本文關(guān)鍵詞： 黑土稻田 水肥模式 CH_4和N_2O 模型模擬 減排措施　出處：《東北農(nóng)業(yè)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：氣候變暖是當(dāng)今人們普遍關(guān)注的全球性環(huán)境問題,稻田作為大氣重要溫室氣體CH_4和N_2O的主要排放源而受到各國學(xué)者的重視,如何尋求有效的稻田溫室氣體減排措施,同時保證水稻增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn),以及較為準(zhǔn)確的估算稻田溫室氣體的排放量是關(guān)乎農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要課題。本研究以寒地黑土稻田為研究對象,采用大田試驗(yàn)與盆栽試驗(yàn)相結(jié)合、模型模擬和理論分析等方法對寒地黑土稻田CH_4和N_2O進(jìn)行研究與估算。大田試驗(yàn)設(shè)置控制灌溉和常規(guī)淹灌兩個水分處理,四個施肥處理分別為減氮磷鉀處理II、減氮磷鉀處理I、平衡施肥處理和增氮磷鉀處理,對稻田CH_4和N_2O季節(jié)排放規(guī)律其相關(guān)因素進(jìn)行對比分析,評估不同水肥模式的溫室效應(yīng)和溫室氣體排放強(qiáng)度,提出寒地黑土稻田溫室氣體減排的優(yōu)化水肥模式。在大田試驗(yàn)基礎(chǔ)上,盆栽試驗(yàn)采用飽和最優(yōu)試驗(yàn)設(shè)計(jì),建立控制灌溉條件下稻田CH_4和N_2O季節(jié)排放量與氮、磷、鉀肥以及灌水量(控制灌溉分蘗末期土壤相對含水率下限)的關(guān)系模型,分析各水肥因子對控制灌溉條件下稻田CH_4和N_2O排放的影響,并優(yōu)化穩(wěn)產(chǎn)下的稻田CH_4和N_2O綜合減排的最佳水肥施配方案。采用田間實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證反硝化與降解模型(Denitrification-Decomposition model,DNDC模型)模擬的有效性,以黑龍江省慶安縣為例,利用DNDC模型模擬縣域稻田CH_4和N_2O的排放總量,并通過敏感性分析研究眾多影響因子對稻田CH_4和N_2O排放的貢獻(xiàn),提出了合理可行的減排措施。主要研究結(jié)論如下:(1)在水稻全生育期內(nèi),控灌不同施肥處理稻田CH_4的季節(jié)排放量1.446~3.217g·m-2,與淹灌相應(yīng)不同施肥處理相比季節(jié)排放量減小幅度達(dá)49.9%~61.2%。兩種不同灌溉模式下,CH_4季節(jié)排放量均表現(xiàn)為增氮磷鉀處理最大,減氮磷鉀II處理減氮磷鉀I處理,平衡施肥處理最小。控溉稻田CH_4呈現(xiàn)單峰型季節(jié)變化,排放高峰主要集中在分蘗前期和分蘗中期,分蘗期的兩個排放高峰分別較淹水灌溉有所提前。淹溉稻田CH_4排放亦呈現(xiàn)單峰型季節(jié)變化,排放高峰主要集中在分蘗中期和分蘗末期。(2)在水稻全生育期內(nèi),控灌不同施肥處理稻田N_2O的季節(jié)排放量43.04~72.37mg·m-2,與淹灌相應(yīng)不同施肥處理相比季節(jié)排放量增加幅度達(dá)4.70%~9.02%。控灌和淹灌模式下,N_2O季節(jié)排放量均表現(xiàn)為隨著施肥量的增加而增大。控灌稻田N_2O呈現(xiàn)多峰型季節(jié)變化,排放高峰主要集中在分蘗前期和分蘗末期,在抽開期和乳熟期各有一個小的峰值,其他生育期排放量較低。淹灌稻田N_2O排放亦呈現(xiàn)多峰型季節(jié)變化,但排放高峰主要集中在分蘗末期,黃熟期出現(xiàn)另一小高峰,其他生育期排放量極小。(3)CH_4和N_2O的季節(jié)排放規(guī)律主要受灌水模式控制,施肥量的大小決定了稻田CH_4和N_2O排放峰值的變動和幅度。不同水肥處理下CH_4均是稻田的主要溫室氣體,當(dāng)?shù)氐臏厥覛怏w減排措施應(yīng)該以CH_4為主。綜合考慮水稻的產(chǎn)量、綜合溫室效應(yīng)和溫室氣體排放強(qiáng)度三個指標(biāo),控制灌溉為溫室氣體減排的理想灌溉模式,并且控灌模式下的平衡施肥處理的產(chǎn)量最高,綜合溫室效應(yīng)和溫室氣體排放強(qiáng)度最低,因而控灌平衡施肥處理可作為寒地黑土稻田溫室氣體減排較為理想的水肥管理模式。(4)控制灌溉條件下,氮、磷、鉀肥以及灌水量(控制灌溉分蘗末期土壤相對含水率下限值)對稻田CH_4和N_2O季節(jié)排放量均有不同程度的影響。氮肥對CH_4季節(jié)排放量有明顯的抑制作用,但存在著一個最低點(diǎn),過量的氮肥反而會使CH_4季節(jié)排放量增加,氮肥對N_2O季節(jié)排放量作用效果整體上表現(xiàn)為明顯的促進(jìn)作用,高水平時更為顯著;鉀肥和磷肥對CH_4和N_2O季節(jié)排放量的影響均不明顯,鉀肥對CH_4和N_2O季節(jié)排放量均表現(xiàn)為低水平抑制,高水平促進(jìn);磷肥對CH_4季節(jié)排放量表現(xiàn)為低水平抑制,高水平促進(jìn),對N_2O表現(xiàn)為促進(jìn)作用。灌水量中等水平時對CH_4季節(jié)排放有很好的抑制作用,但同時對N_2O表現(xiàn)為明顯的促進(jìn)。(5)結(jié)合稻田CH_4和N_2O互為消長的排放特點(diǎn),通過對稻田CH_4和N_2O季節(jié)排放量與水肥關(guān)系模型尋優(yōu),獲得在保證產(chǎn)量的同時,實(shí)現(xiàn)稻田CH_4季節(jié)排放量減少40%~60%,同時稻田N_2O季節(jié)排放量增加幅度不超過10%的綜合水肥優(yōu)化施配方案為:N 97.21~105.75kg/hm2,K2O 36.93~63.57 kg/hm2,P2O5 33.11~39.83 kg/hm2,W(控制灌溉分蘗末期土壤相對含水率下限值)69.07%~70.93%。(6)通過對稻田CH_4和N_2O觀測結(jié)果與模擬結(jié)果進(jìn)行對比驗(yàn)證,表明DNDC模型用于寒地黑土稻田CH_4和N_2O的模擬與估算是可行的。進(jìn)而模擬估算慶安縣稻田CH_4和N_2O排放總量分別為2.74×106kg C和3.16×104kg N。模型進(jìn)一步模擬了傳統(tǒng)模式和優(yōu)化模式下慶安縣稻田CH_4和N_2O季節(jié)排放量,優(yōu)化模式下全縣稻田CH_4季節(jié)排放量較傳統(tǒng)模式減少了55.93%,N_2O季節(jié)排放量較傳統(tǒng)模式增加24.81%。綜合DNDC模擬與稻田CH_4和N_2O的敏感性因子分析結(jié)果,提出如下操作可行的寒地黑土稻田溫室氣體減排措施:稻田實(shí)行節(jié)水灌溉,重點(diǎn)控制CH_4排放,同時進(jìn)行合理施肥來兼顧N_2O的排放,使稻田CH_4和N_2O產(chǎn)生的綜合溫室效應(yīng)減少,減輕對環(huán)境的污染;在減排操作中應(yīng)盡量控制秸稈還田比例或選擇合理的秸稈還田方式。綜上所述,控制灌溉模式下的優(yōu)化水肥方案,在保證產(chǎn)量和節(jié)約用水的同時,顯著降低了稻田CH_4和N_2O的綜合溫室效益,可作為稻田溫室氣體較為理想的減排方法。利用生態(tài)模型與傳統(tǒng)觀測相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)不同水肥模式下CH_4和N_2O的模擬,對于面積迅速增加的寒地黑土稻田進(jìn)行溫室氣體的區(qū)域估算將是有效方法。
[Abstract]:The research and estimation of CH _ 4 and N _ 2O emission in rice field were studied by using field test and pot experiment . ( 2 ) During the whole growth period of rice , the seasonal emission of N _ 2O in paddy field was 43.04 ~ 72.37mg 路 m ~ ( -2 ) . Based on the results of CH _ 4 and N _ 2O season in rice field , it is feasible to calculate CH _ 4 and N _ 2O in rice field . The results show that the CH4 and N2O emission in rice field are 2.74 脳 106 kg / hm ~ 2 , P _ 2O 36.93 ~ 63.57 kg / hm ~ 2 , P _ 2O _ 2 _ 2O 36.93 ~ 63.57 kg / hm ~ 2 , P _ 2O _ 5 33.11 ~ 39.83 kg / hm ~ 2 , W ( control irrigation tillering stage soil relative moisture content lower limit ) .

【學(xué)位授予單位】：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S511;S181

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1491631