不同氮肥管理下典型农田N2O和CH4净交换特征研究

论文摘要

华北平原是我国重要的粮食主产区,氮肥的过量投入是目前该地区夏玉米生产体系中普遍存在的问题,过量的氮肥投入不仅会降低氮肥的利用效率,还会造成N2O的大量排放并抑制农田土壤对CH4的氧化吸收。因此,氮肥优化、施用和作物氮素吸收规律相吻合的控释氮肥可能是提高氮素利用率、降低N2O排放、增加CH4吸收的重要措施。另外,目前测定痕量气体交换的常规技术是静态箱技术,但在采用该技术时,不同计算方法所获得气体排放通量之间存在较大的差异,这在很大程度上增加了对比不同结果之间的难度。因此,本研究首先对比分析了不同计算方法之间的差异并采用TFU（theoretical flux underestimation）技术进行了检验,在此基础上又进一步对6个不同氮肥管理体系下的N2O排放和CH4的氧化吸收进行了观测,以明确夏玉米生产体系的N2O排放和CH4的吸收特征,影响因素和减排潜力。6个处理分别为不施肥（CK）、农民传统处理（Nc）、优化氮素处理（No）、CRU（Controlled Release Urea,含氮量46%）1（100%CRU）,CRU267%（CRU+33%尿素）和CRU3（33%CRU+67%尿素）,以研究华北平原夏玉米生长季土壤与大气之间CH4,N2O的交换通量及相应措施的减排潜力。主要研究结果如下:（1）通过观测冬小麦拔节期施肥后1周内N2O排放,详细比较了采用静态箱技术时,线性回归（LR）,Quad回归和HM计算方法对N2O排放通量的影响,同时也分析了施肥（Nc）和不施肥（CK）对N2O气体交换的影响。结果表明,通过LR,Quad和HM方法处理相同数据得到的N2O排放通量及其特征确实存在较大的差异,由三种方法得到的通量变异系数最高可达到71%;未采用TFU技术校正前,三种计算方法之间的变异系数平均为29%,而校正后则降低到13%;同时还发现,这三种技术均在一定程度上低估了N2O的排放通量,与校正后的排放通量相比,施肥处理中LR、Quad和HM的N2O排放通量分别偏低了14%-31%,5%-48%和3%-62%,对照则分别偏低了14.9%-16.0%,15.5%-35.2%和8.4%-57.2%.因此,采用TUF校正方法不仅定量分析不同计算方法之间的差异大小,同时也降低了N2O排放通量的误差。（2）通过设置六个不同的N肥管理措施,即在2011年整个夏玉米生长季,土壤都表现为N2O的排放源。与Nc处理相比,No处理可以显著降低夏玉米生长季N2O的排放,缓释尿素也可以显著降低夏玉米季N2O的排放。夏玉米生长季土壤排放的N2O总量从大到小依次为Nc>No > CRU3> CRU2> CRU1> CK,对应的排放总量依次为9072.12 g N/ha,4070.12 g N/ha,3628.20 g N/ha,3974.14 g N/ha,4216.00 g N/ ha和1183.79 g N/ha。No,Nc,CRU1,CRU2和CRU3处理的排放系数分别为1.60%,2.63%,1.36%,1.54%和1.68%.（3）在所研究的区域夏玉米生长季内,各处理土壤均表现为大气CH4的吸收汇,各处理在整个生长季对CH4吸收总量在19.19 mg C/m2-31.38 mg C/m2之间;施肥会抑制土壤对CH4的氧化吸收;土壤含水量是该区域夏玉米种植区土壤氧化吸收CH4的主要限制因素。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 2O 排放研究进展'>1.1 农田N₂O 排放研究进展
• 2O 的产生机制'>1.1.1 N₂O 的产生机制
• 2O 排放的影响因素'>1.1.2 农田N₂O 排放的影响因素
• 4 的研究进展'>1.2 CH₄的研究进展
• 4 的源和汇'>1.2.1 CH₄的源和汇
• 4 吸收的因素'>1.2.2 影响农田土壤CH₄吸收的因素
• 1.3 农田温室气体排放的测定方法
• 1.4 研究目的和意义
• 2 研究内容和技术路线
• 2.1 研究内容
• 2.2 技术路线
• 2O 排放通量的影响'>3 不同通量计算方法对静态箱式法测定农田N₂O 排放通量的影响
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 试验地概况
• 3.1.2 试验设计
• 3.1.3 采样和测定方法
• 3.1.4 排放通量的计算方法
• 3.2 结果与讨论
• 2O 排放特征差异'>3.2.1 三种计算方法之间N₂O 排放特征差异
• 2O 排放通量差异'>3.2.2 三种计算方法之间N₂O 排放通量差异
• 2O 排放通量的校正'>3.2.3 TFU 技术对三种计算方法的N₂O 排放通量的校正
• 2O 的源汇分析'>3.2.4 N₂O 的源汇分析
• 3.2.5 讨论
• 3.3 小结
• 2O 排放通量及环境影响因素'>4 夏玉米生长季N₂O 排放通量及环境影响因素
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 试验地概况
• 4.1.2 试验设计
• 2O 排放通量的测定'>4.1.3 N₂O 排放通量的测定
• 4.1.4 温度和土壤含水量的测定
• 4.1.5 土样采集，处理和土样分析
• 2O 季节排放总量和排放系数的计算方法'>4.1.6 N₂O 季节排放总量和排放系数的计算方法
• 4.2 结果与讨论
• 2O 排放的生育期变化'>4.2.1 N₂O 排放的生育期变化
• 2O 的影响'>4.2.2 施用氮肥对夏玉米季土壤排放N₂O 的影响
• 2O 排放的影响'>4.2.3 土壤温度、含水量对N₂O 排放的影响
• 2O 排放总量的影响'>4.2.4 氮肥管理方式对N₂O 排放总量的影响
• 4.3 小结
• 4 吸收及影响因素研究'>5 夏玉米季CH₄吸收及影响因素研究
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 试验设计
• 5.1.2 测定方法
• 5.1.3 通量计算公式
• 5.2 结果与讨论
• 4 通量的季节变化动态'>5.2.1 CH₄通量的季节变化动态
• 4 生长季累计排放量及平均排放通量'>5.2.2 CH₄生长季累计排放量及平均排放通量
• 4 吸收的环境因素'>5.2.3 影响CH₄吸收的环境因素
• 5.2.4 讨论
• 5.3 小结
• 6 结论
• 参考文献
• 在读期间发表的学术论文
• 作者简介
• 致谢