[00133231]气候变化背景下旱作农田温室气体减排的耕作调控技术与示范

1.课题来源与背景 项目来源于是甘肃省重点研发计划资助项目。随着全球气候状况的变化,农业生态系统将受到严重影响,尤其在甘肃旱作生态脆弱区的农田生态系统将受到非常大的影响。而合理的耕作措施可以协调土壤中水、肥、气、热关系,克服影响作物生长发育的不利因素,保证作物的高产和稳产,但也可能导致温室气体排放量和排放强度改变。但耕作措施研究主要集中在土壤环境和作物产量影响研究方面,能否调控气候变化对小麦农田生态系统温室气体排放过程影响机制研究相对较少。 2.研究目的与意义 以旱地小麦农田生态系统温室气体排放协同模型为平台,基于定点定位大田耕作措施试验,结合长期大田定位试验,对模型参数进行反复改进和率订,并检验模型对气候变化和耕作措施模拟的适宜性。在验证模型的基础上,分析近年气候变化趋势和特征,运用模型模拟近年不同耕作措施旱地小麦农田生态系统温室气体排放过程,并分析其对气候变化的响应机制。以响应机制为基础,设计定量梯度的耕作措施和气候因子变化模拟试验,应用模型进一步模拟分析二者之间的耦合对农田生态系统温室气体排放的影响,并利用系统工程和数学建模的原理分析小麦高产低碳对气候变化的耕作措施调控效应。探索旱地农田土壤温室减排规律,为制定农业温室气体减排提供科学依据。 3.主要论点与意义 DNDC模型能较好的模拟不同耕作措施下旱地春小麦土壤GPP、NPP,以及CO2、N2O和CH4气体排放的变化规律;不同耕作措施下CO2、N2O气体排放随时间呈上升的变化趋势,CH4气体吸收也随时间呈上升的变化趋势。4种耕作措施的CO2气体排放的大小为：T＞TS＞NT＞NTS; CH4气体吸收的大小为：NTS＞NT＞TS＞T;4种耕作措施的N2O气体排放的大小为：T＞TS＞NTS＞NT;4种不同耕作措施的农田土壤CO2排放通量的全年变化趋势较为相似,不同季节中夏季的CO2排放通量最大,其次依次为春秋季和冬季,表现出明显的季节变化特征。4种不同耕作措施的农田土壤均表现为CO2源,同时4种耕作措施下旱地春小麦全生育期均呈现出高排放的特点,而旱地春小麦休闲期则呈现出低排放的特征。T和TS处理的CO2气体年平均排放通量高于NT和NTS处理,且4种不同耕作措施的CO2平均排放通量大小为：T＞TS＞NT＞NTS;4种不同耕作措施的农田土壤N2O排放通量的全年变化趋势较为相似,且具有一定的季节性变化特征。4不同种耕作措施的农田土壤均表现出N2O源,4种不同耕作措施下旱地春小麦全生育期N2O排放通量均呈现出高排放的特点。4种不同耕作措施的N2O平均排放通量大小为：T＞TS＞NTS＞NT,且不同耕作措施间的差异并不显著。研究结果表明：3种保护性耕作措施均有利于减少N2O气体排放;4种不同耕作措施的农田土壤N2O排放通量的变化趋势较为相似,且具有明显的季节性特征,4种不同耕作措施的农田土壤均呈现出CH4汇,且CH4吸收通量夏秋季高于冬春季。4种不同耕作措施的CH4吸收通量大小为NT＞NTS＞ TS＞T。 4.创新点与论据 利用长期不同耕作措施定位试验的方法,对模型进行检验,进一步检验小麦高产低碳生产过程对气候变化模型模拟的适宜性;耕作措施和气候变化耦合的方法定量和精准评估作物产量形成和农田温室气体排放的影响因素。 5.社会经济效益,存在问题 利用模型模拟了传统耕作、免耕、免耕＋秸秆覆盖和传统耕作＋秸秆覆盖耕作4种耕作措施的小麦产量。免耕＋秸秆覆盖的产量在4种耕作措施中最高,与其他耕作措施相比产量提高了14.65%、4.56%和9.83%,免耕＋秸秆覆盖可以有效提高旱区春小麦产量,提高当地农民的收入。利用作物生长模型实现了旱区小麦产量的精确预测,确定了研究区小麦生产的最适宜耕作措施,为确保旱农区粮食安全,提高粮食产量起到决策指导作用,不但增加农民收入,而且提高农民的整体素质,进一步缩小了城乡差距,为促进我国三农问题的解决提供了良好的途径。标准气候、作物和土壤等属性数据库的建立与更新是模型应用的重要保证。尤其,DNDC模型中各种大量参数的调试难度较大,在项目执行过程中花费了大量时间,模型参数的本地化,限制了研究结果的推广范围,具有一定的局限性。 6.历年奖励情况 无 7.成果简介 定量评估耕作措施与气候变化对小麦农田生态系统温室气体排放量和排放强度的影响,明确气候变化对旱地小麦产生的影响及耕作措施调控效应,确定适应气候变化小麦高产低碳的最佳耕作模式。