不同覆盖措施下农田温室气体排放特征及未来气候响应

发布时间：2022-01-05 09:52

　　全球人为温室气体（CO₂、CH₄和N₂O）排放量的持续上升,“极有可能”是导致一半以上全球气候变暖的主要原因。我国黄土高原地区生态环境脆弱,气候干旱缺水,使得该地区农业生产受全球气候变化的极大影响。因此,为了满足日益增长的粮食需求,秸秆覆盖和地膜覆盖等地表覆盖措施已被广泛应用于我国黄土高原地区。然而,秸秆覆盖和地膜覆盖对土壤温室气体排放的影响目前研究较少,且仅有的研究都缺乏长期性。因此,在未来气候变化背景下,探究在保障作物产量的同时能够实现固碳减排的地表覆盖措施,对实现该地区粮食生产的高产高效和可持续发展有重要意义。本研究于2013-2016年在黄土高原南部陕西杨凌地区设置不同地表覆盖处理的大田试验,探究不同地表覆盖措施对土壤水热状况、冬小麦和夏玉米产量以及土壤温室气体排放的影响。在校准并验证DNDC模型的前提下,利用试验地未来气候变化数据,预测未来不同气候变化情景下的作物产量和土壤N₂O排放通量的长期变化趋势,探讨既能保证冬小麦-夏玉米种植系统作物产量又能实现固碳减排的最优地表覆盖措施。本研究所得... 

【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：博士

【部分图文】：

不同观测数据下的CO2（a）、CH4（f（b，d和f）（PacFig.1-1Multiplesetsofobservedatmosphergrowthrates(b,dand

冷害和霜冻等的不利影响，进而增加该地区的粮食产量（Tsvetsinskayaetal.2003；Taoetal.2008）。而在干旱半干旱地区，温度升高将加快作物生长发育进程，缩短其生育期，作物进行光合作用积累干物质的时间将减少，致使作物减产（张宇等2000；熊伟2004；赵鸿等2007）。政府间气候变化专门委员会（IntergovernmentalPanelonClimateChange，IPCC）预计，如果不考虑作物适应高温胁迫，当局部地区温度比工业革命前上升1oC时，小麦、水稻、玉米等主要作物的作物产量都将受到负面影响，并且这种负面影响可能会随着时间推移而逐步加深（图1-2）；未来温度的变化还可能改变病虫害的地理分布状况，提高其越冬率和夏季存活率，病害和虫害将对主要作物造成分别约16%和18%的减产（Fieldetal.2014）。图1-2作物产量的未来变化预估（Fieldetal.2014）Fig.1-2Projectedchangesincropyieldasafunctionoftime(Fieldetal.2014)1.2.1.2降水变化对作物产量的影响降水对农作物的生长发育有十分重要的影响，尤其是在以天然降水为主要水源的干旱和半干旱地区，判定气候变化对作物产量的影响，降水变化可能比温度变化更为关键（Fieldetal.2014）。叶片是植物光合作用和蒸腾作用的主要器官，对水分变化十分敏感（Bray1997；Chavesetal.2003），当外界环境条件发生变化时，植物将调整叶片形态以

粑?⑼寥牢⑸?锖粑?约巴寥乐泻?嘉镏实幕?а趸?作用；而其呼吸强度则主要由土壤中微生物类群的数量及其活性、土壤动植物的呼吸作用速率以及土壤中有机质的数量及其矿化作用速率等决定。因此，土壤CO2排放是土壤中各类生物代谢和生物化学过程等的综合产物，通常可将通气状况良好的土壤中的CO2浓度升高至3000mgm-3，大约为大气中CO2浓度的10-50倍（李增全2016）；在浓度梯度的驱动下，土壤中的这部分CO2便通过扩散作用释放到空气中，同时土壤碳库将损失这一部分碳。此时，若采集这块土壤的气体排放，即可检测到CO2排放。图1-3大气-植物-土壤界面CO2的交换过程Fig.1-3CO2exchangesamongair,plantandsoil然而，在这个农田生态系统的源汇过程中，土壤有机碳库的作用仍是一个未解之谜（李长生2016）。全球土壤碳库的储量为2.5×1018gC，分别为大气碳库和生物碳库的3.3和4.5倍（Lal2008）。换言之，土壤碳库比全球大气碳库和生物碳库的总量还多，约占全球陆地总碳量的2/3-3/4。因此，土壤碳库对全球碳循环有举足轻重的作用，其微小变化可以对大气中的CO2浓度产生巨大变化，进而对全球气候产生显著影响。土壤碳库主要由种类繁多的有机碳和无机碳构成，且有机碳约占其中的62%，环境条件如温度、湿度、pH、Eh（氧化还原电位，oxidation-reductionpotential）等对土壤碳库的变化有重要影响。此外，农田生态系统中的农作物生长发育状况也显著影响着农田CO2排放。作

【参考文献】：
期刊论文
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[4]不同覆盖材料和方式对旱地春小麦产量及土壤水温环境的影响[J]. 程宏波,牛建彪,柴守玺,常磊,杨长刚.  草业学报. 2016(02)
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博士论文
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[4]秸秆生物质炭对农田温室气体排放及作物生产力的效应研究[D]. 张阿凤.南京农业大学 2012
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硕士论文
[1]地膜覆盖对稻—油轮作农田温室气体排放的影响研究[D]. 李增全.西南大学 2016
[2]基于DNDC模型模拟沟垄覆膜种植对土壤水热及冬小麦产量的影响[D]. 刘宁.西北农林科技大学 2016
[3]覆膜与施氮对旱作春玉米农田温室气体排放的影响[D]. 李晓莎.西北农林科技大学 2016
[4]黄土旱塬区减氮条件下氮素利用及温室气体排放特征[D]. 吴得峰.西北农林科技大学 2016
[5]半干旱黄土区地膜覆盖对玉米生长及土壤生态环境的影响[D]. 孔猛.兰州大学 2016
[6]气候变化对关中地区冬小麦耗水和产量的影响及适应策略[D]. 张延.西北农林科技大学 2015
[7]不同覆膜方式对土壤水热和冬小麦—夏玉米生长的影响[D]. 曹寒.西北农林科技大学 2015
[8]黄土旱塬旱作玉米农田不同栽培模式温室气体排放特征及影响因素[D]. 阎佩云.西北农林科技大学 2013
[9]不同土地利用方式下土壤CO2排放通量的动态特征及影响因素研究[D]. 韩源.吉林大学 2012
[10]气候变化条件下黄河三角洲水资源时空演变特征研究[D]. 刘长坤.南京信息工程大学 2012



本文编号：3570136