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。

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。

气候变化对中国水稻生产的影响研究进展

水稻生产系统是响应气候变化最敏感的农业生态系统之一,本文综述了当前和未来气候变化对我国水稻生产的影响。气候变化背景下,我国水稻生长季的热量资源增多,辐射资源减少,降水不均一性加大。高温热害、干旱、暴雨和洪涝灾害发生更频繁,这可能降低水、热资源的有效性。气候变化使我国单季稻和双季稻潜在种植边界显著北移,导致单季稻、早稻和晚稻的主要生育期缩短。基于统计模型和水稻生长模型的研究结果表明,如果不考虑品种改良和栽培技术的进步,气候变化使单季稻、早稻和晚稻产量下降,但不同稻作区和方法间存在差异。我国水稻生产重心北移、实测生育期延长和产量增加的变化趋势,反映了水稻生产系统通过种植分布调整、品种改良和技术改进来适应气候变化的能力。未来气候变化将进一步导致水稻生育期缩短和产量下降,对我国水稻生产和粮食安全带来严峻挑战。仍需加强气候变化影响机制的研究及其在影响评估中的应用,减小影响评估的不确定性并增加其系统性,为制定有效的应对策略提供可靠的理论支持。

有机无机肥配施对玉米-豇豆种植系统土壤N_2O排放的影响

在等施氮量条件下,比较有机肥与无机肥施用后旱地玉米-豇豆复种系统土壤硝化与反硝化作用、N_2O排放与作物产量的变化,有助于正确认识肥料施用对N_2O排放的影响,为制定大田合理的丰产减排措施提供理论依据。本研究通过田间试验,利用静态箱技术和BaPS气压过程分离技术研究了不同肥料类型处理(无机肥、有机肥、有机无机肥配施)下玉米-豇豆种植系统土壤N_2O排放、硝化与反硝化作用的变化特征。结果表明:1)相对于单施无机肥或有机肥,有机无机肥配施可显著降低土壤硝化作用速率;在玉米生长季,有机无机肥配施处理平均土壤硝化作用速率分别比化肥和有机肥处理显著降低了28.74%和13.96%,豇豆生长季显著降低了24.66%和13.28%。土壤反硝化作用速率在各施肥处理间差异不显著。2)有机无机肥配施显著降低土壤N_2O排放;在玉米生长季,有机无机肥配施处理分别比无机肥处理和有机肥处理显著降低33.44%和32.29%,在豇豆生长季分别显著降低27.00%和15.14%。3)相关分析表明,土壤N_2O排放与硝化作用速率呈极显著相关,而与反硝化作用速率呈不显著相关。4)有机无机配施处理玉米和豇豆产量最高。因此,有机无机肥配施能有效降低玉米-豇豆系统土壤N_2O排放和提高作物产量,是一项丰产低N_2O排放的施肥技术,但长期有机无机肥配施对土壤N_2O排放和作物产量的影响还需要进一步研究。

基于DNDC模型评估湖北省不同稻作系统不同管理措施温室气体排放的周年变化

为了探究不同管理措施对湖北省主要稻作系统CH4和N2O周年排放的影响,利用田间观测数据验证DNDC模型后,结合地理信息系统(ArcGIS)模拟和测算湖北省不同稻作系统温室气体的周年排放。本研究于2019年在鄂西北的枣阳市设置水稻-小麦(RW)、水稻-再生稻(RO)稻作系统,在鄂东南的武穴市设置RO、水稻-油菜(RR)稻作系统,在江汉平原的潜江市设置RW、RO、RR稻作系统,每个稻作系统均设置常规栽培和优化栽培(包括氮肥深施、节水灌溉、秸秆还田等)两个模式,通过静态箱法测定温室气体CH4和N2O的周年排放特征。大田验证试验结果显示,不同稻作系统不同栽培模式下CH4和N2O排放实测值与模拟值归一化均方根误差(NRMSE)值为19.3%~24.2%,模型拟合度在可接受范围之内。DNDC模型模拟和估算结果表明,湖北省稻作区增温潜势(GWP)表现为江汉平原>鄂东南>鄂西北,不同区域稻作系统CH4的排放总量、N2O的排放总量和GWP均表现为RW>RO>RR。优化栽培管理模式可以明显减少CH4和N2O排放,与常规栽培管理模式相比,优化栽培管理模式下RW、RO和RR的单位面积CH4排放量分别降低9.5%~18.0%、7.3%~18.4%和18.2%~22.4%,N2O排放量分别降低4.2%~14.2%、6.9%~24.7%和8.8%~18.1%。优化栽培管理后,各地区的GWP表现为,鄂西北:襄阳>十堰>神农架;鄂东南:黄冈>咸宁>武汉>黄石>鄂州;江汉平原:荆州>荆门>孝感>随州>天门>仙桃>潜江。优化栽培管理模式下鄂西北、鄂东南和江汉平原稻田CH4周年排放总量较常规栽培管理模式分别降低11.8%、14.4%和16.3%,稻田N2O周年排放总量分别降低82.4%、77.5%和83.0%。本研究结果表明,DNDC模型可以较好地模拟湖北省不同稻作系统下温室气体的排放,同时优化稻作管理模式对稻田生产具有好的减排效果,为在湖北省推广该模式提供理论依据。

油菜种子萌发成苗期耐低温性评价

采用光照培养箱对30个油菜品种（系）进行不同温度处理,观察油菜种子萌发及幼苗生长状况。结果表明：（1）10/5℃低温条件下油菜种子发芽率及成苗率低于对照（25/20℃）,品种间差异显著;10/5℃低温胁迫下平均发芽时间为对照的3.32~7.23倍,发芽指数与幼苗活力指数分别为对照的0.01~0.52倍和0.02~0.60倍;10/5℃低温胁迫下油菜苗高、根长、总苗长均低于对照（25/20℃）,根苗比降低;10/5℃低温胁迫下绝大多数品种总鲜重、鲜干比及根干重降低,苗干重和总干重增加。（2）通过主成分分析,筛选出成苗率等6个指标作为种子萌发成苗耐低温的综合性评价指标。（3）隶属函数分析表明,30个油菜品种（系）中沣油823、德核油999、秦优7号为强抗低温,圣光127、HN4、湘杂油2号和华油杂14号为抗低温,赣油杂5号等14个品种（系）为中抗低温,中油杂12、沣油737、沣油682、浙双8号、华双4号、丰油730为弱抗低温,A35、华早291和德油8号表现最差,为低温敏感品种。