稻作和硝化抑制剂对水稻土CH4产生、氧化和排放的影响

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稻田CH4排放是其产生、氧化和传输的综合作用结果。探索水稻植株、水稻品种和施用硝化抑制剂对水稻土CH4产生、氧化和排放的影响具有重要的科学和现实意义。论文通过温室盆栽和室内培养试验,测定了水稻土CH4排放通量、CH4产生和氧化潜力,并结合稳定性碳同位素方法研究了水稻土CH4产生途径(乙酸产CH4的贡献率fac)、氧化百分率(fox)及其季节变化规律。  与不种稻相比,种稻显著减少分蘖期和拔节期CH4产生潜力,而增加灌浆期和成熟期土壤CH4产生潜力(P<0.05),减少土壤溶液中CH4浓度。种稻增加产生δ13CH4值约8~28%,并提高fac值10~36%。种稻降低了各生育期土壤的CH4氧化潜力。种稻和不种稻的fox范围分别为15~75%和18~69%,季节均值分别为45%和48%。各生育期,种稻对fox影响不显著(P>0.05)。在持续淹水条件下,与对照比,种稻显著促进拔节期和灌浆期CH4排放通量(P<0.05)。种稻和不种稻的CH4季节排放总量依次为50.2和2.9g·m-2,种稻比不种稻高出约16.3倍。种稻显著增加拔节期排放δ13CH4值,显著降低灌浆期排放δ13CH4值(P<0.05)。  在移栽后34~36天、59~61天,每日的13:00~17:00,不种稻的甲烷排放通量显著高于种稻,排放δ13CH4则显著低于种稻。水稻移栽后89~91天,二者的甲烷排放通量均显著减少,分别约为0~2.8 mg·m2·h-1和4.4~8.3mg·m-2·h-1,此时10cm处土壤温度也显著降低至20~25℃,排放δ13CH4值分别稳定在-60‰和-55‰。表明土壤温度对稻田甲烷排放,特别是对不种稻土壤的甲烷排放有很重要的影响。  在分蘖期和拔节期,镇稻624和农香98的土壤CH4产生潜力显著高于中早33,而在灌浆期和成熟期,镇稻624和农香98的土壤CH4产生潜力显著小于中早33。镇稻624、农香98和中早33的土壤溶液CH4浓度与对应的土壤CH4产生潜力的变化趋势一致,分别在拔节期和灌浆期达到最大值(346.9、425.9和435.2μmol·L-1)。在分蘖期和拔节期,各品种的土壤溶液CH4浓度差异不明显,在灌浆期,中早33的CH4浓度显著大于农香98,农香98显著大于镇稻624(P<0.05)。统计分析表明:土壤溶液CH4浓度与土壤CH4产生潜力显著正相关(镇稻624:r=0.743,P<0.01;中早33:r=0.665,P<0.05;农香98:r=0.832,P<0.01)。镇稻624和中早33土壤产生CH4的δ13C值均从约-67.0‰增至-55.5‰,农香98先减后增,范围为-64.2~-52.9‰,说明镇稻624和中早33的土壤CH4产生途径差异较小,而二者与农香98差异较大。  在分蘖期和拔节期,镇稻624和农香98的土壤CH4氧化潜力小于中早33,而在灌浆期和成熟期,镇稻624和农香98的土壤CH4氧化潜力大于中早33。中早33的fox由分蘖期的61%降至成熟期的23%。镇稻624和农香98的fox总体上先减后增,在拔节期最低,整个稻季分别约为17~52%和9~47%,季节平均值分别为38%和35%(P>0.05)。在拔节期,中早33的fox显著高于镇稻624和农香98。  镇稻624和农香98在分蘖盛期CH4排放通量最大(67.1和68.7mg·m-2·h-1),中早33在拔节期(58.5mg·m-2·h-1)。各品种CH4季节排放总量依次为55.29、55.74和40.82 g·m-2,前二者无显著差异,显著高于中早33。各生育期CH4排放通量与相应的土壤CH4产生潜力显著正相关。可见水稻品种通过影响土壤的CH4产生和氧化,进而影响稻田CH4的排放。各品种排放CH4的δ13C值均先减后增,分别为-67.6~-48.5‰、-73.0~-47.3‰和-60.9~-46.7‰。  DCD和CP处理的CH4产生潜力随移栽后天数增加逐渐减小,变化范围为0~0.45μgCH4·g-1·d-1。与对照比,施用DCD及CP显著增加拔节期土壤的CH4产生潜力,施用CP显著增加灌浆期土壤中DOC含量,而施用DCD与之相反(P<0.05)。施用DCD与CP显著增加分蘖期土壤溶液中CH4浓度,显著降低分蘖期和拔节期土壤产生δ13CH4值约4~5‰,降低此时fac值约22~35%。  施用DCD和CP可显著提高各生育期土壤的CH4氧化潜力,涨幅分别为18~95%、2.3~96%,均值为54.4%和36.5%。DCD和CP处理的fox总体递减,范围分别为35~61%和33~61%,季节均值为44%和42%(P>0.05),在分蘖期和拔节期高于对照,而在灌浆期和成熟期低于对照。  施用DCD和CP明显降低烤田引起的CH4排放峰值,降幅分别达6.5~25.7%、35.9~65.4%;明显降低CH4季节排放总量,分别减少幅度为10%和29%。相较对照,基肥混施DCD和CP显著降低排放δ13CH4值,分蘖肥、穗肥混施DCD和CP,总体上增加排放δ13CH4值。DCD、CP和对照处理排放δ13CH4值的季节平均值分别为-55.9‰、-56.6‰和-55.6‰。
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