寒地黑土稻田水肥管理與溫室氣體排放關(guān)系研究.pdf

1、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CH4和N2O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CH4和N2O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

2、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CH4和N2O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CH4和N2O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CH4和N2O排放的影響

3、，并優(yōu)化穩(wěn)產(chǎn)下的稻田CH4和N2O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-Decompo sition 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CH4和N2O的排放總量，并通過敏感性分析研究眾多影響因子對稻田CH4和N2O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

4、田CH4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，CH4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?？馗鹊咎顲H4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CH4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。
　

5、　(2)在水稻全生育期內(nèi)，控灌不同施肥處理稻田N2O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，N2O季節(jié)排放量均表現(xiàn)為隨著施肥量的增加而增大?？毓嗟咎颪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N2O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

6、出現(xiàn)另一小高峰，其他生育期排放量極小。
　　(3) CH4和N2O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CH4和N2O排放峰值的變動和幅度。不同水肥處理下CH4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CH4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

7、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CH4和N2O季節(jié)排放量均有不同程度的影響。氮肥對CH4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CH4季節(jié)排放量增加，氮肥對N2O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CH4和N2O季節(jié)排放量的影響均不明顯，鉀肥對CH

8、4和N2O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CH4季節(jié)排放量表現(xiàn)為低水平抑制，高水平促進(jìn)，對N2O表現(xiàn)為促進(jìn)作用。灌水量中等水平時對CH4季節(jié)排放有很好的抑制作用，但同時對N2O表現(xiàn)為明顯的促進(jìn)。
　　(5)結(jié)合稻田CH4和N2O互為消長的排放特點(diǎn)，通過對稻田CH4和N2O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CH4季節(jié)排放量減少40％～60％，同時稻田N2O季節(jié)排放量增加幅度不超過10％的綜合

9、水肥優(yōu)化施配方案為:N97.21～105.75kg/hm2，K2O36.93～63.57 kg/hm2，P2O533.11～39.83 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CH4和N2O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CH4和N2O的模擬與估算是可行的。進(jìn)而模擬估算慶安縣稻田CH4和N2O排放總量分別為2.74×106kgC和3.

10、16×104kgN。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CH4和N2O季節(jié)排放量，優(yōu)化模式下全縣稻田CH4季節(jié)排放量較傳統(tǒng)模式減少了55.93％， N2O季節(jié)排放量較傳統(tǒng)模式增加24.81％。綜合DNDC模擬與稻田CH4和N2O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CH4排放，同時進(jìn)行合理施肥來兼顧N2O的排放，使稻田CH4和N2O產(chǎn)生的綜合溫室效應(yīng)減少，減輕對環(huán)境的污