稻田利用方式轉(zhuǎn)變對生態(tài)系統(tǒng)CO2排放和碳收支的影響.pdf

1、近年來，如何減少溫室氣體(特別是CO2)的排放，已成為全球人類關(guān)注的焦點(diǎn)問題。人類通過化石燃料的燃燒和土地利用方式改變等兩種主要活動干擾碳循環(huán)，增加大氣中的CO2濃度。土地不同利用方式一方面通過改變地表植被的類型和覆蓋率使生態(tài)系統(tǒng)的凈初級生產(chǎn)力發(fā)生變化;另一方面可以直接影響生態(tài)系統(tǒng)對大氣中CO2的吸收來影響其源/匯功能。水作和旱作是農(nóng)田的兩種常見種植模式，不同的利用方式無疑會導(dǎo)致碳循環(huán)的差異。本研究以轉(zhuǎn)換稻田土地利用方式CO2排放為切入

2、點(diǎn)，將冬水田轉(zhuǎn)換為稻麥輪作或雙季稻田轉(zhuǎn)換為菜地，稻田由淹水環(huán)境轉(zhuǎn)為水早輪作或旱地耕作。采用靜態(tài)暗箱-氣相色譜法測定CO2排放通量，探討稻田利用方式轉(zhuǎn)換后生態(tài)系統(tǒng)CO2的排放變化，并對該系統(tǒng)CO2-C收支進(jìn)行估算，以確定冬水田轉(zhuǎn)稻麥輪作和雙季稻田轉(zhuǎn)菜地是否能固定更多的碳，為稻田生態(tài)系統(tǒng)制定有效的碳減排措施，為合理的土地利用提供科學(xué)指導(dǎo)。
　　本研究選取四川省鹽亭縣6塊種植中稻的冬水田和湖南省長沙縣6塊種植早晚稻的雙季稻田為研究對象，

3、其中3塊冬水田(RF)轉(zhuǎn)換為稻麥輪作(RW)，3塊雙季稻田(DR)轉(zhuǎn)換為菜地(PV)。冬水田、稻麥輪作、雙季稻田和菜地等四種土地利用方式均設(shè)置有植株常規(guī)施肥小區(qū)（UN）和無植株常規(guī)施肥小區(qū)(BL)兩個子處理，田間水分管理、施肥量和施肥方式均與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)管理模式一樣。試驗(yàn)主要觀測指標(biāo)為CO2排放通量、生物量以及土壤的可溶解有機(jī)碳(DOC)、硝態(tài)氮(NO3--N)和銨態(tài)氮(NH4+-N)。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)冬水田轉(zhuǎn)為稻麥輪作

4、后，CO2排放通量表現(xiàn)出“稻季高、麥季低”的總體規(guī)律，而各處理CO2年累積排放量表現(xiàn)為RW-UN＞RF-UN＞RW-BL＞RF-BL，且2014年的年累積排放值都低于2013年的對應(yīng)值。雙季稻田轉(zhuǎn)菜地后CO2排放規(guī)律明顯不同，各處理2013年CO2年累積排放量表現(xiàn)為DR-UN＞PV-UN＞PV-BL＞DR-BL，而在2014年和2015年則相反，CO2年累積排放量表現(xiàn)為PV-UN＞DR-UN。
　　(2)冬水田轉(zhuǎn)為稻麥輪作后，稻麥

5、輪作處理CO2年凈交換量均值為-7.32 t Cha-1，低于冬水田處理的CO2凈交換量均值-4.15 t C ha-1，表明轉(zhuǎn)換后生態(tài)系統(tǒng)年CO2固定量顯著增加。連續(xù)3年菜地和雙季稻田的CO2年凈交換量均值分別為-5.26 t Cha-1和-4.73 t C ha-1，兩者間雖無顯著性差異，但菜地固定CO2量大于雙季稻田，說明轉(zhuǎn)換能吸收更多的CO2。從生態(tài)系統(tǒng)CO2-C的角度出發(fā)，轉(zhuǎn)換稻田土地利用方式對環(huán)境是有利的。
　　(3)

6、改變種植模式和作物種類在一定程度上能夠改變農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳源匯功能。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)CO2凈交換量雖受土壤異養(yǎng)呼吸的影響，但與NPP值的變化相一致。當(dāng)NPP值較大時，固定CO2的量也多，表現(xiàn)為碳匯功能;當(dāng)NPP值小時，固定CO2的量也少，表現(xiàn)為碳源功能。轉(zhuǎn)換冬水田和雙季稻田的土地利用方式，增加復(fù)種指數(shù)，選擇生物量大的作物，能夠吸收更多的CO2而減少農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳排放。
　　(4)冬水田改為稻麥輪作后，對稻季水稻產(chǎn)量的影響不顯著，但會

7、增加一季的小麥產(chǎn)出，對農(nóng)戶是有利的。而雙季稻田連續(xù)3年早晚稻產(chǎn)量的年際差異不顯著，但早稻產(chǎn)量遠(yuǎn)低于晚稻，促使更多農(nóng)戶放棄早稻種植而選擇只種一季中稻，這樣的改變會延長稻田的休閑期，使稻田表現(xiàn)為更強(qiáng)的碳源，轉(zhuǎn)換稻田利用方式有利于緩解碳源的排放。
　　(5)轉(zhuǎn)換稻田利用方式使土壤可溶態(tài)碳氮含量、水分、溫度等發(fā)生變化，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)CO2氣體排放和變化也存在顯著性差異，說明CO2的排放受土壤碳氮、水分、溫度等因素的影響，特別是水田轉(zhuǎn)為旱作后