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从20世纪70年代后期开始,全球变化对陆地生态系统以及社会经济系统产生广泛和深远的影响。全球变化研究受到科学界和政治家们的普遍重视,而陆地生态系统碳氮循环是全球变化和全球碳氮循环的核心部分,是预测未来大气CO2、N2O和其它温室气体含量、认识大气圈与生物圈的相互作用等科学问题的关键。
本研究利用静态箱/气相色谱法通过野外观测与室内分析的方法,设置了常规施氮肥有植物、常规施氮肥无植物和无氮肥有植物三种处理,在对四川省成都平原稻油轮作系统进行全生长季CO2和N2O通量观测的基础上,探讨了该地区CO2和N2O通量的日变化和季节变化特征,环境因子和植物生长对排放通量的影响。主要研究结果包括以下几方面:
1)土壤-水稻系统中,水稻拔节期CO2日变化幅度较大,从上午7点的最大值(738.57mgm-2h-1),至下午15时的最小值(325mgm-2h-1)。CO2日通量与水深有显著的曲线相关。在水稻整个生长期内,CO2平均值为257.61mgm-2h-1,而各期日均通量大小顺序是:拔节期>乳熟期>成熟期>抽穗期>分蘖期>返青期。水稻CO2排放通量的生长节变化呈现“抛物线”型特点,在中间,CO2的通量在768.8~978.7mgm-2h-1之间波动,在移栽后90d上达到最大值(1440.6mgm-2h-1)。
2)在返青期,CO2通量最低。分蘖期以后,CO2通量分别与T1(地下5cm温度),T1和T2(地表温度),T1、T2和T3(箱内温度),分别达极显著。整体来看,常规施氮肥CO2通量>无氮肥有植物处理>常规施氮肥无植物处理。水稻植株的CO2净排放主要集中在拔节期和乳熟期;休闲期残茬的CO2通量较返青期低。
3)拔节期,水稻田N2O的通量日变化呈排放、吸收的波动,总体表现为排放,且与地下5cm温度有曲线极显著相关;稻田CH4的排放对N2O排放日通量有一定影响。N2O总通量排放总体上表现为“前高后低”,在返青期,N2O排放最高峰为1.27mgm-2h-1,在整个水稻的生长季中,N2O通量总排放值为3.66mgm-2h-1,平均值为0.03mgm-2h-1,是大气N2O的排放源之一。整个生长期,常规水稻N2O通量与气温成显著直线相关,不同处理间N2O通量季节变化差异不显著。
4)土壤-油菜系统中,油菜地CO2通量随植株生长的变化较明显,最大通量为1585.48mgm-2h-1,最小通量180.61mgm-2h-1,平均值222.86mgm-2h-1。苗期油菜CO2日均通量最小。地下5cm温度、地表温度、箱内温度和气温的共同作用CO2的通量影响却达到极显著,而且在不同生长期,温度对CO2通量的影响不同。三种处理下的土壤湿度彼此间无显著差异,在油菜苗期和莆苔期,土壤湿度不影响三种处理的CO2排放。常规和无氮处理间的CO2通量有极显著差异。在莆苔期和花期,三种处理的CO2通量均值大小呈常规施氮肥CO2通量>无氮肥有植物处理>常规施氮肥无植物处理。
5)油菜常规施氮肥处理的N2O通量在生长期绝大部分时间内是排放,平均值为0.04mgm-2h-1,成为农田重要排放源。在1月2日的油菜常规处理有个最高峰0.58mgm-2h-1。在油菜莆苔期和花期,三种处理下的N2O的排放达到了极显著差异,最主要的原因是施肥。温度、湿度对常规处理N2O的排放影响还有待进一步研究。