基于DNDC模型模拟江汉平原稻田不同种植模式条件下温室气体排放

稻田被认为是温室气体CH_4和N_2O的主要排放源之一。湖北省江汉平原地区水稻常年种植面积约8×105 hm2,占湖北省水稻种植面积的40%左右。研究江汉平原地区稻田温室气体排放特征,对于评估区域稻田温室气体排放以及稻田温室气体减排具有重要意义。目前,DNDC模型已被广泛应用于模拟和估算田间尺度的温室气体排放,DNDC模型与地理信息系统(Arc GIS)结合,可进行区域尺度的温室气体排放模拟与估算。本研究以湖北省典型稻作区江汉平原为研究区域,运用DNDC模型模拟和估算江汉平原稻田区域尺度的温室气体排放。设置大田定点观测试验,监测中稻-小麦(RW)、中稻-油菜(RR)、中稻-冬闲(RF)3种种植模式下稻田温室气体CH_4和N_2O的周年排放特征。通过田间观测值与DNDC模拟值的比较进行模型验证,并利用获取DNDC模型所需的气象、土壤、作物及田间管理等区域数据,模拟江汉平原稻田不同种植模式下温室气体CH_4和N_2O的排放量。田间试验表明,江汉平原稻田RW、RR和RF模型的CH_4排放通量为-2.80~39.78 mg·m-2·h-1、-1.74~42.51 mg·m-2·h-1和-1.57~55.64 mg·m-2·h-1,N_2O周年排放通量范围分别为0~1.90 mg·m-2·h-1、0~1.76mg·m-2·h-1和0~1.49 mg·m-2·h-1;CH_4排放量RW和RR模式显著高于RF模式,N_2O排放量为RF显著低于RW和RR模式。模型验证结果表明,不同种植模式温室气体排放实测值与模拟值比较的决定系数(R2)为0.85~0.98,相对误差绝对值(RAE)为8.29%~16.42%。根据DNDC模型模拟和估算的结果,江汉平原区域稻田CH_4周年的排放量为0.292 9 Tg C,N_2O周年的排放量为0.009 2 Tg N,不同种植模式稻田CH_4排放量表现为RWRRRF,N_2O排放量表现为RWRFRR,增温潜势(GWP)表现为RWRRRF。不同地区稻田CH_4排放量表现为监利县荆门市公安县天门市仙桃市洪湖市松滋市汉川市潜江市石首市荆州市江陵县赤壁市嘉鱼县,N_2O排放量表现为监利县荆门市公安县洪湖市仙桃市天门市汉川市潜江市松滋市荆州市江陵县赤壁市石首市嘉鱼县。本研究结果表明DNDC模型能较好地应用于模拟江汉平原稻田温室气体排放,RR和RF模式相比RW模式可有效减少温室气体CH_4和N_2O的排放。     

免耕稻田田面水磷素动态及其淋溶损失

以免耕和翻耕稻田为研究对象,通过大田试验与室内分析,研究了不同耕作方式下稻田田面水和渗漏水的淋溶损失及其对环境的影响。试验共设4个处理,分别是免耕＋不施肥（NT0）、翻耕＋不施肥（CT0）、免耕＋复合肥（NTC）和翻耕＋复合肥（CTC）。结果表明,施磷肥显著提高稻田田面水以及渗漏水各形态磷浓度。施磷肥2d后田面水总磷（TP）浓度、颗粒态磷（PP）浓度和溶解磷（DP）浓度即达到最大值,此后由于水中颗粒或表土对田面水磷素的固定,磷素的淋失,水稻生长吸收及前期的稻田排水和灌水稀释,1周后迅速降低并趋于稳定;渗漏水TP浓度和溶解磷（RP）浓度在施磷肥2d后达到最大值,渗漏水TP浓度在施肥后一个半月达到最低值,而渗漏水RP浓度在施肥4d后就降低到最低值。处理NTC田面水TP、DP与PP显著高于处理CTC,而处理NT0与处理CT0之间无差异;与翻耕相比,免耕不影响渗漏水TP与RP浓度及磷下渗淋失。对田面水磷素及渗漏水磷素变化动态分析表明,施磷肥后的1周左右是控制磷素流失的关键时期。     

耕作与秸秆还田方式对稻田N2O排放、水稻氮吸收及产量的影响

保护性耕作是改善农田土壤肥力的重要举措,然而其对作物氮吸收与产量的作用尚不明确。为此,本试验于2016—2017年稻季在湖北省武穴市花桥镇,设置常规翻耕与免耕两种耕作方式以及前茬作物秸秆全量还田与不还田两种秸秆还田方法,研究耕作与秸秆还田方式对稻田土壤N2O排放、根系酶活性、水稻氮吸收与产量的影响。结果表明,耕作方式显著影响土壤N2O排放,但不影响根系硝酸还原酶与谷氨酰胺合成酶活性、水稻氮吸收与产量。与翻耕处理相比,免耕处理2016年和2017年土壤N2O排放量分别显著提高了12.5%~18.2%和21.1%~38.6%。秸秆还田显著影响土壤N2O排放量、根系酶活性、水稻氮吸收与产量。相对于秸秆不还田处理,秸秆还田处理2016年和2017年土壤N2O排放量分别显著提高了38.5%~45.5%和13.1%~29.5%。秸秆还田处理相对于不还田处理根系硝酸还原酶与谷氨酰胺合成酶活性分别显著增加了6.7%~45.9%和9.0%~46.7%,水稻氮吸收量提高了12.5%~26.0%,产量增加了9.4%~12.6%。本文认为,虽然秸秆还田提高了水稻氮吸收与产量,但也促进了土壤N2O的排放,因此在评估保护性耕作稻田温室效应时应加强对温室气体(CH4和N2O)排放和土壤碳固定影响的长期监测,以期为发展低碳稻作提供理论依据和技术支撑。     

鄂东南冷浸田不同中稻品种产量及生理研究

筛选适宜冷浸田生产的水稻(Oryza sativa)栽培品种,于2011年在阳新县冷浸稻田中设置大田试验,研究在冷浸田条件下不同中稻品种产量构成及生理指标差异。结果表明,冷浸田严重抑制了水稻的生长发育,最终产量显著低于湖北省水稻产量平均水平(7 000 kg/hm2)。相对而言,籼稻比粳稻、糯稻更能适应冷浸田的环境;不同水稻品种在冷浸田条件下生理性状表现出显著差异,抽穗期水稻叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性、可溶性糖含量和根系内过氧化物酶(POD)活性高低与水稻最终产量呈显著正相关,而叶片脯氨酸含量与产量关系不显著。单纯从水稻品种方面着手无法从根本上解决冷浸田水稻产量低的问题,需要配套使用合理的耕作方法和改良措施。     

不同类型氮肥和耕作方式对稻田土壤氨挥发的影响

研究不同类型氮肥与耕作方式下稻田土壤氨挥发特征,开展稻田土壤氨挥发损失的田间试验,分析不同类型氮肥与耕作方式对稻田土壤氨挥发速率的季节性变化规律和稻季氨挥发损失量的影响.结果表明,氮肥类型影响着稻田土壤氨挥发,施用猪粪总氨挥发量最大,尿素次之,后依次为复合肥、包膜尿素与新型缓效有机肥(脲肽磷复肥),其中包膜尿素与新型缓效有机肥处理总氨挥发量相当;猪粪、尿素与复合肥处理氨挥发通量的峰值出现在施肥后1~3 d;相对于稻田免耕,稻田翻耕显著降低土壤氨挥发,其总氨挥发量是免耕处理的70%,表明稻田免耕降低了水稻对肥料氮的利用率.     

激健复合肥和激健助剂对水稻减肥减药增产效应研究

为了探究激健复合肥对水稻增产情况,验证激健助剂在水稻病虫害混配药剂减量增效方面的作用,2020年在黄冈市现代农业科技示范园进行了相关试验.结果表明,在增产效果差异不显著的情况下,试验组可减施肥料40％,减施农药50％,减少30％的除草剂用量,说明激健复合肥和激健助剂对水稻生产减肥、减药、增产有积极作用.     

不同耕作方式下稻田土壤CH4和CO2的排放及碳收支估算

二氧化碳(CO_2)和甲烷(CH_4)是重要的温室气体,研究免耕稻田CO_2和CH_4排放有助于评价稻田免耕技术对全球气候变化及碳循环的影响.本文通过运用静态箱技术和田间原位碱液吸收法研究了免耕稻田土壤CO_2和CH_4的排放规律和排放量,及其稻田碳(C)的收支状况.研究表明,施肥提高了CH_4排放,而不影响CO_2的排放;免耕显著影响稻田CH_4排放,而CO_2的排放不受耕作影响.对稻田C收支及平衡的分析表明,施肥提高了稻田系统C的输入,同时,相对于翻耕处理,免耕处理表现为大气C的"汇".表明了稻田免耕能将更多的碳累积于农田土壤碳库中,有利于提高稻田生态系统在减缓气温上升过程中所发挥的作用.     

耕作方式与氮肥类型对稻田氨挥发、氮肥利用率和水稻产量的影响

通过大田试验,设置常规翻耕(CT)、免耕(NT)两种耕作方式和不施氮肥(N0)、无机氮肥(IF)、缓释氮肥(SR)、有机无机氮肥配施(IFOF)4种施肥模式,研究其对稻田NH_3挥发、氮肥利用率和水稻产量的影响。研究结果表明:耕作方式显著影响NH_3挥发,而对氮肥利用率和水稻产量影响不大。与CT处理相比,NT处理NH_3挥发量显著提高了15.5%。氮肥施用显著提高了NH_3挥发、氮肥利用率和水稻产量。与N0处理相比,IF、SR与IFOF处理NH_3挥发量分别提高了150.2%、75.8%与137.8%。氮肥处理中IFOF处理具有最高的氮肥利用率。与IF处理相比,IFOF处理氮肥吸收利用率(NRE)显著提高了43.2%,氮肥偏生产力(NPFP)提高了16.9%,氮肥农学效率(NAE)提高了20.1%;与SR处理相比,IFOF处理NRE显著提高了38.3%,NPFP提高了22.1%,NAE提高了51.3%。IF、SR与IFOF处理较N0处理水稻产量分别提高了43.6%、30.0%与44.4%。本研究结果表明,翻耕下有机无机氮肥配施能有效地降低NH_3挥发,提高氮肥利用率和产量,但未来如何达到稻田NH_3与温室气体的同步减排需要进一步研究。     

西藏拉屋和扎西康矿区土壤的黏粒矿物组成研究

采集西藏拉屋和扎西康两矿区代表性土壤样品,测定了土壤基本性状、黏土矿物和氧化铁含量。结果表明:拉屋矿区土壤呈酸性,扎西康矿区土壤呈碱性。拉屋矿区土壤有机质含量和CEC明显高于扎西康矿区的;两矿区的主要黏土矿物有水云母、高岭石、绿泥石、蛭石、1.4 nm过渡矿物和少量的混层矿物。拉屋矿区主要矿物是水云母和高岭石,扎西康矿区主要矿物是水云母;两矿区土壤的游离氧化铁均以晶形氧化铁为主,非晶形氧化铁所占比例很少。     

稻鸭稻鱼共作生态系统N素平衡的研究

通过田间采样与室内分析相结合的方法,对华中地区稻鸭、稻鱼共作生态系统N素动态及平衡进行了系统研究.结果表明,对于各处理,主要的N输入来自施肥、降雨和灌溉水,其中降雨的N输入量为42.83 kg N·hm-2,灌溉水N的输入量分别为34.36(CK)、32.72(RD)和41.72 kgN·hm-2(RF).主要的N损失包括N2O释放、NH3挥发、N淋失、鸭和鱼的收获及水稻吸N.CKN2O释放损失量为4.04 kg N·hm-2,显著低于RD的4.31 kg N·hm-2和高于RF的3.76 kg N·hm-2,表明稻田养鸭能增加N2O释放损失而养鱼则降低N2O释放损失.RD和RFNH3挥发损失分别为43.09和44.89 kg N·hm-2低于CK,这与鸭和鱼的存在降低了田面水pH有关.CK、RD和RFN淋失量分别为6.73、6.11和5.81 kgN·hm-2.因鸭和鱼收获而损失的N量分别为0.60和0.18 kgN·hm-2.水稻N的吸收是稻田最主要的N损失,CK、RD和RFN吸收量分别为(219.95±20.61)、(273.65±53.49)和(279.22±17.47)kgN·hm-2.N平衡分析显示,施肥和水稻吸N是影响N平衡最主要的影响因素,而NH3挥发损失、降雨和灌溉水N的输入也是影响N平衡的重要因素;与CK相反,由于鸭和鱼的存在,RD和RF为N平衡为正,表明鸭和鱼的存在加速了土壤有机N营养的周转,从而显著提高了水稻N输出.