全球正在經(jīng)歷以氣溫和大氣二氧化碳(CO2)濃度升高為特征的氣候變暖。甲烷(CH4)和氧化亞氮(N2O)擁有比CO2更大的增溫潛勢,進入21世紀以來,它們在大氣中的濃度持續(xù)上升。稻田生態(tài)系統(tǒng)是CH4和N2O的重要人為排放源。氣溫和大氣CO2濃度升高或?qū)⒁鸬咎锷鷳B(tài)系統(tǒng)CH4和N2O排放量增加,可能導致氣候變暖加速。目前,農(nóng)業(yè)廢棄生物質(zhì)制備生物質(zhì)炭還田被認為是頗具應用前景的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)固碳減排方法。然而,在氣溫和大氣CO2濃度持續(xù)上升的背景下,生物質(zhì)炭能否有效發(fā)揮溫室氣體減排作用對減緩全球氣候變暖具有重要意義。針對這一科學問題,本研究利用微氣候系統(tǒng)平臺模擬氣溫與大氣CO2濃度升高(+3℃,700ppm)的條件進行水稻栽培試驗,以水稻秸稈生物質(zhì)炭為試材(添加量2.5%w/w),結合化學和分子生物學分析技術,揭示出氣溫與大氣CO2濃度升高下生物質(zhì)炭輸入對稻田土壤CH4和N2O排放的影響及微生物學機理。研究結果可為氣候變化條件下或不同緯度地區(qū)、氣候地區(qū)的稻田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體削減控制新技術途徑研發(fā)提供理論基礎和參考依據(jù)。主要研究結果如下:(1)氣溫與大氣CO2濃度同時升高下生物質(zhì)炭輸入對稻田土壤C...

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【學位級別】：博士

【文章目錄】：
致謝 摘要 ABSTRACT 第一章 緒論
1.1 引言
1.2 全球氣候變化
    1.2.1 全球氣候變化的現(xiàn)狀
    1.2.2 大氣溫室氣體對全球變暖的貢獻
1.3 稻田土壤CH₄和N₂O排放對氣溫和大氣CO₂濃度升高的響應
    1.3.1 稻田土壤CH₄排放的基本過程
    1.3.2 稻田土壤N₂O排放的基本過程
    1.3.3 稻田土壤CH₄和N₂O排放對氣溫和大氣CO₂濃度升高的響應
1.4 生物質(zhì)炭輸入對稻田土壤CH₄和N₂O排放的影響
    1.4.1 生物質(zhì)炭的基本特性
    1.4.2 生物質(zhì)炭輸入對稻田土壤CH₄和N₂O排放的影響
1.5 研究意義、研究目標與研究內(nèi)容
    1.5.1 研究意義
    1.5.2 研究目標
    1.5.3 研究內(nèi)容
    1.5.4 技術路線 第二章 氣溫與大氣CO₂濃度升高下生物質(zhì)炭輸入對水稻生長和土壤理化特性的影響
2.1 引言
2.2 材料與方法
    2.2.1 試驗材料
    2.2.2 試驗設計與樣品采集
    2.2.3 測定指標與方法
    2.2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析
2.3 結果與討論
    2.3.1 水稻葉綠素相對含量
    2.3.2 水稻株高
    2.3.3 水稻生物量
    2.3.4 土壤pH值和電導率
    2.3.5 土壤總有機碳、總氮和碳氮比
    2.3.6 土壤可溶性有機碳
    2.3.7 土壤礦質(zhì)氮
2.4 小結 第三章 氣溫與大氣CO₂濃度升高下生物質(zhì)炭輸入對稻田土壤CH₄排放的影響
3.1 引言
3.2 材料與方法
    3.2.1 試驗材料
    3.2.2 試驗設計與樣品采集
    3.2.3 CH₄氣體濃度測定方法
    3.2.4 土壤樣品微生物基因組總DNA提取
    3.2.5 熒光定量PCR
    3.2.6 Roche 454測序
    3.2.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析
3.3 結果與討論
    3.3.1 不同氣溫與大氣CO₂濃度水平下土壤CH₄排放特性
    3.3.2 CH₄排放峰值期的土壤理化特性
    3.3.3 CH₄排放峰值期土壤甲烷代謝微生物功能基因豐度
    3.3.4 CH₄排放量與環(huán)境因子、甲烷代謝功能基因豐度之間的相關性分析
    3.3.5 CH₄排放峰值期土壤產(chǎn)甲烷古菌群落結構
    3.3.6 CH₄排放峰值期土壤甲烷氧化細菌群落結構
    3.3.7 甲烷代謝微生物群落結構與環(huán)境因子之間的冗余分析
    3.3.8 氣溫與大氣CO₂濃度升高下生物質(zhì)炭輸入對土壤CH₄排放的影響機理
3.4 小結 第四章 氣溫與大氣CO₂濃度升高下生物質(zhì)炭輸入對稻田土壤N₂O排放的影響
4.1 引言
4.2 材料與方法
    4.2.1 試驗材料
    4.2.2 試驗設計與樣品采集
    4.2.3 N₂O氣體濃度測定方法
    4.2.4 土壤樣品微生物基因組總DNA提取
    4.2.5 熒光定量PCR
    4.2.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析
4.3 結果與討論
    4.3.1 不同氣溫與大氣CO₂濃度水平下土壤N₂O排放特性
    4.3.2 N₂O排放峰值期的土壤理化特性
    4.3.3 N₂O排放峰值期土壤氮循環(huán)微生物功能基因豐度
    4.3.4 N₂O排放量與環(huán)境因子、氮循環(huán)功能基因豐度之間的相關性分析
    4.3.5 氣溫與大氣CO₂濃度升高下生物質(zhì)炭輸入對土壤N₂O排放的影響機理
4.4 小結 第五章 氣溫與大氣CO₂濃度升高對土壤中生物質(zhì)炭性態(tài)的影響
5.1 引言
5.2 材料與方法
    5.2.1 試驗樣品的采集
    5.2.2 測試指標與方法
    5.2.3 數(shù)據(jù)分析
5.3 結果與討論
    5.3.1 土壤中秸稈生物質(zhì)炭的元素組成
    5.3.2 土壤中秸稈生物質(zhì)炭的熱穩(wěn)定性
    5.3.3 土壤中秸稈生物質(zhì)炭的傅里葉變換紅外光譜分析
    5.3.4 土壤中秸稈生物質(zhì)炭的X射線光電子能譜分析
    5.3.5 氣候變化下炭性態(tài)變化對生物質(zhì)炭發(fā)揮溫室氣體減排作用的潛在影響
5.4 小結 第六章 總結與展望
6.1 生物質(zhì)炭輸入對稻田土壤CH₄和N₂O的綜合減排作用
6.2 研究結論
6.3 主要創(chuàng)新點
6.4 研究展望 參考文獻 作者簡歷



本文編號：3915039