第一章   緒論 

1.1 稻田 CH4排放的研究進(jìn)展  
目前大氣中平均CH4濃度為1.72ppm，而且還在以每年約0.8%的增長速度增長[4]。全球每年通過各種途徑排放于大氣中的 CH4達(dá)到 535Tg(1Tg =1012g)，而通過人類活動產(chǎn)生的 CH4排放為 375Tg，其中稻田是 CH4主要排放源,  占總排放量的 12%,達(dá)到60Tg 左右[4,5,6]。世界范圍內(nèi)美國和歐洲率先開展了稻田 CH4的監(jiān)測[5,7,8]，但這兩個地區(qū)水稻種植總面積少，不足全球總面積的 2%。從水稻種植的分布上看，全世界超過90%的水稻種植在亞洲，其中中國是重要的水稻生產(chǎn)國，水稻種植面積超過世界稻田總面積的 1/5，產(chǎn)量約占世界水稻產(chǎn)量的 38%，因此研究亞洲地區(qū)，特別是中國不同灌溉方式的稻田 CH4 的排放模式是十分必要的。我國對稻田 CH4排放的研究起于 20世紀(jì) 80 年代[5]。自 1987 年起，中國科學(xué)院大氣物理研究所與德國夫瑯和費大氣物理環(huán)境研究所合作使用自動連續(xù)觀測系統(tǒng)，在我國杭州進(jìn)行了亞太地區(qū)稻田 CH4排放通量的首次觀測，接著又在四川、湖南、廣州、蘇州等地開展了一系列系統(tǒng)的實驗觀測。至今，我國己經(jīng)先后在廣東清遠(yuǎn)、廣州，浙江杭州、富陽，江蘇吳縣、無錫和南京，江西鷹潭、進(jìn)賢，湖南桃源、長沙，四川樂山、成都，重慶，天津，北京，吉林沈陽等地進(jìn)行了稻田 CH4排放的觀測研究，在稻田 CH4排放機(jī)理、排放規(guī)律、影響稻田CH4排放的因素、總量估算、減排措施等方面均取得了較大進(jìn)展[9-18]。 
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1.2 稻田 CH4排放的機(jī)理 
稻田 CH4的排放量是土壤 CH4產(chǎn)生、再氧化及排放傳輸三個過程相互作用的結(jié)果。稻田 CH4主要在土壤耕作層下，由產(chǎn) CH4細(xì)菌在厭氧條件下產(chǎn)生[19,20]。土壤中產(chǎn)生的大多數(shù) CH4在排放到大氣中之前會被氧化。稻田中的 CH4會在水稻根際及土壤和灌溉水交界面兩個區(qū)域進(jìn)行有氧或無氧氧化。土壤中的CH4主要通過3種途徑排入大氣中：(1)大部分被植株根系等吸收，隨著養(yǎng)分的輸送再經(jīng)作物的通氣組織排放到大氣中；(2)形成含 CH4的氣泡,氣泡上升到水面破裂而噴射到大氣中；(3)少量 CH4是由于濃度梯度的形成而沿土壤-水和水-氣界面而擴(kuò)散排出排放到大氣中的。稻田土壤中的 CH4大多通過水稻植株體內(nèi)的通氣組織排放的大氣中，而冒氣泡和液相擴(kuò)散的作用比較小[5]。 稻田 CH4的排放是一個復(fù)雜的生物學(xué)過程，受到環(huán)境因子、耕作方式、土壤特性及水稻生長狀況等因素影響。有研究表明，不同的灌溉方式會對稻田 CH4的釋放特性具有不同的作用[21]，當(dāng)?shù)咎锾幱谘退疇顟B(tài)時，土壤的理化性狀發(fā)生重大變化，氧化還原電位(EH 值)急劇下降，會產(chǎn)生大量的 CH4氣體[22,23]。其產(chǎn)生的作用機(jī)理是：淹水狀態(tài)會使稻田處于一個嚴(yán)格的厭氧狀態(tài)，在此條件下微生物酶會分解碳水化合物形成單糖，單糖進(jìn)一步分解形成酸，最后生成 CH4氣體[24]；謝志煌等（2013）研究了不同的栽培方式對稻田 CH4排放的影響，發(fā)現(xiàn) CH4平均排放由小到大的順序分別為拋秧＜手插＜直播＜機(jī)插，說明栽培方式對稻田 CH4排放是有影響的[25]；不同土壤類型由于其物理性質(zhì)、礦物組成等差異較大，產(chǎn) CH4率明顯不一，有機(jī)質(zhì)和粘土含量高的土壤產(chǎn)CH4率較高，一般泥炭土>潛育土>火山灰土>淺色火山灰土。研究表明土壤中 Fe 和Mn 的含量對稻田 CH4排放量具有顯著影響，F(xiàn)e 和 Mn 的含量越低，稻田中 CH4排放量越低[26]。不同品種的水稻對稻田甲烷排放的影響也是不一樣的。研究表明不同的水稻品種對甲烷的氧化和排放能力相差 1 倍以上[27,28]。而種植雜交水稻能增加稻田土壤中甲烷細(xì)菌數(shù)和土壤產(chǎn)生甲烷的量，研究表明雜交水稻天中甲烷細(xì)菌數(shù)比常規(guī)稻田高2 個數(shù)量級左右[29]。林匡飛等[30]發(fā)現(xiàn)甲烷排放量與水稻產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān),  這可能是因為增加的甲烷排放量的同時損失了水稻生長可利用的能量。 
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第二章   材料與方法

2.1 實驗材料 
吉林當(dāng)?shù)乜购抵髟运酒贩N：吉旱 1 號。 
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2.2 實驗地概況
實驗在吉林九臺飲馬河試驗基地進(jìn)行。九臺位于吉林省中部（（44°20′N，126°15′E），屬中溫帶大陸季風(fēng)性氣候，年平均日照 2900 小時，無霜期 140—155 天。年平均氣溫 4.7℃，年≥10℃活動積溫 2,880℃。年平均降水量 577mm，年平均風(fēng)力 8級以上，大風(fēng)日 16 天左右，多西南風(fēng)向，平均風(fēng)速 3.4m/s�；赝寥缹僦行院谕�，肥力水平處于中高等級別。土壤主要理化性質(zhì)：PH 為 6.67，全氮 1.93 g/kg，全磷 0.19 g/kg，速效磷 0.0099 g/kg，全鉀 0.47 g/kg，有機(jī)質(zhì) 14.73 g/kg，CEC 25.32 cmol/kg。
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2.3 實驗處理 
實驗分一個對照組和兩個實驗組（覆膜滴灌處理Ⅰ和覆膜滴灌處理Ⅱ），，具體處理方式如下： 覆膜滴灌處理Ⅰ：當(dāng)水稻正常出苗后，以田面以下深 15cm 處的土壤含水量為 100%作為臨界值，低于這個臨界值則進(jìn)行滴灌處理（用水勢儀測定 15cm 處的土壤水分，取樣方法為 5 點對角取樣），要在全生育期間重復(fù)進(jìn)行，若期間發(fā)生降雨，應(yīng)立即進(jìn)行排水。切記安裝水表，以記錄用水量。 覆膜滴灌處理Ⅱ：當(dāng)水稻正常出苗后，以田面以下深 15cm 處的土壤含水量為 50%作物臨界值，低于這個臨界值則進(jìn)行滴灌處理（用水勢儀測定 15cm 處的土壤水分，取樣方法為 5 點對角取樣），要在全生育期間重復(fù)進(jìn)行，若期間發(fā)生降雨，應(yīng)立即進(jìn)行排水。切記安裝水表，以記錄用水量。 對照處理：按照當(dāng)?shù)卦耘喙芾泶胧┘傲?xí)慣（當(dāng)?shù)鼗径际侵苯勇啵┻M(jìn)行水分管理。 
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第三章結(jié)論與分析 ........ 8 
3.1   稻田甲烷的收集及測量 ........ 8 
3.2   覆膜滴灌條件下稻田土壤不同含水率對 CH4排放影響 ........... 8 
3.3   稻田土壤不同含水率對 CH4排放影響 ..... 10 
3.4   覆膜滴灌對稻田 CH4排放通量的稻季變化的影響 ......... 10 
3.5   水稻生長發(fā)育對稻田甲烷排放的影響 ...... 11 
第四章結(jié)論與討論 ...... 12 
4.1   結(jié)論 ...... 12 
4.2   討論 ...... 12 
4.2.1   土壤水分影響稻田 CH4的排放 ....... 12 
4.2.2   稻田 CH4排放的稻季變化 ....... 13 
4.2.3   合理灌溉以減少溫室氣體排放 ........ 13 

第三章   結(jié)論與分析

3.1   稻田甲烷的收集及測量 

我們按照材料方法 2.5 中的描述的方法在規(guī)定的時間進(jìn)行甲烷的收集。收集的甲烷在實驗室中利用氣相色譜對甲烷的濃度進(jìn)行測定，再根據(jù)根據(jù)氣溫、大氣壓力、采樣箱的有效高度、普適氣體常數(shù)等計算出甲烷的排放通量，三次重復(fù)取平均值進(jìn)行計算。通過計算我們得到了各個時間點稻田甲烷的排放通量（表 1）。從水稻出苗后開始采用靜態(tài)暗箱-氣相色譜法對不同處理稻田的 CH4排放量進(jìn)行測定。實驗組采用兩組不同的覆膜滴灌處理，對照組采用當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)的漫灌方式。從測量的數(shù)據(jù)可以看出：漫灌條件下稻田 CH4的排放通量顯著高于覆膜滴灌條件下的 CH4排放通量，而且在不同的測量時間點均出現(xiàn)了這種現(xiàn)象（表 1，圖 3.1 和圖 3.2），說明漫灌條件下稻田 CH4的排放通量比覆膜滴灌條件下高是一種普遍的現(xiàn)象，同時也說明稻田水位對 CH4排通量具有重要影響。 

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結(jié)論

本實驗探究了不同灌溉方式對稻田 CH4排放的影響，依據(jù)已有的報道及本文的結(jié)論我們提出了幾條減少溫室氣體排放的建議：(1)采取科學(xué)合理的灌溉方法。與淹水灌溉相比較而言,節(jié)水灌溉可以達(dá)到減少水稻全生育期內(nèi) CH4的排放量的目的。而漫灌時，稻田 CH4的排放主要集中在分蘗的前中期和拔節(jié)孕穗期,因此可在分蘗前中期這兩個 CH4主要排放期進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂乒喔?以減少稻田 CH4的排放總量[35]；(2)充分利用降雨,以減少灌溉的次數(shù)及灌溉量。受季風(fēng)氣候的影響,我國大部分地區(qū)可實現(xiàn)雨熱同期，一般降雨都會發(fā)生在 5-9 月，且這段時間也是水稻生長需水最大的時期，若這時利用稻田蓄水，不僅可以做到節(jié)約水資源,減少澆灌的費用,還可以達(dá)到減少稻田CH4排放量的目的[36]。 
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參考文獻(xiàn)(略)

本文編號：59283