减少稻田CH4和N2O排放措施的研究

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CH4和N2O是仅次于CO2的两种重要的温室气体,稻田是CH4和N2O的重要排放源。本研究通过整合分析我国稻田CH4和N2O排放的规律,采用静态箱-气相色谱法观测双季稻稻田的氮和磷肥用量和不同有机无机配施的CH4和N2O排放,筛选减少稻田CH4和N2O排放的技术措施。通过研究得出如下结论:1.对我国稻田CH4和N2O排放的整合分析表明:（1）我国稻田CH4排放存在明显的地带性规律,主要表现为西南地区稻田CH4排放远高于其他地区;我国稻田N2O排放的地带性特征不明显。（2）水稻生长季节水分管理方式、非水稻生长季水分状态对稻田CH4排放具有重要影响。与淹水灌溉（CF）相比,前期淹水-中期晒田-淹水（F-D-F）、前期淹水-中期晒田-淹水-湿润灌溉（F-D-F-M）和间歇灌溉或完全湿润（M）降低稻田CH4排放的幅度为45%、59%和83%。与休闲期淹水（F）相比,采取冬闲期排干（SD）、稻旱轮作（LD）或旱-旱-稻轮作模式（TD）,能降低稻田CH4排放42%～56 %。（3）化肥氮素投入量和有机物料种类对稻田CH4排放具有重要影响（P < 0.05）。不同有机添加物产生CH4的能力的顺序为:作物秸秆+厩肥（S+FM）>绿肥（GM）>厩肥（FM）>作物秸秆（S）>堆肥或沼渣（CM）。化学氮肥的种类对CH4排放有一定的影响,但总体特征与有关试验结论不符。随着氮肥用量（N）的增加,CH4排放逐渐降低。当N位于0< N≤150 kg N ? hm-2,150< N <250 kg N ? hm-2和≥250 kg N ? hm-2时,CH4排放较不施任何肥料降低12 %、29 %和65 %。（4）水稻生长季节水分管理方式、非水稻生长季水分状态对稻田N2O排放具有重要影响（P < 0.05）。与CF相比,F-D-F、F-D-F-M和M能够增加稻田N2O排放12 %、140 %和478 %,而且在F-D-F、F-D-F-M模式下的氮肥N2O-N直接排放因子分别为0.43%和0.68%。不同非水稻生长季水分状态模式下N2O排放平均值表明,SD、LD和TD比F增加40%～110%的排放。2.田间试验观测得出:（1）施氮、磷肥均提高早、晚稻返青期的CH4排放,所有处理的早。晚稻生长期内CH4排放通量差异均不显著（P > 0.05）;N2O排放量与施氮量的无相关性。（2）在总氮投入基本相等的情况下,与新鲜稻草（RS+NPK1）相比,采用菌渣（MR+NPK1）可减少早、晚稻田CH4排放的46%和68%,增加N2O排放的57%和28%;与新鲜牛粪（CD+NPK2）相比,采用沼渣（BD+NPK2）可减少早、晚稻田CH4排放的56%和65%,增加N2O排放63%和179%。（3）有机物料转化CH4的能力与自身易分解有机碳含量关系更为密切。C/N比对有机肥产生N2O的调节理论适用于C/N比相差较大的有机肥种类。对于C/N比接近的有机物料而言,氮素形态、有机碳组成可能起主要作用。（4）晒田对早、晚稻CH4排放具有决定性作用,但晒田期间均无N2O排放峰值出现,CH4和N2O排放并无发现消长关系。（5）氮、磷用量对双季稻的整体温室效应影响很小,但可以显著影响稻谷产量;有机无机配施下早、晚稻产量不存在显著差异,但对整体温室效应有极大的影响。CH4是早、晚稻田主要的温室气体,当地的减排措施应该以减少CH4排放为主。在施肥方面可以采取以产量最佳确定化肥用量,以整体温室效应最小确定有机肥种类的策略。

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摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 研究意义

1.2 目前研究进展

4 排放'>1.2.1 CH₄排放

2O 排放'>1.2.2 N₂O 排放

1.3 研究内容、技术路线和研究目标

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

第二章材料和研究方法

4和N₂O 数据库建设'>2.1 稻田CH₄和N₂O 数据库建设

2.1.1 数据来源

2.1.2 数据分类

2.1.3 统计分析

2.2 大田试验观测

2.2.1 观测要素和试验仪器

4和N₂O 测定设备和性能测试'>2.2.2 CH₄和N₂O 测定设备和性能测试

2.3 试验设计

4和N₂O 的影响'>2.3.1 氮、磷用量增减对双季稻田CH₄和N₂O 的影响

4和N₂O 的影响'>2.3.2 有机无机配施对双季稻田CH₄和N₂O 的影响

4和N₂O 排放及减排整合分析'>第三章我国稻田CH₄和N₂O 排放及减排整合分析

3.1 统计分析结果

3.1.1 数据分布检验

4和N₂O 排放分布特征'>3.1.2 我国不同稻作区CH₄和N₂O 排放分布特征

4和N₂O 排放的水肥管理因素'>3.1.3 影响我国稻田CH₄和N₂O 排放的水肥管理因素

4 排放'>3.2 稻田CH₄排放

3.2.1 水分管理方式

3.2.2 非水稻生长期水分状态

3.2.3 有机添加物种类

3.2.4 化学氮肥种类

3.2.5 化学氮肥数量

2O 排放'>3.3 稻田N₂O 排放

3.3.1 水分管理方式和氮投入总量

3.3.2 非水稻生长季节水分状态

4和N₂O 综合分析'>3.4 稻田CH₄和N₂O 综合分析

3.5 讨论

4 减排途径'>3.5.1 我国稻田CH₄减排途径

2O 减排途径'>3.5.2 我国稻田N₂O 减排途径

4和N₂O 排放产生的综合温室效应和减排对策'>3.5.3 稻田CH₄和N₂O 排放产生的综合温室效应和减排对策

3.6 小结

4和N₂O 排放的影响'>第四章氮、磷肥用量对双季稻田CH₄和N₂O 排放的影响

4 排放通量的季节变化'>4.1 双季稻田CH₄排放通量的季节变化

2O 排放通量的季节变化'>4.2 双季稻田N₂O 排放通量的季节变化

4 排放的影响'>4.3 氮、磷用量对双季稻不同生育期CH₄排放的影响

2O 排放的影响'>4.4 氮、磷用量对双季稻田N₂O 排放的影响

4.5 氮、磷肥用量对双季稻田综合温室效应和产量的影响

4.6 小结

4和N₂O 排放的影响'>第五章有机无机配施对双季稻田CH₄和N₂O 排放的影响

4 排放通量的季节变化'>5.1 CH₄排放通量的季节变化

2O 排放通量的季节变化'>5.2 N₂O 排放通量的季节变化

5.3 讨论

4和N₂O 排放的影响机理'>5.3.1 有机物料种类对双季稻田CH₄和N₂O 排放的影响机理

4和N₂O 排放的环境因素'>5.3.2 影响双季稻田CH₄和N₂O 排放的环境因素

4和N₂O 排放的关系'>5.3.3 双季稻田CH₄和N₂O 排放的关系

5.3.4 有机无机配施对综合温室效应和产量的影响

5.4 小结

第六章结论与展望

6.1 结论

4和N₂O 整合分析'>6.1.1 稻田CH₄和N₂O 整合分析

6.1.2 田间试验观测

6.2 创新性

6.2.1 研究特色

6.2.2 创新点

6.3 展望

参考文献

致谢

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