论文部分内容阅读
大气二氧化碳(Carbon dioxide,CO2)浓度和温度升高是驱动稻田生态系统中甲烷(Methane,CH4)和氧化亚氮(Nitrous oxide,N2O)排放的主要气候因素,而施用氮肥是影响稻田生态系统中CH4和N2O排放的主要农田管理措施,本研究利用模拟大气CO2浓度和温度升高的开顶式气室(Open top chamber,OTC)并通过设置施氮梯度,采用静态箱-气相色谱法,通过测定2018-2019年早晚稻生长季CH4和N2O的排放通量,分析稻田CH4和N2O排放对大气CO2浓度和/或温度升高以及不同氮肥施用梯度的响应特征。试验起始(2018年)共设置5个处理:1)UC为大田环境;2)CK为OTC覆盖,OTC控制CO2浓度和温度与大田CO2浓度和温度一致;3)ET为增温处理,OTC控制温度升高1.5℃;4)EC为增加CO2浓度处理,OTC控制CO2浓度升高100 ppm;5)ETEC代表CO2浓度和温度同时升高处理,OTC控制CO2浓度升高100 ppm,温度升高1.5℃。每个处理设置3次重复。2019年试验在每个处理下设置两个氮肥梯度:常规氮处理(CN:180kg·N·hm-2)和高氮处理(HN:280 kg·N·hm-2)。本研究主要结果如下:(1)对于CN而言,2018年和2019年大气CO2浓度和/或温度升高下稻田CH4的季节排放特征基本一致:早稻和晚稻分别有87.8%-99.0%和91.5%-97.4%的CH4排放于移栽-孕穗期。2018年早稻CH4生长季排放总量高于2019年,主要与移栽-拔节期背景温度的年际差异有关。与CK相比,ET并未显著影响CH4排放;EC处理的早晚稻CH4累积排放量分别增加了28.2%和43.3%;ETEC处理的早晚稻CH4累积排放量分别增加了16.9%和39.8%。与CN相比,HN并未改变双季稻田CH4排放的总体特征,但增施氮肥对生长季CH4排放总量的影响在早晚稻季存在差异:在早稻季,HN增加了CH4排放总量,CK、ET、EC、ETEC处理HN的CH4排放总量相较于CN分别增加了2.6%、3.5%、12.5%和3.7%;在晚稻季,HN降低了增温增CO2浓度条件下的CH4排放总量,CK、ET、EC、ETEC处理的降幅分别为25.5%、14.0%、36.3%和32.2%。(2)对于CN而言,早晚稻的N2O呈现不同的排放特征,晚稻N2O排放相较于早稻更为集中。与CK相比,EC处理下早稻和晚稻的生长季N2O排放总量分别增加了36.5%和57.6%;ET提高了早晚稻N2O排放总量;ETEC对稻田N2O排放表现为正向作用,但与EC没有显著差异。与CN相比,早晚稻在增温增CO2浓度的条件下增施氮肥未改变N2O的季节排放模式:早稻各处理高低氮水平的排放峰值均出现在分蘖末期-穗肥施用后1 d(约为移栽后29-43 d),晚稻晒田期(移栽后23-32 d)和穗肥施入后3 d观测到明显的排放峰,穗肥的增施极大地激发了稻田N2O排放。与CN相比,HN能促进早晚稻各气候条件的N2O累积排放量,早稻季和晚稻季分别增加了16.6%-57.8%和85.6%-117.1%,且晚稻的增幅大于早稻。(3)对于CN而言,EC处理早稻和晚稻季的温室气体排放总量与CK相比分别增加了30.0%和45.2%;ET处理未显著影响温室气体排放总量;ETEC分别使早稻和晚稻的温室气体排放总量增加了19.3%和40.6%,未来大气CO2浓度和温度同时升高情况下稻田生态系统的温室气体排放总CO2eq可能会增加,并且存在年际差异。与CN相比,HN对早晚稻季温室气体排放总量的影响存在差异,具体作用效果主要取决于CH4排放:HN增加了早稻季各气候条件下的温室气体排放总量,显著降低了晚稻季EC处理的温室气体排放总量。综上所述,本研究探明了增温增CO2浓度及施氮水平对双季稻田CH4和N2O排放的影响,为未来气候变化背景下稻田合理施氮和温室气体减排策略的制定提供了数据支持。