夜间增温下水分管理/播期对稻麦生长和温室气体排放影响及估算

【类型】学位论文

【题名】夜间增温下水分管理/播期对稻麦生长和温室气体排放影响及估算

【作者】 张震

【关键词】 温室气体 稻麦系统 夜间增温 田间管理 高光谱

【学位授予单位】南京信息工程大学

【摘要】水稻和小麦是我国主要粮食作物。气候变暖对稻麦生产和农田温室气体排放的影响受到广泛关注。气候变暖具有昼夜增温不对称性,夜间增温幅度大于白天。水稻节水灌溉和小麦适时晚播是稻麦生产应对气候变化的农田管理措施。夜间增温下水稻节水灌溉和小麦适时晚播对稻麦生产及温室气体排放的影响,目前尚不明确。稻麦抽穗期和开花期是影响产量的关键期,也是甲烷（CH₄）和氧化亚氮（N₂O）排放的重要时期。因而,实时、准确、快速监测稻麦抽穗、开花进程及估算土壤CH₄、N₂O排放,是稻麦生产和农田减排的重要前提。地面高光谱遥感具有高分辨率、实时、快速、无损等优点,已广泛用于作物长势监测。但是,基于地面高光谱遥感量化监测稻麦抽穗期、开花期及估算农田CH₄、N₂O排放的研究鲜有报道。因此,在田间条件下开展了夜间增温下水稻节水灌溉及冬小麦适时晚播试验,研究了夜间增温下水稻节水灌溉/冬小麦适时晚播对稻麦生长、农田CH₄和N₂O排放及冠层光谱特征等方面的影响,并基于冠层光谱构建了监测稻麦抽穗、开花进程和估算农田CH₄、N₂O排放的模型。主要研究结果如下:（1）夜间增温降低了两种灌溉方式下水稻分蘖数、净光合速率、分蘖期后的地上生物量和叶面积指数;夜间增温对水稻株高的影响与灌溉方式及生长阶段有关。夜间增温对冬小麦株高、叶面积指数、地上生物量和净光合速率的影响因播期不同存在差异;与正常播种相比,适时晚播显著降低了两种温度（夜间增温和不增温）条件下冬小麦冬前分蘖数、株高、地上生物量、叶面积指数和分蘖-拔节期的净光合速率。（2）夜间增温对稻田土壤CH₄和N₂O排放的影响因灌溉方式不同存在差异。在传统灌溉条件下,夜间增温降低了水稻土CH₄排放通量和累积排放量,但提高了晒田后N₂O排放通量和累积排放量。在节水灌溉条件下,夜间增温提高了水稻土CH₄排放通量和累积排放量,但降低了水稻土N₂O排放通量与累积排放量。两种温度条件下,节水灌溉处理的水稻土壤全球增温潜势（GWP）和温室气体排放强度（GHGI）均低于传统灌溉。夜间增温提高了两种播期下冬小麦土壤CH₄排放通量和累积排放量,但对冬小麦土壤N₂O排放的影响因播期而异。夜间增温显著增加了正常播种下小麦田GWP和GHGI,但未显著影响适时晚播下小麦田GWP和GHGI。（3）两种灌溉方式下,夜间增温均提高了水稻拔节期的近红外波段反射率、红边幅值和红边面积,但降低了随后采样期的水稻近红外波段反射率、红边幅值和红边面积。两种播期条件下,夜间增温均提高了冬小麦拔节期和孕穗期的近红外波段反射率、红边幅值和红边面积,但降低了冬小麦抽穗期和开花期的近红外平台反射率、红边幅值和红边面积。（4）夜间增温使水稻抽穗进程在两种水分条件下均较不增温提前;节水灌溉使水稻抽穗进程在两种温度条件下均较传统灌溉提前。新构建的光谱指数(R₇₃₄-R₈₃₈)/(R₇₃₄+R₈₃₈-2R₈₁₂)为监测水稻抽穗率效果最好的光谱指数。夜间增温使冬小麦开花进程在两种播期条件下均较不增温提前;适时晚播使冬小麦开花进程在两种温度条件下均较正常播种推迟。新构建的光谱指数(R₄₄₆-R₄₇₂)/(R₄₄₆+R₄₇₂)为监测冬小麦开花率效果最好的光谱指数。（5）综合比较所有两波段光谱指数（归一化光谱指数、差值光谱指数、比值光谱指数）、三波段光谱指数(₄/)(₅)+₆))、(₄)-₅))_/(₄)+₆))、(₄)-₆))_/(₅)-₆))和(₄)-₅))_/(₄)+₅)-2₆)))和已有光谱指数在估算稻麦土壤CH₄和N₂O排放的模型精度,结果表明:(R₁₁₃₉-R₉₆₀)/(R₁₁₃₉+R₉₆₀-2R₉₄₄)和(R₆₅₆-R₆₈₆)/(R₆₅₆+R₆₈₆)分别为估算水稻和小麦土壤CH₄排放通量的最佳光谱指数。(R₉₅₆-R₄₅₆)/(R₉₅₅-R₄₅₆)和(R₈₄₉-R₈₅₀)/(R₈₄₉+R₁₃₀₀)分别为估算水稻和小麦土壤N₂O排放通量的最佳光谱指数。

【学位年度】2020

【分类号】S511;|S512.1

【导师姓名】娄运生，张方敏

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