江汉平原不同稻作模式下温室气体排放特征

采用静态箱-气相色谱法在江汉平原开展早稻、晚稻、中稻、虾稻和再生稻5种稻作类型温室气体排放监测试验,研究不同稻作模式下稻田CH_(4)和N_(2)O排放特征、总增温潜势及温室气体排放强度,为准确评估稻田生态系统温室气体排放提供参考依据。结果表明:CH_(4)排放集中在水稻前期淹水阶段,排放峰值最高为虾稻(85.7 mg·m^(-2)·h^(-1)),较其他稻作模式高71.7%~191.5%。N_(2)O排放峰值主要出现于中期晒田和施肥阶段,排放峰值最高为再生稻(1100.7μg·m^(-2)·h^(-1)),较其他稻作模式高16.8%~654.9%。CH_(4)累积排放量从大到小依次为虾稻、再生稻、早稻、晚稻、中稻;N_(2)O累积排放量从大到小依次为再生稻、早稻、晚稻、中稻、虾稻;总增温潜势从大到小依次为虾稻、再生稻、早稻、晚稻、中稻;温室气体排放强度从大到小依次为虾稻、早稻、再生稻、晚稻、中稻。CH_(4)排放占比为82.9%~99.0%,稻虾田高排放主要原因为持续淹水时间长、秸秆还田和饲料投入,探究该模式CH_(4)减排举措最为关键;中稻由于水旱轮作,稻田温室气体排放最低,可作为低碳减排的主要稻作类型。

秸秆还田下节水减氮对不同双季稻品种N_(2)O排放的影响及驱动因素

为明确秸秆还田下节水减氮以及高效肥料对不同双季稻品种N_(2)O排放的影响及其关键驱动因素。于2020年开展田间试验,试验采用裂区设计,主区为4个水肥处理:尿素100%+间歇灌溉(U)、尿素80%+秸秆还田+间歇灌溉(US+S)、控释尿素80%+秸秆还田+间歇灌溉(CRUS+S)、尿素80%+秸秆还田+节水灌溉(US+S+SWD),副区为常规稻和杂交稻,共8个处理。监测双季稻生育期内N_(2)O排放规律,分析单位产量N_(2)O排放强度和影响其排放的主要驱动因素。结果表明,灌溉量、碳氮投入和植株吸氮量是调控稻田N_(2)O排放的主导因子,可解释99%的排放变化,其中氮投入增加会促进N_(2)O排放,而灌溉量、碳投入和吸氮量对N_(2)O排放有负向作用。秸秆还田可以补充氮肥减量20%的养分,秸秆还田下常规氮肥或控释氮肥减量施用降低了N_(2)O排放14.4%~49.4%,但CRUS+S较US+S处理促进了N_(2)O排放,表明秸秆还田下施用控释尿素并不能实现N_(2)O减排。秸秆还田后进一步控水促进了N_(2)O排放,相比US+S,US+S+SWD处理显著增加了双季稻N_(2)O的排放114.8%~186.4%,且常规稻增幅大于杂交稻。各处理间产量无显著差异,氮肥减量及进一步控水均可保证稳产,但US+S+SWD处理单位产量N_(2)O排放强度显著高于其他处理。总体而言,秸秆还田搭配减氮20%有助于降低稻田N_(2)O排放,但并不能抵消节水灌溉导致的N_(2)O增长。在水稻生产中合理利用秸秆资源,适当减少氮肥用量可以减少稻田N_(2)O排放并保证稳产。

节水减氮和品种管理对双季稻CH_(4)的减排效果

秸秆还田、高效肥料、节水减氮是我国农业绿色发展主推技术,高产低排放品种是减少稻田CH_(4)排放重要方向。为明确秸秆还田下氮肥减量及节水灌溉集成技术对不同品种水稻田CH_(4)排放的影响,本研究以双季稻为对象,采用随机区组的裂区试验设计,设置施用尿素+间歇灌溉(U)、尿素减量20%+秸秆还田+间歇灌溉(US+S)、控释尿素减量20%+秸秆还田+间歇灌溉(CRUS+S)、尿素减量20%+秸秆还田+节水灌溉(US+S+SWD)共4个主区因素,常规稻和杂交稻作为2个副区因素,利用静态箱-气相色谱法监测双季稻生育期内CH_(4)排放规律及减排效果。结果表明,碳投入、氮投入、灌溉量和分蘖数是影响双季稻CH_(4)排放的主要因素。秸秆还田可补充氮肥20%减量的养分,并显著促进常规稻和杂交稻CH_(4)的排放,其中常规稻增排60.0%~107.8%,杂交稻增排99.8%~107.8%,这主要归结于秸秆还田带来大量碳源。秸秆还田搭配控释尿素并不能减少CH_(4)排放,较US+S增排1.8%~9.7%(除常规晚稻外)。节水灌溉能显著控制秸秆还田下CH_(4)排放的大量增长,相比US+S,US+S+SWD处理显著降低了CH_(4)排放15.9%~23.1%。各处理间产量无显著差异,表明秸秆还田下氮肥减量及节水灌溉可以达到稳产作用。杂交稻CH_(4)排放量及产量略高于常规稻,但不存在显著差异。总体而言,秸秆还田显著提高CH_(4)排放量,控释尿素和减量施氮无明显减排效果,节水灌溉能有效降低秸秆还田下单位产量的CH_(4)排放强度。未来随着稻田秸秆还田比例增加,优化水分管理以促进秸秆好氧分解将成为CH_(4)减排的关键。

基于温室气体排放研究的霍山石斛碳友好型生态种植模式

生态种植是“双碳”目标下中药材可持续生产的重要方向。为了在保护的基础上开发濒危的霍山石斛Dendrobium huoshanense,设施栽培和拟境栽培模式已被开发和应用,但2种栽培模式下温室气体排放及其全球增温潜势的差异尚不清晰,限制了对“碳友好型”生态种植模式的准确评估。基于静态箱法的温室气体排放通量监测为解决该问题提供了有效的途径。因此,该文在安徽大别山霍山石斛培育基地中选取设施和拟境栽培模式,在2023年4月—2024年3月每月进行温室气体采集,通过气相色谱仪检测3种重要温室气体的浓度,包括CO_(2)、CH_(4)和N_(2)O,并进一步计算了温室气体排放通量、累积排放量及全球增温潜势。结果发现:(1)设施和拟境栽培模式的温室气体排放通量存在显著差异,尤其是CO_(2)排放通量,表现为设施栽培>拟境栽培[(35.60±11.70)mg·m^(-2)·h^(-1)vs(2.10±4.59)mg·m^(-2)·h^(-1)];(2)设施栽培的年CO_(2)累积排放量显著高于拟境栽培[(3077.00±842.00)kg·hm^(-2)vs(221.00±332.00)kg·hm^(-2)],但CH_(4)和N_(2)O的年累积排放量无显著差异;(3)设施栽培模式的全球增温潜势显著高于拟境栽培[(3053.00±847.00)kg·hm^(-2)vs(196.00±362.00)kg·hm^(-2)]。总之,霍山石斛拟境栽培较设施栽培表现出明显的“碳友好”特征,符合药用植物生态种植的理念,对于“双碳”目标下霍山石斛碳友好型生态种植模式的落地推广具有重要的参考意义。

温度和CO_(2)浓度升高下双季稻茎蘖动态、成穗率与产量的关系

为明确气候变化下我国双季稻茎蘖动态与成穗特征的变化及其与产量的关系,利用开顶式气室(OTC)连续开展4年8个生长季的大田气候变化原位模拟试验,设置对照(CK)、增温2℃(ET)、CO_(2)浓度增加60μmol/mol(EC)、同时增温增CO_(2)浓度(ETEC)共4个处理,研究双季稻生育期内茎蘖动态、成穗率变化特征以及对产量的影响。结果表明,随着累积辐射量和生长度日(GDD)升高,水稻分蘖达到峰值后部分消亡,且早稻分蘖增长和消亡速率均大于晚稻。相比CK,ET、EC和ETEC条件下早稻最大分蘖数和无效分蘖数分别提高3.6%~14.2%和8.9%~134.2%,成穗率降低0.4%~9.3%,对产量形成具有不利影响;晚稻最大分蘖数提高2.9%~13.1%,无效分蘖数降低1.6%~64.8%,成穗率提高1.7%~22.1%,有助于产量增长。ETEC处理对双季稻最大分蘖具有正向协同的交互作用,而对无效分蘖和成穗率的交互作用不显著。总体而言,大气温度和CO_(2)浓度升高对早稻分蘖和成穗具有负效应,对晚稻表现为正效应,未来气候变化背景下提高水稻茎蘖数,控制无效分蘖,进而提高成穗率,对水稻稳产增产具有重要意义。