干旱半干旱区保护性耕作对农田土壤温室气体通量的影响

摘要

农田土壤是温室气体排放源也是它们的吸收汇，两者哪一方起决定作用要取决于农业经营模式和管理方式。据估计，目前大气中20％的CO2、70％的CH4和90％的N2O来源于农业活动和土地利用方式的转变过程。 保护性耕作技术是针对传统耕作弊端而发展起来的一项节水抗旱、保肥增收新技术，它作为一种高产、高效、低耗、保护环境的农业耕作措施，可以有效的解决传统耕作所带来的一系列问题。本文依托在干旱灌区和半干旱雨养区典型代表区域开展的3年、7年的保护性耕作大田，试验重点研究了保护性耕作措施对三种温室气体通量的影响，主要结论如下： 农田土壤CO2通量随生育进程交替升降、小麦收割后急剧增大的趋势。无论哪种耕作措施，土壤CO2通量在春小麦拔节期(5月30日)升高，其中TSd处理最高，达到132.31mg m-2 h-1显著高于其它各处理；到春小麦抽穗期(6月15日)又降低，其中NTd处理最低，只有23.81 mg m-2 h-1；随后到了开花期(6月30日)土壤CO2通量升高，其中TPd.处理最高，达到228.55 mg m-2 h-1，随后呈降低趋势，到了灌浆期(7月15日)到最低，其中NTd处理最低，为90.20 mg m-2 h-1，而在作物收获后(8月10日)呈急剧增大的趋势。 无论是在干旱灌区还是雨养旱地，免耕都具有降低C02通量的作用，秸杆翻压和地膜覆盖有增加C02通量的作用，且秸杆翻压比地膜覆盖明显，雨养旱地比灌区显著。在试验前期，两个无秸杆还田的免耕处理(NTd和NTPd)的C02通量较其他处理要低很多。并且NTd的C02通量在试验中后期一直处于比较低的水平；但NTPd在中后期C02通量相对NTd有所上升；其它三个处理(Td、NTSd和TPd)在5月3 1日、6月1 5日和6月30日均无明显差异。在武威试验点，三次采样中，TISW的CO2通量始终处于各处理的最高水平，而NTw的C02通量处于各处理中最低水平。 无论是在定西还是武威试验点各处理间的CH4通量均无显著差异；即使同一耕作措施，小麦不同生育时期的CH4通量也无显著差异。所有测量点的CH4通量均在-0.03-0.02mg m-2 h-1左右小范围内浮动。 所有处理的N20通量都有随地温增加而增加的趋势。在5月中旬试验初期，所有处理的N20通量大致在0.005-0.015 mg m-2 h-1之间，但到7月下旬，所有处理的N20通量上升到0.02-0.03 mgm-2 h-1范围之间。 免耕具有降低农田土壤N2O通量的作用，但表现交替显著的现象，秸杆覆盖或翻压可增加N20通量，地膜覆盖无明显规律，灌溉地N2O通量高于雨养旱地。在定西试验点，6个处理大致可以分为3组，第一组包含TSd和TPd两个处理，其N2O通量在整个试验期间都处于比较高的水平，第二组有Td和NTSd，N2O通量处于6个处理的中间值，而另外两个NTd和NTPd处理在整个试验期间始终处于最低水平。在武威试验点，三次采样的结果趋势与定西试验点基本相似。 两试验地点农田土壤CO2和N2O通量的拟合程度来看，两种农田土壤温室气体的排放具有很强的正相关性，并且在武威试验点的相关程度较高；农田土壤C02和CH4通量的关系，在两个试验地点拟合程度都很低，R2值分别只有0.024和0.032。且相关性有所不同，在定西两者成负相关而在武威却成正相关关系；两个试验点农田土壤NO2和CH4通量的关系，与农田土壤CO2和CH4通量的关系相似，两地的拟合程度均不高，规律性不强。 土壤水分含量对CO2的通量影响最为明显。0-5cm和5-10cm土层含水量和CO2通量相关系数分别达0.593和0.207。并且表层土壤含水量和CO2排放成负相关：但表层土壤水分含量与NH4和N2O的相关程度就相对比较低，而且规律性不太明显。其中相关程度较高的5-10cm水分含量和CH4通量的相关系数也仅有0.213。 三种温室气体与土壤有机碳含量的关系规律性不明显，除0-5cm有机碳含量和CO2通量成比较明显的负相关(R2=0.443)外，其余基本都低于0.01。温室气体的通量和表层土壤的容重和饱和导水率大体均呈正相关关系，但拟合程度都很低。虽然CO2通量和导水率的拟合程度相对较高，但R2值仅有0.266。

目录

文摘

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前言

第一章文献综述

1.1农田土壤温室气体产生过程和影响因素

1.2农田土壤温室气体通量的研究方法

1.3保护性耕作的多种独特功能

1.4保护性耕作对农田土壤温室气体通量的影响

第二章研究思路、材料与方法

2.1研究思路

2.2试验地点概况

2.3材料和试验设计

2.4采样和测定

2.5数据统计分析

第三章结果分析与讨论

3.1保护性耕作对CO2通量的影响

3.2保护性耕作对农田土壤NH4通量的影响

3.3保护性耕作对农田土壤N2O通量的影响

3.4农田土壤温室通量气体之间的关系

3.5土壤性状对温室气体通量的影响

第四章结论与讨论

致谢

参考文献

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