使用Picarro分析儀測量農(nóng)業(yè)管理泥炭地的溫室氣體排放特征

本研究的目的是評估在農(nóng)業(yè)管理的泥炭地上覆蓋礦物土壤對溫室氣體排放的影響，特別是對二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）和氧化亞氮（N₂O）排放的影響。通過對比覆蓋與未覆蓋礦物土壤的泥炭地，研究旨在確定礦物土壤覆蓋是否能夠有效減少溫室氣體排放，尤其是氧化亞氮（N₂O）的排放。此外，研究還探討了礦物土壤覆蓋對土壤有機(jī)碳損失的影響，為泥炭地的可持續(xù)管理提供科學(xué)依據(jù)。

圖1：礦物土覆蓋功能示意圖

研究地點位于瑞士萊茵河谷的農(nóng)業(yè)管理泥炭地，設(shè)置了覆蓋礦物土壤（Cov）和未覆蓋（Ref）的對照實驗區(qū)。

圖2：兩個配對的試驗點，沒有(Ref藍(lán)色框區(qū))和有(Cov橙色框區(qū))礦物土壤覆蓋。渦度相關(guān)(EC)系統(tǒng)、地下水觀測井、土壤傳感器等觀測設(shè)備位于Ref (E1)和Cov (E2)的中心。年累積足跡貢獻(xiàn)用黑色虛線表示。

使用Vaisala監(jiān)測氣象參數(shù)，包括空氣溫度、壓力、相對濕度、全球輻射和降水。測量土壤特性，如pH值、土壤孔隙體積、水分含量和溫度。通過收獲生物質(zhì)的質(zhì)量和碳氮含量來確定收獲和施肥的碳氮交換量。使用元素分析儀對植被樣本進(jìn)行碳和氮含量的測定。

NECB包括了生物量收獲、有機(jī)肥料的碳輸入、CO₂和CH₄的氣體交換。GHG預(yù)算綜合了CO₂、CH₄和N₂O的排放，并使用IPCC的全球變暖潛能（GWP）將不同GHG的年度通量轉(zhuǎn)換為CO₂當(dāng)量。

這些方法的結(jié)合提供了一個全面的框架，用以評估和管理農(nóng)業(yè)泥炭地的溫室氣體排放，為制定減少溫室氣體排放的策略提供了科學(xué)依據(jù)。

圖3：無(Ref)和有(Cov)礦質(zhì)土壤覆蓋的凈生態(tài)系統(tǒng)碳收支(NECB)的碳組分。負(fù)數(shù)表示碳吸收，正數(shù)表示碳排放。

圖4：沒有(Ref)和有(Cov)礦物土壤覆蓋的場地的溫室氣體通量，CH₄排放量太小，無法可視化。不同的小寫字母表示Ref和Cov在同一年內(nèi)存在顯著差異，不同的大寫字母表示Ref或Cov在三年內(nèi)存在顯著差異。

覆蓋礦物土壤層在減少土壤有機(jī)碳損失方面效果有限，因為這些損失主要由空氣接觸的碳儲量大小決定。然而，礦物土壤覆蓋顯著降低了氧化亞氮（N₂O）排放，這主要是通過改變表層土壤屬性實現(xiàn)的。研究還發(fā)現(xiàn)，通過提高地下水位（相對于泥炭表面），可以有效地減少土壤有機(jī)碳損失。礦物土壤覆蓋層不僅能夠增加土壤的承載能力，提供非飽和的頂層土壤，從而允許定期農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，還為延長有機(jī)土壤的農(nóng)業(yè)利用期限提供了一種可行的管理策略。因此，礦物土壤覆蓋可以作為在泥炭地不適合重新濕潤或因社會經(jīng)濟(jì)限制而無法實施其他減排措施時的替代方案。