控制灌溉稻田棵间土壤甲烷排放规律及机理研究

摘要

本研究于2006年6月至2007年10月连续2年在河海大学国家重点实验室昆山试验基地内进行。以麦茬稻为研究对象，以持续淹水灌溉为对照，采用人工静态箱-气相色谱法田间原位测定稻田棵间土壤甲烷排放通量，较系统地分析了控制灌溉模式下稻田棵间土壤甲烷排放规律、影响因子及排放机理。主要结论如下： 1、控制灌溉稻田棵间甲烷排放集中在分蘖前期和中期，此后棵间甲烷排放很低；稻田棵间甲烷日排放表现为下午峰值型。 与淹水灌溉稻田相比，甲烷减排幅度达62％～68％：苏州昆山地区的控制灌溉稻田棵间甲烷季节平均排放通量为0.28～1.11mg·m<'-2>·h<'-1>，年排放量为0.73g·m<'-2>～3.34g·m<'-2>。由于分蘖期的水管理措施不同，控灌稻田棵间甲烷排放会呈单峰或多峰型季节变化。控制灌溉稻田棵间甲烷排放与总甲烷排放关系密切。 2、控制灌溉模式在水稻分蘖前期的水管理措施对稻田棵间甲烷排放的影响至关重要。 在控制灌溉模式下，分蘖期稻田田间水层落干措施会激发土壤内甲烷的释放，从而引起甲烷排放高峰，但其后效性直接影响水稻后续各生育阶段稻田棵间土壤甲烷排放。稻田土壤温度升高有利于棵间稻田甲烷排放。稻田棵间甲烷排放季节变化与稻田表层土壤有机碳含量季节变化关系密切。 3、对稻田棵间土壤产甲烷菌及甲烷氧化菌数量进行测定，从微生物学角度证实了控制灌溉能显著减排甲烷。 控制灌溉稻田棵间土壤0-10cm和10-20cm土层产甲烷菌数量分别为(9.53±2.02)×10<'3>个/克干土、(9.35±2.35)×10<'3>个/克干土，甲烷氧化菌数量分别为(19.50±9.14)×10<'6>个/克干土和(13.18±6.15)×10<'6>个/克干土，控制灌溉模式下稻田棵间土壤产甲烷菌数量少于淹水稻田，而甲烷氧化菌数量多于淹水稻田。稻田棵间土壤产甲烷菌数量季节变化与土壤有机碳含量季节变化关系密切。控制灌溉稻田棵间甲烷排放季节变化与10-20cm土层产甲烷菌及甲烷氧化菌数量的差值季节变化呈线性负相关。 4、控制灌溉模式显著降低了土壤产生甲烷的潜力是其减排甲烷的重要原因。 控制灌溉模式下土壤甲烷产率季节变化与棵间甲烷排放季节变化呈线性正相关。控制灌溉稻田棵间甲烷排放通量会随着表层土壤甲烷气体浓度的增加而线性增加。气相扩散是控制灌溉稻田棵间甲烷排放的主要形式。

目录

文摘

英文文摘

前言

声明

第一章综述

1.1研究背景及意义

1.2研究进展

1.2.1稻田甲烷产生、氧化及传输

1.2.2稻田棵间甲烷排放

1.2.3稻田甲烷排放的影响因素

1.3存在的主要问题

1.4研究内容及技术路线

1.4.1研究内容

1.4.2技术路线

第二章试验材料与方法

2.1试区概况

2.2试验设计及布置

2.2.1试验设计

2.2.2小区布置

2.3主要观测项目及方法

2.3.1田间采样及气体分析

2.3.2稻田土壤理化因子

2.3.3土壤铵态氮及有机质含量测定

2.3.4土壤甲烷细菌数量测定

2.3.5土壤甲烷产生率测定

2.3.6土壤溶液及气体中甲烷含量测定

2.4数据统计与分析方法

第三章控制灌溉稻田棵间甲烷排放规律

3.1控制灌溉模式下稻田棵间甲烷季节排放规律

3.1.1控制灌溉稻田棵间甲烷排放通量特征

3.1.2控制灌溉稻田棵间甲烷季节排放规律

3.2控制灌溉模式下稻田棵间甲烷日排放规律

3.2.1棵间甲烷日排放通量特征

3.2.2棵间甲烷日排放规律

3.3控制灌溉模式下稻田棵间甲烷排放量

3.3.1棵间甲烷季节排放量计算

3.3.2棵间甲烷排放量与总排放量的关系分析

3.4本章小结

第四章控制灌溉稻田棵间甲烷排放环境影响因子

4.1水分管理对棵间甲烷排放的影响

4.1.1田面水层落干

4.1.2土壤水分状况

4.2稻田土壤温度对棵间甲烷排放的影响

4.2.1土壤温度对棵间甲烷季节排放的影响

4.2.2土壤温度对棵间甲烷日排放的影响

4.3稻田土壤pH值对棵间甲烷排放的影响

4.4稻田土壤有机碳含量对棵间甲烷排放的影响

4.5稻田土壤铵态氮含量对棵间甲烷排放的影响

4.6本章小结

第五章控制灌溉稻田棵间甲烷排放机理

5.1稻田甲烷产生与排放的微生物学机理

5.1.1棵间土壤产甲烷菌数量及其变化情况

5.1.2土壤环境因子对产甲烷菌数量的影响

5.1.3棵间土壤产甲烷菌数量与棵间甲烷排放的关系

5.1.4棵间土壤产甲烷菌数量与土壤甲烷产生率的关系

5.2稻田甲烷氧化与排放的微生物学机理

5.2.1棵间土壤甲烷氧化菌数量及其变化情况

5.2.2棵间土壤甲烷氧化菌数量与棵间甲烷排放的关系

5.2.3棵间土壤甲烷细菌数量差值与棵间甲烷排放的关系

5.3稻田棵间甲烷产生传输排放机制

5.3.1土壤甲烷产生率及其变化情况

5.3.2土壤甲烷产生率与棵间甲烷排放的关系

5.3.3土壤水溶解甲烷含量变化及液相扩散排放

5.3.4土壤甲烷气体含量变化及气泡和气相扩散排放

5.4本章小结

第六章结论与展望

6.1主要结论及讨论

6.2研究特色及创新点

6.3存在的问题及展望

参考文献

致谢

后记