农田土壤温室气体排放机理与影响因素研究进展
农田土壤温室气体排放机理与影响因素研究进展
第23卷第4期中国农业气象2002年11月农田土壤温室气体排放机理与影响因素研究进展Ξ谢军飞,李玉娥(中国农业科学院气象研究所,北京 100081)摘要:根据近几年国内外相关文献,对农田土壤中二氧化碳、甲烷与氧化亚氮排放相关机理及影响因子进行了归纳,并介绍了动物废弃物施用于农田土壤所导致的温室气体排放的变化情况;同时还对一些与土壤温室气体排放影响因素有关的定量模拟方程进行了介绍。
关键词:温室气体;排放机理;影响因素;模拟方程中图分类号:S16119 文献标识码:A 文章编号:1000-6362(2002)04-0047-06 全球气候变化是温室气体浓度增加、土地与植被变化、地球的大气物理化学作用等各种因素综合作用的结果,其中人类活动所造成的大气中温室气体浓度急剧增加已成为全球变化最主要的因素。
联合国政府间气候变化专门委员会IPCC(The Inter2 governmental Panel on Climate Change)第3次评估报告指出:在1990～2100年,全球平均气温很可能上升114～518℃[1]。
农业生产是一种大规模的人类活动,农田土壤是重要的温室气体[二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)]的源汇。
通过对农田土壤中温室气体的排放进行准确测量,研究分析其机理和影响因素,正确地评价农田土壤对大气中主要温室气体浓度变化的贡献,有助于我们对温室气体排放量及其规律和减排措施的正确了解,从而为温室气体减排以及减少气候变化预测的不确定性提供理论依据[2]。
1 农田土壤中二氧化碳(CO2)的产生过程与影响因素111 农田土壤中CO2的产生过程CO2是大气中最重要的温室气体,其排放量及对气候变暖的贡献远超过其它温室气体。
土壤中CO2产生的过程通常又称为“土壤呼吸”,其强度主要取决于土壤中有机质的数量及矿化速率、土壤微生物类群的数量及活性、土壤动植物的呼吸作用等。
CO2排放实际是土壤中生物代谢和生物化学过程等所有因素的综合产物,通常可使土壤空气中CO2浓度升高到3000mg/kg,约是大气中的10～50倍。
稻田生态系统温室气体排放影响因素的研究进展
１ 稻 田 生 态 系 统 温 室 气 体 排 放 的 主 要 影 响 因 素
１ ． １ 品 种 类 型
具有 更 大 的 全 球 增 温 潜 势 ， 相 当于 Ｃ Ｏ 的 ２ ９ ８ 倍［ ３ ］ 。可 见 ， 采 取 各 种 切 实 可 行 的 措 施 来 减 少 Ｃ Ｈ 和 Ｎ ０ 的排放 对于 缓减 温室 效应势 在 必行 。
全 球变 暖是 威 胁 人 类 生存 的重 大 环 境 问 题 ， Ｉ Ｐ Ｃ Ｃ第五 次评 估报 告ｌ １ 显示 ， 在 １ ８ ８ ０ — ２ ０ １ ２年 期 间的全 球地 表平 均温 度升 高 了 ０ ． ８ ５ ℃， 且 仍 将 持 续 变 暖 。普 遍认 为 ， 全 球 变 暖 主 要 归 因于 人 为 排 放 温室 气体 的 增加 。《 国家 中长期 科 学 和 技 术 发 展 规划 纲要 （ ２ ０ ０ ６ — ２ ０ ２ ０年 ） 》 明确 指 出＿ ２ ］ ， 全 球 环
应用。
关键词 ： 稻 田； 温类号 ： ￥ １ ６ 文 献标 识码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ０ ０ ２ — ２ ７ ６ ７ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ５ — ０ １ ４ ５ — ０ ４ Ｄ ＯＩ ： １ ０ ． １ １ ９ ４ ２ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ｌ ０ ０ ２ — ２ ７ ６ ７ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ５ ． ０ １ ４ ５
温潜 势 （ Ｇ Ｗ Ｐ： Ｇｌ ｏ ｂ ａ ｌ Ｗａ ｒ ｍｉ ｎ ｇ Ｐ ｏ ｔ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ １ ） 相 当 于 Ｃ Ｏ 。 的 ２ ５倍 。尽管 Ｎ。 Ｏ是 大 气 中 一种 含 量更 低 的痕 量温 室气 体 ， 但 它在 大气 中滞 留时 间较长 ， 并
究 稻 田系统 温室 气体 排放 的影 响 因 素 ， 探 索 减 排 的关 键单 项技 术 及 综 合技 术 模 式 集 成 ， 并 进 行 示 范 推广 ， 为发 展低碳 、 可持续 发展 的农 业提 供技 术 基础 ， 为我 国稻 田节 能 减 排 的综 合 调 控 和 国际谈 判 提供科 学指 导 和技术 支撑 。
我国农田土壤温室气体减排和有机碳固定的研究进展及展望
我国农田土壤温室气体减排和有机碳固定的研究进展及展望一、本文概述随着全球气候变化的日益严峻，温室气体减排和有机碳固定已成为全球关注的焦点。
作为世界上最大的农业国家，我国农田土壤在温室气体减排和有机碳固定方面扮演着至关重要的角色。
本文旨在概述我国农田土壤温室气体减排和有机碳固定的研究进展，分析当前存在的问题和挑战，并对未来的研究方向进行展望，以期为我国的农业可持续发展和全球气候变化应对提供参考和借鉴。
文章首先回顾了农田土壤温室气体排放的来源和机制，以及有机碳固定的途径和方法。
然后，从政策、技术和管理等层面，梳理了我国在农田土壤温室气体减排和有机碳固定方面所取得的成果和经验。
在此基础上，文章深入分析了我国农田土壤温室气体减排和有机碳固定面临的挑战和问题，如技术瓶颈、政策执行难度大、农民参与度低等。
文章提出了未来的研究方向和建议，包括加强技术研发和创新、完善政策体系和激励机制、提高农民参与度和意识等，以期推动我国农田土壤温室气体减排和有机碳固定工作的深入开展，为实现农业绿色发展和全球气候变化应对做出更大的贡献。
二、我国农田土壤温室气体排放现状随着我国农业生产的快速发展，农田土壤温室气体的排放问题日益凸显。
农田土壤是温室气体排放的重要源头之一，其中主要包括二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）和氧化亚氮（N₂O）。
这些气体的排放不仅加剧了全球气候变化，也对我国农业生产的可持续发展带来了严峻挑战。
农田土壤CO₂排放主要源于土壤有机碳的分解和根系的呼吸作用。
在我国，由于农业耕作方式的不断改进和化肥、农药的大量使用，农田土壤有机碳的分解速率加快，导致CO₂排放量不断增加。
同时，农业活动中的农机作业、灌溉等也会加速土壤有机碳的分解，进一步增加CO₂排放。
CH₄排放主要来源于稻田和养殖场的厌氧环境。
在我国，稻田是CH₄排放的主要来源之一。
由于稻田中存在大量的有机物质和水分，为CH₄的产生提供了有利条件。
随着养殖业的快速发展，养殖场的CH ₄排放也不容忽视。
旱地农田N2O、CO2排放主要影响因素及减排措施研究进展
现代农业科技2020年第24期资源与环境科学摘要旱地农田是大气中CO 2和N 2O 的重要排放来源,农业生产活动对全球气候变化有着重要影响。
本文综述了旱地农田土壤N 2O 和CO 2排放机理、影响因素,并从合理施肥、合理灌溉和优化农作措施等方面提出减排措施,以期实现农业可持续发展。
关键词旱地农田;N 2O ;CO 2;影响因素;减排措施中图分类号X713文献标识码A 文章编号1007-5739(2020)24-0140-03开放科学(资源服务)标识码(OSID )Research Progress on Main Influencing Factors and Emission Reduction Measures of N 2O and CO 2from Dryland FarmlandCHEN Zhaoyue DUAN Weiwei *(Hebei Agricultural University,Baoding Hebei 071001)Abstract Dryland farmland is an important emission source of CO 2and N 2O in the atmosphere,and agricultural production activities have an important impact on global climate change.The mechanism and influencing factors of N 2O and CO 2emission from dryland farmland were reviewed in this paper,and emission reduction measures were proposed from the aspects of rational fertilization,rational irrigation and optimized farming measures,with a view to achieving sustainable agricultural development.Keywords dryland farmland;N 2O;CO 2;influencing factor;emission reduction measure旱地农田N 2O 、CO 2排放主要影响因素及减排措施研究进展陈召月段巍巍*(河北农业大学,河北保定071001)温室气体是影响全球气候变化的主要驱动因子,其浓度增加所引起的气候变暖是当前面临的严峻挑战。
土壤温室气体产生与排放影响因素研究进展
关键词 ：土壤 ；温室气 体 ；影 响因素 ；研究进展
中图分类号 ：Ｘ１ ７ 文献标识码 ：Ａ 文章编 号：１７ — １５（ ０ ７） ６１ ８ ．８ ６ ２２ ７ ２０ ０ —７ １ ０
温 室 气 体 是 指 地 球 大气 中导 致 温 室效 应 的气 体 ，主 要包 括 Ｃ ２ Ｈ 、Ｎ Ｏ 和水 蒸 气 等 。红外 Ｏ 、Ｃ ４ ２ 线 在 向太 空 散 射 过程 中 易被 大气 层 中 的温 室 气 体 吸 收 ，使 很 大 一 部 分 辐 射 能 又返 回 到 地球 表 面 ， 从 而 导 致 全 球 温 度 上 升 ，这 种增 温 效应 称 为温 室
燃 烧 、土地 利 用 和 覆 盖变 化 ；Ｃ ４ Ｈ 主要 来 源 于 天
然湿 地 、稻 田 、化石 燃 料 开 采 和 反 刍 动 物 肠 胃发 酵等 ；Ｎ Ｏ 的排 放 源 主要 有 土 壤 释放 、生 物 物 ２ 质燃 烧 和 化 石燃 料 的燃 烧 等 。在所 有 排 放 源 中 ， 】 土壤 是 温 室 气体 产 生 的重 要 排 放 源 川。 入 了解 深 三 种 主要 温 室 气 体 的 土 壤 排 放 机 制 以 及 影 响 因 素 ，对 控 制 土 壤 温 室 气 体 排 放 、遏 制 地 球 温 室 效
１ Ｏ 刚
。
土壤 中 Ｃ ２ Ｏ 的产生是土壤生物代谢 和生物化 学 过 程 等 因 素 的综 合 产 物 ｕ 。在 生 态 系统 中 ，绿
色 植 物 通 过 光 合 作 用 合 成 有 机 物 质 ，植 物 枯 死 后
农田温室气体净排放研究进展
主要 的影 响因素具 有一 定的现 实指导 意义 ， 具体如 下 。 ２ １ 耕作 方式 ．
２ １ １ 耕作 方式 对农 田土壤有机 碳含 量的影 响 ．．
目前 ， 内外 学者基 本一致 认 为 ， 国 与传 统 翻耕相 比 ， 以
（） ２ 耕作方 式 对 农 田 Ｎ Ｏ排 放 的影 响。土 壤 中 Ｎ Ｏ ：
（Ｏ Ｃ ） ， 系统 为碳 汇 ， 时 该 反之 则为碳 源 。
于在 常规耕 制度下 土 壤 受 到耕 作扰 动 ， 进 了分解 作 用 ， 促
导致 土壤有 机质含 量下 降 ， 而免耕制 度下减 少 了对 土壤 响 因素
农业 生产过程 中采 用的农业 措施 （ 如耕 作 、 施肥 、 溉 灌 等 ） 响着 Ｓ Ｃ含量 、 田土壤 温 室气 体排放 及 物 资投入 影 Ｏ 农 量 ， 而影 响了农 田温室 气 体净 排 放结 果 。 因此 ， 从 了解其
如 Ｍａｈ 等 的研究 表 明传 统耕 作处理 的 Ｎ Ｏ排 放高 于免 ｌｉ ：
为 ７ ．４ ｔ ， ５３ 而保 护性 耕作则 相对 减少 了对 土壤 的扰动 ， 是 减少碳损 失 的途 径之 一 。在 美 国 ， ｉ ｅ ｅ 和 Ｊｈ ｓ Ｋｓ ｌ 等 ｓｌ ｏｎｏ ｎ 等 的研 究表 明 ， 与传 统耕 作 相 比， 以少免 耕 和 秸秆 还 田为 主要 特征 的保 护性耕 作提 高 了土壤 碳含 量
部 门 的
， 国能 源 美
耕 。Ｄ ｖ 等 在 玉米农 田的 耕作 试 验结 果表 明 Ｎ Ｏ年 ａｉ ｄ ：
排 放量最 大为 翻耕 ， 其次 为深 松 ， 小 免耕 ” 最 。但 也有 部
Ｃ ｉＥ （Ｃ ｒｏ Ｓ ｑ ｅｔ ｔ ｎ ｉ Ｔ ｒ ｓｉｌ Ｓ Ｔ ａ ｎ ｅｕ ｓ ａ ｏ ｎ ｅｒ ｔａ ｂ ｒｉ ｅｒ
土壤有机质分解与温室气体排放的关系研究
土壤有机质分解与温室气体排放的关系研究土壤有机质是土壤中一种重要的碳源，其分解过程涉及到二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）等温室气体的释放。
了解土壤有机质分解与温室气体排放的关系对了解碳循环和气候变化具有重要意义。
本文将从土壤有机质分解的过程、因素和温室气体排放的机制等方面进行探讨。
首先，土壤有机质分解的过程是一个复杂的生物化学过程，涉及到多种微生物、酶和其他缓冲物质的参与。
其中，微生物是土壤有机质分解的关键因素之一。
微生物通过分泌酶来降解土壤有机质，生成一系列有机物，最终释放出温室气体。
土壤中的微生物在不同环境条件下具有不同的代谢途径，从而导致温室气体的排放量有所差异。
其次，土壤有机质分解的速率受多种因素的影响。
其中，温度是影响土壤有机质分解速率的重要因素之一。
高温可以加速微生物的代谢活动，促进土壤有机质的分解，并增加温室气体的释放量。
此外，土壤湿度、氧气含量、土壤pH值等也会对土壤有机质分解速率产生影响。
研究表明，湿度越高、氧气越少、pH值越低，都会促进土壤有机质的分解，增加温室气体的释放。
第三，土壤有机质分解过程中的主要温室气体包括二氧化碳、甲烷和氧化亚氮。
二氧化碳是最主要的温室气体，土壤通过有机质分解释放的二氧化碳占全球碳循环的重要组成部分。
虽然甲烷的排放量相对较低，但它的全球暖化潜势比二氧化碳高。
氧化亚氮是一种重要的温室气体，其排放量还与土壤氮循环紧密相关。
研究发现，氮的施肥和气候变化等因素都可能会影响土壤氧化亚氮的排放量。
最后，如何减少土壤有机质分解对温室气体排放的影响是一个值得关注的问题。
当前，一种主要的方法是改进土壤管理实践。
例如，合理施用有机肥料、调控农作物残留物的利用、保持土壤覆盖等，可以减少土壤有机质的分解，降低温室气体的排放量。
此外，通过生物炭的施加和土壤改良等措施，也可以有效地提高土壤有机质的含量，并减缓温室气体的排放。
综上所述，土壤有机质分解与温室气体排放之间存在密切的关系。
农田温室气体排放与减排措施研究
农田温室气体排放与减排措施研究随着全球气温持续上升，人类开始感受到气候变化的影响。
其中，温室气体排放是最主要的一个因素。
虽然大多数人认为工业和交通是主要的温室气体排放来源，但事实上，农业也对温室气体排放做出了自己的贡献。
本文将探讨农田温室气体排放的问题以及减排措施。
一、农田温室气体排放的类型农田温室气体排放主要包括二氧化碳、甲烷和氧化亚氮三种气体。
其中，二氧化碳是最多的，主要来自于化肥的生产和氧化亚氮的挥发。
甲烷由于沼气、粪便和湿地的产生，占据了第二大排放量。
最后，氧化亚氮主要来自于尿液和化肥的分解。
二、影响农田温室气体排放的因素一些因素可能会影响农田温室气体的排放，包括：1.土地利用类型：不同的土地使用类型会导致不同的温室气体排放。
例如，旱地往往会产生更多的氧化亚氮排放，而稻田会产生更多的甲烷排放。
2.气候条件：气候条件也会影响农田温室气体排放。
例如，温度升高会导致微生物代谢加速，从而增加甲烷和氧化亚氮的释放。
3.土地管理：如何管理土地可以影响农田温室气体排放。
例如，改变耕种方式，可以减少温室气体排放。
三、减少农田温室气体排放的方法采取以下措施可以减少农田温室气体的排放：1.改变施肥方式：可以改变农田的施肥方式，使用有机肥料代替化肥，相应地降低二氧化碳排放。
2.控制水位：控制稻田的水位可以减少甲烷的排放。
同时，也可以减轻水资源压力。
3.加强肥料管理：减少氧化亚氮的排放。
增加化肥利用率也可以减少二氧化碳的排放。
4.转向有机农业：有机农业少用化肥，可以减小农业碳排放。
5.种植草地：草地地面上密布着根系，可以促进土地汇碳，减少温室气体排放。
六、结语农田温室气体排放是当今社会的一大问题，但我们可以采取一系列措施来减少这些排放。
采取措施不仅可以保护环境和人类健康，还可以提高农业生产效益。
因此，我们应该加强农业可持续性发展，重视农田温室气体排放问题。
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第23卷第4期中国农业气象2002年11月农田土壤温室气体排放机理与影响因素研究进展Ξ谢军飞,李玉娥(中国农业科学院气象研究所,北京 100081)摘要:根据近几年国内外相关文献,对农田土壤中二氧化碳、甲烷与氧化亚氮排放相关机理及影响因子进行了归纳,并介绍了动物废弃物施用于农田土壤所导致的温室气体排放的变化情况;同时还对一些与土壤温室气体排放影响因素有关的定量模拟方程进行了介绍。
关键词:温室气体;排放机理;影响因素;模拟方程中图分类号:S16119 文献标识码:A 文章编号:1000-6362(2002)04-0047-06 全球气候变化是温室气体浓度增加、土地与植被变化、地球的大气物理化学作用等各种因素综合作用的结果,其中人类活动所造成的大气中温室气体浓度急剧增加已成为全球变化最主要的因素。
联合国政府间气候变化专门委员会IPCC(The Inter2 governmental Panel on Climate Change)第3次评估报告指出:在1990～2100年,全球平均气温很可能上升114～518℃[1]。
农业生产是一种大规模的人类活动,农田土壤是重要的温室气体[二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)]的源汇。
通过对农田土壤中温室气体的排放进行准确测量,研究分析其机理和影响因素,正确地评价农田土壤对大气中主要温室气体浓度变化的贡献,有助于我们对温室气体排放量及其规律和减排措施的正确了解,从而为温室气体减排以及减少气候变化预测的不确定性提供理论依据[2]。
1 农田土壤中二氧化碳(CO2)的产生过程与影响因素111 农田土壤中CO2的产生过程CO2是大气中最重要的温室气体,其排放量及对气候变暖的贡献远超过其它温室气体。
土壤中CO2产生的过程通常又称为“土壤呼吸”,其强度主要取决于土壤中有机质的数量及矿化速率、土壤微生物类群的数量及活性、土壤动植物的呼吸作用等。
CO2排放实际是土壤中生物代谢和生物化学过程等所有因素的综合产物,通常可使土壤空气中CO2浓度升高到3000mg/kg,约是大气中的10～50倍。
112 影响农田土壤CO2排放的因素11211 温度的影响 在一定范围内环境温度升高可加速土壤中有机质的分解和微生物活性,从而增加土壤中CO2浓度,温度对CO2释放量的影响是通过多种途径起作用的。
国外学者长期观测得出了一些定量关系。
Kucera[5]等在1968～1970年得出下列公式Iny=a+bln(T+10)(1)(1)式中:y为土壤CO2释放量;a为常数;b为温度系数(10～30℃时取116～213);T为土壤温度(℃)。
K1Mathes等人[6]通过实验也得出了回归方程Y=a+bx2(2)(2)式中:Y为土壤CO2释放量;x为土壤温度;a、b为统计常数。
并且认为x值用地表下5cm处的温度比用地表温度效果要好一些[4]。
Monteith经长期观测发现:冬季土壤CO2释放较少,初春后逐渐增加,当8月份土温升到最高时, CO2释放量最大。
农田CO2释放有明显的日变化规律,主要是气温变化的结果。
温度不仅影响微生物细胞的物理反应及化学反应速率,而且对环境的物理化学特征也有影响,微生物细胞的活动是受热力学定律所控制的。
土壤有机质在微生物的参与下分解成简单的有机化合物,其中一部分进一步矿化成CO2、CH4等,该矿化过程受温度的控制。
CO2排放速率的日均值与气温、地表温度呈显著的相关关系。
Ξ收稿日期:2001-12-20 资助项目:国家自然科学基金重大项目“中国农业生态系统及全球化相互作用机理研究”。
项目编号为:39899370 作者简介:谢军飞(1976-),湖南湘潭人,男,硕士生11212 土壤水分 土壤水分不仅影响生物体的有效水分含量,也影响土壤通气状况、可溶物质的数量和p H 值等,在一定的水分含量范围内,CO 2释放量与水分含量呈极显著相关关系。
在Joukoslvola 的实验中[5],有效的排水会引起约一倍的CO 2排放增长。
这可能是因为CO 2在水中能被离子化,溶解度高,约为019cm 3/L (O 2约01031cm 3/L ),有效的排水会减少土壤中CO 2的溶解,从而导致CO 2排放增长。
目前关于土壤水分与CO 2释放的定量化关系的研究结果还较少。
Valerie 通过测量干湿交替循环的土壤呼吸强度,得出公式[6]A =aln (-Φ)+b (3)(3)式中:A 为土壤CO 2呼吸强度;Φ为土壤水势;a 、b 为统计常数。
11213 农业管理 农业生产中的水肥管理及耕作方式直接影响土壤CO 2释放量。
一般培肥土壤和调节农田小气候的措施,都有增加土壤CO 2释放的作用。
2 农田(稻田)土壤中甲烷(CH 4)产生、氧化、传输的机理与影响因素CH 4是第2大重要温室气体,在大气中的驻留时间很长,单位质量的CH 4增温潜势是CO 2的56倍。
尽管近年来CH 4在大气中的浓度增长速率有所变慢,但其增长幅度仍值得重视。
其中稻田产生的CH 4占相当重要的比例。
211 农田(稻田)土壤中CH 4产生、氧化、传输的机理21111 CH 4产生 生态系统中的CH 4都是在严格厌氧环境下由微生物活动而产生的,即在酶的作用下分解碳水化合物成单糖,单糖再分解成酸,进而生成CH 4,基本化学式如下[7][8]:C 6H 12O 6+2H 2O =2CH 3COOH +2CO 2+4H 2CH 3COOH =CH 4+CO 2CO 2+8H +CH 4+2H 2O有机碳C +4H +CH 4产生CH 4的土壤环境主要为各种类型的湿地及水稻田。
目前认为水稻田是CH 4的主要人为源,但在好气条件下CH 4又会被CH 4氧化菌所氧化,从而使好气土壤成为CH 4吸收汇。
21112 CH 4氧化 CH 4氧化在农田CH 4的排放过程中起着重要的作用。
观测表明,稻田CH 4排放量只占CH 4产生量的很小一部分,大部分(约82%～84%)在输送到大气前被土壤微生物氧化,土壤中消耗CH 4的微生物有CH 4氧化细菌和CH 4硝化细菌两种,但土壤CH 4的氧化主要由CH 4氧化细菌完成。
注意到CH 4氧化细菌[7]同时也参与氨氧化,氨氧化是稻田氮素反硝化损失的基本过程。
因此研究稻田的CH 4氧化机理也可能有助于揭示稻田氮素损失的机理。
CH 4的氧化基本在土壤表层发生。
孙向阳[10]运用化学动力学中的一级反应动力学方程C =C 0e -kt 对森林土壤中CH 4的吸收速率进行了计算,式中,C 、C 0分别为t 时刻初始的CH 4浓度,k 为与浓度无关的速率常数或叫一级反应常数。
CH 4氧化过程也与土壤温度、水分等因子密切相关[9]。
DNDC 模型还确定了在CH 4向大气输送的过程中土壤的多孔结构与植物的通气性所起的重要作用。
21113 CH 4传输 稻田土壤中的CH 4传输通过3个路径向大气排放,即水稻植物体内部的通气组织、水田冒气泡和水中液相扩散。
水稻植物体排放CH 4的能力随水稻的生长呈线性增长趋势,抽穗中期达到最大,后随水稻的成熟不断下降。
整个季节平均排放的CH 4中,通过水稻植株传输的占73%(早稻)及55%(晚稻);气泡的作用占总排放的24(早稻)及41%(晚稻);液相扩散可以忽略。
若甲烷传输畅通,则有利于甲烷排放,在稻田养萍实验[11]中,陈冠雄等发现甲烷排放增加可能与增加植株的传输作用有关。
212 影响CH 4排放的因素21211 环境因素土壤质地 不同质地的土壤,CH 4排放量有明显的不同,壤质稻田的CH 4排放量显著大于粘质稻田土壤,但砂质和壤质土壤CH 4平均排放通量的比较结果在年际之间不一致。
粘质土壤排放较少的原因可能是其对有机质有较强的保持作用,对氧化还原电位(Eh )变化的缓冲作用较强,同时气体扩散也较慢的缘故。
另外,不同耕地类型和管理措施对CH 4的氧化量是不同的,直播土壤的CH 4氧化率为连续开耕土壤的415～11倍[13]。
土壤温度 产生CH 4微生物活动的适宜温度在30～40℃范围内,土壤CH 4的产生量随着土壤温度的升高而增长;意大利对稻田CH 4排放的研究表明,当温度从20℃增加到35℃时,CH 4排放量增加1倍。
在中国,5cm 深处的土壤温度从18℃上升到31℃时,稻田CH 4排放量增加很快。
孙向阳[9]通过CH 4排放通量与几种环境因子的灰色关联分析得出:5cm 深处土壤温度和CH 4排放通量关系最为密切,其次为地表温度。
与生成作用相比,其氧化作用对温度较不敏感。
王明星等[3]研究发现CH4氧化率与温度呈正相关关系。
相关研究表明:土壤氧化CH4的最适合温度为25～35℃,超过37℃时大多数CH4氧化菌停止生长。
土壤水分 土壤常年淹水可导致大量的CH4排放,土壤水分的微小变化都会明显改变CH4排放量。
徐星凯等[14]指出15%～22%的土壤水分含量是促进CH4氧化的最适水分条件。
当土壤水分含水量很高(如当水稻田处于淹水状况下),CH4排放量会增大。
Rach等[15]发现不同水分含量土壤的温室气体排放有较大差异。
在比利时,Boeckx等[16]通过实验发现土壤水分含量是能解释当时CH4的氧化变化的重要参数。
土壤p H 大多数已知CH4氧化菌生长的最适p H值为616～618。
它和土壤Eh控制着CH4形成的微生物过程。
当p H小于5175或大于8175时[17],CH4产生几乎完全受到控制。
土壤Eh 因生成CH4的反应处于土壤氧化还原系列的还原端,经实验观察,只有当土壤Eh低于-100～-150mV时才有CH4产生。
因此,土壤还原状态是生成CH4的前提,当Eh低于上述数值时, CH4排放量随Eh的下降而呈指数增加[18];另外,蔡祖聪等[19]研究发现,土壤温度和Eh变化对稻田CH4排放通量日变化具有极显著的影响,但它们不是决定稻田CH4排放通量季节变化的主要因素。
21212 农业管理措施施肥(有机肥、无机肥) 施肥增加了土壤基质供应,必定会增加CH4排放,但不同的施肥方法会产生不同效果,不同的实验结果差异也很大,有的甚至相反。
一般来说,化肥处理CH4产生及排放低于有机肥处理,王明星等[20]研究了几种不同比例有机肥及化肥的施肥方案对稻田甲烷排放的影响,在维持氮、磷、钾含量基本不变时,施较多的有机肥是CH4排放率高的重要原因,而施化肥则能降低CH4排放,同样是有机肥,已在沼气池中发酵后的沼渣对稻田CH4排放的正效应也要大大低于“新鲜”的有机肥。
Chan(2001)发现[22]:在一段时间内,自然土壤CH4累积净排放为负值;而在垃圾处理与动物废弃物处理下的土壤,CH4累积净排放为正值。
在不同土地利用方式下,可利用的碳含量存在很大差异,从而导致不同的CH4排放。