常規(guī)與有機(jī)生產(chǎn)方式下稻田和菜地溫室氣體(CH4和N2O)排放研究.pdf

1、氣候變暖是當(dāng)今全球性的環(huán)境問題，其主要原因?yàn)槭怯捎诖髿庵袦厥覛怏w濃度的不斷增加。其中，CH4和N2O是最主要的兩種溫室氣體。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是溫室氣體的重要排放源。目前國(guó)內(nèi)有關(guān)農(nóng)田溫室氣體的排放研究主要基于常規(guī)生產(chǎn)方式，而有關(guān)有機(jī)生產(chǎn)方式下農(nóng)田溫室氣體排放的研究鮮有報(bào)道。本研究以我國(guó)華東地區(qū)稻田和菜地為研究對(duì)象，采用靜態(tài)暗箱氣相色譜法田間原位同步測(cè)定CH4和N2O排放通量，探討不同農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式下農(nóng)田溫室氣體排放特征和強(qiáng)度，這對(duì)于我國(guó)選擇合理

2、的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式、減少溫室氣體排放具有重要的意義。
　　 田間試驗(yàn)包含2007年水稻生長(zhǎng)季和2009-2011年兩年的蔬菜輪作觀測(cè)周期。2007年水稻生長(zhǎng)季，采用區(qū)組設(shè)計(jì)研究不同農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式（常規(guī)和有機(jī)生產(chǎn)方式）和水分管理方式(持續(xù)淹水(F)、淹水-烤田-淹水(F-D-F)、淹水-烤田-淹水-濕潤(rùn)灌溉(F-D-F-M)）對(duì)稻田CH4和N2O排放影響及評(píng)估有機(jī)生產(chǎn)方式對(duì)稻田溫室氣體的減排潛力;2009-2010年田間有機(jī)菜地試驗(yàn)主要

3、研究不同栽培方式對(duì)菜地土壤N2O排放影響，同時(shí)結(jié)合室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)研究不同栽培方式下土壤氮素轉(zhuǎn)化過程;2010-2011年輪作周期內(nèi)利用常規(guī)露天菜地試驗(yàn)數(shù)據(jù)研究環(huán)境因子對(duì)菜地N2O和CH4排放通量的影響。綜合2009-2011年常規(guī)和有機(jī)生產(chǎn)方式菜地試驗(yàn)數(shù)據(jù)，探討不同農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式下菜地CH4和N2O排放特征和強(qiáng)度，評(píng)估農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變（由常規(guī)生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)生產(chǎn)方式）對(duì)菜地溫室氣體減排效果及減排潛力。
　　 主要研究結(jié)果如下:<

4、br>　　 1.土壤水分（水分管理方式）是稻田有無植株小區(qū)CH4和N2O排放的主要驅(qū)動(dòng)因子，同時(shí)溫度（氣溫和土溫）明顯影響稻田有無植株小區(qū)CH4排放，而對(duì)N2O排放影響不明顯。露天栽培和設(shè)施栽培菜地，溫度（氣溫和土溫）和土壤水分對(duì)菜地CH4排放影響不顯著。而露天和設(shè)施菜地N2O排放均明顯受到土壤水分影響，其N2O排放的最適宜土壤濕度(WFPS)分別為74.6％與80.1％。
　　 2.水稻生長(zhǎng)季稻田CH4和N2O排放通量與農(nóng)業(yè)

5、生產(chǎn)方式有關(guān)。常規(guī)生產(chǎn)方式下，F(xiàn)、F-D-F和F-D-F-M三種水分管理方式稻田，CH4季節(jié)平均排放通量分別為4.44、2.14和1.75 mg m-2 h-1，與有機(jī)生產(chǎn)方式下各水分管理方式相比，分別增加了20％、23％與25％。就N2O排放通量而言，與常規(guī)稻田相比，F(xiàn)-D-F處理與F-D-F-M處理N2O季節(jié)平均排放量較低，分別為10.85與13.66μg m-2 h-1。全球增溫潛勢(shì)(GWP)方面:F處理明顯增加了100年時(shí)間尺度

6、上有機(jī)稻田CH4與N2O排放量的綜合GWP，而F-D-F-M處理CH4和N2O排放量的GWP在兩種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式下并沒有明顯的差異;與常規(guī)稻田相比，有機(jī)稻田各水分管理方式下其溫室氣體排放強(qiáng)度(GHGI)相對(duì)較高而碳效率比(CER)相對(duì)較低。結(jié)合GWP、GHGI和CER三方面，本研究結(jié)果表明有機(jī)生產(chǎn)方式在稻田管理中并不是有效的溫室氣體減排措施。
　　 3.室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明設(shè)施有機(jī)菜地土壤的礦化作用、硝化作用和反硝化作用比露天有機(jī)

7、菜地土壤強(qiáng)烈。而大田試驗(yàn)結(jié)果表明:栽培方式明顯影響了菜地N2O排放，與露天栽培方式相比，設(shè)施栽培方式明顯增加了菜地N2O排放總量(P=0.0015)。無論施肥與否，設(shè)施栽培菜地N2O排放量均高于露天栽培菜地。有機(jī)肥的施用增加了露天和設(shè)施栽培菜地N2O排放量，有機(jī)肥施用所導(dǎo)致的露天和設(shè)施栽培菜地N2O排放系數(shù)分別為0.24％與0.20％。
　　 4.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式明顯影響菜地CH4和N2O排放量。在整個(gè)觀測(cè)期，兩種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式CH4

8、通量明顯不同，常規(guī)菜地是CH4吸收匯而有機(jī)菜地是CH4排放源。與常規(guī)露天菜地相比，常規(guī)設(shè)施菜地有較高的CH4吸收量與N2O排放量，但在有機(jī)菜地，CH4和N2O排放量在兩種栽培方式下并沒有明顯差異。與常規(guī)生產(chǎn)方式相比，有機(jī)生產(chǎn)方式能明顯降低菜地CH4和N2O排放量的GWP。無論是20年還是100年時(shí)間尺度上有機(jī)菜地CH4和N2O排放量的GWP均較常規(guī)菜地的低。與常規(guī)和有機(jī)露天栽培方式相比，設(shè)施栽培方式均增加了菜地CH4和N2O排放量的GW

9、P。
　　 5.搜集全球有關(guān)菜地N2O排放數(shù)據(jù)，按一定的規(guī)則取舍數(shù)據(jù)，利用有效數(shù)據(jù)建立模型，模型擬合結(jié)果表明，菜地N2O年排放量與施氮量呈明顯的線性關(guān)系，且菜地N2O背景排放量較高。平均而言，露天與設(shè)施栽培菜地N2O排放系數(shù)平均為為0.59％，背景排放量為2.56 kgN ha-1yr-1。以此來估算我國(guó)菜地2008年年直接排放量為79.1 Gg N2O-N，占我國(guó)農(nóng)田N2O排放總量的20-23％。
　　 全文結(jié)論:

10、r>　　 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式影響稻田CH4和N2O排放。有機(jī)生產(chǎn)方式增加了100年時(shí)間尺度上F處理稻田CH4與N2O排放量的綜合GWP，而對(duì)F-D-F-M處理CH4和N2O排放量的GWP沒有影響;有機(jī)稻田各水分管理方式下其GHGI相對(duì)較高而CER相對(duì)較低。
　　 不同栽培方式土壤氮素的轉(zhuǎn)化過程不同。設(shè)施菜地土壤的礦化、硝化作用與反硝化作用總體比露天菜地土壤強(qiáng)烈。
　　 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式明顯影響CH4和N2O排放。整個(gè)觀測(cè)期常規(guī)菜