不同氮肥水平集約化栽培模式雙季稻生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體收支的田間觀測.pdf

1、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是溫室氣體重要排放源，在全球大氣溫室氣體（CH4、N2O和CO2）凈交換和碳收支中占有重要地位。運用生命周期評價方法綜合考慮水稻移栽后溫室氣體（CH4和N2O）排放、固碳效應(yīng)、農(nóng)業(yè)措施碳排放以及水稻育秧期溫室氣體排放是全面評價凈溫室效應(yīng)(NGWP)的科學(xué)指標(biāo)，同時結(jié)合水稻產(chǎn)量可以科學(xué)評估不同管理措施下農(nóng)田溫室氣體排放強度(GHGI)。提高單位面積作物產(chǎn)量是對我國未來糧食安全的重要保障，土壤-作物系統(tǒng)綜合管理(ISSM)則是基

2、于在不同資源（如氮肥）投入水平下通過對土壤和作物系統(tǒng)進行綜合管理從而獲得不同目標(biāo)產(chǎn)量的栽培模式，該管理系統(tǒng)主要包括不同氮肥施用量、氮肥施用比例、有機餅肥施用以及移栽密度等集約化栽培措施，這些集約化栽培措施將如何影響稻田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放鮮有報道。因此，本文研究探討了不同氮肥水平集約化栽培模式對雙季稻生態(tài)系統(tǒng)凈溫室效應(yīng)的綜合影響，為全面合理評價不氮肥水平集約化栽培模式雙季稻生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)量、氮肥利用率和凈溫室效應(yīng)提供科學(xué)依據(jù)。
　　本

3、研究以我國南方雙季稻生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，以不施氮肥模式NN和當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)栽培模式FP為參照，依托土壤-作物綜合管理(ISSM)設(shè)置了三個氮肥水平集約化栽培模式，分別為ISSM-N1（與FP比，氮肥減少30 kg ha-1）、ISSM-N2（與FP等施氮量）和ISSM-N3（與FP比，氮肥增加30 kg ha-1）。于2011年4月至2014年4月三個早稻-晚稻-休閑輪作期間，采用靜態(tài)箱-氣相色譜法對五種栽培模式的CH4和N2O排放通量以及生

4、態(tài)系統(tǒng)呼吸進行了田間原位觀測，同時研究了不同栽培模式雙季稻生態(tài)系統(tǒng)凈碳收支(NECB)、農(nóng)業(yè)措施碳排放(Eo、Ei)以及不同育秧方式（水育秧-WSB、旱育秧-DSB和軟盤育秧-WPT）下苗床期溫室氣體排放情況，進而估算雙季稻生態(tài)系統(tǒng)的凈溫室效應(yīng)(NGWP)和溫室氣體排放強度(GHGI)。
　　主要研究結(jié)果如下:
　　1.2011年4月至2014年4月三年試驗期間各栽培模式全年CH4排放動態(tài)變化趨勢基本一致，主要排放集中在水稻

5、生長季，晚稻季累積排放量顯著高于早稻季。各栽培模式早稻與晚稻季CH4累積排放量與水稻生物量之間呈顯著正相關(guān)。冬季休閑季CH4排放量較小，在不同栽培模式中約占全年總排放量2.0％～2.7％。五種栽培模式雙季稻生態(tài)系統(tǒng)全年CH4累積排放量變化范圍為380 kg CH4 ha-1yr-1(NN)～645 kg CH4ha-1yr-1(ISSM-N3)，其中施用有機餅肥的兩種集約化栽培模式ISSM-N2與ISSM-N3相對于其他三種栽培模式顯著

6、增加了全年CH4累積排放量。
　　2.2011年4月至2014年4月三年試驗期間水稻生長季各栽培模式的N2O除個別排放峰外大部分時間處于很低水平。不同栽培模式對N2O通量變化趨勢無顯著影響，但影響其峰值。各栽培模式晚稻季N2O累積排放量顯著高于早稻季，休閑季開始初期有N2O排放峰出現(xiàn)，整個休閑季N2O累積排放量占全年的18％～27％。全年N2O累積排放量范圍為0.34 kg N2O-N ha-1yr-1(NN)～1.03 kg N

7、2O-N ha-1yr-1(ISSM-N3)。除ISSM-N1模式與NN在晚稻季N2O累積排放量差異不顯著外，其余各施氮模式早晚稻季N2O累積排放量均顯著高于NN模式。全年N2O累積排放量與總施氮量之間呈顯著指數(shù)相關(guān)。
　　3.本研究中各栽培模式在三年試驗期間均表現(xiàn)為碳固定。各栽培模式年均固碳速率為0.13 t ha-1yr-1(NN)、0.29 t ha-1yr-1(FP)、0.49 t ha-1yr-1(ISSM-N1)、0.

8、56 t ha-1yr-1(ISSM-N2)和0.61 t ha-1yr-1(ISSM-N3)。與NN模式相比，四種施氮模式均顯著提高了固碳速率。同時，與FP模式相比，三種集約化栽培模式均顯著提高了固碳速率。栽培模式和年際均顯著影響早晚稻產(chǎn)量。三年試驗期間早晚稻產(chǎn)量分別為4.63 tha-1～9.31 t ha-1和6.22 t ha-1～10.17 t ha-1，各栽培模式晚稻季產(chǎn)量顯著高于早稻季。相對于不施氮肥的NN模式，各施氮栽培

9、模式均顯著提高了早晚稻產(chǎn)量。與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)FP相比，三種集約化栽培模式顯著提高了全年水稻產(chǎn)量，同時也顯著提高了早晚稻季氮肥農(nóng)學(xué)利用率。
　　4.雙季稻生態(tài)系統(tǒng)各栽培模式農(nóng)業(yè)措施碳排放(Eo、Ei)分別為1267.5 kg CO2-eq(NN)、2781.7 kg CO2-eq(FP)、2719.7 kg CO2-eq(ISSM-N1)、3439.1 kg CO2-eq(ISSM-N2)、4034.3 kg CO2-eq(ISSM-N3

10、)。與FP模式相比，ISSM-N1降低了農(nóng)業(yè)措施碳排放，ISSM-N2與ISSM-N3提高了農(nóng)業(yè)措施碳排放。雙季稻生態(tài)系統(tǒng)傳統(tǒng)育秧方式水育秧(WSB)、旱育秧(DSB)和近年來推廣的軟盤育秧(WPT)由CH4和N2O排放引起的溫室效應(yīng)(GWP)分別為1429.6、3197.0和1032.2 kg CO2-eq。與WSB與DSB相比，WPT的GWP顯著降低了28％和68％。相對于傳統(tǒng)的水育秧和旱育秧方式，近年來推廣的軟盤育秧方式可以顯著降

11、低水稻苗床期CH4和N2O排放引起的綜合溫室效應(yīng)。
　　5.雙季稻生態(tài)系統(tǒng)各栽培模式凈溫室效應(yīng)(NGWP)以CH4排放為主，農(nóng)田措施碳排放(Eo、Ei)次之，N2O排放與苗床期溫室氣體排放貢獻較小，固碳可以抵消一部分溫室效應(yīng)。當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)栽培模式FP的NGWP為18.72 t CO2 eq ha-1，溫室氣體排放強度(GHGI)為1.23 kg CO2 eq kg grain-1。與FP相比，ISSM-N1模式中NGWP與GHGI分別

12、降低了1.3％和10.5％;ISSM-N2與ISSM-N3模式的NGWP則分別增加了27.4％和32.7％，GHGI分別增加了3.6％和3.9％。
　　綜上所述，與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)栽培模式(FP)相比，氮肥減量集約化栽培模式ISSM-N1顯著提高了我國南方雙季稻生態(tài)系統(tǒng)水稻產(chǎn)量和氮肥農(nóng)學(xué)利用率，同時對水稻生產(chǎn)過程的溫室氣體排放強度具有一定減排潛力。ISSM-N2和ISSM-N3兩種集約化栽培模式雖然顯著提高了水稻產(chǎn)量，但也提高了凈溫室效應(yīng)