菜地生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放規(guī)律與碳收支估算研究.pdf

1、蔬菜地復(fù)種指數(shù)高，以高度集約化種植和氮肥高量投入為特征，是溫室氣體的重要排放源。本研究以我國(guó)東南部集約化管理下具有四種不同輪作方式的菜地生態(tài)系統(tǒng)為研究對(duì)象，采用靜態(tài)暗箱-氣相色譜法于2009年11月28日～2010年11月26日田間原位監(jiān)測(cè)N2O、CH4與CO2氣體的排放通量與土壤剖面中三種氣體的濃度變化，研究菜地中溫室氣體排放規(guī)律、土壤剖面分布、周轉(zhuǎn)速率及影響因素;在作物季節(jié)時(shí)間尺度上估算菜地中生態(tài)系統(tǒng)凈碳收支(NECB)與溫室氣體強(qiáng)

2、度(GHGI);同時(shí)通過盆栽模擬研究方法，探討生物黑炭對(duì)菜地生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體的減排效果。大田試驗(yàn)處理設(shè)置包括裸地和四種輪作方式;四種輪作方式包括芹菜，空心菜-小白菜-莧菜，菜心-芹菜-空心菜，大青菜，茼蒿-空心菜-大青菜，芹菜-菜心-生菜-大青菜。試驗(yàn)結(jié)果如下:
　　 1.菜地生態(tài)系統(tǒng)是重要的溫室氣體排放源。集約化管理下蔬菜地N2O排放以高排放通量為特征，茼蒿-空心菜-大青菜、芹菜-空心菜-小白菜-莧菜、菜心-芹菜-空心菜-大青

3、菜、芹菜-菜心-生菜-大青菜與裸地的累積N2O排放量分別為237.7 kgN ha-1、137.2kg N ha-1、100.9 kgN ha-1、56.4 kgN ha-1與29.2 kg N ha-1。除了芹菜-菜心-生菜-大青菜輪作外，其他三種蔬菜輪作的累積N2O排放量均顯著的高于裸地。菜地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)CH4排放無顯著影響，裸地、芹菜-空心菜-小白菜-莧菜、菜心-芹菜-空心菜-大青菜、茼蒿-空心菜-大青菜與芹菜-菜心-生菜-大青菜輪

4、作中累積CH4排放量分別為9.0 kg Cha-1、13.9 kgC ha-1、18.8 kg C ha-1、12.1 kgC ha-1與16.1 kg C ha-1。四種輪作菜地中N2O排放系數(shù)為1.2％～5.0％，平均為2.6％?？偟适┯门cN2O排放之間呈顯著的直線相關(guān)關(guān)系，氮肥用量能解釋N2O排放變異的35.5％。土壤溫度與土壤濕度是影響N2O排放的重要環(huán)境因子，而土壤硝態(tài)氮與銨態(tài)氮濃度與N2O排放通量間無顯著相關(guān)關(guān)系。為準(zhǔn)確估

5、算國(guó)家N2O收支清單，需要周年動(dòng)態(tài)與多頻次的監(jiān)測(cè)N2O排放通量。
　　 2.菜地生態(tài)系統(tǒng)中土壤剖面N2O、CH4與CO2的濃度、擴(kuò)散通量與周轉(zhuǎn)速率呈現(xiàn)較大的剖面層次空間變異性。土壤剖面中N2O濃度在0～30 cm范圍內(nèi)呈隨土壤深度增加而增加的趨勢(shì)，在30～50 cm土層出現(xiàn)增減不一的變化趨勢(shì)（與15～30 cm相比）。30～50cm土層以輸出N2O為主，0～7cm土層以輸入N2O為主。0～50 cm范圍內(nèi)，CH4濃度呈隨土壤深度

6、增加而增加的趨勢(shì)。30～50 cm土層以輸出CH4為主，0～15 cm土層以輸入CH4為主。土壤剖面中CO2的濃度呈現(xiàn)上低下高的分布特征。15～50 cm以輸出CO2為主，0～7cm土層以輸入CO2為主。氮肥施用與翻耕管理均影響著N2O的土壤剖面分布，氮肥施用顯著增加了土壤剖面中各土層的N2O濃度，促進(jìn)N2O擴(kuò)散通量，加速N2O的周轉(zhuǎn)速率，但施用氮肥對(duì)CO2的土壤剖面分布特征影響不明顯。與施肥相比，翻耕措施對(duì)CO2的濃度分布、擴(kuò)散通量與

7、周轉(zhuǎn)速率影響更大。與N2O與CO2相比，肥料施用與耕翻措施對(duì)CH4的土壤剖面分布特征與周轉(zhuǎn)速率的影響均不明顯。
　　 3.在作物季節(jié)時(shí)間尺度上，四種蔬菜輪作菜地的NECB與土壤有機(jī)碳變化量(δSOC)均表現(xiàn)為固碳效應(yīng)。四種蔬菜輪作的δSOC為0.01～0.40t C ha-1。施用有機(jī)肥是增加菜地中碳庫的重要措施。不同蔬菜輪作間與同一輪作中不同蔬菜間的綜合溫室效應(yīng)(GWP)、凈溫室效應(yīng)(net GWP)、GHGI以及計(jì)入農(nóng)田管理

8、與化學(xué)品投入碳排放的相應(yīng)指標(biāo)mGWP、net mGWP與mGHGI均表現(xiàn)出相似的變化趨勢(shì)。四種蔬菜輪作的mGWP、net GWP與net mGWP分別為36～131 Mg CO2 eq.ha-1，26～109 Mg CO2eq.ha-1，35～129 Mg CO2 eq.ha-1; GHGI與mGHGI的變化范圍分別為0.17～0.42 kgCO2 equiv.kg-1veg與0.22～0.49 kg CO2 equiv.kg-1veg

9、.。N2O排放引起的GWP主導(dǎo)了mGWP、net GWP、net mGWP、GHGI與mGHGI的變化。提高氮肥利用效率與采取合理的菜地管理是減緩菜地綜合溫室效應(yīng)的重要措施。
　　 4.2011年3月3日～6月11日采集菜地土壤進(jìn)行戶外盆栽菜心和莧菜2季蔬菜的試驗(yàn)，研究施用生物黑炭對(duì)菜地溫室氣體的減排效果。試驗(yàn)設(shè)置8個(gè)處理，包括CK，不施肥，種植蔬菜和7個(gè)等氮量（400 kg N ha-1）的處理，分別為Urea（施用尿素）、U

10、M1（尿素與有機(jī)肥組合1）、UM2（尿素與有機(jī)肥組合2）、UB1（尿素與黑炭水平1）、UB2（尿素與黑炭水平2）、UM1B（尿素與有機(jī)肥組合1同時(shí)施用黑炭）、UM2B（尿素與有機(jī)肥組合2同時(shí)施用黑炭）。試驗(yàn)結(jié)果表明，與尿素相比，處理UB1、UB2、UM1B與UM2B顯著降低N2O排放量達(dá)77％～86％，UM1與UM2對(duì)N2O排放的影響無顯著不同。黑炭添加或有機(jī)肥施用對(duì)CH4排放無顯著影響。UM1B與UM2B處理中蔬菜總產(chǎn)量分別比尿素、U