耕作方式和氮肥对稻田CH4排放的影响及与土壤还原物质间的关系

探讨不同耕作方式下氮肥调节对稻田CH4排放及与土壤还原物质间的关系。通过田间试验研究水稻在常耕与免耕2种耕作方式、3种施氮量（N0、N1、N2）和2种施氮方式（F1、F2）条件下,稻田CH4排放的动态变化规律。结果表明：各处理CH4排放通量均呈双峰曲线变化规律,峰期分别出现在分蘖期和抽穗期,拔节前稻田CH4排放占水稻全生育期排放量的75.12% 。免耕能显著降低稻田CH4排放,氮肥极显著地促进稻田CH4排放。重施基蘖肥有利于降低免耕稻田CH4的排放,重施穗肥有利于降低常耕稻田CH4的排放。耕作方式和施氮方式对稻田CH4排放的互作效应显著,其中免耕和重基蘖肥搭配能极显著降低稻田CH4排放。耕作方式和氮肥调节对稻田CH4排放的影响与稻田土壤还原物质总量,活性还原物质量及Fe2+含量的变化密切相关。     

生物炭与无机氮配施对稻田温室气体排放及氮肥利用率的影响

【目的】生物炭作为比表面积大、富含有多种营养元素的一种物质已被广泛应用于农业生产。弄清生物炭与化肥氮配合施用对稻田温室气体排放和氮肥利用率的综合影响,为合理使用生物炭提供科学依据。【方法】在武穴市花桥镇进行两年大田试验,设置4个处理,即不施氮肥(CK)、常规施氮(180 kg·hm^-2)(IF)、常规施氮+10 t·hm^-2生物炭(IF+C)、减氮30%+10 t·hm^-2生物炭(RIF+C)。采用静态箱-气相色谱法对2018和2019年水稻生长季节稻田CH4和N2O排放通量进行监测,并测定水稻产量,探讨生物炭配施不同量无机氮对稻田CH4和N2O排放、水稻产量以及氮肥利用率的影响。【结果】(1)稻季CH4和N2O排放呈现明显的季节性变化规律。CH4排放峰值主要出现在分蘖期和齐穗期,N2O排放峰值主要出现在氮肥施用和排水后。2018和2019年稻季各处理CH4排放通量分别为0.01—48.97mg·m^-2·h^-1和0.36—18.08 mg·m^-2·h     

施用生物质炭后稻田土壤性质、水稻产量和 痕量温室气体排放的变化

【目的】研究生物质炭对连续两年稻田土壤性质、水稻产量和痕量温室气体排放的影响,为合理施用生物质炭而促进水稻生产可持续的低碳发展提供科学依据。【方法】选择成都平原稻田,2010年布设了施氮与否（0与240 kg N•hm-2）下生物质炭土壤施用（0、20、40 t•hm-2）试验,连续两年观测土壤性质、水稻产量、土壤CH4和N2O排放的变化。【结果】施氮肥条件下,生物质炭连续两年对主要土壤肥力性质表现出改善效应,提高了土壤有机碳、全氮含量和pH,同时降低土壤容重,但对水稻产量影响不显著。生物质炭对CH4排放的影响依氮肥施用而异。不施氮肥下,施用生物质炭提高当季土壤CH4排放（20 t•hm-2用量时）,但次年无影响。施用氮肥下,不同用量生物质炭对土壤CH4排放无显著影响,仅40 t•hm-2用量时次年CH4排放有所增加;生物质炭对不施氮肥土壤当季N2O排放无显著影响,并降低次年的排放。然而,施氮肥下,生物质炭连续两年显著降低了土壤N2O的排放,其降幅高达66%。施氮肥条件下,连续两年生物质炭处理降低稻田痕量温室气体的综合温室效应及其水稻生产的碳强度,特别是40 t•hm-2的高用量下。【结论】在连续两年内,稻田采用生物质炭配施氮肥的管理措施对改善土壤性质和稳定水稻产量具有持续效应,高用量生物质炭(40 t•hm-2)显著降低稻田CH4和N2O痕量温室气体排放的综合温室效应和水稻生产的碳强度,且在连续两年内具有稳定的持续性。因此,在当前稻田管理措施下,生物质炭施用量为40 t•hm-2可实现稻田稳产和固碳减排的目标。     

稻麦两熟制农田不同土壤耕作方式对稻季CH_4排放的影响

【目的】研究稻麦两熟制农田不同土壤耕作方式对水稻生长季CH4排放的影响,为长江下游稻麦两熟制农田温室气体减排提供对策。【方法】采用裂区设计,利用静态暗箱-气相色谱法研究麦季土壤耕作方式(免耕、旋耕和翻耕)和稻季土壤耕作方式(旋耕和翻耕)对水稻生长季CH4排放的影响。【结果】稻麦两熟制农田不同土壤耕作方式下水稻生长季CH4排放呈先升高后降低的变化趋势,移栽至有效分蘖临界叶龄期CH4累积排放量占全生育期排放总量的比例为64.73%—86.84%。水稻生长季CH4排放总量麦季免耕极显著高于麦季旋耕和麦季翻耕,平均增加53%和24%;稻季翻耕较稻季旋耕平均增加CH4排放量10%,差异达显著水平。不同土壤耕作处理稻季CH4排放总量为:麦季免耕+稻季翻耕麦季免耕+稻季旋耕麦季翻耕+稻季翻耕麦季翻耕+稻季旋耕麦季旋耕+稻季翻耕麦季旋耕+稻季旋耕,"单位产量的CH4排放量"表现趋势相同。水稻生长期内CH4排放通量的季节变化和土壤Eh呈极显著负相关,CH4排放总量与0—5cm耕层土壤有机质含量呈极显著正相关。【结论】麦季土壤耕作方式和稻季土壤耕作方式对水稻生长季CH4排放总量有显著或极显著影响,在长江下游稻麦两熟制农田采用周年旋耕措施能有效减少水稻生长季CH4的排放。     

秸秆还田下生物炭和硫酸铵对稻田N2O和CH4排放的影响

【目的】以江淮地区麦茬稻田为对象,研究秸秆还田下不同施肥处理对稻田N2O和CH4排放的影响,并结合水稻产量计算不同处理综合温室效应（GWPs）和温室气体强度（GHGI）。【方法】试验采用裂区设计,主处理2个水平,为秸秆还田（S）和秸秆移除（NS）,副处理4个水平,分别为不施氮肥（CK）、传统施肥（T0）、生物炭与尿素配施（T1）和单施硫酸铵（T2）,共计8个处理,采用静态暗箱GC气相色谱法检测不同处理稻田N2O和CH4排放通量,测定土壤温度、湿度和无机氮含量,统计水稻产量,计算综合温室效应和温室气体强度。【结果】无论是秸秆还田还是移除条件下,除CK外,其他施肥处理的 N2O和CH4排放通量都会在基肥和追肥施用后出现峰值。无论秸秆还田与否,与传统施肥处理相比,生物炭与尿素配施和单施硫酸铵处理均能显著降低N2O和CH4累积排放通量。在秸秆还田和移除条件下,与传统施肥处理相比,生物炭与尿素配施处理均会导致水稻产量显著降低,但会提高土壤NO-3含量,增加对周围水体污染的风险。在秸秆移除和还田条件下,与传统施肥处理相比,单施硫酸铵均能显著增加水稻产量,增幅分别为12.27%和7.78%。与秸秆移除相比,秸秆还田条件下单施硫酸铵会显著促进N2O排放,但显著降低CH4的排放以及综合温室效应和温室气体强度。【结论】在目前秸秆还田造成CH4排放增加的背景下,用硫酸铵替代尿素能显著降低CH4排放,并提高水稻产量,降低综合温室效应,施用效果最佳。     

秸秆还田下生物炭和硫酸铵对稻田N2O和CH4排放的影响

【目的】以江淮地区麦茬稻田为对象,研究秸秆还田下不同施肥处理对稻田N2O和CH4排放的影响,并结合水稻产量计算不同处理综合温室效应（GWPs）和温室气体强度（GHGI）。【方法】试验采用裂区设计,主处理2个水平,为秸秆还田（S）和秸秆移除（NS）,副处理4个水平,分别为不施氮肥（CK）、传统施肥（T0）、生物炭与尿素配施（T1）和单施硫酸铵（T2）,共计8个处理,采用静态暗箱GC气相色谱法检测不同处理稻田N2O和CH4排放通量,测定土壤温度、湿度和无机氮含量,统计水稻产量,计算综合温室效应和温室气体强度。【结果】无论是秸秆还田还是移除条件下,除CK外,其他施肥处理的 N2O和CH4排放通量都会在基肥和追肥施用后出现峰值。无论秸秆还田与否,与传统施肥处理相比,生物炭与尿素配施和单施硫酸铵处理均能显著降低N2O和CH4累积排放通量。在秸秆还田和移除条件下,与传统施肥处理相比,生物炭与尿素配施处理均会导致水稻产量显著降低,但会提高土壤NO-3含量,增加对周围水体污染的风险。在秸秆移除和还田条件下,与传统施肥处理相比,单施硫酸铵均能显著增加水稻产量,增幅分别为12.27%和7.78%。与秸秆移除相比,秸秆还田条件下单施硫酸铵会显著促进N2O排放,但显著降低CH4的排放以及综合温室效应和温室气体强度。【结论】在目前秸秆还田造成CH4排放增加的背景下,用硫酸铵替代尿素能显著降低CH4排放,并提高水稻产量,降低综合温室效应,施用效果最佳。     

绿肥、蚕沙有机肥配施化肥对免耕稻田土壤碳库平衡的影响

[目的]探索免耕稻田绿肥、蚕沙有机肥投入对土壤有机碳积累及CO2和CH4排放的影响,为保护性耕作稻田土壤碳固持及稻田减肥增效的农业有机资源可持续利用提供理论依据.[方法]在前期粉垄与常规耕作基础上,2018—2019年连续开展田间免耕试验,在同等养分投入条件下,设置绿肥、蚕沙有机肥与化肥配施模式,以常规施用化肥为对照,同步设不施肥空白对照,保护性耕作试验第2年,采用分离式静态箱—气象色谱法测定稻田温室气体CO2和CH4排放通量,同时在水稻返青期、分蘖期、齐穗期和收获期采集0~15 cm耕层土壤,测定土壤有机碳含量.[结果]在粉垄免耕模式下,蚕沙有机肥配施化肥处理耕层土壤有机碳含量在返青期和分蘖期较常规免耕模式提高56%和19%;水稻返青期、分蘖期、齐穗期和收获期粉垄免耕稻田绿肥配施化肥处理的土壤有机碳含量较单施化肥处理分别提高111%、30%、74%和31%,较不施肥处理分别提高90%、22%、58%和22%;蚕沙有机肥配施化肥处理较单施化肥处理分别提高148%、90%、48%和39%,较不施肥处理分别提高113%、78%、35%和29%.粉垄免耕模式下,与单施化肥处理相比,绿肥配施化肥处理的CO2累积排放量降低16.9%,蚕沙有机肥配施化肥处理降低15.1%;CH4排放通量出现2个峰值,常规免耕和粉垄免耕模式下,绿肥配施化肥处理的CH4排放通量峰值分别是单施化肥处理的7.69和7.61倍.绿肥和蚕沙有机肥配施化肥降低了稻田土壤CO2累积排放量,增加了CH4累积排放量.[结论]粉垄免耕稻田施用绿肥、蚕沙有机肥利于土壤有机碳积累,减少CO2温室气体排放,可作为一种稻田土壤固碳减排可持续生产应用技术.     

保护性耕作下双季稻农田甲烷排放特征及温室效应

 【目的】传统耕作方式和秸秆焚烧造成土壤有机质的大量损失,使农田成为温室气体一个重要排放源,本文旨在研究保护性耕作对稻田CH4排放通量及其温室效应的影响,为评价耕作措施对土壤固碳潜力和温室气体减排影响提供依据。【方法】通过对翻耕秸秆不还田（CT）、翻耕秸秆还田(CTS)、旋耕秸秆还田(RTS)、免耕秸秆还田(NTS)处理的稻田CH4排放进行连续观测,分析稻田CH4排放特征及其温室效应。【结果】在秸秆还田情况下,早稻生长季旋耕和翻耕的CH4排放量差异不大,但显著高于免耕;晚稻生长季旋耕CH4排放量显著高于翻耕和免耕;冬闲季节各处理CH4排放量较小,翻耕CH4排放量显著高于旋耕和免耕。在翻耕情况下,秸秆还田处理和秸秆不还田处理全年CH4排放特征基本相同。秸秆还田主要增大晚稻生长季和冬闲季节的CH4排放,对早稻生长季CH4排放影响较小。全年CH4排放导致的温室效应为RTS＞CTS＞NTS＞CT,且差异均达显著水平。各处理全年CH4排放主要来自早晚稻生长季,冬闲季节占的比重很小均不到1%。与翻耕相比,旋耕对温室效应的贡献是翻耕的1.98倍,而免耕减小温室效应,约减排15%。与秸秆还田相比,秸秆不还田减小温室效应,约减排42%。【结论】目前双季稻区推行保护性耕作的主要措施旋耕秸秆还田对温室效应的贡献最大,秸秆不还田和免耕均有利于减小温室效应。但考虑到秸秆还田有利于提升地力,且秸秆以其它方式处理导致的温室效应还有待于研究,建议在长江中下游双季稻区推广以免耕秸秆还田为主的保护性耕作。     

保护性耕作模式下早稻田甲烷排放特征

[目的]研究耕作对早稻田甲烷排放的影响,并分析影响稻田甲烷排放的环境因子,寻找合适的耕作模式以减少稻田甲烷排放.[方法]设免耕不施肥、免耕施肥、常规不施肥和常规施肥4个处理,分别在水稻分蘖期和水稻抽穗期采用静态箱法收集气态甲烷(CH4),同步观测地温、采气箱内温度、环境温度、地表温度、草面温度、相对湿度及风速,探究早稻田CH4排放的日排放规律,明确免耕和施肥及环境因素对稻田CH4排放的影响.[结果]早稻田CH4的排放与气温、地表温度、5 cm土温、草面温度、相对湿度、风速等密切相关,尤其在分蘖期,各处理均与上述环境因子显著相关(P<0.05).不同耕作与施肥模式下,CH4日平均通量不同,在水稻分蘖期具体表现为常规施肥>常规不施肥>免耕施肥>免耕不施肥,在水稻抽穗期表现为常规不施肥>免耕施肥>常规施肥>免耕不施肥.[结论]免耕与常规耕作相比,早稻田CH4的排放量相对降低;施肥导致分蘖期早稻田CH4排放通量增加,但在抽穗期导致早稻田CH4排放减少.免耕可以减轻早稻田CH4的排放,其推广能为稻田减排做贡献.     

稻-鸭生态种养技术减排甲烷的研究及经济评价

【目的】稻－鸭生态种养技术是中国传统农业的精华，研究其减排CH4的效果，为进一步开发利用这一经典农艺提供理论基础和实践依据。【方法】采用田间试验及经济学方法研究稻-鸭生态种养技术减排CH4的效果及经济效益。【结果】稻田CH4排放通量的日变化与气温日变化基本一致。稻田CH4排放通量的高峰值出现在晚稻分蘖盛期，免耕养鸭稻田、免耕不养鸭稻田和翻耕不养鸭稻田的CH4排放通量分别为24.1、32.2和40.5 mg·m-2·h-1。在晚稻分蘖始-分蘖盛期，稻-鸭生态种养技术对稻田CH4排放的控制效果明显，分别比免耕不养鸭稻田、翻耕不养鸭稻田的CH4排放量减少2.333、4.723 g·m－2。晚稻整个生育期间，免耕养鸭稻田CH4排放量比免耕不养鸭稻田、翻耕不养鸭稻田分别减少3.373和5.590 g·m－2。采用免耕稻-鸭生态种养技术农户的财务净效益比采用免耕不养鸭技术和翻耕不养鸭技术农户分别增加2 166、4 207 yuan/ha。减去CH4排放的环境成本，采用稻－鸭生态种养技术的农户的经济效益为5 000 yuan/ha，比采用免耕不养鸭技术和翻耕不养鸭技术的农户分别增加2 206和4 274 yuan/ha。【结论】稻-鸭生态种养技术既能增加农户的财务收入，又能减少稻田CH4排放量，具有较好的环境效益，是一种很有发展潜力的可持续农业生产模式。