PDF《排放的影 响》

第37卷第4期2000年11月土壤学报ACTAPEl)OLCK〕 】 C A S IN I C A V o l .

37 , N O .

4 N o v . ,

2 000 土壤水分状况和 质地对稻 田N20排放的影 响'

徐华 邢光熹 蔡祖 聪鹤田治雄 (中国科学院南京土 壤研究所 , 南京

2 1

0 0

0 8 ) (日本国立农业环境技术研究所) 摘要199

4 年在 中国科学 院封丘生态试验站通过小 区 试验 研究了 土壤质地和 水分状 况对稻 田凡o 排放 的影 响.结果 表 明稻 田凡o 排放主 要 受土 壤水分状 况的影 响,淹水状态 下,凡O 排放很少 , 水分落干期 间伙o 排放量 占水稻生 长期 凡O 排放总量的

8 7 .

5 0 % 一98.65% . 土壤 质地 显著影 响稻 田平均 凡o 排放通量 , 砂质土 壤排放的 凡o 显著或极显著高于 壤质和粘 质土壤,水稻生长期砂质、壤质及粘质土壤的平均凡O 排 放通 量分别为13

7 .

6 3 、

8 7 .

5 4 和63・46协g 凡任N / m , ・ h . 关键词 稻田,凡o , 土壤质地 , 土壤水分状况 中图分类号

5 153 凡o 是 一种 受人类 活动 影 响的重 要 的温室 气体川 , 它还是 平 流层 中导致 臭氧层破 坏的光化 学反 应 的主要 参与者I

2 ] . 土壤 , 特别 是 热带 土壤 和农田土壤 , 是 大气 中从. 的最 主要 来源,其贡 献高 达70%[3].对于农 田 土壤 凡O 排放 的研 究多 集 中于 旱地 , 因为早期 的稻 田凡O 排放 的研 究 都报 道稻 田凡o 排放 量很 小,仅占施氮 量的0.04%左右[

4 . . 早期 研究 的 皆是 长期淹 水稻 田的叹0 排放,而约

5 7 % 的中 国稻 田 水稻 生 长期 采取 间 隙灌溉 的水分 管理措施 , 间 隙灌 溉造成 稻 田水 分状 况 干湿 交替 , 这 些稻 田 应有 不 同于长 期淹 水稻 田的悦O 排放规律 . 因此研 究间隙灌溉 稻田凡O 排 放规律 对全 面正确 地认 识稻 田 对大 气凡O 的贡 献是很有 意义 的.土壤 质 地影 响土壤 通 透性 和水分含 量,因而影 响土壤 硝 化作 用 和反 硝 化作 用 的相 对强弱及 凡O 在 土壤 中 的扩 散速 率;

土壤 质地还影 响土 壤 有机 质 的分 解 速率 , 进 而影 响产 凡0 微 生物 的基 质 供应 . 所以土壤 质 地是 影响土壤 凡O 排放的重 要 因素 之一 , 但 土壤质 地对稻 田凡O 排 放通 量影 响 的研 究 还未 见报 道.本文介 绍19

9 4 年在中国科 学院封丘 生态试验 站不同质 地 试验 小区在间隙灌溉 的水 分管理 措施 下从O 排 放通 量 的观 测 结果 . * 本项研究受国家 自然科学基金会资助 (批准号4

9 3

7 1

0 3

9 ) 收稿 日期 :

1 9

99 刁6 一1;

收到修改稿 日期 :

2 0

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3 一17壤500土壤学报37卷1材料与 方法 L l 试验小区 试验在 中国 科学院封丘生态试验站 内进行 , 共三个处 理:砂土 、 壤 土及粘 土.为了观察方便和便于 比较,用砖和 水泥砌成

3 个 紧密相 连的水稻 田小 区,面积均为

2 x

1 .

5 m , 挖 去其 中2个小 区 的上 层40cm土壤,分别用砂质和 粘质 土壤 回填 , 壤质 土壤保 留原 土,以比较土壤质地对稻 田凡O 排放 的影响 . 供试土壤 的一 些性质见表

1 . 表1 供试土坡的基本性质 T a b l e

1 Se le c t e d Pr o p e r t i e s o f s t U d ie d s o f l s 供试 土壤

5 0

1 1 PH 有机质 ( g / k g )

0 电amematter全氮 ( g / k g ) T o t a l N 粘粒含量 (g / k g ) a 即eo n t e n t 砂土壤土粘土

9 .

0 0

8 .

60 8 .

24 1

9 0

7 .

7 9

7 .

6 3

0 .

1 2

0 5

8 0 .

5 0

2 8

19 6 L Z 水肥 管理 水稻品 种为郑根

65 4 ,

6 月21日移栽 ,

1 0 月7日收获 . 基肥为过磷酸钙和 碳钱各

7 5

0 k g 月1111

2 和 猪粪约

5 0

0 0 k g / h m Z .

7 月5日和

8 月10日二次追肥 , 每次施尿素

30 0 地/11

111 2 . 各处理水分 管理都 与当地稻 田的常 规水分管理相同 , 自水稻移栽 至 开始成 熟,采取 间隙灌溉 的水分管理措施 , 水稻成熟期 土面保持落干以利 于 水稻收割 . L

3 采样和测定 气体采样采用 静态箱方法 . 箱高 lm , 底面 为51xslcm.间隔

6 天 采一次样 . 在同一小区 内固 定二 个采样点 , 采样 时放置二个采样 箱同时采样 . 样品凡0 浓度用气相 色谱测 定,ECD作检测器 .

2 结果 与讨论

2 .

1 土壤水分状况 对稻 田凡0 排 放的影 响图1是水稻 从移 栽至 收获 期 间稻 田从O 排 放通量 的 季节变 化.各处理在水 稻移栽后 第

1、

7、

13、

25、

37、49及67天I L 乎 没有 凡0 排放 , 但 在水 稻移 栽后第

19 、

5 5 、

6 1 天 及水稻移 栽72天后的所有 采样日皆有 较高的凡0 排放,特别是 水稻移栽后第55及61天各处 理凡O 排放 通量高 达27009凡C卜N / m , ・ h 以上,砂土处理 在水 稻移 栽后第

6 1 天凡O 排放 通量 更是 高达

1 1

0 0

0 9 凡于N / 耐・h.在水稻移 栽后 第31及43天,壤土和 粘 土处理 皆 有一定 量的从0 排放 , 而砂 土处理 凡O 排放 通量 则为 零.各处理 凡O 排 放通量 的季节变 化是 由什 么引起 的呢? 追肥 似乎 能解 释水 稻移 栽后第

1 9 、

5 5 及61天的凡O 排放 , 但 为何 大量 基肥 的施人 没能促 进凡O 排放 呢? 看来 要解 释凡O 排放 通量 的季节 变化还得从施肥 外 的其它 因素着 手.图2表示 各处理 凡O 排 放通量 与田面水层厚 度 的关系 . 从图2可看 出,各处理 较高的 凡O 排放 通量皆出现在 田 面无 水层,即田面落 干 的水 分状 态下,当田 面有 水层 时,凡O 排4期徐华等 : 土壤水分状况和 质地 对稻 田从O 排放 的影响

50 1

2 0

0 0 Q

0 咖6004002000飞育、26艺助二?喇月勇日妇 图1 R g . p a dd y 移栽后 天数D即5 a f t e r t r a n s Pl a n t一ng封丘生态试验站小 区稻 田从 O 排放通量 季节变化 Se a s o n a l v a r i a t i o n s o f 从0fluxesfromtherieefield s in t h e F e n g q iu E c o lo gi e a l E x p e r i m e n t a l St a t i o n ? . 爵一欲奋,Jos忿'

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飞、不.艺四二?汉口一认啊国移栽后 天数 D a y s a f t e r t r a n sPla n tin g ? . 熟.一?..污 J o 切招互.?心卜?'

.?侧处噢关.ntC月呀2?11?-.心卜~ . 通量 - . . - 水层厚度

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0 宕月日,26艺四二?喇旧夏3654

7 2 移栽后天数 D a y s a f t e r t r a n s Pl a n ti n g

10 8 ? . 肴一?.招,冶s右互.一上l?县?侧处迎关400500300200100宵飞、z6Nz助生?X匀一鸽0喇明移栽后天数 D a y s a n e r t i 刁们 sPI叨t i n g a . 砂土处理 b 壤土处 理c.粘土处 理图2 各处理从 O 排放通量 与田 面水层厚度的 关系 R g Z 班la t i o n s h i P b e t w e e n 从0flux幼d t h i e k n e ss o f w a t e r l即e r a b o ve

5 0

11 su 对泊e e o f d i f f o r e n t 加ati e n t

50 2 土壤学报37卷表2 水稻 生长期各处理淹水及落干期 间平均N

2 0 排放通t T a b 一eZ硫a n N Z o n u x e s 血'

飞noo由ngall d so il d 尽i飞沐'

闻5ofricegrowth( g 从.卜卜/ 时・h)处理 T r e a t in en t 淹 水期 R o o d in g p e r i o d 落干期

5 0

11 d r y in g p e r i o d 百 分比'

) P e 此e n t a g e ( % ) 砂土壤土粘土261.75130 .

1 7

10 4 刀7 ?

8 7

3 .

1 3

1 4 l ) 水分落干期间从 .排放量 占水稻 生长期N Z o 排 放总量 的百分 比.放通 量 则很 小.水稻生长 后期,尽管 没有肥料 施人,但由于 田 面无 水层 , 从O 排放 通 量一 直 较高 . 这说明水 稻 生长 期凡O 排放 通量 主 要受 土壤 水分状况 的影 响,只有 在适 宜凡0 产 生和排 放的土壤 水分 条件下 , 氮 肥施 用 及其 它 因素 对稻 田凡O 排放 的影 响才 有可 能显 示 出来 . 例如水 稻移 栽后 第55及61天出现最高 的从O 排放,这除了主要 与 田面水 分落 干 有密 切 关系外 , 可 能还 与水稻 移栽 后第

4 9 天追肥 及较 高 的土温有 关.为进 一步 说 明稻 田凡o 排放与土壤 水分 状况的密切 关系,表2列出了水稻 生 长期淹 水 及落 干状态 下各 处理 的平 均凡0 排放通量 . 从表

2 可知,砂土、壤土及 粘土处 理水分 落 干期间 凡O 排 放量分 别 占水稻 生 长期 叹O 排放 总量 的98.65%、90.37%及87.50%.由此 可见,稻田凡O 排 放基 本 上来 自水 分落 干 阶段 , 淹水 期间凡O 排 放量极 为有限,这与国 内其 它一些测 定 结果 一致 [

7 . ] . 土壤 中凡O 的产 生 主要 来 源于 土壤 中微 生 物参与下 的 硝化及 反 硝化 反应,硝化及 反 硝化细 菌 的活性 需要 适度的水 、 气、热条件 . 土壤 含 水量 很低 和 土壤 长期 持 续淹 水都 不利 于硝 化及 反硝 化细菌的生 长.对稻 田 土壤 来说,土壤 水 分含 量 始终 处于较 高 或很 高 的状 态,这时,土壤 通气性就 有可能成 为微 生物活性 最 重要 的制 约 因素 . 在田面落 干期 间,土壤含 水量适中,通气性 良好 , 这 时土壤 硝化 作用和反 硝化作用都 能以较快 速率进行且 以巩O 为 主要 产物 . 而稻田淹水时,土壤 处 于缺 氧和 强还 原状 态,叹O 的产生 以反硝化 作用 为主,但这 时 反硝 化作 用 产生 的凡o 可被 凡0 还 原酶 还原 为凡,加上水层 对凡0 向大气 扩散 的阻 隔及 对从O 的少量 溶解 , 所以稻田在淹水 状 态时 向大 气排 放的叹0 量很 少.2.2土壤 质地对稻 田N20排放通 t 的影 响表3为不 同质地 土壤 水稻 生 长期 凡0 平均排 放通 量.表3表明供 试 土壤 水稻 生长期 平均凡O 排放 通量 非常 高,远高于 国外 淹水 稻田凡O 平均 排放通 量 , . 造成 供试 土壤 较高从O 排 放量 的 主要 原 因有 : (1 )间隙 灌溉 造成 的干湿 交替 的水分 条件促 进 了土壤 凡O 的表3 不 同质地土坡水稻生 长期N

2 0 平 均排放通- T a b l e

3 硫a n N Z o n u x e s o r

5 0

115 w i出山frerenttex恤duri飞riee 霭r o w in g 详d 阅 (卜9 N Z C 卜卜zm , ・ h ) 土 壤质地

5 0

11 t e x tu r e 空 间变异系数2 ) C SV (% ) 砂质 壤质 粘质

16 4 名l平均 A v er a g e

1 3

7 6

3 7

0 .

6 2

4 5 .

3 5

8 7 乃4

6 3 .

4 6

2 7 乡3

2 73

3 4

0 3

5 l) 同一 小区 的两个采样点 .

2 ) C o c f f i e ie n t o f s p a t i a l v a r i a b i l it y .

4 期徐华等 : 土壤 水分 状况和 质地对稻 田从O 排放的影响 产生和排放.(2 ) 供试土壤水稻生长期共施人750kg/hm,碳钱、600kg/hmZ尿素和5000吨/hm Z 猪粪 , 约合

4 0

0 吨/hm,无机 氮及

2 0 吨/hmZ有机 氮.大量化 肥和 有机 肥 的施 用不仅增 加 了土壤 中硝 化作 用和反硝 化作 用 的氮 源,并且为 参 与硝 化作 用 和反 硝化 作用 的土壤微 生物 提供 了足够 的营养 和能源 , 因而大大 增加 土壤 凡O 排放 量.稻田凡O 气样的人工 静 态箱 采集 费 时费 力,如为 处理 设置 重复 则需 要很 大 的经 费和 人力 投人.由于处 理 没有 重复,故不 能 通过 方差 分析和多 重 比较来 确 定各处理 水 稻生 长期凡0 平 均排 放通 量 的差 异 显著性 . 但 由于每 次采 样 均在 相 同的条 件下 同 时进行 , 那么就可以采 用成 对数 据t检验 的方 法进 行数理 统计 . 这样 在不作 处理 重复 的情 况下 , 仍然 可 以获 得 统计 结果 . W a s s m ~ 等【9]曾用 t 检 验方 法研究 各 种施肥 处理 对稻 田C代排放 量影 响的统计 显著 性.但是用成 对数据 t 检验的方 法有 一定 的局 限性 . 一是该 方法 本身 的局 限性 . 如处 理 个数 多时,测验次数 大量 增加 , 处理 数与 测验数 有如下 关系 : 测验数 = k ( k 一1)/2,k为处 理数 ;

同时容 易犯第 一类 错误 【

1 0 ] . 二是 当处 理使 凡O 排放 的季节变 化模式 发生 变化 时,如排放峰值提 前 或延 后,成对 数据 t 检验 方法 可能 不能 正确 反 映真实情 况.因此 , 在 进行 成 对数据 t 检验 之前 , 首先 应考 察各处 理的凡O 排放季 节变 化模式是 否 一致 . 从图1可以看 出,不同质地 稻田的凡O 排放 的季 节变化模 式并 无实质 性差 异.因此 , 本 文可 以采用 成对 数据t检验方法 进行 不 同质地稻 田凡O 排放 量差 异的显 著性检 验.不同质地 的稻 田 土壤 叹O 排放通 量有 明显 的不 同.从表3可以看出,砂质土壤 的凡O 排 放通 量 远远 高于 壤质 和粘 质 土壤 , 壤质 土壤 的从O 排放 通量 也 明显 比粘土 高.对各 处 理小 区 两个 采样 点 的测 定结 果平 均后 , 用成对数据 t 检验 的方 法进行 统计 分 析表 明,砂土的伙0 排 放通 量极 显著 大于壤 土和 粘土 , 壤 土又 显著大 于粘 质土壤 . 、 土壤 质地 对 旱作 土壤 凡. 排 放通量 的影 响已 有 一些研 究,,

'

, '

刀,总的说来 , 重质 地旱 作 土壤 凡0 排 放通 量要 高 于轻 质地 土壤 , 这 主要 是 由重 质地 旱作 土壤 较强 的保水 能力 引起 的.有关土壤 质 地对 稻田凡O 排 放通 量影响的研 究 迄今 还未 见报 道.在本试 验中,砂质 土壤 排放 较多 凡O 的主要 原 因为 : (l)砂质土壤 的气 体扩 散较 粘质 土壤快 , 有 利于 土壤 中 产生 的凡O 向大 气排 放,这一点 对 土壤 水分 状况以湿 潮 为主 的稻 田 土壤尤 为重要 . (2 ) 砂质土壤 对氧 化还 原 电位 变化 的缓 冲作 用较 弱,土壤氧 化 还原 电位易 于变化 , 土壤硝 化作用 和反 硝 化作 用易 于交替 发生 , 从而促进 土壤 凡O 产生 和排 放.(3 )砂质 土壤 对有机 质 的保 持作 用较弱,因而 即使砂 质 土壤有 机质 含量 较 粘质 土壤 低(表l),但对 产从O 微生物 的有 机基 质供给 可能 较多[

6 ] .

2 .

3 N Z o 排放的空 间变异 性 由于 土壤性 质的空间变 异,更由于 该稻 田 的渗 漏性 好,经常 不能 维持 完整 的水 层,因此小 区内凡O 排 放通 量具有 较大 的空 间变 异性 . 从表

3 可知 , 砂质 、 壤质 及粘质处理小 区 内相 邻两采样点水稻生长期凡0 排放通........