模擬酸雨對(duì)不同土壤-作物系統(tǒng)溫室氣體排放的影響.pdf

1、全球變暖和酸雨污染是當(dāng)今重要的全球性環(huán)境問題，已引起各國政府和國際學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。全球變暖的主要原因之一是人類影響了生態(tài)系統(tǒng)的碳、氮循環(huán)，造成大氣中溫室氣體（CO2、CH4、N2O等）濃度不斷提高。同時(shí)，化石燃料的燃燒過程也向大氣排放SO2、NOx，造成酸雨污染。
　　 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是人類活動(dòng)最活躍的系統(tǒng)，在全球變化研究中具有十分重要的地位。酸雨因具有較高濃度的H+、SO42-、NO3－，可通過影響土壤理化性質(zhì)、農(nóng)作物的生長和

2、生理過程、土壤微生物群落的組成與活性，對(duì)農(nóng)田溫室氣體的產(chǎn)生和排放產(chǎn)生影響。定量研究酸雨污染對(duì)農(nóng)田溫室氣體排放的影響，將為客觀評(píng)價(jià)酸雨污染的生態(tài)效應(yīng)和正確估計(jì)農(nóng)田溫室氣體排放提供依據(jù)。
　　 本研究的目的是：定量研究雨水離子濃度升高和/或pH值降低對(duì)不同土壤-作物系統(tǒng)溫室氣體(CO2、CH4、N2O)排放的影響規(guī)律，探討其影響途徑。
　　 本研究盆栽試驗(yàn)用于研究模擬酸雨對(duì)土壤-作物系統(tǒng)溫室氣體排放的影響規(guī)律，室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)用

3、于探討秸稈、土壤水分條件對(duì)酸雨作用的影響。盆栽試驗(yàn)選擇酸性(pH5.48)(S1)、中性(pH6.70)(S2)、堿性(pH8.18)(S3)水稻土，以我國大面積種植的糧食作物冬小麥、水稻為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，分別設(shè)置雨水離子濃度和pH值存在差異的3種模擬雨水(T1(pH6.0)、T2（離子濃度為T12倍，pH6.0）、T3（離子濃度為T12倍，pH4.4）），雨水噴淋量參照南京市1970-2000年30年月平均降水量。盆栽試驗(yàn)時(shí)間持續(xù)2個(gè)冬小麥

4、和2個(gè)水稻生長季。土壤-作物系統(tǒng)溫室氣體排放速率采用靜態(tài)暗箱-氣相色譜技術(shù)測(cè)定。
　　 室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)Ⅰ選擇與盆栽試驗(yàn)相同的3種水稻土（分別設(shè)置施用秸稈0、15g·kg-1土處理）在20℃條件下進(jìn)行40d的培養(yǎng)試驗(yàn)。培養(yǎng)期間分別用pH值存在差異的3種模擬雨水(TC1(pH6.0)、TC2(pH4.5)、TC3(pH3.0))將土壤含水量調(diào)為400 g·kg-1土。室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)Ⅱ只選擇了中性土壤S2（分別設(shè)置施用秸稈0、15g·kg

5、-1土處理），室溫條件下進(jìn)行51d的培養(yǎng)試驗(yàn)。培養(yǎng)期間分別用模擬雨水CR1（離子濃度為T22倍，pH5.6）、CR2（離子濃度為CR12倍，pH5.6）、CR3(離子濃度同CR1, pH3.5)，將土壤含水量分別設(shè)置為400 g·kg-1土和淹水條件。種子培養(yǎng)試驗(yàn)雨水設(shè)置同盆栽試驗(yàn)，25℃條件下黑暗培養(yǎng)。
　　 主要結(jié)果如下：
　　 1.小麥生長期，酸雨顯著促進(jìn)了堿性土壤-小麥系統(tǒng)暗呼吸和N2O排放，S3T3組平均暗呼吸

6、速率分別比S3T1組和S3T2組高23.6％、27.6％，S3T3組N2O平均排放速率比S3T2組高25.6％(p＜0.05)（2005～2006年）；酸雨雖然未對(duì)中性土壤和酸性土壤-小麥系統(tǒng)平均暗呼吸速率和N2O平均排放速率產(chǎn)生顯著影響(p＞0.05)，但在小麥幼苗、拔節(jié)、灌漿等時(shí)期，也對(duì)溫室氣體排放產(chǎn)生了顯著影響。
　　 2.水稻生長期，由于2006年和2007年田間秸稈填埋的差異，2年間酸雨對(duì)土壤-水稻系統(tǒng)溫室氣體排放的影

7、響有所不同。
　　 2.1僅雨水pH值的降低并未對(duì)土壤-水稻系統(tǒng)平均暗呼吸速率產(chǎn)生顯著影響；雨水離子濃度升高后可顯著提高酸性土壤-水稻系統(tǒng)平均暗呼吸速率；當(dāng)雨水離子濃度升高的同時(shí)pH值降低后，中性土壤－水稻系統(tǒng)2006年平均暗呼吸速率和堿性土壤-水稻系統(tǒng)2007年平均暗呼吸速率顯著下降，但中性土壤-水稻系統(tǒng)2007年平均暗呼吸速率顯著上升。具體的變化程度為：S1T2組2007年的平均暗呼吸速率比S1T1組高8.1％，S2T3組2

8、006年平均暗呼吸速率比S2T1組降低21.4％，S3T3組2007年的平均暗呼吸速率比S3T1組低7.3％;S2T3組2007年的平均暗呼吸速率比S2T1組高7.9％(p＜0.05)。2.2高離子濃度雨水對(duì)CH4排放有促進(jìn)作用，低pH值雨水對(duì)CH4排放排有抑制作用。S1T2組CH4累積排放量比S1T1組高85.6％,S2T2組CH4累積排放量比S2T1組高19.2％,但未達(dá)到顯著水平；S1T3組CH4累積排放量比S1T2組低51.5％

9、,S2T3組CH4累積排放量比S2T2組低31.4％(p＜0.05)，但僅中性土壤－作物系統(tǒng)達(dá)到顯著水平。
　　 2.3僅雨水pH值降低對(duì)土壤-水稻系統(tǒng)N2O累積排放無顯著影響(p＞0.05)。雨水離子濃度升高抑制了酸性土壤-水稻系統(tǒng)和中性土壤-水稻系統(tǒng)N2O排放。雨水離子濃度升高同時(shí)降低pH值后，抑制了中性土壤－水稻N2O排放。具體的影響程度如下：S1T2組2006年N2O累積排放量比S1T1組低16.6％(p:=0.039)

10、，S2T2組2007年累積排放量比S2T1組低56.4％（p=0.019），S2T3組2007年累積排放量比S2T1組低71.9％（p=0.047）。
　　 3.通過室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)證實(shí)，酸雨通過影響秸稈的分解過程對(duì)土壤系統(tǒng)溫室氣體排放產(chǎn)生影響。秸稈填埋是2006年和2007年間盆栽試驗(yàn)土壤-水稻系統(tǒng)結(jié)果差異的主要原因，同時(shí)土壤水分條件也發(fā)揮了重要影響。
　　 3.1低pH值雨水未顯著影響土壤有機(jī)碳分解，但顯著地影響了土壤中

11、作物秸稈的分解與N2O的產(chǎn)生與排放，從而對(duì)土壤系統(tǒng)CO2、N2O排放產(chǎn)生影響：酸雨促進(jìn)了酸性和堿性水稻土中秸稈的分解，pH3.0酸雨處理下秸稈在酸性土壤和堿性土壤中40 d分解總量比pH6.0雨水處理下的分解總量高8％；酸雨抑制了中性水稻土中秸稈的分解，pH3.0酸雨處理下秸稈40 d分解總量比pH6.0雨水處理低15％。酸雨顯著促進(jìn)了酸性土壤對(duì)照組N2O排放，S1TC3CK組N2O累積排放量比S1TC1CK組高51.3％(p＜0.05

12、)。隨著雨水pH值的降低，秸稈對(duì)土壤系統(tǒng)N2O排放的抑制作用增強(qiáng)，導(dǎo)致3種土壤秸稈組N2O排放量的差距隨著雨水pH值的降低而縮小。
　　 3.2雨水離子濃度增加或pH值降低，未對(duì)中性土壤對(duì)照組或秸稈組CH4、N2O51d累積排放量產(chǎn)生顯著影響，高離子濃度雨水可減少淹水處理的土壤對(duì)照組CO2排放，CR2CKF組CO2-C累積排放量比CR1CKF低26.1％(p＜0.05)。雨水差異對(duì)秸稈的分解差生了顯著影響：淹水狀態(tài)下，高離子濃度

13、雨水與低pH值雨水均促進(jìn)了中性土壤中秸稈的分解，秸稈分解總量在CR2F組、CR3F組中分別比在CR1F中高16.1％(p＜0.01),2.6％(p＜0.01)；非淹水狀態(tài)下，高離子濃度雨水和低pH值雨水均抑制了中性土壤中秸稈的分解，秸稈分解總量在CR2D組、CR3D組中分別比在CR1D中低5.3％(p＜0.05)，8.1％(p=0.111).
　　 綜上所述，酸雨未改變土壤-作物系統(tǒng)溫室氣體排放的季節(jié)動(dòng)態(tài)特征。在作物的不同生育期

14、，酸雨對(duì)不同土壤-作物系統(tǒng)溫室氣體排放的影響并不相同。酸雨并未改變作物收割后農(nóng)田系統(tǒng)溫室氣體排放。小麥生長期，堿性土壤-作物系統(tǒng)較酸性土壤和中性土壤-作物系統(tǒng)易受酸雨的影響；水稻生長期，N2O、CH4排放在酸性土壤-作物系統(tǒng)與中性土壤-作物系統(tǒng)中比其在堿性土壤-作物系統(tǒng)中更易受酸雨的影響。酸雨主要通過提高作物生長過程的能耗，改變土壤中秸稈的分解速率、作物秸稈與土壤的C/N，提高秸稈木質(zhì)素含量、降低秸稈纖維素含量等途徑對(duì)農(nóng)田溫室氣體排放產(chǎn)