晋南地区典型灌溉棉田N2O和NO的排放

论文摘要

氧化亚氮（N2O）和一氧化氮（NO）是大气中重要的直接和间接性温室气体。农田生态系统是大气N2O和NO的重要排放源,其排放量主要受温度、湿度和土壤性质等自然条件和施肥、灌溉和农作物种植种类等管理措施的影响。棉花是我国主要经济作物之一,在我国的种植面积约占总耕地面积的4%,由于其生长过程需要大量的氮肥和水分输入,因此棉田生态系统可能成为N20和NO的重要排放源。然而,目前对于棉田N20和NO排放的观测研究非常少。本论文以晋南地区典型灌溉棉田生态系统为研究对象,采用静态暗箱采样-气相色谱/化学发光分析相结合的方法,对当地常规施氮肥和不施氮肥棉田N20和NO排放通量进行了周年原位观测研究。结果表明：观测期内,该棉田生态系统表现为N20和NO的排放源。在当地常规施肥（每亩7.5 kg尿基型复合肥[N-P2O5-K2O（24%-10%-6%）],即27.0 kg N ha-1）条件下,棉田N2O和NO排放通量变化范围分别为8.3～124.0和-6.7-77.0μg N m-2h-1,全年平均值（±标准误差）分别为31.4±2.0和8.2±0.9μgNm-2h-1。在不施氮肥的条件下,棉田N2O和NO排放通量变化范围分别为5.9～65.5和-6.7-26.6μg Nm-2h-1,全年平均值分别为22.7±1.1和6.5±0.6μg N m-2 h-1。施肥棉田和不施肥棉田N2O和NO累积排放量分别为2.36±0.18和1.97±0.11 kg N2O-N ha-1yr-1,以及0.72+0.02和0.66±0.01 kg NO-N ha-1yr-1,计算得到的N20和NO直接排放系数分别为1.44%士0.33%和0.22%±0.10%。棉田N20和NO排放通量季节变化特征明显,一般为“春夏高,秋冬低”。夏初施肥12天后,出现N2O排放峰（124.0μg N2O-N m-2 h-1）,高排放由7月10日持续至8月1日。该时期内累积N2O排放量为0.54 kg N ha-1,占全年总排放的23%,显著高于同一时期无氮施肥处理排放量（p<0.01,n=22）。NO仅在施肥7天后就出现排放峰（77.0μg NO-N m-2h-1）,但高排放仅持续两天。棉田土壤N2O和NO的排放通量与土壤温度（5 cm）,土壤充水孔隙度（WFPS,0-6 cm）和土壤矿物质氮（铵态氮和硝态氮）含量均具有显著的相关性（p<0.01）。当地常规施肥条件下,剔除施肥后的高通量值,棉田N2O和NO排放随着土壤温度的升高呈指数增加,而对于无氮施肥条件,N2O和NO排放随土壤温度线性增加。两种气体排放均随WFPS的增加呈现先增后减的趋势。土壤温度和WFPS的共同作用解释了棉田N20和NO季节变化的38%和25%。本实验初步研究了我国晋南地区典型灌溉棉田生态系统N20和NO的排放特征、排放强度、累积排放量、排放系数以及环境驱动因子和人为管理措施的影响,研究结果对于减少编制农田生态系统温室气体排放清单的不确定性具有重要意义。然而,由于我国农业管理的复杂多样性以及N20和NO排放巨大的空间变异性,有必要进一步在该区域进行多点实验观测研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 研究背景
• 2O浓度的变化及源与汇'>1.1.1 大气中N₂O浓度的变化及源与汇
• 1.1.2 大气氮氧化物的浓度变化及源与汇
• 2O和NO的微生物过程'>1.1.3 土壤中产生与消耗N₂O和NO的微生物过程
• 2O和NO的排放'>1.2 农田生态系统N₂O和NO的排放
• 2O排放概况'>1.2.1 农田土壤N₂O排放概况
• 2O的排放因子'>1.2.2 影响农田土壤N₂O的排放因子
• 1.2.2.1 气象因子
• 1.2.2.2 土壤因子
• 1.2.2.3 田间管理措施
• 1.2.3 农田土壤NO排放概况
• 1.2.4 人类活动对NOx的影响
• 1.3 研究目的及意义
• 2 实验设计与方法
• 2.1 研究区域概况
• 2.2 实验设计
• 2.3 技术路线
• 2.4 观测方法
• 2.5 数据分析
• 3 结果与分析
• 3.1 观测期环境因子和土壤氮含量
• 2O和CO₂排放的季节变化,累积排放量和直接排放系数'>3.2 NO、N₂O和CO₂排放的季节变化,累积排放量和直接排放系数
• 3.2.1 NO排放的季节变化
• 2O排放的季节变化'>3.2.2 N₂O排放的季节变化
• 2排放的季节变化'>3.2.3 CO₂排放的季节变化
• 2O排放量和直接排放系数'>3.2.4 NO和N₂O排放量和直接排放系数
• 2对N₂O和NO排放通量的影响'>3.3 土壤温度、湿度和矿物质氮以及CO₂对N₂O和NO排放通量的影响
• 2O和NO排放通量的影响'>3.3.1 土壤温度对N₂O和NO排放通量的影响
• 2O和NO排放通量的影响'>3.3.2 土壤湿度对N₂O和NO排放通量的影响
• 2O排放通量摩尔比的影响'>3.3.3 土壤湿度对NO/N₂O排放通量摩尔比的影响
• 2O和NO排放通量的影响'>3.3.4 土壤温度、湿度共同作用对N₂O和NO排放通量的影响
• 2O和NO排放通量的影响'>3.3.5 土壤矿物质氮对N₂O和NO排放通量的影响
• 2O与CO₂间的相关性'>3.3.6 土壤N₂O与CO₂间的相关性
• 4 讨论
• 2O和NO的排放通量和环境驱动因子'>4.1 N₂O和NO的排放通量和环境驱动因子
• 2O和NO排放对灌溉和施肥的响应'>4.2 土壤N₂O和NO排放对灌溉和施肥的响应
• 2O和NO排放系数的估算'>4.3 N₂O和NO排放系数的估算
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录:硕士期间参与的科研成果