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农田土壤是大气中CH4和N2O的重要来源。中国作为农业大国,水旱轮作是典型的农田利用方式,水旱轮作系统对大气中CH4和N2O的贡献举足轻重,不可忽视。本文通过大田试验观测,系统研究了农业技术措施(水分管理、有机质施用及播种密度)和气象条件(温度和降水)对稻麦轮作系统下农田CH4和N2O排放的影响。同时辅以室内培养实验以探讨土壤特性在水分和小麦秸杆两因子两水平处理下对CH4和N2O排放的影响。本文的主要目的是试图阐明影响稻麦轮作系统CH4和N2O排放的主要因素,为提出合理的减排措施提供科学依据。 大田试验于1999.6~2000.10在南京近郊江宁区秣陵镇金村农场实施。1999年和2000年水稻生长季研究了常规灌溉和连续淹水条件下有机质(小麦秸杆)不同投放量(0、2.25、4.5t/ha)对CH4和N2O排放的影响以及水稻生长与CH4排放的关系;1999/2000年小麦生长季研究了不同播种量(0、90、180和270kg/ha)对N2O排放的影响。同时探讨了温度和降水对稻麦轮作系统下CH4和N2O排放季节性波动的影响规律。测定项目包括CH4和N2O排放量、灌溉水层深度和Eh(水稻)、土壤温度、水稻冠层高度和地上部分生物量等,同期气象数据由当地气象站提供。 研究结果表明:在两种水分管理下,CH4的累积排放量均与水稻的冠层高度及地上部分生物量呈显著正相关(p<0.001)。连续淹水条件下,无论有无外源有机质投放,稻田CH4排放的季节性变化均与土壤温度呈指数正相关(p<0.001),而N2O排放的季节性变化则取决于土壤水分条件。在连续淹水条件下,小麦秸杆施用大大增加稻田CH4的排放,其排放数量基本与秸杆施用量成正比,秸杆施用对CH4排放的贡献主要在水稻生长的分蘖期。然而,秸杆施用减少N2O的排放,N2O的排放量在施用2.25t/ha小麦秸杆与对照之间无明显差异,但施用4.5t/ha秸杆却大大抑制了N2O的排放,其排放量仅为对照或施用2.25t/ha秸杆处理下的13%左右。常规水分管理下,烤田大大减少CH4的排放,同时也明显增加N2O的排放。综合考虑水稻生长季CH4和N2O排放的全球增温潜势(GWP),则在无外源有机质投放及短时间尺度(20年)下,烤田是减少CH4排放的有效措施之一。但从长时间尺度来看(500年),烤田增加的N2O排放对温室效应的影响不容忽视。但如果增加有机质的投放量(如按4.5t/ha比例秸杆还田),无论从短时间还是长时间尺度考虑,烤田乃是减少稻田 CH4和 NZO综合温室效应的一种有效措施。 在相同的气象条件和田间管理下,小麦播种-越冬阶段的NZO排放不受播种量的影响,返青-成熟阶段的NZO排放通量与播种量成正比,裸地条件下的民O排放与播种量为 90kg/ha下的排放无明显差异。造成返青-成熟阶段生长季内NZO排放季节性波动的主要原因是降水,该阶段的NZO排放通量随观狈日前6d的加权平均降水量呈指数增加(p<0.01)。 通过对8个稻田上壤的培养实验,结果表明:施加有机质处理明显促进CH4的排放,井且对不同类型的上壤NZO排放的影响结果趋势基本一致,即抑制十壤NZO的排放。相关分析结果表明,各处理下的甲烷排放量均与上壤砂粒含量成正比;淹水处理的对照NZO排放与叫线性负相夫中<0刀1人进一涉用逐步回归分析表明:在淹水条件下,尤论施加小麦秸杆与否,甲烷排放量均可通过上壤砂粒含量和 C/N比的线性组合得以定量表述,其决定系数(R2)分别为0.993树*和0.974n\在湿润条件下,对照土壤的甲烷排放量亦可通过这两个囚于的线性组合得以定量表述(RZ—0.888**),而施加小麦秸杆的甲烷排放量仅与砂粒含量线性相关(R乙0.608幻。另外,淹水条件F,对照土壤N。O排放量可通过土壤砂粒含量和上壤 pH确定的线性方程米描述(旷-0.908一人而同样条件下冈施加有机质而导致 N。O排放变化的量与土壤全氮呈负相关(R乙0.898n入