不同轮作制度稻田生态系统温室气体排放研究

论文摘要

全球变暖和各种极端天气引起国际社会对温室气体排放的极大关注,也是世界外交的重要议题。中国目前已经成为了全球CO2排放最多的国家之一,在外交上存在很大压力。稻田生态系统在保证中国粮食安全上有重要作用,同时也是温室气体的重要排放源,主要受到轮作制度、秸秆还田和氮肥施用等因素的影响。本文用静态暗箱-气相色谱法对比研究稻田两种不同轮作制度下温室气体（CH4N2O和CO2）的排放规律与作物产量及其影响因素。试验从2008年11月旱作季节播种开始到2010年6月旱作季节收获结束,对双季稻-油菜（DR-OR）和单季稻-小麦（SR-W）两种轮作制度同时进行研究；每种轮作制度分别设四个处理：不施N肥不添加秸秆（ck）、施N肥不添加秸秆（SO）、施N肥稻季添加低水平秸秆（S1）和施N肥稻季添加高水平秸秆（S2）；同时设置不种植作物不施肥耕作的休闲（fallow）处理。在2009-2010水旱轮作体系下,双季稻-油菜轮作稻田各处理CH4和N2O的综合温室效应高于单季稻-小麦轮作体系相应各处理,其中CH4排放的贡献起决定性作用。N肥施用显著增加稻田作物产量,但其N2O排放在不同轮作制度下有所不同。稻季施N添加秸秆处理单位籽粒产量的温室气体强度（GHGI）都显著高于单施N肥处理,因此,在水稻种植中施N不添加秸秆将是较好的农田管理方式。施N各处理籽粒产量差异不显著,双季稻各处理的籽粒产量显著高于相应单季稻处理,但其GHGI没有显著差异,因此,双季稻种植好于单季稻种植体系。在2009-2010水旱轮作周期内,稻田CH4排放主要发生在淹水的水稻种植季节,其累积排放量占全年排放量的90%以上；N2O排放主要发生在旱作季节和稻季烤田期,而烤田期天气状况决定了是否出现N2O排放峰。晚稻生长季CH4排放总量和强度都大,在双季稻轮作中加强对晚稻稻田的管理能有效减少稻田CH4排放。稻田施N显著促进N2O排放,有效管理N肥是减少N2O排放的重要措施。稻田轮作制度显著影响CH4和N2O的排放；秸秆还田显著影响CH4排放,对N2O排放影响不显著；施N则极显著影响N2O排放,对CH4排放影响不显著。在2009-2010水旱轮作体系内,双季稻-油菜轮作体系各处理CO2排放都要显著高于单季稻-小麦轮作相应处理；施N显著促进生态系统CO2排放；秸秆还田不会引起CO2排放的显著差异。对2008-2009和2009-2010年稻田生态系统旱作季节影响因子和年际对比研究表明,稻田旱作季节生态系统N2O和CO2排放年际间变化较大。N2O主要受到前作水分状况、N肥施用、降雨和植物生长状况的影响；CO2主要受植物生长状况和天气的影响。稻田冬季旱作期N2O排放受施N和土壤含水量的显著影响；不同作物对N2O的累积排放的影响主要由作物生长期决定,对N2O平均排放通量没有显著影响；休闲处理N2O排放略高于作物不施N处理,说明稻田排水期种植作物能减少N2O排放。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩写说明
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 稻田土壤固碳作用
• 1.2.2 农田生态系统温室气体的减排
• 4的减排'>1.2.2.1 CH₄的减排
• 2O的减排'>1.2.2.2 N₂O的减排
• 4和N₂O排放的相互关系'>1.2.2.3 稻田CH₄和N₂O排放的相互关系
• 1.2.3 综合温室效应与温室气体强度
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 技术路线
• 第二章 材料与方法
• 2.1 试验总体设计
• 2.2 田间管理
• 2.3 数据采集
• 2.3.1 气体样品的采集与测定
• 2.3.2 土壤样品采集和测定
• 2.3.3 作物产量数据
• 2.3.4 气象资料
• 2.4 数据统计分析方法
• 第三章 不同轮作制度稻田生态系统温室气体排放规律
• 3.1 试验处理设置及田间管理
• 4的排放规律'>3.2 不同轮作制度稻田生态系统CH₄的排放规律
• 4的排放规律'>3.2.1 水稻生长季节稻田生态系统CH₄的排放规律
• 4排放的周年变化特征'>3.2.2 稻田生态系统CH₄排放的周年变化特征
• 3.2.3 讨论
• 2O排放特征'>3.3 不同轮作制度稻田生态系统N₂O排放特征
• 2O的排放规律'>3.3.1 水稻生长季节N₂O的排放规律
• 2O的排放规律'>3.3.2 水稻后续旱作季节稻田生态系统N₂O的排放规律
• 2O排放的周年变化特征'>3.3.3 稻田N₂O排放的周年变化特征
• 3.3.4 讨论
• 2的排放特征'>3.4 不同轮作制度稻田生态系统CO₂的排放特征
• 3.5 小结
• 第四章 不同轮作制度稻田综合温室效应及产量评价
• 4和N₂O的综合温室效应（GWP）'>4.1 不同轮作制度稻田生态系统CH₄和N₂O的综合温室效应（GWP）
• 4.2 不同轮作制度下各季作物产量及温室气体强度（GHGI）分析
• 2O排放系数的影响'>4.3 稻季施用秸秆对稻田生态系统N₂O排放系数的影响
• 4.4 小结
• 第五章 旱作季节稻田生态系统温室气体排放特征及年际变化
• 5.1 试验处理介绍及田间管理
• 5.2 2008-2009年旱作季节稻田生态系统温室气体排放的季节变化
• 2O的排放规律'>5.2.1 N₂O的排放规律
• 4的排放规律'>5.2.2 CH₄的排放规律
• 2的排放特征'>5.2.3 CO₂的排放特征
• 2O排放的影响因素'>5.2.4 稻田旱作季节N₂O排放的影响因素
• 4和N₂O综合温室效应评价'>5.2.5 2008-2009年稻田旱作季节CH₄和N₂O综合温室效应评价
• 5.3 2008-2009与2009-2010旱作季节稻田生态系统温室气体排放的年际差异
• 5.4 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 创新点
• 6.3 研究展望
• 参考文献
• 作者介绍
• 致谢