《滴灌对干旱区春小麦田土壤co2、n2o排放及综合增温潜势的影响》由会员分享，可在线阅读，更多相关《滴灌对干旱区春小麦田土壤co2、n2o排放及综合增温潜势的影响（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘要： 对比新疆干旱区滴灌和传统灌溉对春小麦田土壤 CO2和 N2O 排放通量及综合增温潜势的影响差异， 旨在为该区有利于农田温室气体减排的农业管理措施的制定提供科学依据。 在春小麦田中， 设置滴灌和漫灌两种灌溉方式 （其中滴灌包含滴灌管间和滴灌管上 2 个不同的空间处理） ，利用静态暗箱-气相色谱法对两种灌溉方式下不同处理的土壤 CO2及 N2O 排放通量及影响因素进行了测定和分析。 结果表明： 在春小麦生长季， 滴灌方式下土壤 CO2排放通量均值比漫灌减少了 35.76%。 滴灌管间和滴灌管上两个处理的土壤 CO2排放通量无显著差异， 均值分别为 906.28、 838.25 mg m-2
2、 h-1， 但均与漫灌处理有显著性差异 （P0.05） 。滴灌和漫灌方式下土壤 CO2累积排放量分别为 2 188.68、 3180.91 g m-2， 土壤 N2O 累积排放量分别为 188.62、 160.60 mg m-2， 滴灌方式下春小麦田土壤 CO2和 N2O 的综合增温潜势比漫灌减少 983.55 g CO2 m-2。 相关性分析表明， 滴灌管间处理土壤 CO2排放通量与大气温度及 5、 10 cm 地温的相关性均达显著水平 （P0.05） . Cumulative emissions under drip and flood irrigations were respectiv
3、ely 2 188.68 and 3 180.91 g m-2for CO2, and 188.62 and 160.60 mg m-2for N2O. The global warming potentials of CO2and N2O under drip irrigation was 983.55 g CO2 m-2lower than that under flood irrigation. Significant correlations were observed between soil CO2emissions from BP and air temperature, soi
4、ltemperature at 5 cm and 10 cm depth （P漫灌滴灌管间。滴灌管间、 滴灌管上和漫灌处理的 10耀20 cm 土层 DOC 含量平均值约比 0耀10 cm 土层分别高 11.5%、 4.9%和 5.9%， 各层土壤 DOC 含量均表现为漫灌滴灌。 对于不同处理土壤硝态氮含量， 滴灌试验区 10耀20 cm 土壤高于 0耀10 cm 层土壤， 而漫灌试验区则相反。 对比可知， 滴灌管间 0耀10 cm 和 10耀20 cm 层土壤 NO- 3-N 含量分 别比漫灌高 9.7%和 37.7%， 滴灌管上 0耀10 cm 和 10耀 20 cm 层土壤 NO- 3-
5、N 含量分别比漫灌高 3.4%和 40.2%， 均表现为滴灌漫灌， 且滴灌试验区 10耀20 cm土壤 NO-3-N 含量较漫灌增加更为明显。土壤 NH+4-N表 2 滴灌和漫灌条件下 CO2和 N2O 累积排放量及其综合增温潜势Table 2 Cumulative emissions and GWPs of CO2and N2O underdrip and flood irrigation项目滴灌 Drip irrigation漫灌 Flood irrigationCO2/g m-22 188.68a3 180.91bN2O/mg m-2188.62a160.6aGWPs/g CO2 m-2
6、2 247.153 230.70注： 不同小写字母表示不同处理间的差异具有显著性 （P漫灌滴灌管上，且 10耀20 cm 土层高于 0耀10 cm 土层， 其中， 滴灌管间 0耀10 cm与 10耀20 cm 土层 NH+4-N 含量分别比漫灌高 29.2%和 7.5%， 而滴灌管上 0耀10 cm 和 10耀20 cm 土层 NH+4 -N 含量则分别比漫灌低 7.0%和 13.3%。2.5 环境因子对土壤 CO2和 N2O 排放通量的影响分析相关分析表明 （表 4） ， 滴灌管间处理土壤 CO2排放通量与大气温度及 5、 10 cm 地温均呈现显著正相关 （P0.05） ； 滴灌管间处理1
7、0耀 20 cm 土层 NH+4-N 含量与 N2O 排放通量显著正相关（P0.05） 。除上述因子外， 其他环境因子与土壤 CO2和 N2O 排放通量相关性均不显著。3讨论3.1 灌溉对农田土壤 CO2排放的影响对于不同灌溉方式对农田土壤 CO2排放通量的影响， 牛海生等16对干旱区冬小麦田进行了研究， 认为 滴灌麦 田的土 壤碳排 放 总 量 比 漫 灌 麦 田 高11.43%，滴灌比漫灌更有利于冬小麦田的土壤呼吸；张前兵等17-18对干旱区棉田土壤呼吸的研究结果也表明，膜下滴灌和漫灌方式下灌溉频率和灌溉量的不同造成土壤含水量变化和灌溉强度均有所差异，滴灌条件下土壤结构破坏程度小，土壤微生
8、物和根系活动增强， 而漫灌条件下土壤 O2的扩散受到限制， 因此膜下滴灌明显大于漫灌。上述两个研究结果与本研究对春小麦田土壤 CO2排放通量结果有所差异。 而李志国等19则认为覆膜滴灌处理棉田年土壤异氧呼吸通量明显小于无膜漫灌， 可能与地膜阻隔了土壤气体向大气的扩散及地膜的保水功能有关， 且覆膜滴灌土壤水分含量高降低了干湿交替引起的 CO2排放， 与本文的研究结果一致。本研究中， 小区域范围内滴灌和漫灌两种灌溉方式下土壤温度差异小， 同时， 由于没有覆膜的影响， 滴灌并未明显增加土壤水分含量， 相反滴灌条件下土壤水分含量还小于漫灌。 漫灌条件下土壤 CO2排放通量高于滴灌， 可能是因为土壤呼吸
9、的温度效应在一定的水分含量范围内随土壤水分含量的增加而升高20， 在水分作为限制因子的干旱半干旱区， 水分和温度共同影响土壤 CO2排放通量21-22。本研究春小麦在抽穗期-成熟收获期，滴灌方式下土壤呼吸速率显著高于漫灌 （P0.01） ， 与滴灌 0耀10 cm 层土壤微生物量碳含量比漫灌高 38.09%一致。韩琳等23的研究也认为滴环境因子 Environmental factor土层 Soil layer/cmCO2排放通量 CO2emissionsN2O 排放通量 N2O emissionsBPOPFIBPOPFIT-air0.788*0.4260.6130.3420.2340.153
10、T-0 cm00.6540.2380.443-0.006-0.108-0.219T-5 cm50.835*0.3190.3760.021-0.106-0.198T-10 cm100.836*0.3190.4320.076-0.050-0.156SW0耀100.2210.2300.2090.7390.839*0.838*10耀200.1630.3650.1440.6950.7400.849*MBC0耀10-0.101-0.279-0.0680.4430.0820.42210耀20-0.946*-0.374-0.745-0.0450.2490.334DOC0耀100.6940.5970.2370.
11、129-0.242-0.44710耀200.2300.106-0.191-0.060-0.021-0.645NO-3-N0耀100.265-0.571-0.2430.5890.008-0.59510耀20-0.399-0.722-0.3480.5450.558-0.518NH+4-N0耀10-0.357-0.257-0.4180.030-0.564-0.66410耀20-0.231-0.241-0.2570.867*-0.335-0.026郭树芳， 等： 滴灌对干旱区春小麦田土壤 CO2、 N2O 排放及综合增温潜势的影响797农业环境科学学报第 35 卷第 4 期灌单次灌水量小， 适宜的土壤
12、水分有利于微生物的生长， 进而有利于微生物生物量碳的增加。在一定的温度范围内微生物活性增强， 会加速土壤中有机质的分解， 进而增强作物根系和土壤呼吸24。 3.2 灌溉对农田土壤 N2O 排放的影响滴灌和漫灌方式下土壤水分的不同分布形式直接影响了土壤的硝化和反硝化反应， 这两种反应是土壤中氮氧化物产生的主要途径。 国内主要是关于滴灌棉田和菜地 N2O 排放通量的研究， 认为与沟灌或漫灌相比， 覆膜滴灌降低了棉田的 N2O 排放量14，25， 与常规肥水管理相比， 滴灌也降低了蔬菜地土壤 N2O 排放通量26。国外有少量关于滴灌和沟灌条件下番茄田和瓜田 N2O 排放通量的研究， S佗nchez-
13、Mart侏n 等11认为，滴灌湿润区土壤的硝化反应比反硝化反应更有利， 降低了氮氧化物的排放， 而沟灌区由于较高比例的厌氧微生物而更有利于土壤反硝化反应，与沟灌相比， 滴灌降低了 70%的 N2O 排放量，与滴灌造成的低强度灌水和土壤水分分布有关。S佗nchez-Mart侏n 等6也认为， 与沟灌相比， 滴灌减少了甜瓜田土壤 N2O 的排放和反硝化速率。本研究中春小麦乳熟期之前， 土壤水分含量呈增加趋势，且漫灌方式下土壤水分高于滴灌，反硝化作用随着水分含量的增加而加强， N2O 排放通量也随之增加27-29， 因此表现为滴灌方式下土壤 N2O 排放通量小于漫灌。对整个生长季土壤 N2O 与各环
14、境因子进行逐步 回归分析发现， 滴灌和漫灌方式下， 土壤硝态氮和铵态氮含量对土壤 N2O 排放通量影响显著。滴灌方式下土壤总矿质氮含量高于漫灌， 与 Sun 等30的研究结果一致， 即滴灌减少了氮的淋失。因此就整个生长季而言， 滴灌方式下土壤 N2O 排放通量高于漫灌， 可能与滴灌方式下土壤矿质氮底物的增加有关。 Li 等31研究认为滴灌后土壤硝态氮在湿润区边缘累积， 戴翠荣等32研究认为， 水平方向上土壤铵态氮随滴灌水扩散， 湿润区外缘铵态氮含量高于湿润区内部， 与本研究滴灌管间土壤矿质氮含量高于滴灌管上处理一致，进而导致滴灌管间土壤 N2O 排放通量高于滴灌管上。在节水灌溉条件下， 土壤干
15、湿交替频繁， 有利于改善土壤的通气性， 增加土壤的有效氧， 使得其表层具有良好的通气性， 有利于硝化-反硝化进行， 从而产生大量的 N2O33。另外， 干湿交替产生的频繁脉冲影响了灌溉期土壤速效氮的转化， 增加了灌溉期间氮氧化物的排放11。在春小麦生长季， 滴灌和漫灌方式下土壤 N2O 排放量受排放峰值的影响较大， 因而在 N2O 排放高峰期， 在滴灌处理中实施其他能减少 N2O 排放通量的措施有助于减缓春小麦生长季滴灌田 N2O 排放。由于不同管理措施对大气温室效应的最终影响还取决于生态系统与大气间的碳氮平衡， 在今后的研究中， 综合作物、 土壤对碳/氮元素的吸收与固定以及土壤的碳/氮气态损
16、失等开展同期研究，进而对滴灌造成的生态系统碳/氮收支的变化进行全面评价， 将对区域农田温室气体减排措施的制定具有更为重要的指导意义。4结论（1） 在春小麦生长季， 滴灌处理土壤 CO2排放通量均值比漫灌减少了 35.76%。滴灌管间处理土壤 CO2平均排放通量高于滴灌管上，处理间差异不显著。滴灌管间、 滴灌管上均与漫灌处理有显著性差异（P0.05） 。（2） 对整个春小麦生长季而言， 滴灌方式下土壤 N2O 排放通量比漫灌增加 25.87%。滴灌管间处理土壤 N2O 排 放 通 量 均 值 比 滴 灌 管 上 处 理 增 加 了 34.80%， 处理间无显著性差异。（3） 干旱区春小麦田由漫灌转变为滴灌后， 土壤 CO2和 N2O 的综合温室效应减小。（4） 滴灌方式下， 滴灌管间处理 10耀20 cm 土层 MBC 含量对土壤 CO2排放通量影响显著 （P0.01） ，滴灌管上处理 0耀10 cm 层土壤水分和 DOC 含量、 滴灌管间处理土壤铵态氮含量是显著影响土
