大气CO2浓度和温度升高对稻麦轮作生态系统N2O排放的影响

摘要

[目的]研究大气CO2浓度和温度升高条件下稻麦轮作生态系统N2O排放的响应规律,以期科学评估未来气候变化情境下,CO2浓度和温度升高对稻麦轮作生态系统N2O排放的影响,为中国应对未来气候变化提供数据支持.[方法]依托同步模拟自由大气CO2浓度升高和温度升高的T-FACE试验平台,设置本底大气CO2浓度和温度(Ambient)、500 μmol·mol-1 CO2+本底大气温度(C)、本底大气CO2浓度+温度增加2℃(T)和500 μmol·mol-1 CO2+温度增加2℃(C+T)等4个处理.采用静态暗箱-气相色谱法原位观测稻麦轮作生态系统N2O排放通量,研究稻麦轮作生态系统N2O排放对大气CO2浓度和温度升高的响应规律.[结果](1)CO2浓度升高使水稻和小麦生物量和产量分别显著增加9.7％、11.3％和5.6％、5.7％(P＜0.05);温度升高使水稻和小麦生物量和产量分别显著减少21.1％、18.0％和31.6％、17.7％(P＜0.05);CO2浓度和温度的同步升高使水稻和小麦生物量和产量分别显著降低13.5％、8.7％和26.0％、10.3％(P＜0.05).(2)CO2浓度和温度升高,均未改变稻麦轮作系统N2O的季节排放模式.CO2浓度升高条件下,水稻季和小麦季N2O排放分别增加15.2％和39.9％,其中后者达显著水平(P＜0.05);温度升高未显著影响水稻季N2O排放,但显著增加小麦季N2O排放20.5％(P＜0.05);CO2浓度和温度同步升高对水稻季N2O排放的影响存在较大的年际差异,但总体上有促进N2O排放的趋势;CO2浓度和温度同步升高极显著增加小麦季N2O排放(46.0％,P＜0.01).(3)小麦季N2O排放与小麦生物量密切相关,在CO2浓度和温度升高条件下,小麦季N2O排放与小麦地下部生物量和△SOC之间具有显著的正相关关系.(4)与对照组相比,CO2浓度升高、温度升高以及两者的共同作用,分别导致稻麦轮作系统单位产量的N2O排放强度(GHGI)分别增加29.1％、66.3％和81.8％,其中温度升高和CO2浓度和温度同步升高处理达显著水平(P＜0.05).[结论]CO2浓度升高和温度升高均未改变稻麦轮作生态系统N2O的季节排放模式.CO2浓度升高导致稻麦轮作系统N2O排放显著增加;温度升高显著增加小麦季N2O排放,但未显著影响水稻季N2O排放.CO2浓度和温度升高导致稻麦轮作系统温室气体排放强度增加,各处理条件下温室气体排放强度的响应从大小依次为:C+T ＞T＞C.可见,在未来CO2浓度和温度升高情境下,为保证现有粮食供应水平不变,由稻麦生产所导致的N2O排放强度变化可能会进一步加剧气候变化进程.