江汉平原涝渍地不同种植模式对温室气体排放及土壤质量影响的研究

发布时间：2017-10-06 21:37

  本文关键词：江汉平原涝渍地不同种植模式对温室气体排放及土壤质量影响的研究

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【摘要】：温室气体排放是导致全球变暖的重要原因,其中有很大一部分温室气体来源于农田生态系统。稻田排灌进程、干湿交替活动、施肥管理、覆盖类型改变等因素都能促使田间温室气体排放特性产生变化。江汉平原地区长期遭受不同程度涝渍灾害困扰,本文针对三种涝渍水平,提出相关避灾减灾的新型种植模式,着重探讨种植模式调整对该地区生态系统的影响。本研究在长江大学农学院研究基地设置试验小区,以一般渍害、一般涝害和严重涝害稻田为研究对象,依次设置“西瓜I玉米”套作,“稻虾”共作和“意苡”单作模式,分别与同条件下的中稻单作模式进行比较。采用静态箱-气相色谱法对夏季田间CH4和N20排放进行长期连续的原位监测,基于实测值估算了稻季不同模式的温室气体排放总量,并对其温室效应做出了综合评估。探讨了影响因子与温室气体排放通量的关系,运用主成分分析法,构建并论证了江汉平原地区夏季农田在不同涝渍水平下温室气体排放特征的经验模型。此外,研究了不同时间尺度稻虾复合种养模式对耕层土壤健康状况的影响。取得的主要结论有：(1)于2014年和2015年分别研究设计了旱田、水田、旱改水3种土地利用方式下稻季田间甲烷(CH4)排放监测试验。结果表明,温度和水分是不同土地利用方式下稻季CH4排放差异的主要影响因素,土壤硝态氮含量和pH对CH4排放具有重要影响。不同土地利用方式下稻季CH4排放差异主要集中于作物生长前期。水稻有效分蘖末期至成熟期CH4累积排放量仅占全生育期排放总量的9.5%-54%。水田利用方式下稻季CH4的平均排放速率和季节排放总量均显著高于旱田和旱改水,旱田和旱改水利用方式下差异不显著；2014年度水稻生长季不同土地利用方式下土壤排放的CH4总量均表现为水田(120.7kg·hm-2)旱改水(13.1 k·hm-2)旱田(1.56 kg·hm-2),2015年度各处理的表现与2014年度相似,具体为水田(156kg·hm-2)旱改水(22kg·-hm-2)旱田(17kg·-hm-2)。研究表明,长期旱改水利用方式下土壤CH4排放特性有待进一步探讨。(2)不同种植模式下夏季农田C02排放通量均呈现先升高后降低的变化趋势,CH4排放峰值主要出现在作物生育前期,水稻移栽至有效分蘖末期CH4累积排放量占全生育期排放总量的40.5%～62.3%,而N20在水稻烤田期和成熟期均有明显排放。不同涝渍条件下种植模式的改变对稻季田间温室气体的排放有显著影响,与传统中稻单作模式相比,西瓜I玉米套作、稻虾混作和薏苡单作均显著降低田间CO2和CH4的季节排放总量；此外,稻虾混作和薏苡单作显著提高N20排放总量,而西瓜|玉米降低N2O排放量,但差异不显著。三种涝渍水平下,新型种植模式的综合增温潜势均显著低于同条件下的传统模式,西瓜I玉米套作、稻虾混作和薏苡单作模式夏季排放的CO2、CH4和N20产生的增温潜势分别为中稻单作的18.97%、57.96%和41.38%。改变传统作物布局有利于降低江汉平原地区水稻生长季的温室效应。(3)基于对三种涝渍条件下季温室气体排放的影响因子的主成分分析,分别构建了夏季农田C02.CH4和N2O通量的经验方程。其拟合均值及通量值均与实测值有显著的相关关系。通过实测值与模拟值的比较分析发现,经验模型基本体现了该地区涝渍地C02.CH4N2O通量的季节变化趋势。(4)以潜江市浩口镇典型稻虾复合生态系统为研究对象,分析了不同时间尺度稻虾模式对耕层土壤质量的影响。结果表明：短期(RS1)和中期(RS2)稻虾模式可明显改善土壤结构,提高土壤营养物质含量,增强土壤酶活性,同时提高土壤微生物量碳、氮含量。而长期(RS3)稻虾模式下土壤各理化指标及生物性状均有所下降。土壤生物特征与土壤养分因子的相关分析表明,蔗糖酶活性与有机质含量呈显著正相关、与速效钾和全氮呈极显著正相关;土壤SMB-C除与有机质呈显著正相关外,与全钾呈极显著正相关；脲酶活性、中性磷酸酶活性和SMB.N与土壤各养分含量都有较高的相关系数,其中与碱解氮、速效钾、全氮和有机质的相关水平达显著水平。此外,中性磷酸酶活性与土壤全钾含量的关系也达到显著相关水平；而土壤过氧化氢酶活性与其他因子的相关性不明显。
【关键词】：土地利用方式 温室气体 江汉平原 涝渍 稻虾模式 土壤质量
【学位授予单位】：长江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S181
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 研究背景与研究意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-17
• 1.2.1 温室气体排放通量的研究方法12-13
• 1.2.2 农田土壤温室气体产生机制13-14
• 1.2.3 农田土壤温室气体排放的影响因素14-17
• 1.3 主要研究成果及创新点17-18
• 第二章 研究方法及样品采集18-21
• 2.1 研究区概况18
• 2.1.1 自然地理环境概况18
• 2.1.2 试验小区管理18
• 2.2 研究思路及技术路线18-20
• 2.2.1 研究思路18-19
• 2.2.2 研究内容及方法19
• 2.2.3 研究技术路线19-20
• 2.3 样品采集与分析20-21
• 2.3.1 气样采集与分析20
• 2.3.2 其他因子采集与分析20
• 2.3.3 试验数据处理20-21
• 第三章 江汉平原不同土地利用方式下稻季甲烷排放研究21-26
• 3.1 结果与分析21-24
• 3.1.1 不同土地利用方式下夏季田间CH4排放特征21-22
• 3.1.2 不同土地利用方式对夏季农田CH4累积排放量的影响22-23
• 3.1.3 影响农田温室气体排放主要指标的因子分析23-24
• 3.2 小结24-26
• 第四章 江汉平原涝渍地不同种植模式下的温室气体排放特征26-33
• 4.1 不同种植模式下田间温室气体的时间变化特征26-28
• 4.1.1 不同模式下田间CO2的季节排放特征26
• 4.1.2 不同模式下田间CH4的季节排放特征26-27
• 4.1.3 不同模式下田间N2O的季节排放特征27-28
• 4.2 种植模式转变对土壤温室气体累积排放量的影响28-33
• 4.2.1 不同种植模式对夏季农田CO2累积排放量的影响28-29
• 4.2.2 不同种植模式对夏季农田CH4累积排放量的影响29-30
• 4.2.3 不同种植模式对夏季农田N2O累积排放量的影响30-31
• 4.2.4 不同种植模式下温室气体排放总量及其综合增温效应31-33
• 第五章 温室气体排放的经验模型构建33-41
• 5.1 不同涝渍水平下温室气体排放的经验模型33-38
• 5.1.1 一般渍害条件下温室气体排放通量模型构建33-35
• 5.1.2 一般涝害条件下温室气体排放速率模型构建35-36
• 5.1.3 严重涝害条件下温室气体排放通量模型建立36-38
• 5.2 模型模拟效果检验38-40
• 5.2.1 经验模型模拟效果分析38
• 5.2.2 温室气体实测值与模拟值相关关系38-40
• 5.3 小结40-41
• 第六章 不同时间尺度稻虾复合种养模式对土壤质量的影响41-48
• 6.1 材料与方法41-42
• 6.1.1 试验区概况41
• 6.1.2 试验设计41
• 6.1.3 土样采集与分析41-42
• 6.2 结果与分析42-46
• 6.2.1 稻虾复合种养模式对土壤物理性状的影响42-43
• 6.2.2 稻虾复合种养模式对土壤农化指标的影响43-44
• 6.2.3 稻虾复合种养模式对土壤生物因子的影响44-45
• 6.2.4 土壤生物因子和土壤理化性质的相关性45-46
• 6.3 小结46-48
• 第七章 结论与展望48-50
• 7.1 主要结论48-49
• 7.2 研究展望49-50
• 参考文献50-57
• 致谢57-58
• 个人简介58-59

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本文编号：985185