论文部分内容阅读
农田生态系统是温室气体排放的重要来源之一,而作物种植方式是影响温室气体排放的一个重要因素。稻-油轮作是我国西南地区农田作物的主要种植制度之一。地膜覆盖因保墒、保温、抑制杂草等作用被广泛应用于农作物的种植,地膜覆盖改变了土壤基本理化性质,必然影响农田温室气体排放。因此,本研究在西南大学农业部重庆紫色土生态环境重点野外科学观测试验站,利用静态箱/气相色谱仪法,对水稻-油菜轮作农田温室气体排放的日变化和季节变化进行为期一年的原位观测,以期揭示地膜覆盖对我国西南地区典型农田生态系统温室气体排放规律的影响及其主要控制因子,求出农田CO2、CH4和N2O排放引起的综合GWP及其排放强度,为探索减少温室气体排放的农田管理措施提供理论依据。经过大量长期的野外观测和室内分析等工作,本研究取得如下主要结果:1、地膜覆盖对温室气体排放通量的影响(1)在日变化上,温室气体日排放表现为,随着气温的变化呈现先升高后降低的单峰型排放,其中CH4日排放通量夏季>冬季(P<0.05),N2O日排放通量冬季>夏季(P<0.05),CO2日净排放通量夏季>冬季(P<0.05)。水稻季(夏季)温室气体日变化在11:00~13:00间具有(净)排放最大值,最小值则出现上午7:00或下午19:00,覆膜处理与常规处理间日平均(净)排放通量无显著差异(P>0.05);油菜季(冬季)温室气体(净)排放日变化最大值出现在13:00~15:00,最小值出现上午7:00,覆膜处理与常规处理间CH4、CO2日平均(净)排放通量差异显著(P<0.05),N2O差异不显著(P>0.05)。(2)在季节变化上,与常规处理相比,水稻季,地膜覆盖提高了CH4和N2O排放通量,其中CH4达到显著差异(P<0.05),降低了CO2净排放通量,但差异不显著(P>0.05);休闲期,地膜覆盖显著提高了CH4和CO2(净)排放通量(P<0.05),但明显降低N2O排放通量(P<0.05);油菜季,两处理间CH4排放通量差异不显著,但地膜覆盖显著提高了N2O排放通量(P<0.05),并显著降低了CO2净排放通量(P<0.05)。2、地膜覆盖对温室气体排放量和平均排放通量的影响(1)覆膜处理全年CH4排放总量为26.85 kg·hm-2,相比常规处理18.58 kg·hm-2高44.51%,达到极显著差异(p<0.01),n2o排放总量为12.31kg·hm-2,相比常规处理9.62kg·hm-2高27.96%,达到显著差异(p<0.05);co2净固定量为24634.49kg·hm-2,极显著低于常规处理36645.31kg·hm-2(p<0.01)。(2)相比常规处理,地膜覆盖水稻季和休闲期ch4排放量显著增加,油菜季则无显著差异;地膜覆盖增加了水稻季和油菜季n2o排放量,且油菜季覆膜与常规间n2o排放量差异显著,但地膜覆盖显著降低了休闲期n2o排放量,并表现为吸收汇;地膜覆盖显著降低了水稻季和油菜季co2净排放量,休闲期内两处理无显著差异。(3)从排放量来看,地膜覆盖增加或减少了作物生长季多数生育期内温室气体(净)排放量,但没有改变温室气体在作物各生育期的分布规律,只是改变了各生育期温室气体排放量占作物全季温室气体排放量的比例。(4)覆膜处理与常规处理温室气体平均排放通量差异与排放量一致,但是作物各生育期温室气体平均排放通量差异显著,表明地膜覆盖显著影响作物各生育期温室气体排放规律。3、地膜覆盖对作物产量、gwp及温室气体排放强度的影响(1)覆膜处理全年作物总产量为10232.49kg·hm-2,比常规处理9561.37kg·hm-2高了7%,没有显著差异(p>0.05)。其中水稻产量9335.36kg·hm-2,相比常规处理8611.07kg·hm-2增产8.41%,达到显著差异(p<0.05);油菜产量897.14kg·hm-2,相比常规处理950.30kg·hm-2减产5.59%,差异不显著(p>0.05)。(2)覆膜处理全年gwp为-20214.16kgco2·hm-2,相当于常规处理-33176.47kgco2·hm-2的60.93%,达到极显著差异(p<0.01)。其中水稻季和油菜季gwp覆膜处理为-6886.37和-8843.01kgco2·hm-2,相比常规处理低了28.62%(p<0.05)和55.15%(p<0.01);休闲期覆膜处理gwp提高了17.64%,为-4484.78kgco2·hm-2,与常规处理-3812.12kgco2·hm-2差异并不显著(p>0.05)。(3)地膜覆盖全年温室气体排放强度为-1.98kgco2·kg产量-1,相比常规处理显著降低了42.94%(p<0.01),在水稻季和油菜季与常规处理分别表现为显著和极显著差异,降低了33.93%(p<0.05)和52.48%(p<0.01),表明覆膜显著降低了农田碳汇功能。4、地膜覆盖对作物碳氮分布的影响(1)植物不同器官中有机碳含量表现为籽粒>根>茎>籽粒壳。地膜覆盖没有改变其分布规律,但降低了植物除根外多数器官中有机碳含量。(2)植物不同器官中总氮含量表现为籽粒>根>籽粒壳>茎。地膜覆盖没有改变其分布规律,但显著增加了籽粒中总氮含量。5、地膜覆盖温室气体排放与环境因子的关系地膜覆盖下水分与CH4、N2O排放通量均呈显著负相关关系,相关系数分别为-0.622、-0.673,气温与CO2净排放通量显著正相关(r=0.426)。同时,地下5cm温度与N2O排放通量显著正相关(r=0.554),DON、MBN与CH4排放通量显著正相关(r=0.570,r=0.533)。表明水分、气温、地下5cm温度、DON、MBN是地膜覆盖温室气体排放的关键影响因子。