淹水稻田土壤甲烷排放对添加外源有机碳的响应及机制

摘要

论文采用室内培养方法，以外源有机碳直接淹水为参照，研究模拟稻田土壤淹水条件下添加外源有机碳（猪粪、鸡粪和稻草）的CH4排放差异，并利用高锰酸钾氧化法进行易氧化有机碳分组，研究其CH4排放与易氧化有机碳组分之间的动态相关性，旨在明确添加外源有机碳对稻田土壤CH4排放的影响及其机制。主要研究结果如下:
　　(1)外源有机碳加土淹水培养显著增加CH4排放量。其中，土+稻草处理CH4排放总量比土+鸡粪和土+猪粪处理分别增加了60.70％(P＜0.01)和86.97％(P＜0.01)，各处理CH4排放主要集中在培养的前31天。
　　(2)单纯3种外源有机碳以CH4形式排放的碳量占其总有机碳量的比例（CH4排放系数）为1.23％～3.75％，土壤单独淹水的CH4排放系数更小，仅为0.09％。
　　(3)添加外源有机碳后，土壤Eh与CH4排放呈负相关，土壤温度与CH4排放呈极显著的正相关关系，土壤pH值的变化对CH4排放的影响不显著。
　　(4)稻田土壤氧化态有机碳中，仅AOC3.33和AOC16.7-3.33在大部分监测时间点表现为显著或极显著相关，且分别于CH4排放通量关联性密切。对CH4排放通量和其影响因素之间进行逐步回归表明，土壤温度和易氧化有机碳AOC3.33是影响CH4排放通量的主要因素，其中AOC3.33对CH4排放的直接正向作用最强。
　　(5)总体结论:外源有机碳显著促进稻田土壤CH4排放，易氧化有机碳中的AOC3.33有机碳在淹水还原条件下的分解转化是影响CH4排放的关键，外源有机碳中AOC3.33含量可作为指示CH4排放的特征指标。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究目的与意义

1．1．1 减少温室气体排放、增加碳汇是减缓气候变化的首要途径

1．1．2 寻求有效的、兼顾水稻高产的减排增汇措施具有重要的现实意义

1．1．3 研究影响稻田甲烷排放的外源有机碳特征是减排甲烷的需要

1．2 国内外研究进展

1．2．1 外源有机碳与甲烷排放

1．2．2 外源碳施入土壤后的土壤有机碳转化规律

1．2．3 土壤有机碳组分与甲烷排放

1．3 研究设想

1．3．1 科学问题提出

1．3．2 研究目标

1．3．3 技术路线

2 材料与方法

2．1 供试材料

2．2 试验设计

2．2．1 试验处理

2．2．2 气体、土样和有机碳的采集

2．2．3 测定指标及方法

2．2．4 数据处理与统计分析

3 外源有机碳淹水培养的甲烷排放动态规律研究

3．1 外源有机碳淹水培养的CH4排放通量

3．1．1 外源有机碳淹水培养的CH4排放通量动态

3．1．2 外源有机碳加土淹水培养的CH4排放通量动态

3．2 不同培养时间的CH4累计排放量

3．2．1 外源有机碳直接淹水培养

3．2．2 外源有机碳加土淹水培养

3．3 外源有机碳的CH4排放系数

3．4 讨论

3．4．1 外源有机碳淹水培养的CH4排放

3．4．2 外源有机碳不同培养条件下CH4集中排放的时间

3．4．3 稻田淹水培养下土壤和外源有机碳的CH4排放系数

3．5 小结

4 外源有机碳淹水培养下易氧化有机碳动态及其与甲烷排放关系研究

4．1 外源碳淹水培养下基质中易氧化有机碳动态特征

4．1．1 外源有机碳直接淹水培养下易氧化有机碳动态特征

4．1．2 外源有机碳加土淹水培养下易氧化有机碳动态特征

4．2 淹水培养下易氧化有机碳组分含量之间的关系分析

4．3 淹水培养下易氧化有机碳组分与CH4排放量的关系分析

4．3．1 直接淹水培养下易氧化有机碳组分与CH4排放通量的关系

4．3．2 加土淹水培养下土壤易氧化有机碳组分与CH4排放量的关系

4．4 讨论

4．4．1 淹水条件下土壤或培养基质中易氧化有机碳与CH4排放

4．4．2 外源有机碳淹水条件下基质中易氧化有机碳之间相互转化关系

4．5 小结

5 外源有机碳淹水培养下环境因素对甲烷排放的影响

5．1 外源碳直接淹水培养下环境因素与CH4排放通量的关系

5．1．1 pH

5．1．2 Eh

5．1．3 温度

5．2 外源有机碳加土淹水培养下环境因素与CH4排放通量的关系

5．2．1 pH

5．2．2 Eh

5．2．3 温度

5．3 讨论

5．4 小结

6 外源有机碳淹水培养下影响甲烷排放的多因素通径分析

6．1 外源碳直接淹水培养下CH4排放通量与影响因素间的通径分析

6．2 外源碳加土淹水培养下CH4排放通量与影响因素间的通径分析

6．2．1 加土淹水培养逐步回归方程的建立

6．2．2 高峰期CH4排放通量及其影响因素间的相关系数和通径系数

6．3 小结

7 主要结论及研究展望

7．1 主要结论

7．2 创新点

7．3 本研究中待解决的问题

7．4 研究展望

参考文献

攻读学位期间的主要研究成果目录

致谢