论文摘要
大气温室气体浓度持续升高而导致全球气候变暖是当前广受关注的环境问题。稻田是大气温室气体的重要排放源,受到广大农业环境科学家的重视。本研究以我国亚热带地区稻田生态系统为研究对象,采用田间小区试验研究了不同秸秆还田量和不同水分管理方式下稻田CH4和N2O的排放特征,土壤-水稻系统呼吸特征和土壤异养呼吸特征；采用室内恒温培养试验研究了外加不同有机物料对温室气体排放的影响,初步揭示了稻草还田后温室气体产生的机理。主要研究结果如下：（1）高量秸秆还田（6t.hm-2）且长期淹水处理CH4的累积排放量是无秸秆还田且长期淹水处理的4.7倍,高量秸秆还田且间歇灌溉处理和低量秸秆还田（3t·hm-2）且间歇灌溉处理CH4的累积排放量分别是无秸秆还田且间歇灌溉处理的8.8和4.8倍；无秸秆还田且长期淹水处理CH4的累积排放量是无秸秆还田且间歇灌溉处理的2.7倍,高量秸秆还田且长期淹水处理CH4的累积排放量是高量秸秆还田且间歇灌溉处理的1.2倍（以下数据均为三个稻季的均值）；烤田不仅减少了烤田期间CH4排放量,而且还减少烤田后复水期间CH4的排放。无秸秆还田时,在烤田期间和烤田后复水期间,烤田比不烤田减少了57.6%和86.3%的CH4排放,高量秸秆还田时则减少了14.1%和81.7%的CH4排放。无秸秆还田且长期淹水处理、无秸秆还田且间歇灌溉处理、低量秸秆还田且间歇灌溉处理、高量秸秆还田且间歇灌溉处理和高量秸秆还田且长期淹水处理在分蘖期CH4的排放量分别占全生育期排放量的34.2%、56.9%、72.2%、73.6%和62.8%；各处理在有水稻种植时CH4的排放量分别为无水稻种植时的3.1、2.4、1.4、2.2和1.9倍；CH4排放与稻田环境因子（土壤温度和水层深度）、土壤因子和生物因子关系密切。（2）在有水稻种植时,高量秸秆还田且长期淹水处理N20的累积排放量是无秸秆还田且长期淹水处理的36.8%,高量秸秆还田且间歇灌溉处理、低量秸秆还田且间歇灌溉处理处理N20的累积排放量分别是无秸秆还田且间歇灌溉处理的47.0%和70.5%；无秸秆还田且长期淹水处理N2O的累积排放量是无秸秆还田且间歇灌溉处理的77.0%,高量秸秆还田且长期淹水处理N20的累积排放量是高量秸秆还田且间歇灌溉处理的60.8%；无水稻种植时,高量秸秆还田且长期淹水处理N20的累积排放量是无秸秆还田且长期淹水处理的166.0%,高量秸秆还田且间歇灌溉处理和低量秸秆还田且间歇灌溉处理N2O的累积排放量分别是无秸秆还田且间歇灌溉的93.0%和74.9%；高量秸秆还田且长期淹水处理N20的累积排放量是无秸秆还田且间歇灌溉处理的12.4%,高量秸秆还田且长期淹水处理N20的累积排放量是高量秸秆还田且间歇灌溉处理的26.3%；相对于不烤田,烤田既增加了烤田期间N20的排放量,也增加了烤田后复水期间N20的排放。各稻季N20的排放主要集中在水稻生长的分蘖期、拔节期和完熟期；无水稻种植时,各处理N20排放量分别为有水稻种植时对应处理的1.2、7.4、10.2、24.2和5.0倍；N20排放与稻田环境因子（土壤温度和水层深度）和土壤因子关系密切。（3）高量秸秆还田且长期淹水处理土壤-水稻系统总呼吸量是无秸秆还田且长期淹水处理的1.2倍,高量秸秆还田且间歇灌溉处理和低量秸秆还田且间歇灌溉处理分别是无秸秆还田且间歇灌溉处理的1.02和0.98倍；无秸秆还田且长期淹水处理是无秸秆还田且间歇灌溉处理的0.91倍,高量秸秆还田且长期淹水处理是高量秸秆还田且间歇灌溉处理的1.05倍；高量秸秆还田且长期淹水处理土壤异养呼吸量是无秸秆还田且长期淹水处理的1.81倍,高量秸秆还田且间歇灌溉处理和低量秸秆还田且间歇灌溉处理分别是无秸秆还田且间歇灌溉处理的1.36和1.08倍；无秸秆还田且长期淹水处理是无秸秆还田且间歇灌溉处理的0.65倍,高量秸秆还田且长期淹水处理是高量秸秆还田且间歇灌溉处理的0.83倍；一般来说,烤田既增加了烤田期间土壤异养呼吸量,也增加了烤田后复水期间土壤异养呼吸量；三个稻季,各处理土壤-水稻系统总呼吸量分别为土壤异养呼吸量的6.5、4.5、4.2、3.5和4.3倍；土壤-水稻系统总呼吸速率和土壤异养呼吸速率与土壤温度、水层深度等环境因子关系密切；土壤-水稻系统总呼吸量与水稻地上部分和地下部分生物量均呈极显著正相关；土壤-水稻系统总呼吸速率和土壤异养呼吸速率均与土壤DOC含量呈显著或极显著正相关。（4）水分管理和秸秆还田对各稻季各处理间水稻产量的影响不显著；水分管理影响土壤异养呼吸和水稻净初级生产力,从而影响稻田生态系统与大气间CO2的净交换量的大小,是影响稻田NEE值的主导因素；秸秆还田对NGHGE和GHGI有显著或极显著的影响,是影响NGHGE和GHGI的主导因素；从年度时间尺度来看,各处理稻田均没有增加温室气体的净排放。（5）添加原稻草处理CH4累积排放量最高,对土壤原有有机碳转化成CH4的激发效应大；添加腐熟稻草、去除低分子有机物的稻草和低分子有机物的各处理CH4的累积排放量明显高于不添加有机物料处理,对土壤原有有机碳转化成CH4都产生激发效应；CH4排放量与土壤质地密切相关；添加原稻草处理CO2累积排放最高,稻草对土壤原有有机碳分解的激发效应大；添加低分子有机物处理CO2的累积排放量高于不添加有机物料处理,对土壤原有有机碳的分解产生·一定的激发效应；添加腐熟稻草和去除低分子有机物处理CO2的累积排放量和不添加有机物料处理无明显差异,对土壤原有有机碳分解的激发效应不明显；添加含低分子有机物的外源有机物料比添加纤维素等单一物质产生的激发效应大,土壤有机碳的分解对不同外源物料激发效应的响应不同；CO2的产生主要集中在稻草中易分解物质的快速分解阶段；在稻草中易分解物质的快速分解阶段和难分解物质的缓慢分解阶段,均有CH4产生,但以快速分解阶段产生为主。不添加有机物料处理N2O的累积排放量最高,添加各种有机物料减少了N2O的累积排放量,N2O累积排放量的减少程度与土壤质地密切相关；CH4、N2O和CO2的累积排放量与土壤因子关系密切。因土壤不同与各土壤因子的相关关系存在差异。
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摘要Abstract第一章 绪论1 研究目的与意义2 国内外研究进展2.1 中国稻田的分布、分类及温室气体排放量2.1.1 中国稻田的分布、分类2.1.2 全球大气温室气体来源情况估算2.1.3 中国稻田温室气体的排放量2.2 稻田秸秆还田条件下的温室气体排放2.3 水分管理对稻田温室气体排放的影响4产生、氧化及排放的影响'>2.3.1 水分管理对稻田CH4产生、氧化及排放的影响2O产生及排放的影响'>2.3.2 水分管理对稻田N2O产生及排放的影响2.4 稻田温室气体排放的其它影响因素4排放的其它影响因素'>2.4.1 稻田CH4排放的其它影响因素2O排放的其它影响因素'>2.4.2 稻田N2O排放的其它影响因素2的产生机理和土壤呼吸的影响因素'>2.4.3 CO2的产生机理和土壤呼吸的影响因素3 研究目标、研究内容和技术路线3.1 研究目标3.2 研究内容3.2.1 不同水分管理方式下秸秆还田稻田温室气体排放3.2.2 不同水分管理方式下秸秆还田稻田土壤因子、环境因子和生物因子动态及与温室气体排放的关系3.2.3 秸秆还田对水稻土温室气体排放的影响及机理3.3 技术路线第二章 研究方案与研究方法1 试验地概况2 试验方案2.1 田间小区试验方案2.1.1 试验设计与方法2.1.2 样品的采集2.1.3 环境因子观测2.1.4 样品分析测定指标2.1.5 样品的分析方法2.2 室内培养试验方案2.2.1 供试土壤和有机物料2.2.2 试验设计与方法2.2.3 样品采集方法2.2.4 样品分析测定指标2.2.5 样品分析方法3 数据统计与分析方法4的排放'>第三章 不同水分管理方式下秸秆还田稻田CH4的排放1 前言2 材料与方法3 结果与分析4的排放'>3.1 不同水分管理方式下秸秆还田稻田CH4的排放4通量的季节性变化'>3.1.1 各稻季CH4通量的季节性变化4排放的平均通量和累积排放量'>3.1.2 各稻季不同处理CH4排放的平均通量和累积排放量4通量的平均值'>3.1.3 水稻不同生育期CH4通量的平均值4的排放量'>3.1.4 水稻不同生育期CH4的排放量4排放量'>3.1.5 水稻烤田期间和烤田后复水期间各处理CH4排放量4的通量和累积排放量'>3.1.6 非水稻种植区CH4的通量和累积排放量4通量的关系'>3.2 稻田土壤因子的动态变化及与CH4通量的关系3.2.1 土壤微生物量碳（SMBC）和微生物量氮（SMBN）含量的动态变化4+-N）和硝态氮（NO3--N）含量的动态变化'>3.2.2 土壤铵态氮（NH4+-N）和硝态氮（NO3--N）含量的动态变化3.2.3 土壤可溶性有机碳（DOC）和可溶性有机氮（DON）含量的动态变化3.2.4 土壤pH的动态变化4通量与土壤因子的关系'>3.2.5 CH4通量与土壤因子的关系4通量与稻田环境因子的关系'>3.3 CH4通量与稻田环境因子的关系4通量与土壤氧化还原电位（Eh）的关系'>3.3.1 CH4通量与土壤氧化还原电位（Eh）的关系4通量与土壤5 cm深温度的关系'>3.3.2 CH4通量与土壤5 cm深温度的关系4通量与水层深度的关系'>3.3.3 CH4通量与水层深度的关系4累积排放量与水稻生物量的关系'>3.4 CH4累积排放量与水稻生物量的关系4 讨论4排放的影响'>4.1 水分管理与秸秆还田对CH4排放的影响4排放的影响'>4.2 土壤因子对CH4排放的影响4排放的影响'>4.3 氧化还原电位、土壤温度和水层深度对CH4排放的影响4排放的影响'>4.4 水稻植株对CH4排放的影响5 小结2O的排放'>第四章 不同水分管理方式下秸秆还田稻田N2O的排放1 前言2 材料与方法3 结果与分析2O的排放'>3.1 不同水分管理方式下秸秆还田稻田N2O的排放2O通量的季节性变化'>3.1.1 各稻季N2O通量的季节性变化2O排放的平均通量和累积排放量'>3.1.2 各稻季不同处理N2O排放的平均通量和累积排放量2O通量的平均值'>3.1.3 水稻不同生育期N2O通量的平均值2O的排放量'>3.1.4 水稻不同生育期N2O的排放量2O排放量'>3.1.5 水稻烤田期间和烤田后复水期间各处理N2O排放量2O的通量和累积排放量'>3.1.6 非水稻种植区N2O的通量和累积排放量2O通量与稻田土壤因子的关系'>3.2 N2O通量与稻田土壤因子的关系2O通量与稻田环境因子的关系'>3.3 N2O通量与稻田环境因子的关系2O通量与土壤5cm深温度的关系'>3.3.1 N2O通量与土壤5cm深温度的关系2O通量与水层深度的关系'>3.3.2 N2O通量与水层深度的关系4 讨论2O排放的影响'>4.1 水分管理与秸秆还田对N2O排放的影响2O排放的影响'>4.2 土壤因子对N2O排放的影响2O排放的影响'>4.3 土壤温度对N2O排放的影响2O排放的影响'>4.4 水稻植株对N2O排放的影响5 小结第五章 不同水分管理方式下秸秆还田稻田土壤异养呼吸1 前言2 材料与方法3 结果与分析3.1 不同水分管理方式下秸秆还田稻田土壤-水稻系统总呼吸和土壤异养呼吸的特征3.1.1 各稻季土壤-水稻系统总呼吸速率和土壤异养呼吸速率的季节性变化3.1.2 水稻烤田期间和烤田后复水期间各处理土壤异养呼吸量3.1.3 各稻季不同处理土壤-水稻系统总呼吸速率的平均值和累积呼吸量3.1.4 各稻季不同处理土壤异养呼吸速率的平均值和累积呼吸量3.2 土壤-水稻系统总呼吸速率和土壤异养呼吸速率与稻田土壤因子的关系3.3 土壤-水稻系统总呼吸速率和土壤异养呼吸速率与稻田环境因子的关系3.3.1 土壤-水稻系统总呼吸速率和土壤异养呼吸速率与土壤5cm深温度的关系3.3.2 土壤-水稻系统总呼吸速率和土壤异养呼吸速率与水层深度的关系3.4 土壤-水稻系统总呼吸量与水稻生物量的关系4 讨论4.1 水分管理与秸秆还田对土壤-水稻系统总呼吸和土壤异养呼吸的影响4.2 土壤因子对土壤-水稻系统总呼吸和土壤异养呼吸的影响4.3 土壤温度和水层深度对土壤-水稻系统总呼吸和土壤异养呼吸的影响4.4 水稻植株对土壤-水稻系统总呼吸的影响5 小结2的净交换量（NEE）、温室气体净排放（NGHGE）和温室气体排放强度（GHGI）的初步估算'>第六章 亚热带稻田生态系统CO2的净交换量（NEE）、温室气体净排放（NGHGE）和温室气体排放强度（GHGI）的初步估算1 前言2 材料与方法3 结果与分析3.1 不同水分管理方式下秸秆还田稻田NEE估算3.2 不同水分管理方式下秸秆还田稻田各处理水稻产量3.3 不同水分管理方式下秸秆还田稻田各处理NGHGE3.4 不同水分管理方式下秸秆还田稻田各处理GHGI3.5 不同水分管理方式下秸秆还田稻田全年水稻产量3.6 不同水分管理方式下秸秆还田稻田全年NGHGE和GHGI4 讨论H、NPP、NEE及水稻产量的关系'>4.1 水分管理和秸秆还田与RH、NPP、NEE及水稻产量的关系4.2 水分管理和秆还田与NGHGE及GHGI的关系5 小结第七章 不同有机物料输入对水稻土温室气体排放的影响1 前言2 材料与方法3 结果与分析4排放特征'>3.1 添加不同有机物料后水稻土中CH4排放特征2排放特征'>3.2 添加不同有机物料后水稻土中CO2排放特征2O排放特征'>3.3 添加不同有机物料后水稻土中N2O排放特征4+-N和NO3--N含量的动态变化'>3.4 添加不同有机物料后土壤NH4+-N和NO3--N含量的动态变化3.5 添加不同有机物料后土壤SMBC和SMBN含量的动态变化3.6 添加不同有机物料后土壤DOC和DON含量的动态变化3.7 添加不同有机物料后土壤pH的动态变化3.8 添加不同有机物料后土壤Eh的动态变化3.9 温室气体排放速率与土壤因子的关系4 讨论4排放的影响'>4.1 添加有机物料对CH4排放的影响2排放的影响'>4.2 添加有机物料对CO2排放的影响2O排放的影响'>4.3 添加有机物料对N2O排放的影响5 小结第八章 主要研究结论和创新点1 主要研究结论2 主要创新点3 存在的不足参考文献致谢个人简介获奖情况攻读学位期间参与和主持的科研项目与论文发表情况
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