菌渣还田对农田温室气体排放的影响研究

本文基于成都平原稻麦轮作农田生态系统,共设置六个施肥处理,包括常规施肥处理(CK)、菌渣18.38t/hm2还田处理(T1)、菌渣36.76t/hm2还田处理(T2)、菌渣55.13t/hm2还田处理(T3)、菌渣73.51t/hm2还田处理(T4)、菌渣91.90t/hm2还田处理(T5)。本文采用静态箱-气相色谱法监测不同施肥处理下农田生态系统CO2、CH4和N20的排放通量。通过分析农田生态系统CO2、CH4和N20的季节排放特征和日变化特征,以探讨农田温室气体排放规律；通过分析农田温室气体排放通量与环境因素、土壤理化因素以及生物因素间的相关性,探讨农田温室气体的主要影响因素；通过对比分析不同施肥处理对农田温室气体排放总量间的差异以及农田温室气体全球增温潜势的差异,以探讨菌渣还田对农田温室效应的影响。论文研究的主要结论如下： (1)在观测期内,各个处理农田CO2、CH4、N2O的季节排放规律基本一致。各处理CO2排放随时间的变化呈现出五个排放峰值,分别出现在水稻季分蘖盛期、拔节期和抽穗扬花期以及在小麦季施肥后的第二周时间和小麦抽穗扬花期；各处理在稻麦轮作周期内农田CH4排放随时间的变化呈现出一个明显的排放峰值,出现在水稻施肥后的第三周；稻麦轮作周期内农田N2O排放通量呈现出一个明显的峰值,出现在小麦施肥后的第三周；农田CO2、CH4、N2O日变化均呈现单峰排放规律,最大值出现在下午15：00时。 (2)环境因素、土壤理化因素以及生物因素对农田CO2、CH4、N2O排放通量的影响效果不同。温度因素和作物生物量是影响农田生态系统CO2排放通量的主要因素,且农田C02排放通量随温度和作物生物量的增加而增大；土壤含水量、地下5cm温度、土壤铵态氮含量以及土壤脱氢酶活性是影响农田生态系统CH4排放通量的主要因素,且农田CH4排放通量随土壤含水量、地下5cm温度、土壤铵态氮含量以及土壤脱氢酶活性的提高而增加；土壤脱氢酶活性是影响农田N2O排放通量的主要因素,且农田N2O排放通量随土壤脱氢酶活性的升高而减小 (3)菌渣还田处理可减小农田CO2排放总量。农田CO2排放总量随着菌渣投入量的增加先降低后增加,T3处理最低,农田CO2排放量为3.94t/hm2,比对照处理减少12.96%；T35处理最高,农田CO2排放量为4.78t/hm2,比对照处理增加了5.39%。 (4)菌渣还田处理可有效降低农田CH4排放总量。农田CH4排放总量随着菌渣投入量的增加逐渐降低。与对照相比菌渣还田处理农田CH4减排量大小依次为T3>T4>T5>T2>T1,农田CH4分别减排了34.74%、33.02%、30.97%、24.62%和18.01%。 (5)菌渣还田处理可有效降低农田N20排放总量。当菌渣投入量低于55.10t/hm2时,农田N2O排放总量随着菌渣投入量的增加而逐渐降低；与常规化肥施用处理CK相比菌渣还田处理农田N20减排量大小依次为T3>T2>T1>T4>T5,农田CH4分别减排了31.94%、29.85%、25.08%、9.52%和0.41%。 (6)菌渣还田处理在三个不同时间尺度显著降低农田温室气体对全球增温潜势(GWP)的影响。与对照相比,菌渣还田T3处理农田温室气体的全球增温潜势减排量最高在20年、100年和500年三个时间尺度上分别为17.19%、15.17%和13.87%。；菌渣还田在三个不同时间尺度上对农田单位产量GWP的影响不显著。 本研究综合考虑作物产量和农田温室气体排放环境效应认为:T3处理即小麦季菌渣40.8t/hm2还田和水稻季菌废料14.3t/hm2还田处理是最佳施用方案。