紫外輻射增強(qiáng)對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放的影響.pdf

1、全球變暖和臭氧層損耗導(dǎo)致的地表紫外輻射增強(qiáng)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大氣中溫室氣體濃度的不斷增加，CO<,2>、CH<,4>和N<,2>O是最重要的溫室氣體。由于大量氟氯烷烴和氮氧化物的排放，平流層臭氧層正不斷變薄，將直接導(dǎo)致到達(dá)地表的紫外輻射增強(qiáng)。 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是人類活動最活躍的部分，在全球變化研究中具有十分重要的地位。地表紫外輻射增強(qiáng)，影響到農(nóng)田作物的生長和生理

2、過程及土壤微生物的群落組成與活性，從而可能影響到農(nóng)田溫室氣體(CO<,2>、N<,2>O和CH<,4>)的產(chǎn)生和排放。定量研究紫外輻射增強(qiáng)對農(nóng)田溫室氣體排放的影響，將為客觀評價(jià)紫外輻射增強(qiáng)的生態(tài)效應(yīng)和估計(jì)區(qū)域農(nóng)田溫室氣體排放及變化趨勢提供依據(jù)。 本研究的目的是：定量探討地表紫外輻射增強(qiáng)對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體(CO<,2>、CH<,4>和N<,2>O)排放的影響規(guī)律。 本研究以我國大面積種植的常規(guī)作物冬小麥、大豆和水稻為實(shí)

3、驗(yàn)材料，采用盆栽試驗(yàn)和田間試驗(yàn)相結(jié)合的方法，進(jìn)行了2個(gè)冬小麥生長季、3個(gè)大豆生長季和1個(gè)水稻生長季的試驗(yàn)。設(shè)置了UV-B和UV-A增強(qiáng)處理兩類室外試驗(yàn)，UV-B增強(qiáng)試驗(yàn)設(shè)對照(CK，自然光UV-B強(qiáng)度)、處理(T，比自然光UV-B強(qiáng)度增加20％)兩個(gè)水平；UV-A試驗(yàn)設(shè)對照(CK，自然光UV-A強(qiáng)度)、處理1(T<,2>，比自然光UV-A強(qiáng)度增加10％)和處理2(T<,2>，比自然光UV-A強(qiáng)度增加20％)三個(gè)水平。紫外輻射增強(qiáng)控制采用

4、“平方波系統(tǒng)”的人工模擬方法，氣體樣品的采集和分析采用靜態(tài)箱一氣相色譜法。 主要結(jié)果如下： UV-B輻射增強(qiáng)沒有改變冬小麥、大豆和稻田生態(tài)系統(tǒng)呼吸速率的季節(jié)性變化規(guī)律。但在冬小麥返青期、拔節(jié)孕穗期及大豆開花到成熟期，UV-B輻射增強(qiáng)顯著降低了土壤-作物系統(tǒng)的呼吸速率，而對水稻生長季的系統(tǒng)平均呼吸速率則沒有影響。在返青和拔節(jié)孕穗期，UV-B增強(qiáng)使土壤-冬小麥系統(tǒng)的呼吸速率分別比對照降低了21.39％和16.36％；在大豆的

5、開花至成熟期，呼吸速率分別比對照降低了49.03％(2004年)和45.43％(2006年)。 UV-B輻射增強(qiáng)沒有改變冬小麥、大豆和稻田生態(tài)系統(tǒng)N<,2>O排放的季節(jié)性變化規(guī)律，但在作物不同生育期，UV-B輻射增強(qiáng)影響其N<,2>O排放通量。在冬小麥拔節(jié)孕穗期，UV-B增強(qiáng)使土壤-冬小麥系統(tǒng)的N<,2>O排放通量比對照降低了16.38％。從開花到成熟，UV-B輻射增強(qiáng)使土壤-大豆系統(tǒng)的N<,2>O排放通量分別比對照降低了40.43％(

6、2004年)和44.93％(2006年)。UV-B輻射增強(qiáng)對稻田N<,2>O平均排放通量沒有影響，亦沒有改變稻田CH<,4>的平均排放通量和季節(jié)性變化特征。 UV-B輻射增強(qiáng)沒有改變裸土的CO<,2>和N<,2>O的排放，但UV-A輻射增強(qiáng)卻促進(jìn)了裸土的CO<,2>和N<,2>O排放，增強(qiáng)20％UV-A輻射使裸土CO<,2>和N<,2>O的累積排放量分別比對照增加了263.50％和186.48％。同時(shí)，增強(qiáng)20％UV-A輻射使土

7、壤-冬小麥系統(tǒng)的N<,2>O累積排放量增加了32.93％。 UV-B輻射增強(qiáng)顯著降低了大豆的生物量，2004和2006年大豆植株收獲量分別比對照降低了51.81％和43.37％。UV-B輻射增強(qiáng)使拔節(jié)孕穗期的冬小麥生物量降低了24.85％，但對水稻的生物量沒有顯著影響。 綜上所述，UV-B輻射增強(qiáng)沒有改變土壤-作物系統(tǒng)的呼吸速率和N<,2>O排放季節(jié)變化特征。但在不同作物的不同生育期，UV-B增強(qiáng)對土壤一系統(tǒng)呼吸速率和N