【毕业学位论文】（Word原稿）长期施肥对稻田温室气体排放影响的田间观测及模拟研究气象学硕士论文

中国农业科学院研究生院硕士学位论文 封面 1 密级 论文编号 中国农业科学院 硕士学位论文 长期施肥对稻田温室气体排放影响的田间观测及模拟研究 of HG 中国农业科学院研究生院硕士学位论文 独创性声明和版权授权书 1 he of HG 中国农业科学院研究生院硕士学位论文 中文摘要 1 中文 摘要 为了解长期施肥对稻田温室气体排放及碳循环的影响，并进一步验证 型在双季稻作区的 应用的可行性 ， 2004年，在湖南省望城县黄金乡肥料长期定位站，针对稻田 过田间观测和模拟研究，对稻田 放规律及型的区 域模拟进行了初步研究，得出主要结论如下： 1. 稻田是 重要排放源，二者排放通量的季节变化规律有所不同。早稻 田后排放较少，晚稻 放集中在晒田之前的一个月，晒田后排放较少。早稻 放集中在晒田期间，晒田前和晒田后排放较少，晚稻 放集中在晒田之后，晒田前排放较少。 按照 生育期 排放量， 水稻分蘖期 是 稻田 2O 排放 较高的时期 。 2. 长期施肥影响下， 各处理 放通量的顺序是： 草 粪 对照 稻各处理 放通量的顺序是： K+猪粪 草 对照，晚稻各处理 放通量 大小依次为： 草 K+猪粪 对照 。 不考虑其它因素，单从减排稻田 3. 10温对 放 影响最大。 在 15 30的温度范围内，稻田 10温 显著相关。 在 15 30的温度范围内，晚稻晒田之后 放和温度变化具有显著的相关关系。 4. 在 土壤 围内，稻田 放随着 升高而增加，两者呈显著的正相关关系。 在 土壤 围内，晚稻晒田之前 放与土壤 正相关关系 。 5. 稻田土壤有机碳含量与 放 不具备 显著 的 相关性， 在长期施肥的影响下，有机碳含量对 有机肥处理土壤有机碳含量较高， 放也较高，化肥和对照处理土壤有机碳含量较低， 6. 水稻田 2O 排放具有交互效应， 受 稻田水分状况 的影响 ，淹水期是 放低谷期；而落干期 则 是 放高峰期 和 7. 型能 应用于双季稻作区的 放通量、 稻田土壤有机碳 、田间温度和水稻产 量的模拟， 但 对 放 通量 的 模拟 还需加强和改进 。 关键词 ： 长期施肥 ， 稻田 ， 影响因子， 型中国农业科学院研究生院硕士学位论文 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 国农业科学院研究生院硕士学位论文 目录 3 目 录 中文摘要 . 1 . 2 目 录 . 3 第一章 文献综述 . 1 气中甲烷的作用、浓度变化和源汇 . 1 气中甲烷的化学作用 . 2 气中甲烷的浓度变化 . 2 气中甲烷的主要源汇 . 2 田甲烷排放及影响因素研究进展 . 4 田甲烷产生、氧化及传输机理 . 4 田甲烷的排放规律 . 5 响稻田甲烷排放的因素 . 5 气中氧化亚氮的作用、浓度变化和源汇 . 7 气中氧化亚氮的化学作用 . 7 气中氧化亚氮的浓度变化 . 7 气中氧化亚氮的主要源汇 . 7 田氧化亚氮排放及影响因素研究进展 . 9 田土壤中氧化亚氮的产生及排放 . 9 响稻田氧化亚氮排放的因素 . 9 田温室气体和碳氮循环模型的应用 . 11 研究的目标与主要内容 . 13 试验的研究目标 . 13 试验研究的主要内容 . 13 第二章 材料与方法 . 14 言 . 14 究地点概况 . 14 同施肥处理 . 15 室气体田间排放通量和土壤特性的观测 . 16 间排放通量手动观测系统 . 16 壤理化特性的获得 . 17 壤温度数据的获得 . 17 动测量中采样时间的选择 . 17 型的模拟验证 . 18 第三章 长期施肥稻田温室气体排放季节变化规律 . 19 中国农业科学院研究生院硕士学位论文 目录 4 言 . 19 同施肥条件下稻田甲烷排放通量季节变化规律 . 19 同施肥条件下稻田氧化亚氮排放通量季节变化规律 . 21 田甲烷和氧化亚氮排放的交互性规律 . 23 章小结 . 25 第四章 影响长期施肥稻田温室气体排放的因素 . 26 言 . 26 肥对稻田甲烷和氧化亚氮排放的影响 . 26 肥对稻田甲烷排放的影响 . 26 肥对稻田氧化亚氮排放的影响 . 28 肥影响下稻田甲烷和氧化亚氮综合温室效应分析 . 29 度对稻田甲烷和氧化亚氮排放的影响 . 30 度对稻田甲烷排放的影响 . 30 度对稻田氧化亚氮排放的影响 . 34 壤 对稻田甲烷和氧化亚氮排放的影响 . 36 壤 对稻田甲烷排放的影响 . 36 壤 对稻田氧化亚氮排放的影响 . 37 壤有机碳含量对稻田甲烷排放的影响 . 38 分管理对稻田温室气体排放的影响 . 39 章小结 . 40 第五章 型的验证 . 42 言 . 42 稻产量的模拟及与实测资料的对比分析 . 42 田土壤有机碳的模拟 . 44 温和土壤温度的模拟 . 45 室气体排放通量的模拟 . 46 化亚氮排放通量模拟及与实测值对比分析 . 46 烷排放通量的模拟值与实测值对比分析 . 47 章小结 . 48 第六章 总结和展望 . 49 文的主要结论 . 49 究中存在的问题以及今后的展望 . 50 参考文献 . 51 致 谢 . 56 作者简历 . 57 图表目录 图 1过冰核和大气分析得到的过去 1000 年大气 度变化趋势（ 2001b） . 2 中国农业科学院研究生院硕士学位论文 目录 5 图 1田土壤 产生、氧化和传输示意图（据 et ,1989） . 4 图 1据冰芯和大气取样得到的过去 1000 年间大气 度的变化（ 2001d） . 8 图 2室气体排放通量手动采样箱示意图 . 16 图 3同施肥处理早稻 放通量季节变化 . 20 图 3同施肥处理晚稻 放通量季节变化 . 20 图 3同施肥处理早稻 放通量季节变化 . 22 图 3同施肥处理晚稻 放通量季节变化 . 22 图 3稻 放通量季节变化 . 24 图 3稻田 放通量季节变化（ A 晒田前， B 晒田后） . 25 图 4温对早稻 放季节变化的影响（晒田前） . 31 图 4温对晚稻 放季节变化的影响（晒田后） . 32 图 4 表浅层温度与早稻 放季节变化的关系（晒田前） . 32 图 4温与晚稻 放季节变化的关系（晒田后） . 33 图 40温与晚稻 放季节变化的关系 . 33 图 4田 放通量与 10温的关系 . 34 图 4温与晚稻 放季节变化的关系（晒田后） . 35 图 4表浅层温度与晚稻 放季节变化的关系（晒田后） . 35 图 4壤 与晚稻 放季节变化的关系 . 36 图 4壤 与晚稻 放季节变化的拟合图 . 37 图 4壤 与晚稻 放季节变化的关系 . 38 图 4004 年 量与稻田 放通量的关系 . 39 图 4田 放通量季节变化 . 40 图 5981水稻产量实测值和模拟值对比： A 对照， B C 粪， D 草 43 图 5981稻田 测值和模拟值对比： A 对照， B C 粪， D 草 45 图 5照处理早晚稻全生育期温度模拟值与实测值对比： A 气温， B 5温 . 46 图 5P+稻草处理 放实测值与模拟值对比 . 47 图 5P+稻草处理 放实测值与模拟值对比 . 48 表格目录 表 1球 汇估算（ a 据王明星等， 2000） . 3 表 1同数据来源的全球 汇状况（单位： 2001d） . 8 表 2稻和晚稻常规农田管理 . 14 表 2004 年水稻生育期概况 . 15 表 2004 年不同施肥处理设计（单位： kg . 15 表 2相色谱运行参数 . 17 表 2型的数据输入项目 . 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同施肥处理下稻田全生育期 放通量和产量 . 27 表 4稻不同施肥处理间 放方差分析的结果 . 27 表 4稻不同施肥处理间 放方差分析的结果 . 27 表 4同施肥处理下稻田全生育期 放通量和产量 . 29 中国农业科学院研究生院硕士学位论文 目录 6 表 4稻不同施肥处理间 放方差分析的结果 . 29 表 4稻不同施肥处理间 放方差分析的结果 . 29 表 4处理 节排放总量和转化为 的比较（ . 30 表 4度对 放通量的作用关系 分析 . 34 表 4度对 放通量的作用关系分析 . 35 表 4期施肥对土壤有机碳含量的影响（ g/ . 38 中国农业科学院研究生院硕士学位论文 第一章 文献综述 1 第一章 文献综述 自从 20 世纪 50 年代以来，关于温室气体浓度变化所 引起的全球气候变化问题开始得到了普遍关注。大量的观测事实表明：由于人类活动的影响，大气中许多温室效应气体的浓度已发生了全球尺度的变化。 从 1750 年到 2000 年， 80加到 368加到 度从 270加到 3162001） 。 与此相对应，地球表面的年平均温度在一个多世纪以来也上升了约 1990）。政府间气候变化专业委员会（ 三次评估报告指出：在 1990，全球 气温升高 很有可能 在 间（ 2001）。毋庸置疑，人类活动所引起的温室效应在不断加强，由此导致的气候系统对人类生存所造成的威胁不容忽视，各种主要温室气体排放机理和影响因素的研究亟待加强。 稻田是最主要的 来源于稻田的 2%左右 （ 992） ， 根据最新资料估计 ， 全球稻田 0 Tg/a（ 20 40 Tg/a） （王明星，2001） ，占 球人为排放量的 20%（ et 1997； et 1998； et 1999； et 2004）。 稻田同样是 重要排放源， 研究表明 （ 1992） ，大气中增加的 90%来自于地表生物源 ， 全球由于化肥施用而从农田排放的 3 Tg/a， 约占全球生物源排放 1% 46%。 因此 施肥 稻田 生与排放的研究受到各国科学家的重视 。 中国是世界水稻种植大国， 水稻种植面积和产量分别占世界水稻面积和产量的 22%和 38%（王明星等， 1998） 。 我国在水稻田施肥方面以 有机肥无机肥 配施 为主，用水制度以间歇灌溉为特征，因此在常规灌溉条件下，研究施肥措施对稻田温室气体排放的影响 十分必要，而研究长期施肥对稻田经济效益和环境效应的综合影响，更是意义重大。 气中甲烷的作用、浓度变化和源汇 大气中甲烷（ 一种化学 性质活泼的 气体，参与许多重要的大气化学过程，同时它又是一种红外辐射活性气体，有很强的红外吸收带，是一种重要的温室效应气体，当前 大气中的驻留时间也很长，其 100 年的 增 温潜势为二氧化碳（ 23 倍 （ 2001c） ，对全球温室效应的贡献达 20%（ 001b）。尽管近年来 增长幅度已到了值得重视的地步，大气成分中的 化已成为当前全球气候变化研究中的重要组成部分。 稻田是最主要的 为 排放源之一，水稻田 放量是 球人为排放 源 的 20%（ et 1997； et 1998;et 1999）。 研究大气与 程机理和影响因素，有助于我们对 体源汇状况的进一步了解，从而为减少稻田 中国农业科学院研究生院硕士学位论文 第一章 文献综述 2 气 中 甲烷 的 化学作用 大气中 它仍然能对大气中的化学过程起很重要的作用。 大气中的化学性质主要是通过它在大气中的氧化过程引起的，即通过氧化反应耗损反应物，生成新的化学活性物质等影响大气的化学状态。 大气中最主要的 H 根自由基，它是大气中光化学的重要自由基，是大气中许多溶解性差的气体如 的清除剂（ et 1988）， ： H （ 1 以此反应为基础， 化的结果还会影响到大气中水汽、 的浓度。 气 中 甲烷 的浓度变化 在工业革命前大气 度一直保持在 0.8 业革命后，大气 浓度迅速增加，到 20 世纪 70 年代达到了 1.6 右，到 1998