DNDC模型对川中丘陵区稻田CH_4、N_2O排放的模拟对比分析

利用IKONOS高分辨率(1m)卫星遥感图,进行典型抽样和地形→土地利用→土地覆盖→综合信息提取的方法,选定了代表川中丘陵区类特征的四川省金堂县为研究区域,通过对研究区域中不同固定耕作制度下代表性田块的选取,于2005年5月—2006年5月对田块管理者进行作物田间管理、作物产出等农业生产实际情况调查和分析,进行土壤理化性状、水样的测定,并结合当地的气象资料,利用DNDC模型模拟川中丘陵区不同耕作制度下稻田温室气体的排放情况。结果表明:冬水田-水稻田(PF)水稻生长期CH4排放通量为2.24 kg.hm-2.d-1,占年排放量的80.73%;水稻生长期和冬闲期N2O通量分别为0.033和0.003 6 kg.hm-2.d-1,水稻生长期排放量为4.28 kg.hm-2,占年总排放量的83.59%。CH4和N2O排放量在水稻整个生季节存在明显的互为消长关系。油菜-小麦田(RR)水稻生长期CH4排放通量为1.16 kg.hm-2.d-1,是休闲期的20.71倍,水稻生长期CH4排放量占年排放量的90.48%;水稻生长期和非水稻生长期N2O排放通量分别为0.070和0.027 kg.hm-2.d-1,水稻生长期N2O...     

DNDC模型对川中丘陵区稻田CH4、N2O排放的模拟对比分析

利用IKONOS高分辨率(1m)卫星遥感图,进行典型抽样和地形→土地利用→土地覆盖→综合信息提取的方法,选定了代表川中丘陵区类特征的四川省金堂县为研究区域,通过对研究区域中不同固定耕作制度下代表性田块的选取,于2005年5月—2006年5月对田块管理者进行作物田间管理、作物产出等农业生产实际情况调查和分析,进行土壤理化性状、水样的测定,并结合当地的气象资料,利用DNDC模型模拟川中丘陵区不同耕作制度下稻田温室气体的排放情况。结果表明:冬水田-水稻田(PF)水稻生长期CH4排放通量为2.24 kg.hm-2.d-1,占年排放量的80.73%;水稻生长期和冬闲期N2O通量分别为0.033和0.003 6 kg.hm-2.d-1,水稻生长期排放量为4.28 kg.hm-2,占年总排放量的83.59%。CH4和N2O排放量在水稻整个生季节存在明显的互为消长关系。油菜-小麦田(RR)水稻生长期CH4排放通量为1.16 kg.hm-2.d-1,是休闲期的20.71倍,水稻生长期CH4排放量占年排放量的90.48%;水稻生长期和非水稻生长期N2O排放通量分别为0.070和0.027 kg.hm-2.d-1,水稻生长期N2O排放量为8.01 kg.hm-2,占年排放量的54.19%。小麦-水稻田(RW)水稻生长期CH4排放通量为1.24 kg.hm-2.d-1,是休闲期的21.02倍。水稻生长期CH4排放量占年排放量的89.75%;水稻生长期和非水稻生长期N2O排放通量分别为0.089和0.030 kg.hm-2.d-1,水稻生长期N2O排放量为9.61 kg.hm-2,占年排放量的55.23%。PF年CH4排放量是RR和RW的近3倍,且少一季作物产量,应尽量将冬水田改为两季田。     

水旱轮作稻田旱作季种植不同作物对CH_4和N_2O排放的影响

甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)是仅次于二氧化碳(CO2)的重要温室气体,农田是大气CH4和N2O的重要来源,但目前农业措施对CH4和N2O排放的影响尚不明确。以水旱轮作稻田旱作季休闲为对照,采用静态箱-气相色谱法研究了种植紫云英、黑麦草、冬小麦以及油菜等4种作物对稻田旱作季CH4和N2O排放及其温室效应的影响。结果表明:水旱轮作稻田旱作季CH4排放通量较低,而N2O排放较为明显。稻田旱作季CH4平均排放通量表现为油菜黑麦草冬小麦紫云英休闲,依次为8.96、7.19、6.94、6.52和6.02μg·m-2·h-1,季节N2O平均排放通量的顺序是油菜(61.1μg·m-2·h-1)冬小麦(52.5μg·m-2·h-1)黑麦草(34.0μg·m-2·h-1)休闲(15.3μg·m-2·h-1)紫云英(13.6μg·m-2·h-1)。稻田旱作季种植不同作物对CH4和N2O季节总排放量的影响达到极显著水平(P0.01),CH4和N2O季节总排放量均以种植油菜为最大,分别达到43.2和294.7 mg·m-2,比对照休闲增加49%和299%。种植油菜、冬小麦和黑麦草较对照休闲显著增加稻田旱作季总增温潜势(P0.05),紫云英和休闲处理间总增温潜势无显著差异(P0.05)。研究表明,种植油菜、冬小麦和黑麦草等作物由于氮肥的施用增加了水旱轮作稻田旱作季温室效应。     

不同种植制度对稻田旱作季节CH_4和N_2O排放的影响

通过大田试验研究了稻田旱作季节几种典型种植制度对CH4和N2O排放的影响,包括休闲(fallow)、油菜对照(OR-ck)、小麦对照(W-ck)、油菜施N(OR-N)和小麦施N(W-N)5个处理。试验结果表明,稻田旱作季节N2O排放明显,CH4排放量较低,甚至表现为弱的CH4汇。稻田旱作季节N2O排放除受到N肥和种植制度影响外,还受土壤含水量影响,施N处理显著促进了N2O排放,降雨后N2O排放明显。小麦和油菜施N处理N2O平均排放通量分别为18.51和13.47μg.m-2.h-1,季节累积排放量分别为87.31和59.48 mg.m-2,均显著高于对照和休闲处理。不同作物种类间N2O平均排放通量无显著差异,N2O季节累积排放量则表现为小麦显著高于油菜。各处理综合温室效应(100 a)依次为:OR-NW-NW-ckfallowOR-ck。各施N处理综合温室效应以N2O为主,但各无N处理则以CH4为主,也不容忽视。     

双季稻田不同种植模式对CH_4和N_2O排放的影响研究

以南方典型双季稻种植制度(早稻-晚稻R-R)为对照,采用静态箱-气相色谱法,研究了双季稻田早、晚稻(Oryza sativa L.)改种玉米(Zea mays L.),包括早稻-玉米(R-C)和玉米-早稻(C-R)两种种植模式下周年温室气体排放及其综合增温潜势(GWP),旨在探索出适合双季稻区的低碳农业种植模式,对我国农业应对气候变化温室气体减排具有重大意义。结果表明:不同种植制中水稻种植CH4排放占主导地位,改制玉米N2O排放量显著增加;其中,早稻改制玉米(C-R)的CH4排放比晚稻改制玉米(R-C)显著降低68.5%(P0.05),N2O排放量有所降低,但没有达到显著水平;R-C和C-R模式CH4周年排放总量较R-R模式显著降低53.6%(P0.01)和183.9%(P0.01),但N2O排放分别显著增加257.0%(P0.01)和245.2%(P0.01);不同种植制度增温潜势(按CO2当量计)大小顺序为:R-R(8 855.3 kg·hm-2)R-C(4 881.4 kg·hm-2)C-R(2 116.4 kg·hm-2),且差异达显著水平,结合南方晚稻季温光资源的优势,认为玉米替代晚稻种植(早稻-玉米模式)是一可行的减缓温室效应的途径。     

丘陵区稻田N2O排放的特点

1993～1994年在中国科学院红壤生态试验站通过田间试验研究了丘陵区稻田N2O排放的特点结果表明稻田N2O排放主要集中在水分落干期间,淹水状态下几乎没有N2O排放。由于早稻稻草还田,晚稻稻田N2O排放量即使在水分落干期间也不高。稻田N2O排放员随地形降低而逐渐增加,1993～1994年两年中被底、坡腰和坡顶稻田水稻生长期平均N2O-N排放通量分别为10．90、5．60和2．11μg／（m2·h）。     

N_2O、CO_2温室气体与土壤DNDC模型

本文对N2O、CO2两种温室气体的研究工作进行了评述,重点介绍了土壤脱氮-分解模型（DNDC）的起始原由、发展过程及其结构.并通过对模型在不同国家和地区的灵敏度检验,表明与实测结果非常吻合,得出了非常重要的结论.这一模型不仅对N2O、CO2等温室气体的全球变化研究有重要意义.而且对土壤农业耕作实践也有指导作用,但这些结论有待于进一步的详细研究.     

墒沟埋草对稻田CH4和N2O排放的影响

2006年采用静态箱法观测对照(麦秆不还田)以及均匀混施和墒沟埋草2种麦秆还田方式下稻田CH4和N2O排放通量,探讨墒沟埋草对稻田CH4和N2O排放的影响.结果表明:墒沟埋草处理中,墒沟区域的CH4平均排放通量显著高于均匀混施处理(P＜0.05),而N2O平均排放通量显著低于均匀混施处理(P＜0.05).墒沟埋草处理的CH4季节排放总量是对照的4.07倍,而与均匀混施处理无显著差异(P＞0.05).墒沟埋草处理的N2O季节排放总量是对照的70%,是均匀混施处理的3.14倍.     

川中丘陵区稻田甲烷排放及其影响因素

利用静态箱／气相色谱法对川中丘陵区冬水田和水旱轮作稻田进行全生长季CH4排放观测。结果表明，水旱轮作稻田和冬水田CH4排放的季节变化峰值都出现在水稻生长中期，且都有1个典型的排放峰。分析讨论了温度、水稻生物量、耕作制度以及水稻栽培方式等因素对稻田CH4排放的影响。发现川中丘陵水稻生长季节5cm深处地温与稻田CH4排放通量呈显著正相关；水稻植株生长对CH4排放有重要作用；水旱轮作稻田CH4排放通量比冬水田低54．1％～65．1％；冬水田水稻采用强化栽培方式既可提高产量又可减少CH4排放。     

不同种植制度对稻田旱作季节CH4和N2O排放的影响

通过大田试验研究了稻田旱作季节几种典型种植制度对CH4和N2O排放的影响,包括休闲（fallow）、油菜对照（OR-ck）、小麦对照（W-ck）、油菜施N（OR-N）和小麦施N（W-N）5个处理。试验结果表明,稻田旱作季节N2O排放明显,CH4排放量较低,甚至表现为弱的CH4汇。稻田旱作季节N2O排放除受到N肥和种植制度影响外,还受土壤含水量影响,施N处理显著促进了N2O排放,降雨后N2O排放明显。小麦和油菜施N处理N2O平均排放通量分别为18.51和13.47μg·m^-2·h^-1,季节累积排放量分别为87.31和59.48 mg·m^-2,均显著高于对照和休闲处理。不同作物种类间N2O平均排放通量无显著差异,N2O季节累积排放量则表现为小麦显著高于油菜。各处理综合温室效应（100 a）依次为：OR-N〉W-N〉W-ck〉fallow〉OR-ck。各施N处理综合温室效应以N2O为主,但各无N处理则以CH4为主,也不容忽视。     

红壤丘陵区冬闲稻田CH4和N2O排放通量的研究

CH4和N2O是与全球气候变化密切相关的2种主要温室气体,其排放规律以及减排措施已成为当前研究的热点。休闲期抛荒稻田普遍存在于我国西南和南方地区,而对于其CH4和N2O排放规律的研究还比较少。本实验选取江西红壤丘陵区进行观测,于稻田休闲期采用静态箱-气相色谱法进行原位观测,旨在探讨休闲期CH4和N2O的排放规律,可为制定减排措施提供一定的依据。研究结果表明:红壤丘陵区冬闲稻田CH4和N2O平均排放通量(以CH4和N2O-N计)分别为0.03mg.m-2.h-1和3.27μg.m-2.h-1。冬闲期CH4和N2O平均排放通量与土温、降雨量无明显线性关系(P>0.05)。冬闲稻田排放CH4和N2O的综合温室效应(以CO2-eq计)为7.58 g.m-2,其中,CH4和N2O产生的温室效应(以CO2-eq计)分别为2.33和5.25 g.m-2。N2O排放量是冬闲稻田温室气体观测中不可忽视的部分。     

红壤丘陵区冬闲稻田CH4和N2O排放通量的研究

CH4和N2O是与全球气候变化密切相关的2种主要温室气体,其排放规律以及减排措施已成为当前研究的热点。休闲期抛荒稻田普遍存在于我国西南和南方地区,而对于其CH4和N2O排放规律的研究还比较少。本实验选取江西红壤丘陵区进行观测,于稻田休闲期采用静态箱-气相色谱法进行原位观测,旨在探讨休闲期CH4和N2O的排放规律,可为制定减排措施提供一定的依据。研究结果表明：红壤丘陵区冬闲稻田CH4和N2O平均排放通量（以CH4和N2O-N计）分别为0.03mg.m-2.h-1和3.27μg.m-2.h-1。冬闲期CH4和N2O平均排放通量与土温、降雨量无明显线性关系（P〉0.05）。冬闲稻田排放CH4和N2O的综合温室效应（以CO2-eq计）为7.58 g.m-2,其中,CH4和N2O产生的温室效应（以CO2-eq计）分别为2.33和5.25 g.m-2。N2O排放量是冬闲稻田温室气体观测中不可忽视的部分。     

华南丘陵区农林复合生态系统早稻田CH4和N2O排放通量的时间变异

采用静态箱-气相色谱法对典型华南农林复合生态系统早稻田CH4和N2O排放进行田间原位测定,探讨早稻田两种温室气体的排放规律。结果表明,有植株参与稻田在水稻生长季节中CH4排放昼夜变化表现为双峰模态,收割后为三峰模态,CH4排放昼夜变化幅度比无植株参与稻田大。在测定期内有植株参与稻田CH4昼夜平均排放通量大小依次为:成熟期(1.96±0.33)>孕穗期(0.13±0.01)>收割后(-0.01±0.02)(mg.m-2.h-1)。有植株参与稻田在孕穗期CH4昼夜平均排放通量显著高于无植株参与稻田(P<0.01)。在测定期内有、无植株参与稻田CH4平均排放通量分别为0.85±0.28、0.14±0.09 mg.m-2.h-1。有、无植株参与稻田N2O昼夜平均排放通量没有显著差异。在测定期内有、无植株参与稻田N2O平均排放通量分别为118.07±50.97、15.65±21.56μg.m-2.h-1。CH4和N2O的排放无论是昼夜变化还是季节变化都与温度没有明显相关关系,其排放受稻田水分和养分状况的影响。水稻作物对CH4排放影响较大,对N2O排放影响不明显。     

生物黑炭还田对晚稻CH4和N2O综合减排影响研究

利用静态箱法测定了稻草直接还田和生物黑炭还田对湖南晚稻CH4和N2O排放的影响。结果表明,与单施化肥处理相比,添加稻草和生物黑炭处理的CH4排放量分别增加了24.70%（P〈0.05）和6.32%,而N2O的排放量分别降低了37.08%（P〈0.05）和37.61%（P〈0.05）;生物黑炭CH4排放量较稻草还田减少了14.74%（P〈0.05）。按100年统计稻田CH4和N2O的综合增温潜势（GWP）表明,单位产量的GWP由大到小顺序为稻草（RS）,不施肥（CK）,黑炭（BC）,化肥（CF）。综上说明,生物黑炭还田能保持晚稻产量稳定,减少了当季晚稻CH4和N2O的排放,具有一定的生态环境效益。     

农田土壤硝化-反硝化作用与N_2O的排放

在北京潮土上研究了冬小麦夏玉米轮作体系下土壤硝化反硝化作用以及N2O排放情况。结果表明,小麦生育期土壤温度及含水量较低,无论是反硝化损失氮量还是土壤的N2O生成排放量均不高。土壤的N2O生成排放量与反硝化氮量相当或低于反硝化氮量。玉米生育期土壤温度升高以及孔隙含水量有较大的改善,反硝化损失氮量、N2O生成排放量有明显上升。通常情况下土壤反硝化损失氮量与N2O排放氮量基本处于同一水平。在玉米十叶期追肥后的较短时间内,N2O总排放量明显高于反硝化损失氮量,说明至少在这一阶段中,硝化作用在北方旱地土壤N2O的排放中发挥了主要作用。在评价北方旱地农田土壤氮素硝化反硝化损失中,硝化作用的氮素损失是不可忽视的重要方面。     

水稻覆膜节水综合高产技术对稻田CH4排放的影响

采用静态箱-气相色谱法观测了常规栽培和水稻覆膜节水综合高产技术下川中丘陵地区稻田的CH4排放通量,探究覆膜节水综合高产技术对稻田CH4排放的影响。结果表明：整个水稻生长期,常规栽培与水稻覆膜节水综合高产技术稻田CH4排放总量分别为(35.0±3.5)和(5.1±1.0) g·m-2,后者较前者减少稻田CH4季节排放量的(86±4)%。二者CH4平均排放通量在不同水稻生长时期存在如下关系：孕穗期>抽穗期>成熟期>分蘖期。水稻各生长时期,覆膜节水综合高产技术均降低稻田CH4排放,在稻田CH4排放盛期（孕穗期）降幅达79%。在不同土壤水分状况下,水稻覆膜节水综合高产技术稻田CH4平均排放通量存在如下关系：烤田期>烤田后>烤田前;而常规栽培则为烤田期>烤田前>烤田后。不同于常规栽培,烤田对水稻覆膜节水综合高产技术下稻田 CH4排放无明显影响,烤田后降雨促进其 CH4排放。土壤水分状况由低变高更易促使覆膜节水综合高产技术下稻田CH4排放。覆膜节水综合高产技术栽培全生育期内,厢面CH4排放通量与土温、土壤Eh无显著相关性（P>0.05）。厢沟CH4排放与土温显著正相关（r=0.447*,P<0.05）。水稻移栽至烤田前,厢面CH4排放通量与土壤Eh显著负相关（r=0.624*,P<0.05）。     

麦秸还田与土壤耕作对稻季CH_4和N_2O排放的影响

2008年在大田试验条件下,设置麦秸还田旋耕、麦秸不还田旋耕、麦秸还田翻耕、麦秸不还田翻耕4个处理,采用静态暗箱-气相色谱法田间原位观测稻麦两熟制农田水稻生长季CH_4和N_2O排放通量,研究小麦秸秆全量还田与土壤耕作两项技术措施对稻季CH_4和N_2O排放的影响及其温室效应,以期为稻麦两熟制农田温室气体减排提供对策.结果表明:麦秸还田对稻季CH_4排放总量的影响达极显著水平,麦秸还田与耕作方式的互作效应对CH_4排放总量有显著影响,麦秸还田和耕作方式对N_2O排放总量的影响均达极显著水平;不同麦秸还田与土壤耕作处理稻季OH4排放总量为:麦秸还田旋耕>麦秸还田翻耕>麦秸不还田翻耕>麦秸不还田旋耕,N_2O的排放总量为:麦秸不还田翻耕>麦秸不还田旋耕>麦秸还田翻耕>麦秸还田旋耕;与麦秸不还田相比,相同耕作措施下麦秸还用排放CH_44和N_2O所产生的全球增温潜势(GWP)明显提高.麦秸还田条件下旋耕处理的GWP高于翻耕处理,而"单位产量的GWP"无明显差异,麦秸不还田条件下采用旋耕措施较翻耕可减轻温室效应.