中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院碩士學(xué)位論文 封面 1 密級(jí) 論文編號(hào) 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 碩士學(xué)位論文 長(zhǎng)期施肥對(duì)稻田溫室氣體排放影響的田間觀測(cè)及模擬研究 of HG 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院碩士學(xué)位論文 獨(dú)創(chuàng)性聲明和版權(quán)授權(quán)書 1 he of HG 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院碩士學(xué)位論文 中文摘要 1 中文 摘要 為了解長(zhǎng)期施肥對(duì)稻田溫室氣體排放及碳循環(huán)的影響，并進(jìn)一步驗(yàn)證 型在雙季稻作區(qū)的 應(yīng)用的可行性 ， 2004年，在湖南省望城縣黃金鄉(xiāng)肥料長(zhǎng)期定位站，針對(duì)稻田 過田間觀測(cè)和模擬研究，對(duì)稻田 放規(guī)律及型的區(qū) 域模擬進(jìn)行了初步研究，得出主要結(jié)論如下： 1. 稻田是 重要排放源，二者排放通量的季節(jié)變化規(guī)律有所不同。早稻 田后排放較少，晚稻 放集中在曬田之前的一個(gè)月，曬田后排放較少。早稻 放集中在曬田期間，曬田前和曬田后排放較少，晚稻 放集中在曬田之后，曬田前排放較少。 按照 生育期 排放量， 水稻分蘗期 是 稻田 2O 排放 較高的時(shí)期 。 2. 長(zhǎng)期施肥影響下， 各處理 放通量的順序是： 草 糞 對(duì)照 稻各處理 放通量的順序是： K+豬糞 草 對(duì)照，晚稻各處理 放通量 大小依次為： 草 K+豬糞 對(duì)照 。 不考慮其它因素，單從減排稻田 3. 10溫對(duì) 放 影響最大。 在 15 30的溫度范圍內(nèi)，稻田 10溫 顯著相關(guān)。 在 15 30的溫度范圍內(nèi)，晚稻曬田之后 放和溫度變化具有顯著的相關(guān)關(guān)系。 4. 在 土壤 圍內(nèi)，稻田 放隨著 升高而增加，兩者呈顯著的正相關(guān)關(guān)系。 在 土壤 圍內(nèi)，晚稻曬田之前 放與土壤 正相關(guān)關(guān)系 。 5. 稻田土壤有機(jī)碳含量與 放 不具備 顯著 的 相關(guān)性， 在長(zhǎng)期施肥的影響下，有機(jī)碳含量對(duì) 有機(jī)肥處理土壤有機(jī)碳含量較高， 放也較高，化肥和對(duì)照處理土壤有機(jī)碳含量較低， 6. 水稻田 2O 排放具有交互效應(yīng)， 受 稻田水分狀況 的影響 ，淹水期是 放低谷期；而落干期 則 是 放高峰期 和 7. 型能 應(yīng)用于雙季稻作區(qū)的 放通量、 稻田土壤有機(jī)碳 、田間溫度和水稻產(chǎn) 量的模擬， 但 對(duì) 放 通量 的 模擬 還需加強(qiáng)和改進(jìn) 。 關(guān)鍵詞 ： 長(zhǎng)期施肥 ， 稻田 ， 影響因子， 型中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院碩士學(xué)位論文 n to HG in a to H4 2O H4 2O as H4 2O in of 1. is H4 2O. of in is on of 2O is on or of of H4 2O 0 0 2. H4 in NK+K2O in K+PK+K, K+K. of PK is 3. In 5 30 , 0In in 04. In of pH,is a H4 In of is 5. H4 t of H4 is of in 6. H4 2O is H4 is in 2O is is in 2O is in at H4 is 7. 2O of in H4 in is to 國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院碩士學(xué)位論文 目錄 3 目 錄 中文摘要 . 1 . 2 目 錄 . 3 第一章 文獻(xiàn)綜述 . 1 氣中甲烷的作用、濃度變化和源匯 . 1 氣中甲烷的化學(xué)作用 . 2 氣中甲烷的濃度變化 . 2 氣中甲烷的主要源匯 . 2 田甲烷排放及影響因素研究進(jìn)展 . 4 田甲烷產(chǎn)生、氧化及傳輸機(jī)理 . 4 田甲烷的排放規(guī)律 . 5 響稻田甲烷排放的因素 . 5 氣中氧化亞氮的作用、濃度變化和源匯 . 7 氣中氧化亞氮的化學(xué)作用 . 7 氣中氧化亞氮的濃度變化 . 7 氣中氧化亞氮的主要源匯 . 7 田氧化亞氮排放及影響因素研究進(jìn)展 . 9 田土壤中氧化亞氮的產(chǎn)生及排放 . 9 響稻田氧化亞氮排放的因素 . 9 田溫室氣體和碳氮循環(huán)模型的應(yīng)用 . 11 研究的目標(biāo)與主要內(nèi)容 . 13 試驗(yàn)的研究目標(biāo) . 13 試驗(yàn)研究的主要內(nèi)容 . 13 第二章 材料與方法 . 14 言 . 14 究地點(diǎn)概況 . 14 同施肥處理 . 15 室氣體田間排放通量和土壤特性的觀測(cè) . 16 間排放通量手動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng) . 16 壤理化特性的獲得 . 17 壤溫度數(shù)據(jù)的獲得 . 17 動(dòng)測(cè)量中采樣時(shí)間的選擇 . 17 型的模擬驗(yàn)證 . 18 第三章 長(zhǎng)期施肥稻田溫室氣體排放季節(jié)變化規(guī)律 . 19 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院碩士學(xué)位論文 目錄 4 言 . 19 同施肥條件下稻田甲烷排放通量季節(jié)變化規(guī)律 . 19 同施肥條件下稻田氧化亞氮排放通量季節(jié)變化規(guī)律 . 21 田甲烷和氧化亞氮排放的交互性規(guī)律 . 23 章小結(jié) . 25 第四章 影響長(zhǎng)期施肥稻田溫室氣體排放的因素 . 26 言 . 26 肥對(duì)稻田甲烷和氧化亞氮排放的影響 . 26 肥對(duì)稻田甲烷排放的影響 . 26 肥對(duì)稻田氧化亞氮排放的影響 . 28 肥影響下稻田甲烷和氧化亞氮綜合溫室效應(yīng)分析 . 29 度對(duì)稻田甲烷和氧化亞氮排放的影響 . 30 度對(duì)稻田甲烷排放的影響 . 30 度對(duì)稻田氧化亞氮排放的影響 . 34 壤 對(duì)稻田甲烷和氧化亞氮排放的影響 . 36 壤 對(duì)稻田甲烷排放的影響 . 36 壤 對(duì)稻田氧化亞氮排放的影響 . 37 壤有機(jī)碳含量對(duì)稻田甲烷排放的影響 . 38 分管理對(duì)稻田溫室氣體排放的影響 . 39 章小結(jié) . 40 第五章 型的驗(yàn)證 . 42 言 . 42 稻產(chǎn)量的模擬及與實(shí)測(cè)資料的對(duì)比分析 . 42 田土壤有機(jī)碳的模擬 . 44 溫和土壤溫度的模擬 . 45 室氣體排放通量的模擬 . 46 化亞氮排放通量模擬及與實(shí)測(cè)值對(duì)比分析 . 46 烷排放通量的模擬值與實(shí)測(cè)值對(duì)比分析 . 47 章小結(jié) . 48 第六章 總結(jié)和展望 . 49 文的主要結(jié)論 . 49 究中存在的問題以及今后的展望 . 50 參考文獻(xiàn) . 51 致 謝 . 56 作者簡(jiǎn)歷 . 57 圖表目錄 圖 1過冰核和大氣分析得到的過去 1000 年大氣 度變化趨勢(shì)（ 2001b） . 2 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院碩士學(xué)位論文 目錄 5 圖 1田土壤 產(chǎn)生、氧化和傳輸示意圖（據(jù) et ,1989） . 4 圖 1據(jù)冰芯和大氣取樣得到的過去 1000 年間大氣 度的變化（ 2001d） . 8 圖 2室氣體排放通量手動(dòng)采樣箱示意圖 . 16 圖 3同施肥處理早稻 放通量季節(jié)變化 . 20 圖 3同施肥處理晚稻 放通量季節(jié)變化 . 20 圖 3同施肥處理早稻 放通量季節(jié)變化 . 22 圖 3同施肥處理晚稻 放通量季節(jié)變化 . 22 圖 3稻 放通量季節(jié)變化 . 24 圖 3稻田 放通量季節(jié)變化（ A 曬田前， B 曬田后） . 25 圖 4溫對(duì)早稻 放季節(jié)變化的影響（曬田前） . 31 圖 4溫對(duì)晚稻 放季節(jié)變化的影響（曬田后） . 32 圖 4 表淺層溫度與早稻 放季節(jié)變化的關(guān)系（曬田前） . 32 圖 4溫與晚稻 放季節(jié)變化的關(guān)系（曬田后） . 33 圖 40溫與晚稻 放季節(jié)變化的關(guān)系 . 33 圖 4田 放通量與 10溫的關(guān)系 . 34 圖 4溫與晚稻 放季節(jié)變化的關(guān)系（曬田后） . 35 圖 4表淺層溫度與晚稻 放季節(jié)變化的關(guān)系（曬田后） . 35 圖 4壤 與晚稻 放季節(jié)變化的關(guān)系 . 36 圖 4壤 與晚稻 放季節(jié)變化的擬合圖 . 37 圖 4壤 與晚稻 放季節(jié)變化的關(guān)系 . 38 圖 4004 年 量與稻田 放通量的關(guān)系 . 39 圖 4田 放通量季節(jié)變化 . 40 圖 5981水稻產(chǎn)量實(shí)測(cè)值和模擬值對(duì)比： A 對(duì)照， B C 糞， D 草 43 圖 5981稻田 測(cè)值和模擬值對(duì)比： A 對(duì)照， B C 糞， D 草 45 圖 5照處理早晚稻全生育期溫度模擬值與實(shí)測(cè)值對(duì)比： A 氣溫， B 5溫 . 46 圖 5P+稻草處理 放實(shí)測(cè)值與模擬值對(duì)比 . 47 圖 5P+稻草處理 放實(shí)測(cè)值與模擬值對(duì)比 . 48 表格目錄 表 1球 匯估算（ a 據(jù)王明星等， 2000） . 3 表 1同數(shù)據(jù)來源的全球 匯狀況（單位： 2001d） . 8 表 2稻和晚稻常規(guī)農(nóng)田管理 . 14 表 2004 年水稻生育期概況 . 15 表 2004 年不同施肥處理設(shè)計(jì)（單位： kg . 15 表 2相色譜運(yùn)行參數(shù) . 17 表 2型的數(shù)據(jù)輸入項(xiàng)目 . 18 表 3稻各生育期 放量（ mg . 21 表 3稻各生育期 放量（ mg . 21 表 3稻各生育期 放量（ g . 23 表 3稻各生育期 放量（ g . 23 表 4同施肥處理下稻田全生育期 放通量和產(chǎn)量 . 27 表 4稻不同施肥處理間 放方差分析的結(jié)果 . 27 表 4稻不同施肥處理間 放方差分析的結(jié)果 . 27 表 4同施肥處理下稻田全生育期 放通量和產(chǎn)量 . 29 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院碩士學(xué)位論文 目錄 6 表 4稻不同施肥處理間 放方差分析的結(jié)果 . 29 表 4稻不同施肥處理間 放方差分析的結(jié)果 . 29 表 4處理 節(jié)排放總量和轉(zhuǎn)化為 的比較（ . 30 表 4度對(duì) 放通量的作用關(guān)系 分析 . 34 表 4度對(duì) 放通量的作用關(guān)系分析 . 35 表 4期施肥對(duì)土壤有機(jī)碳含量的影響（ g/ . 38 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院碩士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 1 第一章 文獻(xiàn)綜述 自從 20 世紀(jì) 50 年代以來，關(guān)于溫室氣體濃度變化所 引起的全球氣候變化問題開始得到了普遍關(guān)注。大量的觀測(cè)事實(shí)表明：由于人類活動(dòng)的影響，大氣中許多溫室效應(yīng)氣體的濃度已發(fā)生了全球尺度的變化。 從 1750 年到 2000 年， 80加到 368加到 度從 270加到 3162001） 。 與此相對(duì)應(yīng)，地球表面的年平均溫度在一個(gè)多世紀(jì)以來也上升了約 1990）。政府間氣候變化專業(yè)委員會(huì)（ 三次評(píng)估報(bào)告指出：在 1990，全球 氣溫升高 很有可能 在 間（ 2001）。毋庸置疑，人類活動(dòng)所引起的溫室效應(yīng)在不斷加強(qiáng)，由此導(dǎo)致的氣候系統(tǒng)對(duì)人類生存所造成的威脅不容忽視，各種主要溫室氣體排放機(jī)理和影響因素的研究亟待加強(qiáng)。 稻田是最主要的 來源于稻田的 2%左右 （ 992） ， 根據(jù)最新資料估計(jì) ， 全球稻田 0 Tg/a（ 20 40 Tg/a） （王明星，2001） ，占 球人為排放量的 20%（ et 1997； et 1998； et 1999； et 2004）。 稻田同樣是 重要排放源， 研究表明 （ 1992） ，大氣中增加的 90%來自于地表生物源 ， 全球由于化肥施用而從農(nóng)田排放的 3 Tg/a， 約占全球生物源排放 1% 46%。 因此 施肥 稻田 生與排放的研究受到各國(guó)科學(xué)家的重視 。 中國(guó)是世界水稻種植大國(guó)， 水稻種植面積和產(chǎn)量分別占世界水稻面積和產(chǎn)量的 22%和 38%（王明星等， 1998） 。 我國(guó)在水稻田施肥方面以 有機(jī)肥無機(jī)肥 配施 為主，用水制度以間歇灌溉為特征，因此在常規(guī)灌溉條件下，研究施肥措施對(duì)稻田溫室氣體排放的影響 十分必要，而研究長(zhǎng)期施肥對(duì)稻田經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效應(yīng)的綜合影響，更是意義重大。 氣中甲烷的作用、濃度變化和源匯 大氣中甲烷（ 一種化學(xué) 性質(zhì)活潑的 氣體，參與許多重要的大氣化學(xué)過程，同時(shí)它又是一種紅外輻射活性氣體，有很強(qiáng)的紅外吸收帶，是一種重要的溫室效應(yīng)氣體，當(dāng)前 大氣中的駐留時(shí)間也很長(zhǎng)，其 100 年的 增 溫潛勢(shì)為二氧化碳（ 23 倍 （ 2001c） ，對(duì)全球溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)達(dá) 20%（ 001b）。盡管近年來 增長(zhǎng)幅度已到了值得重視的地步，大氣成分中的 化已成為當(dāng)前全球氣候變化研究中的重要組成部分。 稻田是最主要的 為 排放源之一，水稻田 放量是 球人為排放 源 的 20%（ et 1997； et 1998;et 1999）。 研究大氣與 程機(jī)理和影響因素，有助于我們對(duì) 體源匯狀況的進(jìn)一步了解，從而為減少稻田 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院碩士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 2 氣 中 甲烷 的 化學(xué)作用 大氣中 它仍然能對(duì)大氣中的化學(xué)過程起很重要的作用。 大氣中的化學(xué)性質(zhì)主要是通過它在大氣中的氧化過程引起的，即通過氧化反應(yīng)耗損反應(yīng)物，生成新的化學(xué)活性物質(zhì)等影響大氣的化學(xué)狀態(tài)。 大氣中最主要的 H 根自由基，它是大氣中光化學(xué)的重要自由基，是大氣中許多溶解性差的氣體如 的清除劑（ et 1988）， ： H （ 1 以此反應(yīng)為基礎(chǔ)， 化的結(jié)果還會(huì)影響到大氣中水汽、 的濃度。 氣 中 甲烷 的濃度變化 在工業(yè)革命前大氣 度一直保持在 0.8 業(yè)革命后，大氣 濃度迅速增加，到 20 世紀(jì) 70 年代達(dá)到了 1.6 右，到 1998