不同耕作方式下紫色水稻土農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)甲烷排放的研究.pdf

1、氣候變暖是當今全球性的環(huán)境問題，其主要原因之一是由于大氣中溫室氣體濃度的不斷增加，其中CO2、CH4和N2O被認為是最重要的溫室氣體。最近IPCC報告(2007)指出，單位分子CH4在100年尺度下的GWP值是CO2的25倍，2005年CH4濃度約為1774 ppb，是工業(yè)化前濃度的兩倍以上。大氣中CH4的排放源包括天然濕地、稻田、天然氣泄漏、海洋、森林、化石燃料、反芻動物、白蟻、生物質(zhì)燃燒、植物體和凋落物等。農(nóng)業(yè)土壤中CH4釋放是人類

2、活動所產(chǎn)生的溫室氣體的重要來源。
　　 本研究以1989年設(shè)立的，位于西南大學(xué)的農(nóng)業(yè)部重慶紫色土生態(tài)環(huán)境重點野外科學(xué)觀測試驗站內(nèi)的長期免耕試驗田為對象，利用靜態(tài)暗箱-氣相色譜法研究冬水田平作(DP)、壟作免耕(LM)、廂作免耕(XM)和水旱輪作(SH)四種耕作制度下紫色水稻土CH4的排放情況，探尋不同耕作制度以及環(huán)境因子對農(nóng)田CH4排放的影響，以找出減少CH4排放的最佳耕作方式，為稻田CH4減排提供理論基礎(chǔ)。主要研究結(jié)果如下：<

3、br>　　 1、不同耕作方式下農(nóng)田CH4排放的季節(jié)性變化
　　 (1)在水稻生長季，不同耕作方式CH4排放通量變化趨勢基本相同，均呈雙峰形態(tài)。水稻生長季內(nèi)CH4排放通量相差甚大，DP、LM、XM和SH處理CH4排放通量分別在0.163～17.110、0.538～20.218、-0.094～13.360和-0.311～9.376mg·m-2·h-1之間。成對t檢驗分析表明，不同耕作方式下，稻田CH4排放通量差異顯著：DP處理在水

4、稻季的CH4排放通量顯著大于LM、XM和SH處理(p<0.01)，LM處理與XM處理不顯著(p=0.052)，LM和XM處理顯著大于SH處理(p<0.01)。
　　 水稻各生長階段CH4排放通量明顯不同，各耕作方式下CH4排放通量的大小規(guī)律基本相同，其規(guī)律是：拔節(jié)期>抽穗揚花期>灌漿完熟期>分蘗期>返青期。同時，拔節(jié)期和抽穗揚花期持續(xù)時間(28 d)不到水稻生長季(102 d)的1/3，DP、LM、XM和SH處理在這段時間的CH

5、4排放量卻分別達到其水稻生長季CH4總排放量的48.4％、61.3％、54.8％和61.4％。
　　 (2)油菜生長季各耕作方式下CH4的排放通量大大低于水稻生長季，CH4排放通量變化幅度不大，種植了油菜的LM、XM和SH處理CH4排放通量分別在-0.446～0.465、-0.371～0.451和-0.489～0.630 mg·m-2·h-1之間，未種植油菜的DP處理在這段時期內(nèi)CH4排放通量在-0.584～3.767 mg·m

6、-2·h-1之間。DP、LM、XM和SH處理CH4平均排放通量分別為0.417、-0.003、-0.031和0.016 mg·m-2·h-1。DP處理總體上呈現(xiàn)CH4的排放過程，LM、XM和SH處理則表現(xiàn)為CH4的微弱排放甚至吸收(CH4的匯)。
　　 種植油菜的三個處理中，LM和XM處理CH4排放集中在薹蕾期和角果成熟期，SH處理CH4排放則集中在花期和角果成熟期。
　　 (3)農(nóng)田水稻收割后至油菜種植前的農(nóng)田休閑期，

7、CH4排放通量明顯低于水稻生長季。DP處理在水稻收割后一個月內(nèi)呈現(xiàn)較大的CH4排放通量(2.731～5.514mg·m-2·h-1)，之后維持在較低的排放水平(0.033～0.821 mg·m-2·h-1)。其他三個處理則呈現(xiàn)對CH4的微弱吸收或排放(-0.845～0.704 mg·m-2·h-1)。
　　 2、耕作方式對農(nóng)田CH4排放量的影響
　　 (1)水稻生長季，各耕作方式的CH4排放占整個時期的77.22％～10

8、3.84％；CH4排放量的大小順序為：DP(196.216±22.943)>LM(153.418±21.203)>XM(119.058±8.372)>SH(79.550±3.994 kg·hm-2)。
　　 在水稻各生長階段，不同耕作方式的CH4排放量變化與水稻季CH4排放通量變化有著相似的規(guī)律：沿DP、LM、XM和SH處理呈階梯狀依次下降。
　　 (2)油菜生長季LM、XM和SH處理CH4排放量僅占全年農(nóng)田排放的1％左

9、右，DP處理CH4排放量占全年農(nóng)田排放的7.67％；各耕作方式下CH4的排放量DP(19.495±5.517)>LM(0.805±1.693)>XM(0.536±2.251)>SH(-1.046±1.335kg·hm-2)。
　　 油菜生長季各時期的CH4排放量不同。DP處理除了在薹蕾期體現(xiàn)為CH4的吸收外，其余各時段均為CH4排放過程；LM、XM和SH處理在苗期表現(xiàn)為CH4的吸收，在角果成熟期為CH4的排放。
　　 (

10、3)農(nóng)田休閑期，DP處理的CH4排放量遠大于其他三個處理，占其全年農(nóng)田排放的15.1％。各耕作方式下CH4排放量DP(38.400±8.945)>LM(0.620±0.696)>XM(0.161±0.516)>SH(-3.746±0.719 kg·hm-2)。
　　 (4)四種耕作方式的CH4年排放量大小順序為：DP(254.112±37.405 kg·hm-2)>LM(154.574±24.150 kg·hm-2)>XM(11

11、8.173±10.223 kg·hm-2)>SH(76.609±6.406 kg·hm-2)。DP處理CH4年排放量顯著大于LM、XM和SH處理，LM和XM處理顯著大于SH處理(p<0.01)，而LM和XM處理之間差異未達到顯著(p>0.05)。與傳統(tǒng)耕作方式的冬水田平作相比，實行免耕的LM和XM處理CH4的排放減少了39.2％和53.5％，SH處理CH4排放減少了69.9％。
　　 3、環(huán)境因子對農(nóng)田CH4排放的影響
　

12、　 研究表明，水稻生長季，DP、LM、XM和SH處理的CH4排放通量與實驗測定的三個溫度(地下5 cm處溫度、地表溫度和箱內(nèi)溫度)均呈顯著正相關(guān)關(guān)系(p<0.05)，其中與地下5 cm處溫度相關(guān)性最高，相關(guān)系數(shù)R2依次為0.697、0.560、0.598和0.665；而非水稻季的土壤溫度與CH4吸收通量之間的相關(guān)性不明顯(p>0.05)。各耕作方式下CH4排放通量與WFPS之間無顯著相關(guān)關(guān)系；水稻生長季CH4排放通量的對數(shù)值與水深之間