温度和CO_2浓度升高对稻麦轮作系统CH_4和N_2O排放的影响：T-FACE平台观测研究

【摘要】温室气体能够引起全球变暖和臭氧层破坏。近年来,CO2、CH4和N2O作为最主要的温室气体越来越受到各国科学家的关注,其中农田生态系统排放大量温室气体。本研究依托同步模拟自由大气CO2浓度升高和温度升高的T-FACE观测研究平台,以我国太湖地区典型的稻麦轮作生态系统为研究对象,采用静态暗箱-气相色谱法原位观测稻田CH4和N2O的排放通量,了解CO2浓度、温度升高及其交互作用对该系统CH4和N2O排放的影响。田间试验包括一个稻麦轮作周期,2011年在T-FACE试验田中进行,模拟自由大气CO2浓度和温度升高(大气C02浓度升高,C；温度升高,T；两者交互处理,CT)对稻田CH4和N2O排放的影响。主要研究结果如下：1.温度和CO2浓度升高均显著增加水稻生长季CH4排放,且促进效应C>CT>T.水稻植株参与下稻田CH4排放高于无植株参与条件,对应的本地自由大气处理(CK)稻田CH4季节平均排放通量分别为1.88和1.08mg·m-2·h-1。水稻植株参与条件下C、CT和T处理的CH4季节平均排放通量分别为6.99、3.87和2.99mg·m-2·h-1;无植株参与条件下各处理的CH4季节平均排放通量分别为4.50、2.61和1.94mg·m-2·h-1。有无水稻植株参与下,较CK处理,C、CT和T处理下的CH4累计排放量分别增加了273%、106%、59%和317%、142%、79%(P<0.05)。2.从整个水稻生长季的N2O排放强度来看,水稻植株参与下N2O排放高于无植株参与条件,对应的本地自由大气处理(CK)稻田N2O季节平均排放通量分别为207.21和135.51mg·m-2·h-1水稻植株参与下N2O排放增加53%。水稻植株参与下C、CT和T处理的N2O季节平均排放通量分别为331.10、266.06和193.87mg·m-2·h-1;无水稻参与条件下各处理的N2O季节平均排放通量分别为236.11、199.41和151.78mg·m-2·h-1。水稻植株参与下,C和CT处理下的稻田N2O累计排放量显著增加了62%和29%,T处理下却减少了7%,且T处理与CK处理没有显著差异；无水稻植株参与下,C、CT和T处理的N2O累计排放量分别增加了74%、45%和11%(P<0.05)。3.从整个小麦生长季的N2O排放强度来看,自由大气C02浓度和温度升高能够显著增加N2O季节排放(P<0.05),且尤以CO2浓度升高的增加效应最为显著。有无小麦植株参与下,相对于CK处理,C、CT和T处理下的N2O累计排放量分别增加了26%、5%、1%和24%、11%、6%。小麦植株参与条件下C、CT和T处理的N20季节平均排放通量分别为406.12、337.94和325.66μg·m-2·h-1;无小麦植株参与条件下各处理的N2O季节平均排放通量分别为376.20、335.89和332.33μg·m-2·h-1冬小麦植株参与下,N2O排放总量由10.08kgha-1提高到10.71kgha-1。4.稻麦轮作系统的温室气体(CH4和N2O)排放与作物因子密切相关,温度和CO2浓度升高显著增加了水稻的生物量,相对于CK而言,C、T和CT处理导致水稻的生物量分别增加了24%、7%和16%。水稻植株参与下CH4和N2O排放高于无水稻参与条件,无论有、无水稻植株参与,稻田CH4和N2O排放量与水稻生物量具有显著的线性相关关系。小麦生长季几乎没有CH4的排放,小麦植株参与增加N20排放。水稻植株参与增加N2O排放53%,小麦植株参与增加N2O排放6%。对于水稻和小麦单个生长季,植株参与下CH4和N2O排放的GWP值分别比无植株参与提高了62%(P<0.05)和6%(P=0.07)。对于整个稻麦轮作周期而言,植株参与下CH4和N2O排放的GWP值比无植株参与提高了28%(P<0.05)。全文结论：1.自由大气CO2浓度和温度升高能够显著增加稻田CH4排放,且尤以CO2浓度升高的增加效应最为显著,小麦生长季几乎没有cH4排放。2.除了水稻植株参与下T处理减少稻田N2O排放,其他处理都增加稻田N2O排放,且自由大气CO2浓度和温度升高各处理都能够显著增加小麦生长季N2O排放。3.稻麦轮作系统的温室气体(CH4和N2O)排放与作物因子密切相关,水稻植株参与条件下CH4和N2O排放高于无植株参与条件,稻田CH4、N2O排放量与水稻生物量具有显著的线性相关。水稻和小麦植株参与下N2O排放增加,且水稻植株参与下N2O排放增加比率高于小麦植株。对于整个稻麦轮作周期而言,植株参与可以提高CH4和N2O排放的GWP值。
【作者】周超；
【导师】邹建文；
【作者基本信息】南京农业大学，环境科学，2013，硕士
【关键词】T-FACE；稻麦轮作系统；CH4排放；N2O排放；生物量；

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