川中丘区稻田生态系统温室气体排放研究——以四川省金堂县为例

摘要

本文以四川省金堂县为研究区域，通过2005年5月～2006年5月对研究区域农户目前的作物栽培制度、管理方法、作物产出等进行调查和分析，进行土样、水样的测定，并结合当地的气象资料，利用DNDC模型模拟目前农户作物生产条件下稻田温室气体的排放情况，并和专家高产管理方法的温室气体排放进行比较。在农户调查的基础上，改变目前的生产条件中的某些影响因子，进一步研究和预测稻田温室气体的排放情况，提出减少研究区域内稻田温室气体排放的措施。主要结论如下： 1.研究区域农户常规栽培管理水平下C02、CH4和N20排放情况 (1)冬水田(PF)，油菜一水稻田(RR)和小麦一水稻田(Rw)。PF、RR和Rw的C02年排放量分别为：4102 kg·hm<'-2>、7512 kg·hm<'-2>和8111 kg·hm<'-2>。PF水稻生长期和休闲期C02排放通量分别为25.48 kg·hm<'-2>·d<'-1>和3.36 kg·hm<'-2>·d<'-1>，前者是后者的7.58倍。RR和Rw水稻生长期CO<,2>排放通量平均为23.32 kg·hm<'-2>·d<'-1>和25.21kg·hm<'-2>·d<'-1>。PF、RR和Rw水稻生长期CO<,2>排放通量差别不大。RR和RW非水稻生长期的CO<,2>排放通量分别为19.34 kg·hm<'-2>·d<'-1>和20.96 kg·hm<'-2>·d<'-1>，分别为PF休闲期的5.76和6.24倍。 (2)PF水稻生长期CH4排放通量为2.24 kg·hm<'-2>·d<'-1>。休闲期CH<,4>排放通量为0.51kg·hm<'-2>·d<'-1>。水稻生长期CH4排放通量是休闲期的4.39倍。水稻生长期CH<,4>排放量为291kg·hm<'-2>，占全年总CH4排放量(411 kg·hm<'-2>)的80.73％。 PF的N20排放量仅为5.12kg·hm<'-2>·a<'-1>。水稻生长期和冬闲期N<,2>O通量分别为0.033和0.0036 kg·hm<'-2>·d<'-1>，前者是后者的9.17倍。水稻生长期N<,2>O排放量为4.28 kg·hm<'-2>，占全年总N<,2>O排放量的83.59％。 (3)PF在采用水旱轮作制后，CH4排放量大大降低，RR和RW全年CH4排放量分别为146.kg·hm<'-2>和149 kg·hm<'-2>，分别为PF的35.64％和36.25％。RR和RW全年N<,2>O排放量分别为14.78 kg·hm<'-2>和17.40 kg·hm<'-2>，分别为PF的2.89倍和3.40倍。 (4)CH<,4>和N<,2>O的排放量在水稻整个生长季节存在明显的互为消长的关系。CH<,4>排放多时N<,2>O排放少，CH<,4>排放少时N<,2>O排放多。 (5)综合考虑PF、RR和RW排放CO<,2>、CH<,4>和N<,2>O的全球增温潜势(GWP)。PF、RR和RW由CH<,4>和N<,2>O)：产生的GWP：PF>>Rw>RR。而由CO<,2>、CH<,4>和N<,2>O产生的GWP：RW>RR>PF。 2.作物高产管理方法和农民常规方法CO<,2>、CH<,4>和N<,2>O排放量的比较 改用专家的管理方法后，全年PF、RR和RW的CO<,2>排放量分别由41 11 kg·hm<'-2>、7512 kg·hm<'-2>～3118111 kg·hm<'-2>增加到4187 kg·hm<'-2>、7794 kg·hm<'-2>和138427 kg·hm<'-2>，分别增加了2.07％、3.75％和3.90％；N<,2>O排放量分别由5.12kg·hm<'-2>、14.78kg·hm<'-2>和17.40kg·hm<'-2>增加到7.67 kg·hm<'-2>、15.79 kg·hm<'-2>和119.21 kg·hm<'-2>，分别增加了49.80％、6.83％和10.40％；CH4的排放量分别由411 kg·hm<'-2>、146 kg·hm<'-2>和1149 kg·hm<'-2>减少到319kg·hm<'-2>、65 kg·hm<'-2>和67 kg·hm<'-2>，分别减少了22.38％、55.62％和55.03％；全年CO<,2>、CH<,4>和N<,2>O的GWP，分别减少了8.47％、8.48％和6.20％。 3.模拟不同栽培条件的改变对温室气体排放的影响 (1)在氮肥种类和用量方面：施用相同纯氮量的氮肥，就NzO排放量而言，尿素要显著高于碳铵。氮肥施用量(折纯N)大于200 kg·hm<'-2>，N20排放量均随每百千克纯氮的投入量增加呈极显著增加。 (2)有机肥种类和动物粪尿投入量方面：相同碳含量有机肥的施用条件下，CH<,4>排放量(p<0.0 1)：农家肥>>绿肥≈稻草秸杆≈动物粪尿≈堆肥；N<,2>O排放量(p<0.01)：动物粪尿>>农家肥≈绿肥>稻草秸杆≈堆肥。随着动物粪尿施肥量的增加，CO<,2>、CH<,4>和N<,2>O的排放量均增加。 (3)晒田和不晒田：冬水田采用专家的晒田方法，CH<,4>排放量减少了27.57％；N<,2>O和CO<,2>排放量都略有增加，而总的GWP下降了9.10％。 (4)耕地深度：随着耕地深度的增加，CO<,2>的排放量逐渐增加，CH<,4>的排放量下降。在0～10cm范围内，N<,2>O排放量随着耕地深度的增加而增加，但在耕地深度达20 cm时，N<,2>O排放量减少，其原因还有待于进一步研究。 (5)年平均气温和年降雨量变化方面：随着年平均气温的增加，各种温室气体的年排放量均呈增加趋势，存在正反馈的效应。随着年降雨量的增加，对CO<,2>和CH<,4>排放量影响不大，而N<,2>O的排放量逐渐减少。 (6)土壤PH值、有机质含量和质地变化：土壤PH值变化对CO<,2>和CH<,4>排放量影响不大，而N<,2>O的排放量随PH值的变化呈“抛物线”形状；土壤PH=7左右时，N<,2>O的排放量最大。土壤有机质方面，随着土壤有机质含量的增加，CO<,2>的排放量呈极显著增加，N<,2>O的排放量呈显著增加，而CH<,4>气体的排放量增加不显著。土壤质地方面，随土壤粘性的增大，CO<,2>、CH<,4>和N<,2>O的排放量均减少。

目录

文摘

英文文摘

声明

1.文献综述

1.1研究背景

1.2相关概念

1.2.1全球变化

1.2.2温室气体

1.2.3全球增温潜势

1.3温室气体排放与全球变化

1.4气候变暖对农业生产的影响

1.4.1 CO2浓度增加对作物生长的影响

1.4.2气候变暖对农业气候条件和种植制度的影响

1.4.3气候变暖对作物品种布局的影响

1.4.4气候变暖对作物产量的影响

1.4.5气候变暖对施肥量的影响

1.5农业活动对温室气体排放的影响

1.6减少温室气体排放的意义

1.7稻田温室气体排放的研究进展

1.7.1稻田CH4排放通量的时空变化规律

1.7.2稻田N2O排放的规律及相关影响因素

1.7.3稻田CO2排放的规律及相关影响因素

1.8我国稻田温室气体研究概况及展望

1.9温室气体排放研究的方法

1.9.1直接方法

1.9.2间接方法

1.1 0 DNDC模型

1.10.1 DNDC模型介绍

1.10.2 DNDC模型的优点

1.10.3 DNDC模型的验证与应用

2研究目的、意义

3试验研究方案设计

3.1试验区概况

3.2研究内容

4研究方法

4.1 DNDC模型运行所需数据的采集

4.1.1农户资料及种植制度资料调查

4.1.2基于DNDC模型分析参数的土壤、水样取样方案设计

4.1.3气候资料

4.2数据分析软件

5结果与分析

5.1农户不同种植制度稻田CO2、CH4和N2O的排放量

5.1.1冬水田-水稻CO2、CH4和N2O的排放量

5.1.2油菜-水稻田CO2、CH4和N2O的排放量

5.1.3小麦-水稻田CO2、CH4和N2O的排放量

5.2农户不同种植制度稻田CO2、CH4和N2O排放量的比较

5.2.1不同种植制度稻田的CO2排放量

5.2.2不同种植制度稻田的CH4排放量

5.2.3不同种植制度稻田的N2O排放量

5.2.4不同种植制度稻田的GWP

5.3专家的作物高产管理方法CO2、CH4和N2O排放量

5.3.1作物高产的管理方法

5.3.2作物高产管理方法和农民常规方法CO2、CH4和N2O排放量的比较

5.4模拟不同栽培条件的改变对温室气体排放的影响

5.4.1氮肥种类和数量的变化对温室气体排放的影响

5.4.2有机肥种类和动物粪尿投入数量对温室气体排放的影响

5.4.3晒田和不晒田对温室气体排放的影响

5.4.4耕地深度对温室气体排放的影响

5.4.5年平均气温变化对温室气体排放的影响

5.4.6降雨量变化对温室气体排放的影响

5.4.7土壤PH值的变化对温室气体排放的影响

5.4.8土壤有机质含量的变化对温室气体排放的影响

5.4.9土壤质地变化对温室气体排放的影响

5.5减少稻田温室气体排放的农艺措施与建议

6结论和讨论

6.1主要结论

6.2讨论

6.3研究展望

7参考文献

8附表

致谢

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