再生稻和双季稻田CH4排放对比研究

【目的】 为了探索生态可持续的稻作模式,对比研究了长江中下游地区双季稻和再生稻稻作模式的产量潜力和CH₄排放特征,以此为选取绿色、生态经济可持续的稻作模式提供科学依据。【方法】 于2017—2018年依托湖南省益阳市大通湖区宏硕生态农业农机合作社科研基地,设置了双季稻和再生稻2种模式,对比分析了产量潜力、稻田生育期间CH₄排放动态和稻田生态系统CH₄季节性累积排放规律以及评估了单位产量稻田CH₄排放。【结果】 试验期间,从产量方面来看,双季稻早稻产量为7.37 t·hm ^-2,再生稻头季产量为8.84 t·hm ^-2,头季相比早稻增产19.95%。双季稻晚稻产量为6.82 t·hm ^-2,再生稻再生季产量为3.39 t·hm ^-2,再生季相比晚稻减产50.29%。综合两季,双季稻总产量为14.19 t·hm ^-2,再生稻总产量为12.22 t·hm ^-2;从生育期间CH₄排放动态来看,双季稻在分蘖期和齐穗期左右排放较强峰值,再生稻除了在分蘖期和齐穗期有较强的排放以外,其在施用促芽肥时也出现了小峰值。但总体双季稻的排放范围（- 0.06—1.30 μmol·m ^-2·s ^-1）要高于再生稻的排放范围（- 0.01—0.70 μmol·m ^-2·s ^-1）;从稻田CH₄季节性累积排放来看,双季稻CH₄累积排放要高于再生稻。再生稻头季累积排放范围在23.90—266.59kg·hm ^-2,再生季累积排放范围在0.00—46.14 kg·hm ^-2。双季稻早稻季节累积排放范围在为35.57—251.29kg·hm ^-2,晚稻季节累积排放范围在为10.74—321.59 kg·hm ^-2。双季稻CH₄季节累积排放A-B（两叶一心至分蘖后期）段>B-C（分蘖后期至齐穗期）段>C-D（齐穗期至成熟期）段,且全生育期双季稻累积排放达922.35 kg·hm ^-2。再生稻CH₄累积排放B-C段>A-B段>C-D段,且全生育期CH₄累积排放为609.74 kg·hm ^-2,即相比对照双季稻,再生稻CH₄累积排放降低了33.89%;最后通过评估单位产量CH₄排放可知,早稻单位产量CH₄排放为0.069 kg·kg ^-1,头季单位产量CH₄排放为0.062 kg·kg ^-1,头季相比早稻减少了10.14%;晚稻单位产量CH₄排放为0.061 kg·kg ^-1,再生季单位产量CH₄排放为0.018 kg·kg ^-1,再生季相比晚稻降低了70.49%。综合两季,双季稻单位产量CH₄排放为0.065 kg·kg ^-1,再生稻单位产量CH₄排放为0.050 kg·kg ^-1,再生稻相比双季稻降低了23.08%。 【结论】 从单位产量下CH₄排放角度来看,在长江中下游双季稻的主产区扩大种植再生稻是为良策。     

南方种养结合模式对冬季稻田净碳交换和不同土层活性碳氮转化的影响

为探讨不同利用模式下的冬季稻田土壤活性碳氮变化和系统净碳交换变化特征。本研究对冬闲(F)、单种黑麦草(R)、单种紫云英(M)、种黑麦草养鸡(RC)以及种紫云英养鸡(MC)的冬季稻田土壤微生物量碳氮、可溶性碳氮及系统净碳交换量进行了定量分析。结果表明,1)RC和MC短期内增加了系统净碳排放,在早稻播种前,白天总体表现为碳汇(RC为817.38 g/m²,MC为472.90 g/m²);且所有处理对CH₄表现为弱汇(3.06~22.88 mg/m²)。2)R和M固碳量显著高于F和RC、MC处理。3)RC,MC,R和M与F相比显著提高了土壤活性碳氮含量。4)虽然RC和MC土壤微生物量碳平均值低于R和M,但其土壤可溶性碳含量平均值更高。5)R, M, RC, MC提高了土壤有机碳含量,增加了土壤碳汇。综上所述,种养结合既提高了土壤活性碳氮,同时增加了冬季稻田系统固碳量。     

冬季种养结合对稻田土壤微生物量及有效碳氮库的影响

以双季稻冬闲田种植绿肥与养鸡结合的新型种养制度为平台,通过冬季绿肥和鸡粪还田,减少水稻生育期化肥用量,探讨“冬季绿肥-双季稻”轮作种植制度和“冬季种养结合-双季稻”种养制度下对稻田土壤微生物碳、氮和可溶性有机碳、氮的影响。试验包括5个处理,分别为冬闲(F)、冬季种植黑麦草(R)、冬季种植紫云英(M)、冬季种植黑麦草与养鸡结合(RC)以及冬季种植紫云英与养鸡结合(MC)。结果表明,在整个试验的动态过程中,微生物量碳、氮及可溶性有机碳、氮含量高低总体趋势表现为绿肥养鸡>绿肥>冬闲,各处理间差异显著(P<0.05);“冬季种养结合-双季稻”种养制度能显著提高土壤微生物量碳、氮和可溶性有机碳、氮。各处理微生物量碳、氮和可溶性有机氮在3月24日达到最大值,RC、MC、R和M处理微生物量碳最大值分别为492.22,464.91,432.34和435.48 mg/kg;微生物量氮的最大值分别为118.20,101.03,70.13和85.46 mg/kg;可溶性有机氮的最大值分别为1001.47,926.21,832.80和870.75 mg/kg;可溶性有机碳在早稻苗期达到最大值,RC、MC、R和M最大值分别为278.95,266.40,246.13和249.84 mg/kg。微生物量碳含量的高峰在早稻移栽初期、晚稻孕穗期和灌浆期,微生物量氮的高峰出现在早稻分蘖期、齐穗灌浆期和晚稻孕穗期,可溶性有机碳在稻田养鸡及成鸡出栏后较高。与冬闲田种植绿肥和休闲相比,冬闲稻田种植绿肥结合养鸡对增加微生物生物量的贡献更大,并显著提高土壤的可溶性有机碳氮,间接反映了种养制度能提高土壤有机碳、氮的矿化速率和土壤的活性有机碳氮以及满足水稻生长期间自身养分需求。     

“双季稻-冬闲田”生态系统碳交换动态变化及其影响因素

采用涡度相关技术对南方"双季稻-冬闲田"生态系统CO_2通量进行了一年的连续监测,分析了"双季稻-冬闲田"生态系统碳交换[净碳交换量(NEE)、总初级生产力(GPP)和生态系统总呼吸(Reco)]的动态变化及其影响因子。结果表明:南方"双季稻-冬闲田"生态系统NEE具有明显的日变化和季节变化,NEE月平均日变化在生长季表现为较明显的"U"型曲线,不同月份"U"型高度不同;NEE季节变化存在明显的两个吸收期(NEE为负)和三个排放期(NEE为正),NEE在早稻和晚稻的生长季有两个明显的碳吸收期,早稻平均值为-0.58 g C·m~(-2)·d~(-1),最大值出现在2015年6月20日,为-1.77 g C·m~(-2)·d~(-1),晚稻平均值为-1.28 g C·m~(-2),最大值出现在2015年9月19日,为-2.23 g C·m~(-2)·d~(-1);冬闲期存在两个碳排放期,平均值为2.68 g C·m~(-2)·d~(-1)。水稻种植期间白天的净碳交换受光合有效辐射的影响显著,夜间的净碳交换受5 cm土壤温度的显著影响,温度低时的冬闲期温度敏感性高于温度高时的双季稻种植期。全年的NEE总和表现为碳排放,达778.4 g C·m~(-2),GPP为1 643.7 g C·m~(-2),Reco为2 425.8 g C·m~(-2)。因此,南方"双季稻-冬闲田"生态系统有可观的固碳减排潜力。     

双季稻品种CH_4排放差异比较研究

为了探讨早晚稻品种CH_4排放差异,选取17个早稻品种和20个晚稻品种,采用田间小区试验,测定稻田CH_4的排放通量和水稻产量。结果表明,不同水稻品种CH_4排放通量变化在返青期至齐穗期差异显著,早稻品种的CH_4累计排放量在60~160 kg/hm~2之间,晚稻品种的CH_4排放量明显高于早稻,在300~910 kg/hm~2之间。早稻品种中早39、株两优189、潭源优4903、株两优819、两优早17的单位产量综合温室效应(GWP)在0.027~0.377之间,显著低于中嘉早17、湘早籼6、湘早籼24、株两优171、陆两优171、长两优35、金优268、杰丰优1号;晚稻品种黄花占、娄优988、资优299、Y两优896、凤两优丝苗、深优9586的单位产量综合温室效应(GWP)显著低于湘晚籼17、玉珍香、深两优1号、凤两优293、T优15、准两优608、康两优380,介于0.830~1.080之间。综合来看,早晚稻选用上述品种适于大面积推广应用,达到减排增效的目的。     

冬季施用鸡粪和生物炭对南方稻田土壤CO2与CH4排放的影响

生物炭的利用近年来是农田土壤固碳减排研究中的热点。本研究通过在冬季稻田养鸡,结合生物炭添加,采用箱式法结合温室气体分析仪定量测定冬季稻田和双季稻期间土壤CO_2和CH_4排放通量,分别估算冬季稻田和双季稻期间土壤CO_2和CH_4排放总量,评估生物炭和鸡粪添加对土壤碳排放的影响。结果表明,鸡粪还田处理显著提高了土壤CO_2的排放,冬季稻田和水稻生育期排放量分别达9 935.39 kg·hm~(-2)和27 756.34kg·hm~(-2),比对照增加58.7倍(P0.01)和56%(P0.05);生物炭添加处理冬季稻田和水稻生育期CO_2累积排放量比对照高12.3倍(P0.01)和41%(P0.05)。鸡粪还田处理下冬季稻田和水稻生育期稻田的CH_4排放量均显著高于其他处理;而生物碳添加对冬季稻田CH_4排放无显著影响,但显著降低了水稻生育期稻田的CH_4排放。鸡粪还田配施生物炭处理也显著提高了稻田土壤CO_2的排放。冬季稻田时,鸡粪还田配施生物炭土壤CO_2累积排放量显著高于鸡粪还田处理;而水稻生育期时,鸡粪还田配施生物炭处理下土壤CO_2累积排放量显著低于鸡粪还田处理。鸡粪还田下添加生物碳可以降低因鸡粪还田引起的CH_4排放增加的效应。总之,鸡粪原位还田显著增加了冬季稻田和水稻生育期稻田的CO_2和CH_4排放;无论是冬季稻田还是水稻生育期,生物炭的添加都降低了土壤CH_4的排放,且生物炭添加后期有抑制土壤CO_2排放的作用。因此,从更长的时间尺度来看,生物炭施入土壤有利于土壤固碳减排。     

稻田冬季培肥对双季稻生长和土壤养分的影响

以中嘉早17号为早稻材料,以湘晚籼12号为晚稻材料,设置稻田冬季养鸡、施用生物炭、养鸡配施生物炭3种处理,以冬季休闲为对照,研究各处理下水稻的生长和产量及其土壤养分变化。结果表明:与对照相比,施用生物炭处理各生育期早稻的分蘖数降低,但二者差异无统计学意义,各生育期晚稻分蘖数显著提高;在双季稻生长的大部分时期,养鸡和养鸡配施生物炭处理双季稻的分蘖数、叶面积指数、干物质量和水稻产量构成均高于对照,双季稻的实际产量显著提高,产量增幅达8.3%~19.1%;养鸡配施生物炭处理双季稻田土壤的全氮、全磷和全钾含量提高。综合分析结果表明,在双季稻田冬季养鸡配施生物炭是一种既能提高水稻产量,又能提高土壤质量的冬闲田利用模式。     

冬季种养结合对双季稻生长与土壤肥力的影响

【目的】以长江中下游地区冬季休闲稻田为研究对象,研究冬季种养制度对后季稻田土壤肥力及水稻产量的影响,以期为南方稻田生态保育提供理论依据。【方法】设置紫云英养鸡(milk vetch+ chicken, MC)、黑麦草养鸡(ryegrass + chicken, RC)、单种紫云英(milk vetch, M)、单种黑麦草(ryegrass, R)及冬闲(winter fallow, WF) 5个处理。【结果】冬季种养期间,MC和RC两处理水稻产量均显著高于其他处理,且MC处理增产效果最佳。MC和RC两处理能显著提高双季稻田有机质、全氮、铵态氮和硝态氮含量,与冬闲相比分别提高了17.36%和22.95%、73.73%和250.48%、76.36%和85.11%、67.89%和70.05%;土壤全磷和速效磷含量以M处理最高;各处理对全钾含量影响不大。相关分析表明,水稻理论产量与成熟期土壤硝态氮、铵态氮、全氮、有机质含量显著相关(P<0.05),冬季种养主要通过提高有效穗数影响水稻产量。【结论】与冬闲和单种绿肥相比,绿肥过腹还田有利于土壤有机质、全氮、铵态氮、硝态氮含量的提高;与单种绿肥相比,绿肥过腹还田更有利于水稻分蘖数、叶面积系数和干物质量与稻谷产量的形成,且紫云英养鸡处理效果最显著。冬季种养结合模式下,有机质、全氮、铵态氮、硝态氮利于增源扩库,促进水稻增产。因此,冬闲田种养结合可满足后季水稻生长的养分需求,在稻田生态保育的基础上促进水稻增产,对长江中下游地区稻田可持续发展具有极其重要的指导意义。     

冬闲稻田养鸡结合生物炭施用对双季稻田产量及土壤有机碳、活性碳氮的影响

本研究利用冬闲田养鸡配施生物炭,研究其互补效应,并通过鸡粪田间原位腐解培肥,减少双季稻生长期间化肥用量,研究其对水稻产量、土壤有机碳和活性碳、氮的影响。试验于2015年对冬闲稻田设4个处理,分别为冬闲田(F)、冬闲田养鸡(C)、冬闲田添加生物炭(B)、冬闲田养鸡配施生物炭(BC)。2016年4月份于水稻种植前、生育期间和收获后采集土壤样品,测定水稻产量、土壤有机碳、活性碳和活性氮。试验结果表明:(1)BC处理能显著提高双季稻产量,早、晚稻实际产量分别达6.99 t·hm~(-2)和8.02t·hm~(-2),较B、C和F处理增产4.13%~19.25%;(2)在早稻种植前及早、晚稻收获后土壤有机碳均表现为BCBCF,处理间差异显著(P0.05);BC处理三次取样时期的有机碳平均值较B、C和F提高4.51%~28.14%;(3)活性碳、氮含量高低总体趋势表现为BCB、CF,与B或C处理相比,BC处理对活性碳、氮的提高效果更优;(4)添加生物炭能降低有机碳、活性碳和土壤微生物量碳的季节变异程度;(5)相关分析表明早、晚稻产量与土壤有机碳和活性碳、氮均呈极显著相关。冬闲田养鸡配施生物炭处理能够减少20%氮肥用量同时保证水稻产量,且该冬闲田利用模式能有效提高土壤有机碳和活性碳、氮含量,是一种高效节肥的培肥模式。