本文關(guān)鍵詞：東北寒地稻作水氮互作的溫室氣體排放特征研究　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

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【摘要】：稻田是農(nóng)業(yè)溫室氣體排放的主要來源,在全球溫室效應(yīng)中起著很大作用。東北寒地稻作區(qū)冬季寒冷漫長(zhǎng)、農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)相對(duì)較高、水肥管理模式等方面都與南方水稻區(qū)有較大的差異。因此,有必要對(duì)東北寒地稻田CO_2、CH_4和N_2O排放進(jìn)行試驗(yàn)研究,為精確估算中國稻田土壤排放的CO_2、CH_4和N_2O總量提供科學(xué)依據(jù)。本試驗(yàn)利用田間試驗(yàn)和室內(nèi)分析相結(jié)合的研究方法,設(shè)置控制灌溉、間歇灌溉及淹灌3種水分管理模式及4個(gè)供氮水平(0、75、105、135 kghm-2),以龍慶稻2號(hào)為材料,以不同水氮管理模式下的溫室氣體排放實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),探討稻田CO_2、CH_4和N_2O排放規(guī)律,闡明稻田環(huán)境因子變化及與溫室氣體排放之間的關(guān)系,分析水稻生長(zhǎng)變化對(duì)CO_2、CH_4和N_2O溫室氣體排放的影響機(jī)理,初步明確提升水稻水氮利用效率,減少總體增溫潛勢(shì)的環(huán)境友好型節(jié)水灌溉施肥模式。主要研究結(jié)果如下:(1)無論哪種水氮管理模式,CH_4排放通量的峰值均出現(xiàn)在分蘗期、拔孕期和抽開期三個(gè)階段;控制灌溉處理和間歇灌溉處理的CH_4排放通量變化幅度均小于淹灌模式;在水稻生育前期及后期CH_4排放通量很小,返青期及收獲期后沒有檢測(cè)出CH_4排放通量。在控制灌溉和間歇灌溉模式下,各處理的CH_4的累積排放量變化較小;淹灌模式下各處理的CH_4的累積排放量差異顯著(p0.05),變化幅度在284.34~419.27 kghm-2;相同肥力水平下,淹灌處理的CH_4的累積排放量均高于控制灌溉和間歇灌溉處理。CH_4的季節(jié)累積排放量與土壤p H之間相關(guān)性較小,除了淹灌狀態(tài)下不施肥處理的CH_4通量與土壤p H值呈現(xiàn)顯著相關(guān),其他處理相關(guān)關(guān)系不顯著;除了C1N1、C1N3、C1N4三個(gè)處理的CH_4排放通量與土壤硝態(tài)氮含量無顯著相關(guān)關(guān)系,其余9個(gè)處理的CH_4通量與土壤NH4+-N含量具有顯著或極顯著相關(guān)性。稻田CH_4排放與環(huán)境因子關(guān)系密切,受氣象因素影響較強(qiáng),日均溫較高的時(shí)段也是CH_4排放最為集中的時(shí)段;CH_4排放與土壤Eh呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,與5cm深土壤溫度及稻田水層深度均呈極顯著相關(guān)關(guān)系。(2)水稻生長(zhǎng)季內(nèi)N_2O排放的高峰均出現(xiàn)在分蘗、曬田~拔節(jié)孕穗期兩個(gè)階段,而返青~分蘗初期及后期曬田階段的排放量相對(duì)較低;在水稻生育階段前期,各處理N_2O排放都處于較低水平,泡田期幾乎無N_2O排放;穗肥施用后N_2O排放略有增加;從分蘗期開始,N_2O排放均有小幅上升,并在曬田之后的復(fù)水期又迅速上升至最高峰�？刂乒喔扰c間歇模式下各處理的N_2O季節(jié)累積排放量明顯高于淹灌模式下各處理;C2N1處理的全生育期N_2O累積排放量最大,為0.41 kghm-2;C3N2和C3N4處理的全生育期N_2O累積排放量最小,為0.14 kghm-2。間歇灌溉模式增加了稻田N_2O的排放;水分管理及氮肥用量分別對(duì)水稻生長(zhǎng)季節(jié)N_2O排放平均通量和季節(jié)累積排放量影響極顯著(p0.01)。氣溫升高,N_2O排放呈上升趨勢(shì);不同水肥處理的稻田N_2O排放通量通量與土壤NH4+-N含量、NO3--N含量之間沒有發(fā)現(xiàn)明顯的相關(guān)性;C1N2處理的N_2O通量與土壤p H值呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān),C3N1處理的N_2O通量與土壤p H值顯著正相關(guān),其他處理均無相關(guān)性;N_2O排放與土壤EH呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,與5cm深土壤溫度呈極顯著相關(guān)關(guān)系,與水層深度間的相關(guān)關(guān)系未達(dá)到顯著性水平。(3)稻田CO_2排放通量在分蘗期與拔節(jié)孕穗期出現(xiàn)排放高峰,而在其他生育階段排放較小,在水稻收獲期有小幅上升。水分管理模式對(duì)水稻全生育期CO_2通量均值及累計(jì)排放量沒有產(chǎn)生規(guī)律性的影響;相同的施肥水平下,控制灌溉及間歇灌溉模式下的CO_2累積排放量相對(duì)淹灌狀態(tài)有所下降;水分管理和氮肥用量?jī)梢蛩貙?duì)水稻生長(zhǎng)季節(jié)CO_2排放平均通量和季節(jié)累積排放量均具有交互作用。氣象因子也是影響稻田CO_2排放的重要因素。各處理土壤銨態(tài)氮含量與CO_2排放通量之間沒有明顯的相關(guān)性,除C1N2處理的CO_2排放通量與土壤銨態(tài)氮含量呈現(xiàn)顯著性差異(p0.05),其他處理無相關(guān)關(guān)系。各處理土壤硝態(tài)氮含量與CO_2排放通量之間也沒有明顯的相關(guān)性,控制灌溉條件下各處理土壤硝態(tài)氮含量與CO_2排放通量之間呈正相關(guān)關(guān)系,間歇灌溉模式和淹灌模式下呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,但均沒有達(dá)到顯著性水平�？刂乒喔葪l件下,不同處理CO_2排放通量與土壤p H呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,其中C1N1處理達(dá)到極顯著水平(p0.01),C1N2處理達(dá)到顯著水平(p0.05)。CO_2排放通量與5cm深土壤溫度呈極顯著相關(guān)關(guān)系,與水層深度相關(guān)性不大。受水稻生物因素影響較強(qiáng),與水稻地上部分生物量呈極顯著相關(guān)性。(4)節(jié)水灌溉模式配合氮肥施用能顯著增加水稻產(chǎn)量,單從灌溉模式來看,對(duì)水稻產(chǎn)量的影響不顯著�？刂乒喔饶Ｊ较�,高施氮量處理(C1N1)比不施氮處理平均增產(chǎn)62.9%,中施氮量處理(C1N2)比不施氮處理平均增產(chǎn)64.7%;間歇灌溉模式下,高施氮量也具有明顯的增產(chǎn)優(yōu)勢(shì)。淹灌模式下,氮肥施用量增加,增產(chǎn)幅度在51.2~61.5%之間。水肥互作主要通過影響有效穗數(shù)來影響產(chǎn)量。灌溉模式相同,氮肥施用量的增加,既促進(jìn)水稻籽粒形成,同時(shí)也增加了水稻秸稈的產(chǎn)量,使總的生物產(chǎn)量增加。(5)不同水氮處理單位產(chǎn)量CO_2排放量變化沒有發(fā)現(xiàn)規(guī)律性特征;相同灌溉模式下,隨施肥量的增加,單位產(chǎn)量CH_4排放量均呈現(xiàn)下降的趨勢(shì);淹灌模式下的單位產(chǎn)量CH_4排放量相比控制灌溉模式和間歇灌溉模式下的有所增加,最大值出現(xiàn)在C3N4處理,為48.66g·kg-1。不同水氮處理單位產(chǎn)量N_2O排放量沒有表現(xiàn)出較大差異性,而灌溉模式對(duì)單位產(chǎn)量N_2O排放量產(chǎn)生一定影響。(6)水氮互作對(duì)水稻水氮利用效率產(chǎn)生一定影響。在氮肥用量相同時(shí),水分利用效率從高到低依次為:控制灌溉間歇灌溉淹灌;相同水分管理?xiàng)l件下水稻水分利用效率隨著氮肥施用量的增加呈上升的趨勢(shì);在一定范圍內(nèi),氮肥施用量增加,水分利用效率提升,但當(dāng)?shù)视昧康揭欢ㄋ胶?不再提高產(chǎn)量和水分利用效率。同一灌溉模式下,施肥量的變化對(duì)水稻氮肥利用率影響較大;水氮因素對(duì)水稻的氮肥生理利用率的影響沒有發(fā)現(xiàn)明顯的規(guī)律性特征;水稻農(nóng)學(xué)利用效率的變化特征與氮肥利用率的特征相似;相同灌溉模式下,氮肥用量的增加,水稻的氮肥偏生產(chǎn)力呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。水分管理和氮肥用量?jī)梢蛩貙?duì)水稻氮素利用率各項(xiàng)指標(biāo)均具有交互作用,均達(dá)到極顯著性水平(p0.01)。(7)稻田排放的CH_4產(chǎn)生的溫室效應(yīng)高于排放CO_2和N_2O兩種氣體產(chǎn)生的溫室效應(yīng)。CO_2和產(chǎn)生的溫室效應(yīng)在1824.22~2187.7 kg CO_2·hm-2范圍內(nèi),而CH_4產(chǎn)生的溫室效應(yīng)在4545.96~8804.75kg CO_2·hm-2之間;CH_4產(chǎn)生的溫室效應(yīng)在總體增溫潛勢(shì)中占得貢獻(xiàn)率在71%以上,CH_4產(chǎn)生的溫室效應(yīng)是CO_2和產(chǎn)生的溫室效應(yīng)的3.28倍,是N_2O氣體產(chǎn)生的溫室效應(yīng)的76.4倍。從總體增溫潛勢(shì)分析,不同水氮處理的變化范圍為5850.91~10581.95kg CO_2·hm-2。相同灌溉模式下,不同氮肥用量處理的總體溫室效應(yīng)差異很小。灌溉模式對(duì)總體增溫潛勢(shì)具有一定的影響,淹灌模式下GWP相對(duì)于控制灌溉模式和間歇灌溉模式的有所上升。(8)針對(duì)黑龍江寒地稻作區(qū)的氣候特點(diǎn),建立了控制灌溉、間歇灌溉及淹灌模式下的稻田生長(zhǎng)季N_2O和CH_4排放通量的模型。模型可以根據(jù)土壤硝態(tài)氮含量和溫度單因子或雙因子模擬預(yù)測(cè)寒地水稻N_2O及CH_4季節(jié)排放通量。模型的參數(shù)少,應(yīng)用方便,實(shí)用性較強(qiáng),可以為黑龍江寒地水稻生產(chǎn)的溫室氣體的排放管理調(diào)控提供決策支持。節(jié)水灌溉模式配合適宜氮肥施用量,既能增加水稻產(chǎn)量,提升水氮利用效率,同時(shí)也能有效地降低CO_2、CH_4和N_2O的總體溫室效應(yīng)。在黑龍江寒地稻作區(qū),應(yīng)綜合考慮產(chǎn)量及稻田溫室效應(yīng),對(duì)節(jié)水灌溉模式給予高度重視。
【學(xué)位授予單位】：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S511;S181

【參考文獻(xiàn)】

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1 紀(jì)欽陽;張t燁，

本文編號(hào)：1334887