免耕和稻草还田下稻田CH4和CO2排放特征及机理研究

摘要

全球温室效应已经成为制约各国经济发展、危害人类健康和破坏生态平衡的主要因素，CH4和CO2是重要的温室气体，其中稻田是大气中CH4和CO2气体的主要来源之一，如何减少稻田温室气体的排放，已然成为当前研究的焦点。本研究通过两季大田试验，研究了免耕和稻草还田对稻田CH4和CO2排放的影响及其机制，以期为稻田温室气体减排提供理论依据。主要研究结果如下:
　　 1、免耕和稻草还田对稻田CH4排放的影响
　　 早稻和晚稻生育期内CH4的排放主要集中在分蘖期-孕穗期，约占生育期总累积排放量的90％以上，免耕(NT)处理减少了甲烷气体排放高峰期甲烷的排放通量，早稻和晚稻生育期内NT处理较常耕(CT)处理分别降低了29.11％和23.14％的CH4总累积排放量;稻草还田(SCT、SNT)提高CH4排放，且稻草还田常耕(SCT)处理的提高作用最强，稻草还田免耕(SNT)处理提高作用不明显。
　　 2、免耕和稻草还田对稻田土壤CO2排放的影响
　　 土壤CO2的排放规律与甲烷排放类似，生育期内CO2排放高峰主要集中在分蘖期-孕穗期，NT处理较CT处理降低了7.00％的CO2总累积排放量;稻草还田(SCT、SNT)处理提高土壤CO2排放，且SCT处理最显著，表现为相对SNT处理提高了14.90％的CO2总累计排放量。
　　 3、免耕和稻草还田下土壤氧化还原特性变化及其与CH4和CO2排放的关系早稻和晚稻，NT处理降低了0-5cm、5-20cm土层还原性物质总量、活性还原物质的含量作用，稻草还田(SCT、SNT)显著地提高了各土层还原性物质总量、活性还原物质的含量，且以SCT处理的提高作用最明显，SNT处理的作用主要体现在0-5cm土层。经相关性分析，0-5cm、5-20cm、20-30cm土层土壤还原物质总量和活性还原物质量整体上与CH4排放通量呈极显著正相关，与CO2排放通量呈显著正相关。说明免耕降低了各土层土壤还原性物质的含量是其减少CH4和CO2排放的作用机制之一。
　　 4、免耕和稻草还田下土壤有机碳变化及其与CH4和CO2排放的关系NT处理提高了0-5cm土层而降低了5-20cm和20-30cm有机碳的含量，稻草还田(SCT、SNT)提高了土壤有机碳的含量，SCT处理显著地提高了5-20cm和20-30cm土层土壤有机碳的含量，而SNT处理则提高了0-5cm土层有机碳的含量。经相关性分析，5-20cm土层土壤有机碳含量与CO2和CH4排放通量呈显著或极显著正相关。
　　 5、免耕和稻草还田下土壤有机碳组分变化及其与CH4和CO2排放的关系早稻和晚稻生育期，NT处理提高了0-5cm土层而降低5-20cm和20-30cm土层活性碳、高活性碳、中等活性碳和低活性碳的含量，稻草还田(SCT、SNT)提高了0-5cm和5-20cm土层各形态活性碳含量，NT处理和SNT处理提高了0-5cm土层土壤非活性碳含量。经相关性分析，CH4和CO2排放通量与5-20cm和20-30cm土层土壤活性碳、高活性碳和低活性碳呈显著或极显著正相关，与土壤中等活性碳呈正相关，与0-5cm和20-30cm土层土壤非活性碳呈负相关性，说明免耕降低深层(5-30cm)土壤各形态活性碳含量，是其减少CH4和CO2排放原因之一。
　　 6、免耕和稻草还田下土壤微生物变化及其与CH4和CO2排放的关系NT处理降低而稻草还田(SCT、SNT)提高了各土层土壤的细菌、厌气细菌和真菌数量，NT提高了0-5cm土层而降低了5-30cm土层放线菌的数量，稻草还田有助于提高5-30cm土层土壤放线菌数量;各土层土壤的细菌、厌气细菌、真菌数、放线菌数量与CH4和CO2排放通量整体上呈显著或极显著正相关。说明免耕降低CH4和CO2排放与其整体上降低各土层微生物数量有关。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 免耕的提出与发展

1．1．1 免耕对农田土壤温室气体减排的研究进展

1．2 稻田CH4排放的研究进展

1．1．1 稻田甲烷排放的机制

1．1．2 稻田土壤CH4的排放的主要影响因素

1．3 土壤CO2排放的研究进展

1．3．1 土壤CO2排放的机制

1．3．2 土壤CO2排放影响因素

1．4 研究目的与意义

1．5 主要研究内容

2．材料与方法

2．1 研究区概况

2．2 试验设计

2．3 样品采集与处理

2．3．1 采集时间

2．3．2 甲烷气体的采集方法

2．3．3 二氧化碳气体的采集方法

2．3．4 土壤样品的采集方法

2．4 样品分析测定项目与方法

2．4．1 甲烷气体的测定

2．4．2 土壤二氧化碳排放量测定

2．4．3 土壤还原性物质的测定

2．4．4 土壤有机碳含量及不同组分含量的测定

2．4．5 土壤微生物数量的测定

2．4．6 土壤pH测定

2．5 统计方法

3 结果与分析

3．1 免耕和稻草还田对稻田温室气体排放的影响

3．1．1 免耕和稻草还田对稻田CH4排放的影响

3．1．2 免耕和稻草还田对稻田土壤CO2排放的影响

3．2．免耕和稻草还田对稻田土壤主要化学性状的影响

3．2．1 免耕和稻草还田对稻田土壤氧化还原特性的影响

3．2．2 免耕和稻草还田对土壤pH变化的影响

3．2．3 免耕和稻草还田对土壤有机碳含量变化的影响

3．3 免耕和稻草还田对土壤有机碳组分转换的影响

3．3．1 免耕和稻草还田对土壤活性碳含量变化的影响

3．3．2 免耕和稻草还田对土壤高活性碳的影响

3．3．3 免耕和稻草还田对土壤中等活性碳的影响

3．3．4 免耕和稻草还田对土壤低活性碳的影响

3．3．5 免耕和稻草还田对土壤非活性碳的影响

3．3．6 免耕和稻草还田下0-30cm土层土壤有机碳组分占有机碳库比例

3．3．7 免耕和稻草还田下不同土层土壤活性碳向非活性碳的转化系数

3．4 免耕和稻草还田对土壤微生物的数量变化的影响

3．4．1 免耕和稻草还田对不同土层土壤细菌数量变化的影响

3．4．2 免耕和稻草还田对不同土层土壤厌气细菌数量变化的影响

3．4．3 免耕和稻草还田对不同土层土壤真菌数量变化的影响

3．4．4 免耕和稻草还田对不同土层土壤放线菌数量变化的影响

3．5 免耕和稻草还田对水稻产量的影响

3．6 免耕和稻草还田稻田CH4和CO2排放与土壤相关性状的变化关系

3．6．1 稻田CH4和CO2排放与土壤氧化还原特的相关分析

3．6．2 稻田CH4和CO2排放与土壤有机碳和pH的相关性分析

3．6．3 稻田CH4和CO2排放与土壤有机碳组分及转化系数的性相关分析

3．6．4 稻田CH4和CO2排放与土壤微生物数量变化的相关性分析

4．讨论

4．1 免耕和稻草还田对稻田温室气体排放的影响

4．1．1 免耕和稻草还田对稻田CH4排放的影响

4．1．2 免耕和稻草还田对稻田土壤CO2排放的影响

4．2．免耕和稻草还田下土壤相关性状变化对CH4和CO2排放的影响

4．2．1 免耕和稻草还田下土壤氧化还原特性对CH4和CO2排放的影响

4．2．2 免耕和稻草还田下土壤pH对CH4和CO2排放的影响

4．2．3 免耕和稻草还田下土壤有机碳对CH4和CO2排放的影响

4．2．4 免耕和稻草还田下土壤有机碳组分对CH4和CO2排放的影响

4．2．5 免耕和稻草还田下土壤微生物对CH4和CO2排放的影响

5 结论

5．1 免耕和稻草还田对稻田CH4排放的影响

5．2 免耕和稻草还田对稻田土壤CO2排放的影响

5．3 免耕和稻草还田下土壤氧化还原特性对CH4和CO2排放的影响

5．4 免耕和稻草还田下土壤有机碳和pH对CH4和CO2排放的影响

5．5 免耕和稻草还田下土壤有机碳组分对CH4和CO2排放的影响

5．6 免耕和稻草还田下土壤微生物对CH4和CO2排放的影响

6．存在问题及展望

致谢

参考文献

附录 作者在攻读硕士学位期间科研及论文发表情况