稻田利用方式轉(zhuǎn)變對(duì)生態(tài)系統(tǒng)CO2排放和碳收支的影響.pdf

1、近年來，如何減少溫室氣體(特別是CO2)的排放，已成為全球人類關(guān)注的焦點(diǎn)問題。人類通過化石燃料的燃燒和土地利用方式改變等兩種主要活動(dòng)干擾碳循環(huán)，增加大氣中的CO2濃度。土地不同利用方式一方面通過改變地表植被的類型和覆蓋率使生態(tài)系統(tǒng)的凈初級(jí)生產(chǎn)力發(fā)生變化;另一方面可以直接影響生態(tài)系統(tǒng)對(duì)大氣中CO2的吸收來影響其源/匯功能。水作和旱作是農(nóng)田的兩種常見種植模式，不同的利用方式無疑會(huì)導(dǎo)致碳循環(huán)的差異。本研究以轉(zhuǎn)換稻田土地利用方式CO2排放為切入

2、點(diǎn)，將冬水田轉(zhuǎn)換為稻麥輪作或雙季稻田轉(zhuǎn)換為菜地，稻田由淹水環(huán)境轉(zhuǎn)為水早輪作或旱地耕作。采用靜態(tài)暗箱-氣相色譜法測(cè)定CO2排放通量，探討稻田利用方式轉(zhuǎn)換后生態(tài)系統(tǒng)CO2的排放變化，并對(duì)該系統(tǒng)CO2-C收支進(jìn)行估算，以確定冬水田轉(zhuǎn)稻麥輪作和雙季稻田轉(zhuǎn)菜地是否能固定更多的碳，為稻田生態(tài)系統(tǒng)制定有效的碳減排措施，為合理的土地利用提供科學(xué)指導(dǎo)。
　　本研究選取四川省鹽亭縣6塊種植中稻的冬水田和湖南省長(zhǎng)沙縣6塊種植早晚稻的雙季稻田為研究對(duì)象，

3、其中3塊冬水田(RF)轉(zhuǎn)換為稻麥輪作(RW)，3塊雙季稻田(DR)轉(zhuǎn)換為菜地(PV)。冬水田、稻麥輪作、雙季稻田和菜地等四種土地利用方式均設(shè)置有植株常規(guī)施肥小區(qū)（UN）和無植株常規(guī)施肥小區(qū)(BL)兩個(gè)子處理，田間水分管理、施肥量和施肥方式均與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)管理模式一樣。試驗(yàn)主要觀測(cè)指標(biāo)為CO2排放通量、生物量以及土壤的可溶解有機(jī)碳(DOC)、硝態(tài)氮(NO3--N)和銨態(tài)氮(NH4+-N)。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)冬水田轉(zhuǎn)為稻麥輪作

4、后，CO2排放通量表現(xiàn)出“稻季高、麥季低”的總體規(guī)律，而各處理CO2年累積排放量表現(xiàn)為RW-UN＞RF-UN＞RW-BL＞RF-BL，且2014年的年累積排放值都低于2013年的對(duì)應(yīng)值。雙季稻田轉(zhuǎn)菜地后CO2排放規(guī)律明顯不同，各處理2013年CO2年累積排放量表現(xiàn)為DR-UN＞PV-UN＞PV-BL＞DR-BL，而在2014年和2015年則相反，CO2年累積排放量表現(xiàn)為PV-UN＞DR-UN。
　　(2)冬水田轉(zhuǎn)為稻麥輪作后，稻麥

5、輪作處理CO2年凈交換量均值為-7.32 t Cha-1，低于冬水田處理的CO2凈交換量均值-4.15 t C ha-1，表明轉(zhuǎn)換后生態(tài)系統(tǒng)年CO2固定量顯著增加。連續(xù)3年菜地和雙季稻田的CO2年凈交換量均值分別為-5.26 t Cha-1和-4.73 t C ha-1，兩者間雖無顯著性差異，但菜地固定CO2量大于雙季稻田，說明轉(zhuǎn)換能吸收更多的CO2。從生態(tài)系統(tǒng)CO2-C的角度出發(fā)，轉(zhuǎn)換稻田土地利用方式對(duì)環(huán)境是有利的。
　　(3)

6、改變種植模式和作物種類在一定程度上能夠改變農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳源匯功能。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)CO2凈交換量雖受土壤異養(yǎng)呼吸的影響，但與NPP值的變化相一致。當(dāng)NPP值較大時(shí)，固定CO2的量也多，表現(xiàn)為碳匯功能;當(dāng)NPP值小時(shí)，固定CO2的量也少，表現(xiàn)為碳源功能。轉(zhuǎn)換冬水田和雙季稻田的土地利用方式，增加復(fù)種指數(shù)，選擇生物量大的作物，能夠吸收更多的CO2而減少農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳排放。
　　(4)冬水田改為稻麥輪作后，對(duì)稻季水稻產(chǎn)量的影響不顯著，但會(huì)

7、增加一季的小麥產(chǎn)出，對(duì)農(nóng)戶是有利的。而雙季稻田連續(xù)3年早晚稻產(chǎn)量的年際差異不顯著，但早稻產(chǎn)量遠(yuǎn)低于晚稻，促使更多農(nóng)戶放棄早稻種植而選擇只種一季中稻，這樣的改變會(huì)延長(zhǎng)稻田的休閑期，使稻田表現(xiàn)為更強(qiáng)的碳源，轉(zhuǎn)換稻田利用方式有利于緩解碳源的排放。
　　(5)轉(zhuǎn)換稻田利用方式使土壤可溶態(tài)碳氮含量、水分、溫度等發(fā)生變化，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)CO2氣體排放和變化也存在顯著性差異，說明CO2的排放受土壤碳氮、水分、溫度等因素的影響，特別是水田轉(zhuǎn)為旱作后