不同秸秆还田量对上海地区稻田甲烷排放的影响.pdf
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1、浙江农业学报 ():/.朱雅婷倪远之张敏等.不同秸秆还田量对上海地区稻田甲烷排放的影响.浙江农业学报():.:/.收稿日期:基金项目:上海市生态环境局科研项目沪环科()沪环科()上海市环境科学研究院科技创新基金()作者简介:朱雅婷()女福建南平人硕士研究生研究方向为农业大气污染控制:.通信作者沈根祥:.不同秸秆还田量对上海地区稻田甲烷排放的影响朱雅婷倪远之张 敏王振旗沈根祥黄 娜(.华东理工大学 资源与环境工程学院上海 .上海市环境科学研究院 国家环境保护新型污染物环境健康影响评价重点实验室国家环境保护城市大气复合污染成因与防治重点实验室上海 .东华大学 环境科学与工程学院上海)摘 要:为明确
2、不同秸秆还田量对上海地区稻田甲烷()排放的影响以上海市青浦区稻田为研究对象利用 温室气体在线监测系统探索不同秸秆还田量下稻田 的排放特征 结果表明稻田排放通量与 深度土壤温度呈显著()正相关且两者的相关性随着秸秆还田量的增加而增强 稻田 排放量随着秸秆还田量的增加而增加在秸秆不还田、半量()还田和全量()还田 种情景下稻田 累积排放量分别为()、()、()且其排放集中在水稻分蘖期贡献率达 在不显著影响水稻产量的前提下秸秆半量还田的单位水稻产量 排放量较全量还田降低 是本试验条件下推荐的适宜秸秆还田量关键词:甲烷排放秸秆还田水稻产量甲烷减排中图分类号:文献标志码:文章编号:()(.):().()
3、.()()()()().:人为源温室气体的大量排放是引起当前全球气候变化的重要原因 在我国提出“力争在 年前实现碳达峰 年前实现碳中和”“双碳”目标的背景下如何减少人为源温室气体排放成为当前研究的热点 农业生产活动是重要的温室气体排放源约占我国人为源温室气体排放总量的 人为排放的甲烷()中有 来自农业生产活动其中稻田 排放量占农业源 排放总量的 这与秸秆还田利用情况密切相关 研究发现受淹水厌氧条件影响秸秆全量还田与秸秆不还田相比早稻和晚稻的 排放量分别可增加 和 郭子艳研究了不同秸秆还田条件下稻田的 排放指出秸秆全量还田下 累积排放量较不还田增加了 长江三角洲是我国重要的水稻生产区水稻产量约占
4、全国粮食总产的 近年来逐步形成了机械化还田和离田化利用并举的秸秆利用格局但在本研究检索范围内还鲜见基于长三角一体化示范区气候背景下有关秸秆离田利用对稻田 排放影响的报道针对稻田生态系统的 排放和种植业减排效果国内外学者普遍采用静态箱 气相色谱法开展监测研究工作 黄明蔚研究发现施肥下稻田 排放量为不施肥的 倍左右张鲜鲜针对氮肥减量下 排放的田间监测结果表明稻田 累积排放量为 侯玉兰监测稻麦轮作模式下水稻生长季和休耕期的 排放发现不同光照条件下稻田 排放量为 但是这种手工监测方法的气样采集频率较低测得的气体浓度仅代表采样时间段的数值不具有连续性在一定程度上影响了稻田 排放值的精准估算考虑到秸秆离田
5、利用具备的稻田生态系统温室气体减排潜力以及在减缓气候变化和实现“双碳”目标方面的意义本研究针对传统手工监测 浓度不具连续性的问题以上海市青浦区稻田为研究对象利用 温室气体在线监测系统(美国)对不同秸秆还田量下的稻田 排放规律进行监测明确上海市稻田 本地化排放系数以期为科学评估长三角整体的稻田 减排潜力和进一步完善稻田减排技术体系提供数据参考和技术支持 材料与方法 研究区域概况监测田位于上海市环境科学研究院与上海市青浦现代农业园区合作共建的农业生态环境保护综合试验基地()地处长江下游平原河网地区属于典型的亚热带季风气候区气候湿润日照充足四季分明雨水充沛年均气温约为 年均降水量约 试验周期为 年
6、月 供试水稻品种为青香软粳采用传统的“淹水中期烤田复水”水分管理模式于 年 月 日播种 月 日移栽 月 日开始烤田处理 月 日后进行浅水灌溉 月 日收割全生育期 监测田土壤为青紫泥试验前各小区土壤理化性状无明显差异 值 有机质含量 全氮含量 全磷含量 全钾含量 铵态氮含量 硝态氮含量 阳离子交换量 试验设计本研究采用大田小区试验方式共设置 种处理:空白对照()不施肥 秸秆不还田处理()施肥 秸秆不还田处理()施肥 秸秆半量还田处理()施肥 秸秆全量还田 每种处理设置 个重复每个重复对应朱雅婷 等.不同秸秆还田量对上海地区稻田甲烷排放的影响于 个小区 除 外其他处理的氮、磷、钾肥施用总量(折纯分
7、别以、计)分别为、氮肥分基肥、分蘖肥和穗肥 次施用其中基肥为缓释肥(、质量分数分别为、)氮、磷、钾施用量(折纯)分别为、分蘖肥和穗肥均为尿素(质量分数)氮施用量(折纯)均为 为减少试验小区边际效应对试验结果的影响将其面积设置为 为确保各小区间不发生侧渗和田面水串流将小区田埂筑高至 宽度扩大至 并采用 高密度聚乙烯()包裹田埂插入两侧地下各 进行防渗处理 按照当地秸秆还田机械化作业习惯在前茬水稻收割时将秸秆粉碎至 后置于田间在当季水稻种植前 个月翻耕时将秸秆翻入土中 、处理的秸秆还田量分别为、样品采集方法本研究采用 温室气体在线监测系统连接呼吸叶室对稻田 排放进行连续采集和分析并同步获取对应处理
8、下 深度土壤温度 在 个试验小区内各安放 台规格为 的呼吸叶室箱室四周距田埂 以上 试验期间每个小区连续采样 次每个气样的采集时间为 此时呼吸叶室上窗和侧窗为闭合状态采集结束后自动开启上窗和侧窗间隔 后进行下一次气体采集 将 次采样作为单个小区的平行样在完成上个小区样品的 次采集后按设定程序对其他小区气体样品进行采集 每个小区样品的采集时间需要 个小区气样的采集周期为 数据分析基于光腔衰荡光谱法由在线监测系统直接获取稻田 瞬时排放量参照徐祥玉的方法根据呼吸叶室内气体浓度随时间的线性变化测得的温度计算稻田 排放通量采用插值法测算 内总的 排放通量和水稻全生育期的稻田 累积排放量其中在测算水稻全生
9、育期的稻田 累积排放量时两次采样日期的时间间隔为 采用 软件汇总、整理数据 利用 软件进行方差分析对有显著()差异的采用最小显著差数法()进行多重比较 采用 软件作图 结果与分析 不同秸秆还田量下稻田 排放特征 水稻生长期 排放通量的变化规律各处理小区因秸秆还田量不同水稻不同生长期的 排放通量表现出明显的差异性(图)在水稻生长初期各处理的 排放通量均呈递增趋势在分蘖期出现第一个排放峰值()分蘖期时稻田处于淹水条件下土壤氧化还原电位的降低有利于产 菌分解有机物产生 且该时期植株通气组织发达传输效率较高原先在土壤中以闭蓄态形式存在的 得以释放 分蘖期后各处理的 排放通量逐渐下降到 仅为排放峰值的
10、这可能是因为中期的烤田处理改变了土壤的通透性提高了土壤的氧化还原电位破坏了产 菌的生存环境影响了其在土壤中的数量 或 活 性 从 而 抑 制 了 的 产 生 与 排放 烤田处理后田间恢复灌水排放通量又逐渐增长于拔节抽穗期出现第二个排放峰值()田间复水使得稻田土壤由好氧环境转变为厌氧环境产 菌的活性增强稻田 排放量相应增加在水稻生长后期由于土壤中可被利用的有机质含量降低排放通量恢复至生长初期水平从各处理的 日排放通量来看 的日平均排放通量为 较 降低了 说明秸秆不还田时施加氮肥对稻田 排放有一定的抑制作用这与焦燕等和王明星的研究结论一致、的日平均排放通量分别为 、较 分别增加了 倍和 倍说明秸秆
11、还田可显著增加稻田的 排放 这可能与秸秆还田增加了土壤中的可溶性有机碳、微生物量碳和易氧化态碳的含量进而影响稻田的排放通量有关 此外秸秆还田会大量消浙江农业学报 第 卷 第 期图 不同秸秆还田量下水稻不同生长期的 排放通量变化.耗土壤中的 土壤厌氧环境的形成也会促进的产生 分蘖期稻田 日排放通量的变化规律以 排放高峰期即水稻分蘖期内 对应时段的加权平均值为例分析不同秸秆还田量下 深度土壤温度和 排放通量的日变化(图)各处理的 日排放通量均呈现单峰曲线特征排放通量在:维持在 变化相对稳定在:逐渐由 上升至最大值 在:不断降低至:排放通量下降至 组处理的 日排放通量变化趋势与 深度土壤温度变化动态
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