冷浸稻田甲烷排放及其与有机碳的关系

Wetlands are important ecosystems involved in global carbon cycle, and cold waterlogged paddy field is a special wetland ecosystem that been long-term soaked and strongly artificial disturbed. But the characteristics of methane emissions from cold waterlogged paddy field and its influencing factors are not clearly understand. The main aim of this research is to study the methane emission characteristics from cold waterlogged paddy field and its relationship with soil organic carbon by means of field experiment and laboratory culture combination; to character the mechanism of different C/N ratio organic material and low molecular organic acid on methane emission; to determine soil organic carbon fractions and clarify its relationship with methane emission. Reveal the effects of soil total organic acid, carbon fractions, quality characteristics and exogenous organic carbon on cold waterlogged paddy methane production. This project can provide theoretical basis and data support for mitigation wetland methane emissions and the compilation of Chinese greenhouse gas inventory.

冷浸稻田是长期渍水和人工干扰强烈的特殊湿地生态系统，其甲烷排放特征及其影响因子方面的研究尚未受到重视，开展冷浸稻田甲烷排放潜力及其与有机碳的关系的研究对准确评估我国湿地生态系统碳收支具有重要意义。本项目拟采用大田试验和实验室培养相结合的方式，通过添加不同碳氮比有机物料和低分子有机酸，利用气相色谱分析技术，研究冷浸稻田甲烷排放特征；通过测定土壤有机碳组分，阐明其与甲烷产生的关系；利用高效液相色谱分析技术，测定土壤有机酸总量及有机酸组分含量，阐明添加外源有机碳对冷静稻田土壤有机碳组分的影响，揭示冷浸稻田产甲烷有机碳的品质特征。本项目可为减缓湿地甲烷排放和编制我国温室气体清单提供理论依据和数据支撑。

本课题以江南地区冷浸稻田和涝渍田为研究对象，以定位试验为主要研究平台，通过大田观测和实验室培养相结合的手段，开展甲烷等温室气体排放规律及与有机碳关系的研究，同时开展冷浸涝渍田温室气体排放通量及温室效应。重点研究了冷浸稻田与正常稻田温室气体排放测差异以及对外源有机物质的响应；研究不同管理措施下冷浸涝渍田温室气体排放特征。 研究取得以下主要结果：.冷浸稻田CH4排放量明显高于正常稻田，不插秧情况是正常稻田6.78倍，插秧情况下是7.69倍；种植水稻使冷浸稻田CH4的排放量提高2.05倍、正常稻田提高2.16倍。冷浸稻田CO2排放量明显低于正常稻田，不插秧情况下正常稻田CO2排放量是冷浸稻田1.56倍，插秧情况下是1.39倍，种植水稻植株使冷浸稻田CO2的排放量提高3.19倍、正常稻田提高2.89倍；不插秧情况下，正常稻田N2O排放量是冷浸稻田5.81倍，插秧情况下是1.53倍。.乙酸、丙酸、丁酸都可能是造成冷浸稻田甲烷排放量显著高于正常稻田的原因之一。.0-5cm土层土壤是产CH4主要场所，其CH4产量远高于5-10cm土层和10-20cm土层。35摄氏度培养下CH4排放通量和累积量远高于25摄氏度，培养温度提高10摄氏度使CH4累积排放量急剧增加，冷浸稻田0-5cm、5-10cm、10-20cm分别增加3.12倍、2807倍和833倍，正常稻田分别增加1.6倍、574倍和1182倍。CO2排放通量对温度敏感性远低于CH4。.等量添加情况下，甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、草酸和酒石酸使冷浸稻田CH4累积产量比对照分别提高10.19倍、48.24倍、57.58倍、86.47倍、9.87倍和29.03倍，正常稻田分别提高14.28倍、22.72倍、37.63倍、15.85倍、2.19倍和12.60倍。绝对厌氧培养下添加秸秆和蚕豆使正常稻田CH4累积量分别提高24倍和37倍，冷浸稻田分别提高39倍和46倍。. 冷浸涝渍稻田“冬泡+秸秆还田+养虾”种养结合模式下CH4和N2O累积排放量明显低于“冬泡”、“冬干+秸秆还田”两种模式，但CO2排放在不同年度结果不一致，由于CO2的温室效应占总温室效应的80%以上， 因此“冬泡+秸秆还田+养虾”种养结合模式还需要多点多年继续监测以准确评估其温室效应。.