李虎[1]2006年在《黄淮海平原农田土壤CO_2和N_2O释放及区域模拟评价研究》文中研究说明农业生态系统中产生的温室气体已成为引起全球气候变暖的因素之一,CO_2和N_2O作为最主要的温室气体一直以来都被各国政府与广大研究者所关注。本文重点研究了我国粮食主产区黄淮海平原典型农田土壤的温室气体排放状况。试验地点设在黄淮海平原典型地区中国农业大学曲周试验站,对该地区主要种植模式冬小麦/夏玉米、棉花和休闲地的CO_2和N_2O排放通量进行了测定,分析了这两种气体排放通量与主要环境因子、土壤性状、耕作措施的关系;并利用田间试验资料对DNDC模型模拟该地区农田土壤CO_2和N_2O的排放情况进行了验证,运用DNDC模型对该区域农田土壤温室气体排放进行了模拟,并分析其排放的区域特征。结果表明: 棉花地、休闲地和冬小麦/夏玉米地土壤CO_2和N_2O排放均表现出明显的季节变化规律。土壤CO_2排放季节变化的总体趋势是夏季高、其他季节低,与对应气温的动态变化基本一致。冬小麦/夏玉米地土壤CO_2排放高峰值为2324mg CO_2·m~(-2)·h~(-1),棉花地为1111.9mg CO_2·m~(-2)·h~(-1),休闲地为436.07mg CO_2·m~(-2)·h~(-1)。土壤CO_2季节排放受温度的影响最大,其中与5cm地温的相关性最好,与土壤湿度的相关性却不太明显。同一种种植模式土壤有机质含量高的处理CO_2平均排放通量大于有机质低的处理。 秋季农田土壤N_2O排放总体呈下降趋势,至12月中旬左右降到最低;随着春季气温的升高则呈总体上升趋势,夏季的7月中旬达到最高。冬小麦/夏玉米地土壤N_2O排放高峰值为433.5μgN_2O·m~(-2)·h~(-1),棉花地为146.5μg N_2O·m~(-2)·h~(-1),休闲地为175.16μg N_2O·m~(-2)·h~(-1)。土壤N_2O季节排放通量受环境因子的影响与CO_2不同,在棉花地和休闲地,N_2O排放通量随地温增加而呈指数增长,而在冬小麦/夏玉米地则没有观测到N_2O排放通量与地温之间的相关关系,但与土壤含水量的变化趋势基本一致。 通过实际测定值与DNDC模型模拟值之间的比较,DNDC模型能够较好地模拟实验地点农田土壤CO_2和N_2O排放的季节变化特征,可以用此模型进行区域模拟评价。模型模拟得出黄淮海平原年度农田土壤CO_2和N_2O排放量都有明显的地区差异,总体表现为西北地区较低,东南地区较高。温度升高、增加秸秆还田比例都会不同程度地增加土壤中CO_2的排放,而在减少化肥施用量和免耕条件下,会减少CO_2的排放。提高秸秆还田比例、合理减少化肥施用量都会有效减少土壤中N_2O的排放。综合不同情景,以化肥的施用对该地区土壤中CO_2和N_2O的排放影响最大,当化肥施用量减少30%和50%时,该地区土壤的CO_2排放将分别减少8.7%和10.1%,N_2O排放量分别减少29.8%和47.3%。因此在实际生产中,适当降低化肥施用量,不仅能降低生产成本,而且能减轻对环境的潜在影响,有效增加碳储量。
刘运通[2]2008年在《不同施肥措施下玉米地温室气体排放特点分析与模拟研究》文中指出本研究在山西省晋中市榆次区进行,选取了常规耕作施肥和优化施肥(减氮)两种农业措施,利用自动连续观测系统对玉米农田N_2O、CO_2和CH_4叁种温室气体排放通量进行了连续观测,研究不同施肥措施对温室气体排放的影响,探讨减少温室气体排放的措施,并就玉米植株对N_2O排放的贡献进行了初步研究,同时结合作物产量及N_2O的排放量进行了综合评价;应用田间观测数据对水氮管理模型(WNMM)进行了校正和验证,并进行了模拟工作来寻找N_2O排放的影响因子。该研究对估算我国农业源温室气体排放和探讨减少温室气体排放的措施有一定意义。主要的研究结果如下:1、观测结果2006年CO_2通量为凹谷型波形,经相关性检验与空气温度相关性显着,2007年为双峰型,与5cm、10cm土壤温度均达到了0.01水平的极显着正相关关系。在2006与2007年的观测季CO_2总体表现为排放,经检验传统与优化两种方式下CO_2通量没有差异。CH_4通量在两年的试验中日通量变化规律并不明显,但是在两年的观测中均表现为吸收,且优化施肥方式下的吸收量大于传统方式,施肥在一定程度上抑制了土壤甲烷的吸收。经检验两种施肥方式下农田甲烷通量差异不显着。N_2O总体表现为排放,日峰型有单峰型和双峰型还有特殊的“N”字型,N_2O排放主要受翻耕、追肥、灌溉和降雨的影响,翻耕和追肥灌溉的影响占80%左右,经检验,两种施肥方式下有显着的差异性。玉米确实排放N_2O,但是受到温度光照等条件的影响,具体规律和机理尚不清楚,需要进一步的研究。2模拟用2007年5月到9月的田间观测数据对水氮管理模型(WNMM)进行了校正和验证,应用校正、验证好的WNMM模型在9种施肥和9种灌溉情景下进行了57年(1951～2007)的模拟,发现N_2O与肥料的相关系数达到0.99**,与产量的相关系数达到0.43**。用施肥量、年均最高温与最低温的差值、年均日辐射、年降雨量和年产量建立多元线性回归方程,来预测N_2O年均排放量,利用该回归方程进行估算N_2O年排放量可以达到WNMM模拟值的97%。3综合评价本试验目前研究结果表明优化施肥方式下土壤N_2O排放量极显着低于传统施肥方式下N_2O的排放,且优化方式下甲烷的吸收量大于传统施肥方式,而且优化措施下产量不低于传统措施,所以经过评比优化措施不仅节约了水、肥而且减少了温室气体的排放,减少了农民对氮肥的投入,达到了预定的效果。
张国明[3]2003年在《农田土壤温室气体排放通量与区域模拟研究》文中认为农业活动产生的温室气体已经成为引起全球变暖的主要因子之一。主要来自于旱地的N_2O和稻田的CH_4是农业活动向大气排放温室气体的主要来源。本文研究了北方地区典型旱地农田土壤的温室气体排放状况，对冬小麦-夏玉米轮作期间的CO_2、N_2O、CH_4排放通量进行了测定，分析了这叁种气体排放通量与土壤中碳、氮元素、气温以及施肥等因子的关系；同时利用DNDC模型对江西省典型的双季稻轮作情况下的温室气体排放进行了模拟，并分析了其排放的区域特征；最后，还利用DNDC模型模拟了我国东部样带的温室气体排放量，对东部样带的模拟估算结果进行了分析。 冬小麦-夏玉米轮作期间CO_2的平均排放通量依次为：无机-有机肥配合施用的处理(110.78mg CO_2／m~2／h)＞单施无机肥处理(79.58 mg CO_2／m~2／h)＞无追肥处理(74.20 mg CO_2／m~2／h)＞休闲地(54.91 mg CO_2／m~2／h)，作物生长状况与土壤温度是影响土壤呼吸强度的主要因子；其中，小麦拔节期和玉米的拔节期到喇叭口期的土壤CO_2排放通量高。由于土壤可溶性有机碳是土壤有机碳转化过程中的中间产物，没有发现它与土壤CO_2排放通量间有直接关系。土壤N_2O排放通量主要受施肥及土壤无机氮的影响，同时与温度密切相关。在气温较高时施肥，土壤中的无机氮含量升高，这时的土壤N_2O排放通量大，但排放高峰期比施肥时间略微滞后。整个生长季内，土壤N_2O平均排放通量依次为：无机-有机肥配合施用的处理(39.86 ug N_2O-N／m~2／h)＞单施无机肥处理是(34.62 ug N_2O-N／m~2／h)＞无追肥处理(21.74 ug N_2O-N／m~2／h)＞休闲地(2.48 ug N_2O-N／m~2／h)。旱地农田甲烷排放受多种因子影响，甲烷的排放或吸收通量及其季节变化没有明显的规律，但测定仍表明旱地农田为一个弱的甲烷汇，麦玉轮作期内的甲烷平均吸收通量为：无机-有机肥配合施用的处理(-9.7 ug CH_4／m~2／h)＞单施无机肥处理(-16.0 ug CH_4／m~2／h)＞无追肥处理(-26.50 ug CH_4／m~2／h)＞休闲地(-28.80 ug CH_4／m~2／h)。 DNDC模型模拟得出江西省稻田温室气体排放特征如下:CO:排放通量:土壤的排放均为高肥力田>中肥力田>低肥力田，且地区间差异不大。C氏排放通量:在pH 4.5一6范围内，c场排放量随土壤pH的增加而增加;对于相同pH条件下的土壤，C氏排放强度又随土壤粘粒含量的增加而降低。稻田从O排放主要发生在晒田期间，施肥量与土壤pH是影响NZo排放的主要因素:施肥量高的地区，NZO排放也高;其次是土壤pH，中性土壤的NZO排放通量高于酸性土壤。各地区CO:的总排放量基本与其面积大小一致;各地区甲烷排放量主要受稻田面积大小和粘粒含量的影响，砂质土的甲烷排放量高一些，如上饶和九江，各地区甲烷排放总量依次为:上饶>九江>宜春>吉安>抚州，总排放量小的一些地区依次为:鹰潭>南昌>赣州。各地区间N20的总排放量，其规律与甲烷排放基本一致。 DNDC模型模拟得出的东部样带温室气体排放区域特征为:东部样带农田的co:排放通量在2.5一4.5 tc小mZ/y之间。旱地土壤cq排放通量高于水田;有机质含量高的东北农田及温度较高的长江中下游地区旱地(由于其轮作茬数多且温度较高)，因而单位面积旱地的CO:排放量较大。关于甲烷排放通量，南方水田在33.6一430 kgc小mZ/y范围内，中南地区旱地为一3.37一0.46kgc庄旧12/y，华北地区农田既非甲烷源也非甲烷汇，华北农田的甲烷吸收通量为一1 .81一1.56 kgc月111飞2/y。NZo的排放主要受氮肥施用量与温度的影响:东北旱地/南方水田的氮肥用量较高(320一340 kgN月11n2/y)，因而NZo排放量高(1 0 kg NZo一爪mZ/y);华南旱地由于温度较高，因而排放通量也很高(18一30kg从。一月lm场).综合本文的测定与模拟结果，提出如下可能的农田减排温室气体的措施:增加土面覆盖(用桔杆等)和减少耕作(减柳免耕等)，以减少土壤的自然矿化分解和耕作扰动造成Co:的排放。避免过量施肥(旱地)或施用缓释肥料以及避免施肥后很快晒田以减少农田NZO的排放。合理管理水田土壤水分，如缩短淹水时间，在后期采用间歇落干，以及施用腐熟肥料等措施均可减少水田甲烷排放。
阮雷雷[4]2007年在《湖北咸宁地区几种土地利用类型的温室气体排放及其增温潜势》文中指出农业生态系统温室气体的排放及其对环境的影响越来越受到人们的重视。为了解不同农业生态系统中温室气体排放对全球环境的影响，为合理的农田生态系统管理提供科学的依据，本文采用静态箱—气相色谱分析方法，以湖北省咸宁市贺胜桥镇几种典型土地利用类型(旱地，林地，果园，水田)的土壤为研究对象，对二氧化碳、甲烷、氧化亚氮的排放通量及其影响因子进行了初步的研究，主要结论有：1．旱地，林地，果园，水田四种土地利用类型土壤的CO_2排放通量变化范围为6.37～230.74 mgC·m~(-2)·h~(-1)，平均值在55.99～85.58 mgC·m~(-2)·h~(-1)之间，按大小排序依次为：水田＞果园＞旱地＞林地。土壤的CO_2排放通量呈现明显的季节性变异，除水田外，其排放通量都是夏季高于春秋季节，冬季最低。CO_2的排放通量与5cm土温呈极显着相关关系，与土壤含水量无显着相关性。2．四种土地利用类型土壤CH_4排放通量变化范围为-0.16～23.26 mgC·m~(-2)·h~(-1)，按年排放总量大小排序依次为：水田＞旱地＞果园＞林地。旱地，林地，果园土壤CH_4排放通量为负值，表现为吸收大气中的CH_4，水田则在种植油菜期间表现为吸收CH_4，夏季淹水种植水稻期间排放CH_4。四种土地利用类型土壤CH_4排放通量与5cm地温和土壤含水量均无显着相关性。3．四种土地利用类型土壤N_2O排放通量的变化范围为-0.75～88.95μgN·m~(-2)·h~(-1)，平均排放通量在10.07～20.85μgN·m~(-2)·h~(-1)之间，按排放通量大小排序依次为：水田＞果园＞旱地＞林地。土壤N_2O排放通量呈现明显的季节性变化：夏季N_2O的平均排放通量最高，春秋季次之，冬季最低甚至还出现吸收的现象。旱地，林地，果园土壤N_2O排放通量与5cm地温达到极显着相关；水田N_2O排放通量与5cm地温无显着相关性。N_2O排放通量与土壤含水量无显着相关性。4．氮肥施用处理结果表明，油菜生长期间土壤CO_2排放通量随氮肥用量的增加成明显增加，但不构成线性关系；CH_4的排放随施肥增加而减少；N_2O的排放随施肥量增加而增加。5．旱地，林地，果园，水田的全球增温潜势(GWP)分别1.8×10~4，1.7×10~4，2.1×10~4，3.5×10~4kg eCO_2·hm~(-2)·a~(-1)，单位面积的GWP值以林地最小，水田最大。施肥量越大，油菜地产生的温室气体总的GWP越大。6．咸宁地区由于土地利用及土壤管理措施的变化而导致温室气体排放对未来增温潜势有促进作用，按照目前的情形发展，区域气候将会变暖。
刘全全[5]2015年在《降水变化对黄土高原旱作冬小麦农田土壤温室气体排放的影响》文中进行了进一步梳理降水作为旱作农田生态系统的主控因子,不仅影响着作物生产力的形成过程,同时对农田温室气体(CO2、CH4和N2O)排放及相应的综合增温潜势具有重要影响。本研究以黄土高原冬小麦田生态系统为对象,基于人工降水模拟系列实验,采用静态箱-气相色谱法田间原位系统研究了降水变化(降水量、降水频率和季节分布)对土壤C02、CH4和N2O通量变化的影响规律,主要结果如下：1、不同降水量对土壤CO2和CH4排放的影响。试验设计在冬小麦拔节期和休闲期进行人工模拟降水试验,观测降水后0-72h土壤CO2和CH4排放对不同降水量(1、3、8、16和32mm)的短期响应。结果表明：降水后土壤CO2排放速率随降水量的增大而增强,1-16mm降水在降水后4h出现土壤CO2排放峰值,而32mm降水土壤C02排放峰值出现时间滞后了4h。土壤CO2排放速率(Rpi)脉冲强度随降水量(P)增大呈指数增加(拔节期：Rpi=0.97P0.09, R2=0.5, P<0.05;夏闲期：RPi=1.07P0.09, R2=0.98, P<0.01).降水后72h土壤CO2累积释放量(CO2-P)与降水量呈线性相关(拔节期：CO2-P=0.03P+5.99,R2=0.58, P<0.05;夏闲期：CO2-P=0.11P+6.04, R2=0.86, P<0.01)。土壤CO2排放温度敏感性系数(Q10)和降水量之间存在二次曲线关系(拔节期：Q10=-0.005P2+0.18P+1.47,R2=0.37, P<0.05;夏闲期：Q10=-0.007P2+0.21P+1.18,R2=0.95,P<0.01)。与较小降水量相比,较大的降水量能增加土壤CO2排放但会推迟土壤CO2排放峰值出现时间。模拟降水后,低降水量(1-8mm)处理土壤CH4排放通量为波动变化,高降水量(16和32 mm)处理呈单峰型的变化。降水后72 h土壤CH4累积通量(CH4-C)与降水量(P)呈显着线性正相关(冬小麦拔节期：CH4-C=2.45P-6.09, R2=0.92, P<0.01;夏闲期：CH4-C=2.43P-4.73, R2=0.91, P<0.01)。相关分析表明,降水后土壤CH4通量与土壤含水量和土壤微生物量碳含量显着相关,而与土壤温度不相关。少量降水(1-8mm)可以在短期内促进旱作农田土壤对CH4的吸收,加强土壤作为大气CH4汇的强度,然而这种促进作用也会随降水量的增大和降水的下渗而削弱。较大降水(>16和32 mm)可以刺激土壤产甲烷菌活性促进CH4释放,在短期内使旱作农田土壤由单一的汇功能转变为汇源双重功能。2、夏闲期不同降水频率对土壤CO2和CH4排放通量的影响。试验设计在冬小麦夏闲期(60天)模拟每隔5天(I5)、10天(I10)和20天(I20)叁个降水频率的降水,模拟降水总量(控制为240mm)不变,观测了不同降水频率降水后土壤CO2和CH4的通量特征。结果表明：不同频率I5、I10和I20处理单次降水后土壤CO2排放速率是降水前的4-5倍表现出显着的‘Birch effect".随着降水次数的增加降水事件对土壤CO2排放的激发效应被削弱,降水频率越高削弱的越明显,且I5和I10土壤CO2累积释放量高于I20处理。土壤CO2通量和土壤水热因子呈非线性的关系,土壤水分解释了43%-76%的土壤CO2通量变化,且二者的相关性随降水间隔的增加而增强,Q10值随降水间隔的增加而降低,说明高频率降水处理土壤CO2通量的温度敏感性更高。高频率降水(I5处理)可以增强土壤氧化吸收大气CH4的速率,增强大气甲烷汇的功能。低频率降水(单次降水量提高)可以使冬小麦田在短时间内由大气CH4的汇转变为大气CH4的源。旱地农田土壤CH4通量强度受温度和水分的共同影响,不同降水频率的降水对土壤水分和温度的影响改变了土壤吸收氧化和产生CH4的过程,甚至改变了土壤对大气CH4的源汇功能。3、作物关键生育期增加降水对土壤温室气体排放和净综合增温潜势的影响。试验设计在自然降水的基础上再分别在冬小麦生育关键时期拔节期(5月8日)和孕穗期(5月28日)增加0mm (10)、8mm (18)、16mm (116)、32mm (132)和64mm(I64)的降水,探讨增加降水对土壤CO2、 CH4和N2O通量及其综合增温潜势和作物产量的影响。试验结果表明：旱作冬小麦田为大气CO2和N2O的排放源,是大气CH4的汇。生育关键期增加降雨使CO2的排放量增加了2.50%-9.07%,N2O的排放量增加了4.33%-11.68%,对CH4的排放量无显着影响。与IO相比,I8、I16、I32和I64处理冬小麦产量分别增加了24.46%、28.93%、31.70%和34.01%(p<0.05),地上生物量分别提高了13.74%、18.99%、24.36%和25.11%。生育期增加降水降低了麦田NGWP和GHGI。增加降水不仅强化了土壤CO2和N2O源的特征,同时降水增强了土壤水分和养分有效性提高了作物产量,产生的补偿效应使麦田由温室气体的源转为汇。
母国宏[6]2008年在《不同土地利用状况下土壤N_2O排放及其估算》文中研究表明随着全球气候变暖,臭氧层空洞等环境问题日益严峻,人类面临着越来越严重的环境恶化的威胁,因此如何有效遏制地球臭氧层空洞,控制地球温室气体排放,长期以来一直是国内外学术界关注的研究热点。N_2O是重要的温室气体之一,农田土壤是N_2O的一个重要排放源。人类各种土地利用方式的综合作用使全球尺度上土地覆被发生了改变,其结果不但对土地覆被本身至关重要,且会对全球环境和区域环境的多个方面产生显着影响,研究不同土地利用方式下,土壤N_2O排放规律,对合理利用土地、减少农业土壤温室气体排放,具有重要的理论意义和实际应用价值。本论文以陕西省不同土地利用状况土壤为研究对象,分析了两种典型土壤-塿土和黄绵土的林地、草地和农地土壤N_2O释放特征,并对陕西省不同土地利用土壤N_2O排放量进行了预估算,旨在研究人类农业生产活动对土壤温室气体排放的影响作用及其强度。获得的主要研究进展和结论如下:1、林地(黄绵土)原状土样N_2O排放主要产生在10cm深度左右,而人为破坏后的混合土壤N_2O排放主要场所跃至浅层土壤(5cm深度左右),即人为破坏林地土壤原始状态可导致上层土壤过多的温室气体排放;10cm、15cm、20cm深原状土N_2O平均排放量明显大于各混合土样;陕北子午岭林地土壤是N_2O的源。2、草地(黄绵土)原状土N_2O的平均排放通量明显高于混合样,且混合样与原状土的差值大于林地其差值;草地混合样和原状土分别在10.3cm、2.4cm的深度N_2O排放量最大,0-5cm深度土壤N_2O的产生量对陕北草地N_2O逸出的贡献最大。3、陕北农田土壤N_2O排放累积量远高于休闲地,主要表现在5~(-2)5cm的耕作土壤中,农地耕层土壤N_2O排放通量高出休闲地排放量的1倍左右。陕北耕地、林地、草地土壤N_2O排放通量变化幅度分别在0.1～24.58μg·m~(-2)·h~(-1)、-0.17～12.36μg·m~(-2)·h~(-1)、-0.21～12.02μg·m~(-2)·h~(-1);耕地土壤N_2O排放通量最大值明显高于林地和草地,约为林地和草地的2倍,这主要与耕地化肥使用有关。4、在各水分含量下,塿土N_2O排放通量均显着高于黄绵土的排放通量,在相同水分各温度下,塿土N_2O排放量亦均高于黄绵土N_2O排放量,即在相同的湿温条件下壤土类的塿土N_2O排放量高于砂土类的黄绵土N_2O排放;两种土壤N_2O排放存在明显的温度效应、水分效应和几乎近似氮养分效应,即两种土壤N_2O排放对水、热、肥的影响作用响应程度不一。5、陕西耕地、草地、林地土壤N_2O年排放平均通量分别为:2.71kg·hm~(-2)·a~(-1)、0.293kg·hm~(-2)·a~(-1)、0.296kg·hm~(-2)·a~(-1),且耕地土壤N_2O排放明显的高于林地和草地,化肥中氮的释放占耕地N_2O年排放平均通量的90%;陕西耕地、林地、草地N_2O年排放总量分别为:9.13GgN_2O-N、3.0GgN_2O-N、0.92GgN_2O-N,年排放总量大小为:耕地〉林地〉草地。陕西林地面积约为耕地的2.5倍,但因耕地的平均排放通量较高,导致林地年排放总量仍小于耕地。即退耕还林还草可降低土壤N_2O排放,对缓解全球变暖有重要的意义。
菊花[7]2017年在《神农架不同森林类型土壤活性碳氮和温室气体通量特征》文中指出森林土壤碳循环是全球碳循环中极为重要的组分,在全球碳平衡中起着不可替代的作用。森林土壤碳储量较小幅度的变动,都可能影响整个大气二氧化碳的浓度,进而对陆地生态系统的分布、组成、结构和功能产生深刻的影响。神农架地处秦巴山地,位于我国两大水利工程(叁峡工程和南水北调中线工程)的集水区,其森林生态系统的稳定关系着国家的生态安全,是国家经济发展的重要命脉。长期的人类活动,特别是经过人为干扰后,神农架地区形成了大面积的次生林和人工林。探讨神农架地区森林类型发生改变后其土壤活性碳氮和温室气体通量的变化,模拟降水变化背景下不同森林类型土壤温室气体通量动态特征及其影响机制,对该区域森林可持续经营并预测全球变暖与陆地生态系统之间的反馈作用,具有重要的科学意义。本研究以北亚热带神农架地区常绿落叶阔叶天然混交林(MF)、桦木次生林(BF)和马尾松人工林(PF)为研究对象,采用完全随机区组实验设计,测定叁种森林类型土壤活性碳氮含量,并采用静态箱气相色谱法测定自然降水、减少降水25%和50%叁种处理下,叁种森林土壤温室气体通量,分析森林类型发生转变后土壤活性碳氮含量和温室气体通量动态变化以及土壤温室气体排放对降水变化的响应及其影响机制。主要研究结果如下:1.叁种森林类型树种组成结构特点有较大差异。MF优势树种为曼青冈、多脉青冈、米心水青冈,其中常绿树占58.29%,落叶树种占41.71%;BF优势树种为亮叶桦木、湖北鹅耳枥、化香、锥栗等,林分以落叶树种为主,占92.31%;PF马尾松为优势树种,其中常绿树种占21.45%,落叶树种占78.55%。。叁种林分胸径分布均呈典型的倒"J"型,树高主要集中于4-9 m。2.森林类型转变后,土壤活性碳、氮显着变化。森林由MF转变为BF和PF后,其DOC、DON、NH4+-N、NO3--N、MBC和MBN含量均显着下降;3种森林类型土壤DOC和MBC含量春、夏、冬季较高,秋季最低,DON含量春夏季较高,秋冬季较低,而NH4+-N、NO3--N和MBN含量各季节之间差异不太显着。3.叁种森林类型土壤温室气体通量有明显的变化特征。叁种森林类型土壤均为CH4汇,CO2和N2O的源。其中,CH4和N2O通量表现为MF>BF>PF,而CO2通量则为PF>BF>MF。叁种森林类型各年份土壤CH4和CO2通量,夏、秋季高于春、冬季,N2O通量季节交替变化,没有明显规律。4.降水变化对森林土壤温室气体通量有显着影响。降水减少25%后,CH4通量,在BF中增加了58.12%,在MF和PF中分别减少了53.07%和16.08%;CO2通量,在MF中增加了5.12%,在BF和PF中分别减少了5.48%和19.33%。N2O通量,在MF中增加了38.46%,在BF和PF中减少了41.46%和31.03%。降水减少50%后,MF、BF和PF土壤CH4通量分别减少了 15.72%、6.39%和28.30%,MF土壤CO2通量增加了3.92%,BF和PF土壤CO2通量减少了8.04%和22.14%,MF和PF土壤N2O通量显着增加了71.15%和11.21%,而BF土壤N2O通量减少了46.34%。5.降水变化改变了森林土壤温室气体排放的温度敏感性。叁种森林类型土壤温室气体排放的温度敏感性依次为BF>MF>PF;降水分别减少25%和50%后,其温室气体排放的温度敏感性均为BF>PF>MF。其中,降水减少25%后,MF温度敏感性降低21.21%,BF和PF分别提高了7.26%和28.02%;降水减少50%后,MF和BF温度敏感性分别降低了5.72%和38.63%,而PF则提高了25.86%。6.土壤温度和湿度是影响叁种森林类型土壤CH4和N2O通量及BF 土壤CO2通量的主环境要因子,土壤温度是影响MF和PF 土壤CO2通量的的主要环境因子。降水减少后,土壤温度和湿度是影响叁种森林类型土壤CH4通量和MF 土壤CO2通量的主要因子,土壤温度是影响BF和PF 土壤CO2通量的主要因子,而叁种森林类型土壤N20通量对温度和水分的依赖性不明显。
王莺[8]2012年在《黑河中游绿洲农业管理措施对农田土壤温室气体排放的影响》文中研究表明温室气体被认为是全球气候变化的主要原因之一,而农业生态系统又是人为温室气体排放的主要来源,如何在不同的农业管理体系下减少温室气体排放量是人类当前面临的重要问题之一。对于农业生态系统这个复杂的巨系统来说,土壤碳库储量及其固碳能力是评估人为温室气体减排潜力和农业可持续发展的重要指标。在未知气候变化背景下,研究管理措施对农业生态系统碳氮循环机理,了解生态系统中的脆弱点,确定相关管理目标之间的量化关系,这些都有助于建立农田可持续管理方案。本研究以甘肃河西地区黑河中游绿洲夏玉米农田为对象,以野外实地调查和田间实验数据验证反硝化与降解模型(denitrification-decomposition model,DNDC模型)模拟的有效性,利用DNDC模型模拟该试验点长时间序列下的温室气体通量与土壤有机碳含量,通过敏感性分析寻找众多不确定因素中对各研究目标有重要影响的敏感因素,并分析、测算其相对敏感度。(1)在钾肥、磷肥、翻耕、灌溉等都保持一致的前提下设4个施肥处理：①OM(有机肥2000kg C ha-1)；②N(尿素300kg N ha-1)；③MN(有机肥2000kg C ha-1,尿素300kg N ha-1)；④B(不施有机肥和氮肥)。实地测量了2010年黑河中游绿洲夏玉米实验田4种不同处理下的0-10cm土壤的温度和湿度,地表排放N2O和CO2通量,以及0-10cm土壤中铵态氮和硝态氮浓度,并用这些实测数据,在统计分析的基础上验证了模型的有效性。DNDC模型对土壤温度和湿度的模拟值和实测值的r2分别为0.98和0.67,相对误差分别为3.5%和26.2%,p<0.05；对N2O和CO2排放通量模拟的相对误差分别为45%和25%,p<0.05；对土壤硝态氮和铵态氮模拟的相对误差分别为43%和40%,p<0.05。模型在时间匹配性上表现优秀,并且可以抓住各测定指标的峰值和谷值。通过各统计指标进一步验证了DNDC模型模拟的有效性。4种处理中,OM和B处理中模型模拟的NO3-和NH4+的值比实际值偏低。之所以出现这种结果可能是由当地的灌溉方式引起的。当地采用的主要灌溉方式为大水漫灌,灌溉水主要来自地下水和河流。有研究发现该地区地下水和河水的硝态氮污染严重,但是DNDC模型(9.2版本)中没有考虑到由灌溉水带入的这部分氮。(2)应用2010年实测气象数据和土壤理化数据,模拟了4种不同施肥方案下夏玉米地土壤N2O和CO2通量、作物产量、土壤有机碳含量和净全球变暖潜势(Global Warming Potential, GWP,以CO2的GWP为1)。模拟结果显示,N2O和CO2在MN处理时的排放量最高,分别达到4.57kg N ha-1y-1和6386.35kg C ha-1y-1;作物产量在N和MN处理时达到最大,分别为2303和2301kg C ha-1y-1;土壤有机碳含量在MN时最大,为0.0142kg C kg-1;净全球变暖潜势在B处理时最大,为346kg CO2-equivalent ha-1,在MN处理时最小,为-6331kgCO2-equivalent ha-1。从以上数据可以看出,OM处理下N2O的排放量很低,0-20cm土壤剖面的SOC值保持较高水平,但是作物产量很低；在N处理时N2O和CO2的排放量很高,产量也是最高的,但是0-20cm的SOC值比较低,这不利于土壤的长期健康发展；在MN处理时虽然N2O和CO2的排放量最高,但是其产量很高,仅次于N处理,0-20cm SOC含量达到最大值,同时净GWP为负数并且最小,表示该处理下碳是被固定的,这说明该施肥方案有利于环境保护和农业的可持续发展；B处理作为对照处理,其N2O和CO2的排放量、作物产量、0-20cm的SOC都是最低的,但是净GWP却是4种处理中最高的,说明该处理方式不利于温室气体减排和农业的健康发展。(3)通过敏感度指数可以看出,在8个待测因子中,①影响N20排放量的敏感性因子依次是土壤pH值、氮肥施用量以及土壤有机碳含量,即随着pH的增加土壤N2O的通量减少,随着氮肥施用量和土壤有机碳含量的增加土壤N20的通量增加；②影响CO2排放通量的敏感性因子依次是土壤有机碳含量、有机肥施用量和秸秆还田率,随着这3种因子强度的增加,土壤CO2通量增加；③对净全球变暖潜势最敏感的因子分别是土壤有机碳含量、秸秆还田率和土壤pH值,即随着土壤有机碳含量的增加净全球变暖潜势减少,随着秸秆还田率和土壤pH值的增加净全球变暖潜势增加。(4)在对未来100年变化趋势的模拟中,运用DNDC模型预测了4种情景下SOC、N2O和净全球变暖潜势的长期变化。结果显示：①单纯提高土壤氮素水平并不能显着增加土壤有机碳含量,有机肥施用量和秸秆还田量是影响SOC储量的关键因素,它们呈正相关关系；②随着氮肥施用量的增加,土壤N2O排放通量也在增加；提高秸秆还田率和有机肥施用量可以大幅度增加土壤N2O排放通量,且有机肥对土壤N2O通量的影响最为明显；③净全球变暖潜势随着氮肥施用量的增加而增加,在不同的施氮量水平下模拟结果的年际变化趋势一致；与基础情景相比,提高秸秆还田率和有机肥施用量都将导致模拟后期结果的增加,但是纵观100年的模拟结果,增加秸秆还田率是降低净全球变暖潜势的有效方法。在未来的农业管理中,提高秸秆还田率、合理减少农田中氮肥施用量以及增加有机肥施用量是增加土壤有机碳含量,降低土壤CO2和N2O排放量,同时降低净全球变暖潜势比较有效的办法。
王丙文[9]2013年在《保护性耕作农田碳循环规律和调控研究》文中指出本试验于2010-2012年间以我国最具代表性的黄淮海平原小麦－玉米一年两熟农田为研究对象，以小麦、玉米两作一体化秸秆不同还田量和保护性耕作生产为技术主体，研究保护性耕作条件下的农田土壤碳循环时空变化规律，农田温室气体的时空排放规律,农作物秸秆还田量调节对农田碳循环的影响、作物生产动力消耗规律与生产投入经济适性；以期探寻在麦-玉两熟保护性耕作措施下的农田碳循环规律与调控研究，为麦-玉两熟保护性耕作技术体系推广应用提供依据。碳元素作为温室气体的主要组成元素，进一步研究农田碳元素的循环规律和调控，对实现低碳农业目标和农业可持续发展都具有重要意义。主要研究结果如下：1保护性耕作农田土壤固碳规律及调控秸秆全量还田下，保护性耕作农田土壤的有机碳、全氮含量增加，土壤容重降低。转变耕作方式后，土壤有机碳与原方式相比显着增加，其中免耕转变为深松后增幅达4.0%以上。随玉米秸秆还田量的增加，土壤有机碳和全氮提高的幅度越大。秸秆还田和转变耕作方式都能降低土壤容重，年均降低约0.5g· cm~(-3)。保护性耕作的农田，年度0-20cm土层碳氮比平均增幅为1.02,转变耕作方式后年均提高碳氮比1.26。增加秸秆还田量可以提高土壤的碳氮比。保护性耕作农田，深松耕作具有最强的固碳能力。转变耕作方式和增加秸秆还田量，都能增加土壤固碳量。免耕转深松后年固碳增加效果极显着。2保护性耕作农田作物的固碳规律及调控深松秸秆全量还田的产量最高，常规耕作只比免耕高1.03%。转变耕作方式后，作物增产幅度每年达2.9%。保护性耕作转为深松耕作，有利于提高作物产量。秸秆全量还田比部分还田增产显着。保护性耕作农田的作物固碳量高于常规耕作，深松耕作固碳量最高；转变耕作方式和秸秆还田都有利于提高农田作物固碳量。3保护性耕作农田的土壤呼吸规律及影响因素保护性耕作农田玉米季土壤呼吸速率比小麦季平均高5.8倍。麦季农田白天土壤呼吸速率为夜间的1.1-1.5倍，玉米季是夜间的1.93倍。常规耕作方式的土壤呼吸最高，而免耕土壤呼吸最低。转变耕作方式后，除免耕外，土壤呼吸表现出降低趋势。秸秆还田量与土壤呼吸呈显着地正相关关系。土壤呼吸与20cm土壤有机碳极显着相关；在一定的土壤水分范围内，土壤呼吸与土壤水分正相关。保护性耕作农田年度土壤呼吸排碳量平均比常规耕作低1.3t/hm~2,转变耕作方式后农田土壤呼吸与原方式相比增减范围在1.5%左右，秸秆还田增加土壤呼吸碳排量，常规全量还田是不还田的1.11倍。4保护性耕作下农田生产投入对碳循环的影响不同耕作方式的农田年度生产性碳投入相差较小，总量相差不到2.5%。在小麦生产中，除深松耕作外，常规耕作机械碳排放量最大。.玉米生产机械碳排量仅相当于小麦季的75.8%。麦-玉两季的生产资料的投入比较接近。化肥碳投入占总量的一半以上。不同处理的麦-玉两熟农田，玉米的生产利润平均是小麦的1.14倍。全年效益最高的耕作方式是深松耕作，达到20691.4元/hm~2，除免耕外，保护性耕作的经济效益要高于常规耕作。保护性耕作农田生产投入的碳排放与常规耕作相比，除机械碳排量有差异，总体并不显着，但经济效益相差显着。5保护性耕作农田温室气体的排放规律及影响因素5.1CH_4的排放规律及影响因素保护性耕作农田表现为大气CH_4的汇，夏季高，冬季低；玉米生长季CH_4吸收平均水平比麦季高4～5倍。保护性耕作农田CH_4吸收小于常规耕作。秸秆还田减少了甲烷吸收通量。转变耕作方式增加了CH_4吸收量，但增量不到2%。保护性耕作农田CH_4吸收主要与耕作方式、秸秆还田量等相关。常规耕作CH_4吸收通量比相应的免耕处理要高8.65%。CH_4的吸收通量与地表温度显着性正相关。CH_4的吸收通量与土壤水分负相关,与土壤有机碳呈显着的正相关性。常规耕作农田年度CH_4吸收量比保护性耕作平均高10.5%，保护性耕作方式转变对CH_4吸收量略有提高，年均4.34%。全量秸秆还田比不还田年度减少CH_4吸收量约12.7%。5.2N_2O的排放规律及影响因素保护性耕作农田N_2O排放具有明显的季节变化。N_2O日排放呈现昼高夜低的变化趋势。N_2O排放量随温度的变化升高。玉米季节N_2O排放通量高于麦季。常规耕作农田年度N_2O排放比保护性耕作平均低2.3%，保护性耕作方式转变对N_2O排放略有提高，年均2.27%。全量秸秆还田比不还田农田年度N_2O排放量高约8.1%。5.3CO_2的排放规律及影响因素保护性耕作农田CO_2排放玉米季比小麦季高2.1倍。耕作方式转变后，CO_2排放量较原耕作方式降低。随着秸秆还田量的增加，CO_2的排放量增加；CO_2的排放与大气温度呈显着的正相关性。常规耕作农田CO_2年度排放平均比保护性耕作高2.43tCO_2·hm~(-2)·a~(-1)。转变耕作方式后CO_2排放平均比对照降低0.93tCO_2·hm~(-2)·a~(-1)，秸秆还田促进了农田的CO_2排放，全量还田比不还田高14.4%。保护性耕作农田全年的CO_2排放占总温室效应的97.4%，N_2O占2.88%，而CH_4的吸收只占0.27%。降低农田温室气体的温室效应，主要是降低农田CO_2的排放。适量的秸秆还田和耕作方式的转变都利于减少农田温室效应。6不同玉米秸秆还田方式的确定玉米秸秆的能量值底部最高，而主要营养成分顶部最高，从综合利用角度评价，留茬0.5m秸秆还田比较合理。7保护性耕作农田的碳循环规律和碳效率7.1保护性耕作农田生产的碳效率保护性耕作农田的深松耕作的碳效率最高，免耕处理的碳效率最低。转变耕作方式和秸秆还田显着提高农田的碳效率。玉米生产的碳效率高于小麦。7.2保护性耕作农田的碳循环规律保护性耕作农田生态系统中，深松耕作的年度净固碳量最大，达到5.801tCE/hm~2，最少的是常规耕作，比深松相差2.199tCE/hm~2。免耕转深松后，固碳量提高了22.96%。秸秆还田不能显着提高农田生态系统年度净固碳量，与还田量并不成线性关系。0.5米的玉米秸秆还田是较好的提高农田生态系统固碳量的途径。在整个农田生态系统的碳循环中，土壤呼吸排放碳量占年度总量的40.66%，生产投入占4.11%，农田CH_4吸收量占0.1%，作物固碳为55.13%，土壤固碳占4.97%。要减少农田碳排放，主要是减少土壤呼吸的量，增加作物固碳量。保护性耕作及转变耕作方式都能显着提高农田净固碳量。7.3保护性耕作农田的碳生态足迹深松耕作农田的碳生态盈余最高，常规耕作方式最低，仅占深松的55.8%。转变耕作方式显着地增加碳生态盈余：免耕变为深松后，碳生态盈余提高了16.6%。碳生态盈余与秸秆还田量并不呈比例关系，0.5米的秸秆还田方式碳生态盈余最大。综上所述，保护性耕作技术作为常规耕作的替代方式，无论是理论方面，还是生产实践技术方面都具有固碳减排的可行性。改变耕作方式和适量的秸秆还田都是较好的增加农田固碳、实现低碳生产的有效方法。
张洪培[10]2016年在《生物炭对旱作农田N_2O排放及硝化作用的影响》文中研究指明农田土壤是全球重要的氧化亚氮(N2O)排放源,在好氧条件下将铵态氮氧化成硝态氮的硝化作用是低碳旱作农田土壤N2O产生的主要过程。不同农田管理措施对土壤环境因子,如土壤质地、含水量、通气状况、温度、土壤pH、土壤养分状况等的改变,均会影响土壤硝化作用和N2O的产生与排放。生物炭具有很大的比表面积,持水性、吸附性均较强,输入旱作农田后对土壤阴、阳离子交换量、pH、土壤水分温度等的改变,是否显着影响农田N2O的产生及排放,目前研究较少。据此本研究提出假设“旱作农田添加生物炭会影响农田温室气体N2O排放和硝化作用,并受施肥影响”。为证明该假设,以黄土旱塬旱作春玉米农田为对象,在田间定位试验基础上,采用密闭式静态暗箱-气相色谱法,在不同施氮条件下对不同生物炭添加量(0、10、20、30、50 t hm-2)农田N2O排放进行了为期两年的连续观测;并结合室内培养试验,分析生物炭输入对旱作春玉米农田N2O排放及土壤硝化作用的影响。以期通过对输入生物炭农田土壤N2O排放的准确测定以及可能的影响因素分析,为通过合理施用生物炭调控旱作农田N2O气体排放提供一定科学依据。取得以下主要结果:1、未添加生物炭农田,施氮处理生长季和休闲季N2O排放通量和总量均显着高于未施氮处理。添加生物炭降低了施氮农田春玉米生长季N2O排放通量和排放总量,且随生物炭添加量增加相对降低量增加;不同处理间的差异显着性受年际影响。不同生物炭处理休闲季N2O排放通量和排放总量均无显着差异。2、施肥、添加生物炭不同程度增加旱作春玉米产量:两年试验中C0N1(225 kg N·hm-2+0 t·hm-2生物炭)处理春玉米产量均显着高于C0N0(不施氮+0 t·hm-2生物炭)处理(P<0.05);C3N1处理春玉米产量显着高于C1N1、C0N1处理。试验农田休闲季N2O增温潜势均处于较低水平,但施氮处理均显着高于不施氮处理。施氮条件下,添加生物炭降低旱作农田生长季N2O增温潜势、N2O排放强度及N2O排放系数,且C3N1、C5N1处理降低显着。3、试验休闲季不同处理硝态氮和铵态氮含量较低,且差异不显着。施氮后,两个生长季铵态氮和硝态氮变化趋势一致,分别在施氮后5-7天、2-4天内达到最高水平。无论添加生物炭与否,试验农田N2O排放通量与0-20cm土层土壤铵态氮和硝态氮含量均呈显着正相关关系(P<0.01);与0-20cm土层土壤水分含量呈一定的正相关关系;与土壤温度的相关性不显着,但输入生物炭后试验农田土壤铵态氮和硝态氮含量与N2O排放通量的皮尔逊相关系数r值减小,水分含量与N2O排放通量的皮尔逊相关系数r值增加。4、整体来看,在同一生育期内,不同土层土壤24h硝化率、硝化强度,以0-20cm土层最高,20-40 cm土层次之,40-60 cm土层最低。从不同生育期看,0-20 cm土层土壤24h硝化率、硝化强度总体表现为:V6硝化强度最高,R3、R1和PT期次之,R6期最低。20-40 cm、40-60cm土层不同生育期差异小于0-20cm土层。不同处理看,施氮(C0N1)处理硝化率最高,不施氮肥(C0N0)处理最低,二者差异显着。生物炭对土壤24h硝化率、硝化强度的影响表现出一定的时间和空间特征差异,但总体随生物炭添加量增加有降低趋势。5、农田土壤硝态氮含量与培养时间之间的关系均符合Logistic增长规律,方程拟合方程相关性较好。从不同土层看,0-20 cm土层土壤潜在最大硝化量显着高于20-40cm土层,二者均显着高于40-60 cm土层。同一生育期内,不同土层C0N0处理潜在硝化量均显着低于其它各处理;C0N1处理最高,随着生物炭施用量增加,潜在硝化量有降低趋势,C5N1处理最低。相关性分析表明,农田土壤N2O排放量与硝化强度和土壤潜在最大硝化量间具有正相关关系,与0-20cm土层硝化作用相关性显着。以上结果初步表明,在黄土旱塬旱作农田,施氮显着增加旱作农田春玉米生长季土壤硝化作用和N2O排放;添加生物炭在一定程度上会降低施氮土壤硝化作用、N2O排放通量峰值和排放总量,实现农田增温潜势和排放强度的有效控制。
参考文献：
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[4]. 湖北咸宁地区几种土地利用类型的温室气体排放及其增温潜势[D]. 阮雷雷. 华中农业大学. 2007
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[6]. 不同土地利用状况下土壤N_2O排放及其估算[D]. 母国宏. 西北农林科技大学. 2008
[7]. 神农架不同森林类型土壤活性碳氮和温室气体通量特征[D]. 菊花. 内蒙古农业大学. 2017
[8]. 黑河中游绿洲农业管理措施对农田土壤温室气体排放的影响[D]. 王莺. 兰州大学. 2012
[9]. 保护性耕作农田碳循环规律和调控研究[D]. 王丙文. 山东农业大学. 2013
[10]. 生物炭对旱作农田N_2O排放及硝化作用的影响[D]. 张洪培. 西北农林科技大学. 2016
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