控制灌溉稻田甲烷排放规律及其影响机理研究

【摘要】： 本研究于2005．06～2006．10连续2年在江苏省昆山市排灌试验基地内进行。以麦茬稻为研究对象，以持续淹水(以下简称“淹灌”)为对照，采用人工静态箱—气相色谱法田间原位测定稻田CH_4排放通量，较系统地分析研究了节水控制灌溉模式下(以下简称“控灌”)稻田CH_4排放规律及其影响机理。主要结果如下： 1、华东稻麦轮作区的控灌稻田CH_4季节平均排放率0.8 mg·m~(-2)·h~(-1)～8.15mg·m~(-2)·h~(-1)，年排放量2.4g·m~(-2)～24.5g·m~(-2)。与淹灌稻田相比，控灌模式极大地减少了稻田CH_4排放，减小幅度达39％～85％。 2、控灌稻田CH_4排放主要呈现单峰型季节变化，CH_4排放集中在分蘖前期和中期，排放峰值出现的时间会比持续淹灌稻田提前10多天。控灌稻田CH_4排放的日变化以上午出现极小值，午后出现极大值的单峰模态为主。 3、控灌稻田分蘖前期的排水或水分落干对其CH_4排放的季节变化模式起主要调控作用，而前期是否施用有机底肥决定了CH_4季节排放峰值的幅度。控灌稻田接近饱和含水率的土壤水分状况也是有利于稻田CH_4减排的。 4、无论何种灌溉模式，温度(包括气温和土温)变化都是稻田CH_4排放季节变化与日变化的重要原因。控灌稻田当土壤Eh＞100mV时，CH_4季节排放与日排放都随20cm土层土壤Eh的升高呈指数或线性衰减。 5、控灌和淹灌稻田土壤水溶解CH_4含量的变化范围分别为0.01umol·L~(-1)～7.76umol·L~(-1)和0.02umol·L~(-1)～24.99umol·L~(-1)，前者明显低于后者。控灌稻田CH_4排放很大程度上由20cm左右土层土壤水溶解CH_4含量决定。 6、无论灌溉模式如何，茎蘖消长和株高变化对CH_4排放的影响不显著。控灌无水层条件下，CH_4排放受到抑制时，较强的根系活性会促进CH_4排放。 7、水稻控制灌溉模式可以较淹灌模式节水75％～80％，并维持或增加水稻产量，还大幅减少了稻田CH_4排放，能够实现稻田CH_4减排与水稻节水增产的和谐统一。 主要结论： 1、控制灌溉稻田分蘖前期的排水或水分落干对其CH_4排放的季节变化模式起主要调控作用，而前期是否施用有机底肥决定了CH_4季节排放峰值的幅度。 2、控制灌溉稻田CH_4排放的季节变化可以用20cm左右土层土壤水溶解CH_4含量的季节变化来解释和模拟。 3、水稻控制灌溉模式能够实现稻田CH_4减排与水稻节水增产的和谐统一，是最有发展前景的稻田CH_4减排措施之一。 【关键词】：节水灌溉 控制灌溉 稻田 甲烷 机理
【学位授予单位】：河海大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：S511
【目录】：

• 前言5-7
• 摘要7-9
• Abstract9-14
• 第一章 绪论14-48
• 1.1 研究背景与意义14-20
• 1.1.1 开展水稻节水灌溉研究的意义14
• 1.1.2 我国水稻节水灌溉模式及其推广应用14-18
• 1.1.3 问题的提出及其意义18-20
• 1.2 甲烷的温室效应及其源汇20-22
• 1.3 国内外研究进展22-43
• 1.3.1 稻田CH_4排放机理23-25
• 1.3.2 稻田CH_4排放规律25-27
• 1.3.3 稻田CH_4排放的观测方法27-29
• 1.3.4 稻田CH_4排放的影响因素29-35
• 1.3.5 稻田CH_4排放的估算模型35-36
• 1.3.6 我国稻田CH_4排放的估算量36-38
• 1.3.7 稻田CH_4的减排措施38-40
• 1.3.8 研究分类与归纳40-43
• 1.4 存在的问题43-45
• 1.5 本论文主要研究内容及技术路线45-48
• 第二章 试验材料与方法48-68
• 2.1 试区概况48
• 2.2 试验处理与布置48-52
• 2.3 田间采样装置及设计52-54
• 2.4 田间采样方案54-57
• 2.5 室内化验与分析57-61
• 2.5.1 色谱条件设置57-58
• 2.5.2 样品进样58-59
• 2.5.3 甲烷排放通量的计算59-60
• 2.5.4 浓度数据的处理原则60-61
• 2.6 其它观测项目与方法61-67
• 2.6.1 土壤理化特性61-63
• 2.6.2 灌溉水量63
• 2.6.3 水稻植株相关指标63-65
• 2.6.4 土壤水溶解CH_4含量的测定与计算65-67
• 2.7 数据统计与分析方法67-68
• 第三章 控制灌溉稻田甲烷排放规律研究68-96
• 3.1 稻田甲烷季节排放规律及其排放量68-82
• 3.1.1 稻田CH_4排放通量及峰值的统计分析69-73
• 3.1.2 稻田CH_4季节排放规律73-77
• 3.1.3 稻田CH_4季节排放量的估算77-80
• 3.1.4 稻田CH_4季节平均排放率80-82
• 3.2 稻田甲烷日排放规律82-86
• 3.2.1 稻田CH_4日排放极值的发生频率82-83
• 3.2.2 稻田CH_4日排放规律83-86
• 3.3 稻田棵间甲烷排放规律86-94
• 3.3.1 稻田棵间CH_4排放的季节变化86-88
• 3.3.2 稻田棵间CH_4排放的日变化88-90
• 3.3.3 稻田棵间CH_4排放量及平均排放率90-92
• 3.3.4 讨论92-94
• 3.4 本章小结94-96
• 第四章 控制灌溉稻田环境因子变化对甲烷排放的影响机理96-132
• 4.1 田间水分管理对甲烷排放的调控97-101
• 4.1.1 排水措施97-99
• 4.1.2 田间水分状况99-101
• 4.2 株间气温对甲烷排放规律的影响101-106
• 4.2.1 对CH_4排放季节变化的影响101-103
• 4.2.2 对CH_4排放日变化的影响103-106
• 4.3 土壤温度变化对甲烷排放规律的影响106-114
• 4.3.1 控灌对土壤温度的调节106-107
• 4.3.2 甲烷排放季节变化的土温效应107-110
• 4.3.3 甲烷排放日变化的土温效应110-114
• 4.4 土壤Eh变化对甲烷排放规律的影响114-123
• 4.4.1 控灌对土壤Eh的调节114-116
• 4.4.2 对CH_4排放季节变化的影响116-120
• 4.4.3 对CH_4排放日变化的影响120-123
• 4.5 土壤水溶解甲烷含量对CH_4排放的影响及模拟123-129
• 4.5.1 土壤水溶解CH_4含量的垂直分布123-125
• 4.5.2 土壤水溶解CH_4含量的季节动态125-126
• 4.5.3 基于土壤水溶解CH_4的稻田CH_4排放的模拟126-128
• 4.5.4 讨论128-129
• 4.6 本章小结129-132
• 第五章 控制灌溉稻田植株生长变化对甲烷排放的影响机理132-148
• 5.1 甲烷排放对水稻茎蘖变化的响应133-136
• 5.1.1 控灌对水稻茎蘖数的调节133-134
• 5.1.2 甲烷排放与水稻茎蘖数的关系134-136
• 5.2 甲烷排放对水稻株高变化的响应136-139
• 5.2.1 控灌对水稻株高的调节136-137
• 5.2.2 甲烷排放与水稻株高的关系137-139
• 5.3 甲烷排放对水稻根系活性变化的响应139-141
• 5.3.1 控灌对水稻根系活性的调节139-140
• 5.3.2 甲烷排放与水稻根系活性的关系140-141
• 5.4 甲烷累积排放量与水稻干物质量的关系141-144
• 5.4.1 水稻干物质量的季节动态142
• 5.4.2 甲烷累积排放量与地上干物质量的关系142-144
• 5.5 甲烷季节排放量与灌溉水量、水稻产量的关系144-146
• 5.5.1 控灌稻田的灌溉水量和水稻产量144-145
• 5.5.2 甲烷季节排放量与水稻产量的关系145-146
• 5.6 本章小结146-148
• 第六章 结论与展望148-154
• 6.1 主要结论148-150
• 6.2 研究特色与创新点150-151
• 6.3 展望151-154
• 参考文献154-170
• 附表 甲烷相关原始数据170-175
• 附录A 攻读博士学位期间发表论文情况175-176
• 附录B 攻读博士学位期间科研与获奖情况176-177
• 致谢177-178

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