不同稻田轮作体系下温室气体排放及温室气体强度研究

【摘要】大气中温室气体浓度不断增加引起的全球变暖和臭氧层破坏是当今全球性环境问题。二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亚氮(N20)被认为是最重要的三种温室气体。我国稻田生态系统采用不同的水旱轮作体系,研究相应轮作体系下的温室气体排放,并制定合理的减排措施,具有重要的理论和现实意义。本研究采用静态暗箱-气相色谱法研究秸秆还田和氮肥施用对两种不同轮作体系下稻田生态系统CH4和N20排放的影响。同时设置单季稻-小麦(SR-W)和双季稻-油菜(DR-OR)两种水旱轮作体系,每种轮作体系分别设置四个处理：不施N肥不加秸秆(CK)、施N肥不添加秸秆(SO)、施N肥稻季添加3t/ha秸秆(S1)和施N肥稻季添加6t/ha秸秆(S2)。从2010年5月水稻季节插秧到2012年5月旱作季节作物收获开展为期两年的大田试验,对稻田生态系统的CH4和N20排放规律、综合温室效应(GWP)及温室气体强度(GHGI)进行长期定位观测。结果表明：双季稻-油菜轮作体系中CH4累积排放量显著高于单季稻-小麦轮作体系。单季稻、早稻和晚稻水稻生长季节均出现了大量的CH4排放,主要集中在移栽到中期烤田阶段,这个阶段CH4的累积排放量占周年轮作周期的85%以上。CH4排放量两年之间差异较小,因为水稻生长季节年际间水分管理基本一致,而CH4排放主要受田间水分状况的影响。秸秆还田显著增加CH4的排放,CH4的排放量随秸秆施用量的增加而增加。双季稻-油菜轮作种植体系中N2O累积排放量显著高于单季稻-小麦轮作体系。小麦、油菜季节施肥过后和早稻的中期烤田期均出现了大量的N2O排放。N2O排放量的年际变异在两种不同水旱轮作体系中均较大。2011-2012年N20累积排放量是2010-2011年的两倍多,这主要是旱作季节年际间的降雨量和降雨分布不同引起土壤含水量不同的结果。在两年水稻生长期,只有早稻的烤田期出现明显的N20排放,这与烤田期的天气是否晴朗有关。在小麦和油菜生长季节,施N显著促进N20排放,因此提高N肥利用率是减少N20排放的重要措施。双季稻-油菜轮作种植体系下各处理CH4和N2O排放的周年GWP显著高于单季稻-小麦轮作体系,主要原因是双季稻-油菜轮作种植体系所施用的N肥和秸秆还田量高。在两种种植体系下,N2O对GWP的贡献均较小,而CH4对GWP的贡献率高达85%(66%-95%)。因此,轮作体系、秸秆和N肥是影响稻田生态系统GWP的主要因素。应用DNDC模型对单季稻-小麦轮作体系下CH4和N2O排放的模拟研究表明,除了对照处理和麦季对CH4排放的模拟偏差较大外,DNDC对其余各处理模拟的CH4和N2O累积排放量与田间观测结果基本吻合,相对偏差变幅为7.1%～26.3%,因此可以直接应用DNDC模型模拟环境因子和主要管理措施对CH4和N2O累积排放量引起的GWP的影响。模型灵敏度检验结果表明,年平均温度、土壤容重、土壤有机碳(SOC)、土壤质地、土壤pH等环境因子对GWP的影响显著；施用N肥、秸秆还田量和烤田期长短等管理因子对GWP的影响明显。除了S1处理,两种轮作体系各对应处理的GHGI之间没有差异,而双季稻-油菜轮作体系能生产更多的粮食,因此推荐双季稻-油菜轮作种植方式。在两种轮作体系下,各季作物单施N肥处理的温室气体强度(GHGI)最低,也显著低于施N肥加秸秆处理。综合考虑粮食增产和减小温室气体排放强度,只施N肥而不进行秸秆还田是较好的田间管理措施。
【作者】张啸林；
【导师】熊正琴；
【作者基本信息】南京农业大学，土壤学，2013，硕士
【关键词】单季稻-小麦轮作；双季稻-油菜轮作；秸秆还田；氮肥施用；综合温室效应；温室气体强度；作物产量；

【参考文献】
[1]崔铁军.循环流化床锅炉DCS控制系统的研究与应用[D].大连海事大学,控制理论与控制工程,2004,硕士.
[2]李枫林,贾君枝.客户关系管理中的客户信息分析[J].图书情报工作,2002,12:61-64.
[3]李伟.海事系统智能决策技术的研究与实现[D].大连海事大学,计算机应用技术,2004,硕士.
[4]刘韦.基于机器视觉的马铃薯表面缺陷检测算法的研究[D].黑龙江八一农垦大学,农业电气化与自动化,2013,硕士.
[5]符琦.双喇叭类互通式立交适应性及技术指标研究[D].长安大学,道路与铁道工程,2014,硕士.
[6]王一.植株三维信息自动采集系统[D].黑龙江八一农垦大学,农业信息化,2014,硕士.
[7]王栋.微型桩抗滑结构地震反应分析[D].西南交通大学,岩土工程,2014,硕士.
[8]邓子龙.数字校园中基于Web Services数据交换平台的设计与实现[D].西安科技大学,计算机技术,2014,硕士.
[9]姚凤.《礼记》孝道思想研究[D].西北师范大学,中国哲学,2014,硕士.
[10]胡雷芳,王延清.客户价值分析方法在客户关系管理中的应用[J].沿海企业与科技,2005,12:50-51.
[11]赵娴.小学教师专业发展现状的调查研究[D].鲁东大学,教育管理（专业学位）,2013,硕士.
[12]李超志.人口老龄化对消费的影响研究[D].上海工程技术大学,社会保障,2013,硕士.
[13]蒋天颖,程聪.企业知识转移生态学模型[J].科研管理,2012,02:130-138.
[14]崔磊.机会网络拥塞控制与路由协议研究[D].南京邮电大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[15]张宇敬,郑艳娟.数据仓库银行管理水平提高的技术保障[J].商场现代化,2005,26:88-89.
[16]秦晓辉.细胞周期蛋白P16与细胞增殖指数Ki67，PCNA在胃肠道间质瘤中的表达及临床意义[D].扬州大学,外科学,2011,硕士.
[17]闵星.一株红海来源细菌次级代谢产物抗肿瘤活性物质的研究[D].扬州大学,环境科学,2011,硕士.
[18]肖虎勇.毛细管电泳联用技术在食用油分析中的应用[D].湖北师范学院,分析化学,2013,硕士.
[19]李霞,饶绍奇,张田文,郭政,张庆普,K.L.Moser,E.J.Topol.应用DNA芯片数据挖掘复杂疾病相关基因的集成决策方法[J].中国科学(C辑:生命科学),2004,02:195-202.
[20]徐新功.支持向量机增量学习算法研究[D].西安电子科技大学,应用数学,2012,硕士.
[21]季亮.公共建筑的智能导向标识系统概念设计研究[D].东华大学,工业设计工程（专业学位）,2014,硕士.
[22]庞博.Culture in Matthew Arnold’s Poems[D].西安外国语大学,英语语言文学,2014,硕士.
[23]葛丽敏.公共科技服务平台的功能定位与组织模式研究[D].浙江工业大学,2009.
[24]程厚德,李春.善治视野下的国外低碳城市发展经验及启示[J].中国行政管理,2014,11:32-35.
[25]高伟.企业信息化绩效评价体系分析[D].北京交通大学,2007.
[26]蒙祖强,蔡自兴.个性化决策规则的发现:一种基于RoughSet的方法[J].控制与决策,2004,09:994-998+1003.
[27]顾观东.基于变形位移理论的空间梁柱非线性有限元分析模型研究[D].浙江大学,建筑与土木工程（专业学位）,2013,硕士.
[28]贾颖绚.基于解析的车轨耦合模型及地铁对环境的振动影响研究[D].北京交通大学,2009.
[29]王海凤.我国食品安全中政府规制的问题及对策研究[D].山东师范大学,行政管理,2013,硕士.
[30]李华.上海城市生态游憩空间格局及其优化研究[J].经济地理,2014,01:174-180.
[31]王振邦.基于云计算的校区服务中心建设[D].浙江工业大学,2012.
[32]秦余磊.异质化磁性纳米粒子的可控制备与生物活性研究[D].青岛科技大学,2014.
[33]张云博.高功率激光器石油井下射孔相关技术研究[D].西北大学,光学,2013,硕士.
[34]石茹.我国增值税扩围问题研究[D].郑州大学,财政学,2013,硕士.
[35]郑玮.The Translator’s Cultural Attitude from the Perspective of Cultural Turn of Translation[D].浙江大学,英语语言文学,2004,硕士.
[36]毛剑飞,毛飞飞,张杰,王刚.一种H.264亚像素全搜索的改进算法[J].小型微型计算机系统,2013,04:902-905.
[37]吴轶宏.数字化奶牛场岗位技能培训系统设计开发[D].西北农林科技大学,养殖,2012,硕士.
[38]刘宁,时金芝.生态信息科学与数据资源管理[J].现代情报,2005,03:166-167+170.
[39]鞠欢.主体功能区战略下的湖北省环境保护政策优化研究[D].湖北工业大学,政治学理论,2014,硕士.
[40]秦政.相似放大[J].石油地球物理勘探,1979,02:46-50.
[41]陈静.印度中产阶级研究[D].河北师范大学,世界史,2012,硕士.
[42]陶金沙,李正东,刘福理,李恋卿,张旭辉,潘根兴.添加小麦秸秆生物质炭对猪粪堆肥腐熟程度及温室气体排放的影响[J].土壤通报,2014,05:1233-1240.
[43]来文辉.胆汁酸、β-catenin蛋白及MUC6与胃底腺息肉和增生性息肉关系的研究[D].河北医科大学,内科学,2013,硕士.
[44]王萧,任思聪.非线性系统模糊神经网络变结构自适应控制[J].控制与决策,1997,03:208-212.
[45]王灶深.完善我国国有独资公司公司治理的法律思考—监督机制视角的展开[D].复旦大学,法律,2012,硕士.
[46]周飞,姚修远,吴学智,李友敏.考虑谐振回路损耗的辅助谐振换流极开关损耗分析[J].电工技术学报,2014,08:211-218.
[47]袁冻雷.郑州巩登高速公路BT模式建设项目管理研究[D].郑州大学,建筑与土木工程（专业学位）,2013,硕士.
[48]姜立伟.关于石墨烯电子结构调控的理论探讨[D].吉林大学,2013.
[49]曾稀琪.CPⅢ三角高程测量精度统计分析[D].西南交通大学,大地测量学与测量工程,2014,硕士.
[50]徐臻.三联消石法治疗肝胆管结石的疗效研究[D].青岛大学,中西医结合,2013,硕士.