稻田生態(tài)系統(tǒng)增溫效應(yīng)的初步研究.pdf

1、氣候變暖與陸地生態(tài)系統(tǒng)之間反饋機(jī)制是生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)目前研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)之一，具有重要的理論和和應(yīng)用價(jià)值。野外自然條件下的生態(tài)系統(tǒng)增溫實(shí)驗(yàn)是研究氣候變暖與陸地生態(tài)系統(tǒng)關(guān)系的主要方法之一，為陸地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的中長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)模型預(yù)測(cè)和驗(yàn)證提供關(guān)鍵的參數(shù)估計(jì)。目前國(guó)際上一些增溫實(shí)驗(yàn)觀察站主要集中在高緯度地區(qū)的苔原、凍原、溫帶草原和森林等自然生態(tài)系統(tǒng)中，在熱帶或亞熱帶生態(tài)系統(tǒng)，尤其是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，缺少直接的增溫實(shí)驗(yàn)證據(jù)。增溫實(shí)驗(yàn)中，對(duì)水熱條件

2、的解耦研究還沒(méi)有有效措施。本研究依托水利部設(shè)在上海青浦的農(nóng)業(yè)水利灌溉技術(shù)推廣站的測(cè)坑設(shè)施，利用紅外線輻射器進(jìn)行了嚴(yán)格控制地下水位的稻田生態(tài)系統(tǒng)增溫實(shí)驗(yàn)。從水稻、土壤和稻田水循環(huán)及氮素流失三方面研究了稻田生態(tài)系統(tǒng)的增溫效應(yīng)，分析了未來(lái)氣候變暖情景下，保持現(xiàn)有農(nóng)業(yè)管理措施不變的條件下，稻田生態(tài)系統(tǒng)在糧食生產(chǎn)、氣候調(diào)控和對(duì)水資源/污染的壓力等方面的響應(yīng)。
　　主要結(jié)論是：
　　(1)增溫條件下，測(cè)坑的稻田生態(tài)系統(tǒng)(面積：2m×3m

3、)的地上生物量、水稻產(chǎn)量和株重分別顯著下降了17.97％(增溫為26.63±2.74kg；對(duì)照為32.47±2.51kg)、10.19％(增溫為3.14±0.09kg；對(duì)照為3.49±0.13kg)和14.82％(增溫為1.34±0.13g；對(duì)照為1.57±0.04g)，水稻生長(zhǎng)受到抑制；稻谷癟谷率增加了19.05％，千粒重降低了3.28％。從水稻株高的變化看，前期增溫顯著低于對(duì)照而后期差異不顯著，表明了增溫對(duì)水稻生長(zhǎng)影響的階段性：高溫

4、條件下的抑制作用和相對(duì)低溫條件下的促進(jìn)作用：對(duì)水稻不同生育期的調(diào)查顯示，水稻的物候期提前，生長(zhǎng)季縮短，病蟲(chóng)害降低。
　　(2)增溫條件下，水稻收獲時(shí)，稻田生態(tài)系統(tǒng)的土壤銨態(tài)氮含量上升了25.15％(增溫為4.31±0.48mg/kg；對(duì)照為3.45±0.07mg/kg)，硝態(tài)氮下降了4.16％(增溫為16.07±0.28mg/kg：對(duì)照為16.77±0.25mg/kg)，而無(wú)機(jī)氮總量變化不大；全氮降低了4.97％，則主要是由有機(jī)氮

5、含量下降5.11％造成的；而土壤全碳含量變化不大，因此，土壤C/N上升了2.88％，pH增加了1.58％。從水稻整個(gè)生長(zhǎng)季看，增溫與對(duì)照的土壤全碳含量分別下降了8.59％、1.88％；全氮含量增溫稻田土壤減少了9.13％，而對(duì)照增加了1.18％；因此，土壤C/N增溫稻田上升了0.54％，對(duì)照下降了3.06％；而無(wú)機(jī)氮變化基本相同，增溫與對(duì)照分別下降了90.94％、93.89％；全氮變化的差異主要是由有機(jī)氮變化造成的，增溫稻田土壤的有機(jī)氮

6、含量降低了6.30％，而對(duì)照增加了4.52％：增溫與對(duì)照稻田土壤的硝態(tài)氮含量變化也基本相同，分別下降了104.59％、103.56％：而銨態(tài)氮增溫與對(duì)照分別增加了33.46％、7.92％，差異顯著。由于銨態(tài)氮的積累和硝態(tài)氮的下降，增溫稻田土壤的pH增加了4.93％，對(duì)照下降了6.59％。增溫促進(jìn)了土壤有機(jī)碳的分解、氮素的礦化和反硝化作用、降低了水稻對(duì)氮素的吸收和氮肥的利用效率。
　　(3)增溫條件下，稻田生態(tài)系統(tǒng)的水循環(huán)加速：輸入

7、與輸出水量分別增加了11.3％(增溫為1482.80±58.42mm；對(duì)照為1332.60±44.23mm)、14.4％(增溫為1456.07±69.71mm；對(duì)照為1273.20±31.57mm)：水稻和稻田的需水量分別增加了18.8％、17.0％；稻田耗水量和供水量分別上升了11.3％、14.4％，蒸散量的增加是水循環(huán)加速的主要驅(qū)動(dòng)力；由于稻田生產(chǎn)力和水稻產(chǎn)量的下降，農(nóng)田和產(chǎn)量水平上的水分利用效率，分別降低了30.9％、24.1％。

8、
　　(4)通過(guò)徑流和滲漏水流失的氮素以有機(jī)態(tài)為主，硝態(tài)氮遠(yuǎn)高于銨態(tài)氮；施肥對(duì)田面水、徑流水和土壤剖面水中總氮與銨態(tài)氮的濃度影響顯著，對(duì)硝態(tài)氮的影響有滯后性；施肥后5天田面水中的氮素濃度降為峰值(施肥后)的幾十分之一，期間是氮素流失的高風(fēng)險(xiǎn)期；施肥對(duì)土壤剖面水中不同形態(tài)氮素的影響深度不同：銨態(tài)氮低于80cm，而硝態(tài)氮高于150cm，總氮介于而者之間。增溫條件下，不同形態(tài)的氮素滲漏量均有所增加；徑流水、滲漏水和土壤剖面水中的總氮濃度

9、增溫與對(duì)照差異不大，而徑流水和土壤下層剖面水中的無(wú)機(jī)氮濃度存在差異：增溫條件下，銨態(tài)氮上升，硝態(tài)氮下降。水稻的生長(zhǎng)季內(nèi)，增溫使氮肥利用效率下降，而通過(guò)滲漏、徑流和氣態(tài)等形式損失的氮增加。
　　通過(guò)整個(gè)水稻生長(zhǎng)季的增溫實(shí)驗(yàn)，我們得到了稻田生態(tài)系統(tǒng)的一些初步變化模式，對(duì)其形成機(jī)制還需要進(jìn)一步研究：分析土壤碳氮轉(zhuǎn)化的重要過(guò)程及相關(guān)微生物類(lèi)群和溫室氣體排放動(dòng)態(tài)變化；加強(qiáng)對(duì)水稻重要生理生態(tài)過(guò)程如光合、呼吸等的研究，弄清增溫對(duì)水稻生長(zhǎng)的抑制或