排放量。因此,在本实验条件下建议晚稻移栽前不要实行秸秆还田。 6.通过对不同施肥处理“单位产量的GMP”值的计算,可以综合评价不同施肥处理对双季稻田甲烷和氧化亚氮排放的影响。在20年的时间尺度上,各处理“单位产量的GMP”由大至小的顺序为FOMROMCKNKNP NPK;在500年的时间尺度上的顺序为CK NK= FOMROMNP NPK。施用有机肥(稻草或绿肥)显著增加双季稻田CH4和N2O的综合温室效应。因此,从20年和500年尺度上的“单位产量的GMP”来看,在地势低洼,容易积水的丘陵地域,从环境效益与生产效益协调统一的角度考虑,NPK处理是较为科学的施肥制度。 【关键词】：红壤 长期施肥 甲烷排放 氧化亚氮排放 温室效应
【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：S511
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-13
• 引言13-15
• 第一章 文献综述15-29
• 1.1 稻田温室气体排放研究概况15-16
• 1.2 稻田CH_4排放16-22
• 1.2.1 稻田CH_4排放机制16-19
• 1.2.2 稻田CH_4排放影响因素19-21
• 1.2.3 减轻措施21-22
• 1.3 稻田N_2O排放22-26
• 1.3.1 稻田N_2O产生机理22-23
• 1.3.2 稻田N_2O排放影响因素23-26
• 1.4 研究目标与内容26-29
• 1.4.1 研究目标26
• 1.4.2 研究内容26-29
• 第二章 材料与方法29-37
• 2.1 研究区域概况29
• 2.2 试验设计29-31
• 2.3 研究方法31-34
• 2.3.1 CH_4、N_2O排放的测定31-33
• 2.3.2 气体样品的分析33
• 2.3.3 甲烷气体排放通量的计算33-34
• 2.4 双季稻田常规管理措施与水稻生育期34-35
• 2.4.1 生物要素34-35
• 2.4.2 田间管理记载35
• 2.4.3 土壤要素35
• 2.4.4 气象要素35
• 2.5 数据分析35-37
• 第三章 长期不同施肥制度下双季稻田甲烷排放季节变化规律37-43
• 1 引言37
• 2 结果与分析37-42
• 2.1 长期不同施肥制度下稻田CH_4季节排放规律37-40
• 2.2 长期不同施肥制度下稻田CH_4平均排放通量和季节累积排放量40-42
• 3 小结42-43
• 第四章 长期不同施肥制度下双季稻田氧化亚氮排放季节变化规律43-49
• 1 引言43
• 2 长期不同施肥制度下稻田N_2O排放规律43-47
• 2.1 长期不同施肥制度下稻田N_2O排放季节变化43-45
• 2.2 长期不同施肥制度下稻田N_2O平均排放通量和季节累积排放量45-46
• 2.3 稻田甲烷和氧化亚氮季节排放规律比较(以2007年为例)46-47
• 3 小结47-49
• 第五章 环境因素对双季稻田温室气体(CH_4、N_2O)排放的影响49-63
• 1 引言49
• 2 结果与讨论49-61
• 2.1 水分条件对双季稻田甲烷和氧化亚氮季节排放的影响50-53
• 2.2 土壤pH值对双季稻田甲烷和氧化亚氮季节排放的影响53-56
• 2.3 土壤Eh对双季稻田甲烷和氧化亚氮季节排放的影响56-58
• 2.4 土壤温度对双季稻田甲烷和氧化亚氮季节排放的影响58-61
• 3 小结61-63
• 第六章 水稻生长和土壤因素对稻田温室气体(CH_4、N_2O)排放的影响及温室效应的评价63-73
• 1 引言63
• 2 结果与讨论63-71
• 2.1 水稻植株高度与双季稻田甲烷和氧化亚氮累积排放量年际变化的相关性63-65
• 2.2 水稻生物量与双季稻田CH_4和N_2O累积排放量年际变化的相关性65-67
• 2.3 长期不同施肥制度下土壤有机质的变化与CH_4和N_2O排放的相关性(以2007年为例)67-68
• 2.4 长期不同施肥制度下土壤全N的变化趋势与CH_4和N_2O排放的相关性68-70
• 2.5 长期不同施肥制度下稻田温室气体的综合温室效应70-71
• 3 小结71-73
• 全文结论73-75
• 研究展望75-77
• 参考文献77-85
• 致谢85-87
• 在读硕士期间发表文章87

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