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

1、農田生態(tài)系統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、農業(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(NGWP)的科學指標，同時結合水稻產量可以科學評估不同管理措施下農田溫室氣體排放強度(GHGI)。提高單位面積作物產量是對我國未來糧食安全的重要保障，土壤-作物系統綜合管理(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進行綜合管理從而獲得不同目標產量的栽培模式，該管理系統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)系統凈溫室效應的綜合影響，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)系統產量、氮肥利用率和凈溫室效應提供科學依據。
　　本

3、研究以我國南方雙季稻生態(tài)系統為研究對象，以不施氮肥模式NN和當地常規(guī)栽培模式FP為參照，依托土壤-作物綜合管理(ISSM)設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)系統凈碳收支(NECB)、農業(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)系統的凈溫室效應(NGWP)和溫室氣體排放強度(GHGI)。
　　主要研究結果如下:
　　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。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，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相關。
　　3.本研究中各栽培模式在三年試驗期間均表現為碳固定。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量。三年試驗期間早晚稻產量分別為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量。與當地常規(guī)FP相比，三種集約化栽培模式顯著提高了全年水稻產量，同時也顯著提高了早晚稻季氮肥農學利用率。
　　4.雙季稻生態(tài)系統各栽培模式農業(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降低了農業(yè)措施碳排放，ISSM-N2與ISSM-N3提高了農業(yè)措施碳排放。雙季稻生態(tài)系統傳統育秧方式水育秧(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(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。
　　5.雙季稻生態(tài)系統各栽培模式凈溫室效應(NGWP)以CH4排放為主，農田措施碳排放(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。當地常規(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，與當地常規(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)系統水稻產量和氮肥農學利用率，同時對水稻生產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量，但也提高了凈溫室效應