节水轻简栽培模式下增密减氮对双季稻田温室气体排放的影响

为了明确节水轻简栽培模式下增密减氮对双季稻田温室气体排放的影响,以陆两优996(早稻)和丰源优299(晚稻)为材料,使用密闭静态箱法收集温室气体,监测早晚稻不同增密减氮组合CH₄和N₂O的排放动态,探讨不同增密减氮措施对早晚稻田CH₄和N₂O的累积排放量、全球增温潜势(GWP)、排放强度(GHGI)的影响。结果表明: 不同增密减氮组合间的CH₄、N₂O累积排放量差异显著。与对照(CK)相比,增密减氮组合IR₂(早稻施氮量为86.4 kg·hm^-2,密度为36万穴·hm^-2;晚稻施氮量为108 kg·hm^-2,密度为32万穴·hm^-2)的CH₄累积排放量、GWP、GHGI两季平均分别降低了50.8%、37.3%、42.9%;早稻IR₂的N₂O累积排放量最低,降低了33.7%,晚稻以IR₁(早稻施氮量为103.2 kg·hm^-2,密度为32万穴·hm^-2;晚稻施氮量为129 kg·hm^-2,密度为28万穴·hm^-2)的N₂O累积排放量最低,降低了94.9%;稻田周年温室效应(总GWP、GHGI)仍以IR₂最低。与其他增密减氮处理相比,早晚氮肥均减少28.0%、早稻密度增加28.6%、晚稻密度增加33.3%(IR₂)既可保证高产,又可减少温室气体排放。     

基于生命周期评价的上海市水稻生产的碳足迹

碳足迹是指由企业、组织或个人引起的碳排放的集合。参照PAS2050规范并结合生命周期评价方法对上海市水稻生产进行了碳足迹评估。结果表明:(1)目前上海市水稻生产的碳排放为11.8114 t CO2e/hm2,折合每吨水稻生产周期的碳足迹为1.2321 t CO2e;(2)稻田温室气体排放是水稻生产最主要的碳排放源,每吨水稻生产的总排放量为0.9507 t CO2e,占水稻生产全部碳排放的77.1%,其中甲烷(CH4)又是最主要的温室气体,对稻田温室气体碳排放的贡献率高达96.6%;(3)化学肥料的施用是第二大碳排放源,每吨水稻生产的总排放量为0.2044 t CO2e,占水稻生产总碳排放的16.5%,其中N最高,排放量为0.1159 t CO2e。因此,上海低碳水稻生产的关键在降低稻田甲烷的排放,另外可通过提高氮肥利用效率,减少氮肥施用等方法减少种植过程中碳排放。     

2004—2014年南方稻区双季稻生产碳足迹动态及其构成

南方稻作区是我国重要的粮食生产区,在国家粮食安全保障中起着至关重要的作用,探明南方不同省份双季稻生产的碳足迹差异,对促进低碳稻作农业发展具有重要意义.本研究采用2004—2014年农作物种植面积、农资投入等统计数据,运用碳足迹理论和生命周期法系统评价我国南方双季稻生产碳足迹时空分布状况及其构成.结果表明: 南方稻区各个省份早晚稻生产碳足迹大部分表现为增加趋势,早稻生产碳足迹较晚稻大.2004—2014年,安徽省双季稻平均碳足迹最高(1000 kg CO₂-eq·hm^-2),而福建、湖北和湖南省相对较小(750 kg CO₂-eq·hm^-2).碳足迹构成中以肥料的生产、运输及使用占比最大,占水稻生产总碳足迹的60%;柴油投入碳足迹贡献量次之,为26%左右.逐步回归分析表明,双季稻生产碳足迹大小与柴油、复混肥和钾肥的投入呈正相关.净利润收益纳入分析表明,湖北省为低排放-高收益省份,有利于农业低碳可持续性发展.随着农村劳动力非农化和作物生产机械化的快速递增,未来水稻生产中柴油等机械化碳投入将快速增长.因此,提升化肥利用效率、灌溉效率和机械化作业效率将是发展南方稻作区低碳农业的关键途径.     

再生稻种植对土壤肥力和有机碳化学结构的影响

“双改单”背景下，再生稻种植对稳定全国粮食产量具有重要意义。为研究再生稻种植对土壤有机碳及其肥力水平的影响，选取了单季稻、双季稻、再生稻3种稻作模式，并分析了三者土壤化学性质和有机碳化学结构的差异。结果表明：与单季稻相比，再生稻种植显著降低了土壤pH值，但其与双季稻无明显差异；土壤主要养分的含量均呈双季稻田>再生稻田>单季稻田的趋势，相对应地，三者的土壤肥力指数分别为0.66、0.47、0.40,且其差异达到了显著水平。不同稻作模式显著影响了土壤有机碳的化学结构，再生稻田中土壤烷基碳的相对含量显著高于单季稻但低于双季稻，而其烷氧碳的相对含量却显著高于双季稻但低于单季稻。再生稻田土壤的烷基碳/烷氧碳比值较单季稻显著提高了23.81%,但较双季稻则显著降低了30.67%;且该比值与土壤有机碳含量(R²=0.95,P<0.001)和肥力指数(R²=0.96,P<0.001)呈显著正相关。综上，再生稻的土壤肥力水平高于单季稻，却显著低于同为两稻模式的双季稻，这与不同稻作模式下的肥料投入、淹水周期和作物养分吸收利用密切相关。     

川中丘陵区覆膜栽培再生稻对CH4排放的影响

为探讨覆膜栽培再生稻对CH_4排放的影响,采用静态箱-气相色谱法观测了川中丘陵区2016和2017年覆膜条件下再生稻田的CH_4排放通量。试验设置覆膜单季中稻(SR)和覆膜中稻-再生稻(SR-RR)两个处理。结果表明:SR-RR处理中稻季提前出现CH_4排放峰,再生季CH_4排放量少,约占两季总排放的8%—10%。全观测期内SR-RR处理两季的CH_4排放总量为103—306 kg/hm~2,比SR处理的单季排放量高11%—16%(P0.05)。SR-RR处理两季稻谷总产量为10.2—10.4 t/hm~2,比SR处理高出19%—22%(P0.05)。SR-RR处理单位产量的CH_4排放量为9.9—30.1 kg/t、,比SR处理减少6%(P0.05)。覆膜条件下种植再生稻,可保证水稻高产稳产,减少单位产量的CH_4排放量,值得推广。     

太湖地区不同轮作模式对稻田温室气体(CH4和N2O)排放的影响

通过田间试验,研究了太湖地区不同轮作模式下稻季温室气体排放规律.结果表明: 水稻生长季CH₄排放呈先升高后降低趋势,CH₄排放主要集中在水稻生育前期,烤田后至水稻收获期间CH₄排放量较低;N₂O的排放主要集中在3次施肥及烤田期.稻季排放的CH₄对全球增温潜势(GWP)的贡献远高于N₂O,各处理所占比例为94.7%～99.6%,是温室气体减排的主要对象.不同轮作模式下,稻季CH₄排放总量及其GWP存在显著差异,表现为小麦-水稻>紫云英-水稻>休闲-水稻轮作;稻季N₂O排放总量及其GWP没有显著性差异.与不施肥处理相比,紫云英-水稻轮作模式下施加氮肥显著降低了CH₄排放量和GWP,但不同氮肥用量下的CH₄排放量和GWP没有显著性差异,而紫云英还田稻季施氮240 kg·hm^-2下的水稻产量却最高.综合经济效益和环境效益,紫云英还田稻季施氮240 kg·hm^-2下的增产减排综合效果更好,是值得当地推广的耕作制度.     

太湖地区不同轮作模式对稻田温室气体(CH4和N2O)排放的影响

通过田间试验,研究了太湖地区不同轮作模式下稻季温室气体排放规律.结果表明: 水稻生长季CH₄排放呈先升高后降低趋势,CH₄排放主要集中在水稻生育前期,烤田后至水稻收获期间CH₄排放量较低;N₂O的排放主要集中在3次施肥及烤田期.稻季排放的CH₄对全球增温潜势(GWP)的贡献远高于N₂O,各处理所占比例为94.7%～99.6%,是温室气体减排的主要对象.不同轮作模式下,稻季CH₄排放总量及其GWP存在显著差异,表现为小麦-水稻>紫云英-水稻>休闲-水稻轮作;稻季N₂O排放总量及其GWP没有显著性差异.与不施肥处理相比,紫云英-水稻轮作模式下施加氮肥显著降低了CH₄排放量和GWP,但不同氮肥用量下的CH₄排放量和GWP没有显著性差异,而紫云英还田稻季施氮240 kg·hm^-2下的水稻产量却最高.综合经济效益和环境效益,紫云英还田稻季施氮240 kg·hm^-2下的增产减排综合效果更好,是值得当地推广的耕作制度.     

有机与常规培肥模式生产水稻的碳足迹

为明确不同施肥模式对水稻生产碳足迹的影响,采取田间动态监测与室内分析相结合的方式,应用生命周期碳足迹的评价方法,研究了施用化肥(CF)、猪粪(ZM)、牛粪(NM)、鸡粪(JM)对稻田系统碳排放、碳增汇、水稻生产碳足迹及单位产量碳足迹的影响。结果表明:水稻种植过程中温室气体的排放是水稻生产碳排放的主要来源,与CF处理相比,施用有机肥可增加稻田碳排放,ZM、NM和JM处理分别增加34%、30%和65%,各处理均以稻田CO₂排放贡献最大;施用有机肥处理的环境正效应高于施用化肥处理,ZM、NM和JM处理碳增汇分别是CF处理的3.3、3.8和2.9倍,可相应抵消76%、92%和55%的碳排放;施用不同有机肥对水稻生产碳足迹影响不一,但与CF处理相比均可降低单位产量的碳足迹,ZM、NM和JM处理分别降低了55%、83%和22%。综合考虑畜禽粪污处理、肥料生产与管理以及水稻种植各环节的碳排放与稻谷产量情况,有机培肥有利于降低水稻单位产量碳足迹,其中以施用牛粪处理效果最佳。     

高产水稻品种及种植方式对稻田甲烷排放的影响

采用大田试验研究了不同水稻品种（早稻：超级稻“陆两优996”和常规稻“创丰1号”;晚稻：T优259）及不同种植方式（直播和移栽）对稻田甲烷排放通量的影响.结果表明：早稻晒田前甲烷排放量占排放总量的52%～73%,排水晒田减少了甲烷排放通量;晚稻生育前期甲烷排放量占生长期间甲烷排放总量的70%.早稻直播方式的甲烷排放通量均值低于移栽种植方式,但甲烷排放总量大于移栽种植方式;晚稻直播方式的甲烷排放通量均值与排放总量都大于移栽种植方式.早、晚稻直播方式的单位稻谷甲烷排放量与移栽种植方式间均存在显著差异,早稻中超级稻和常规稻直播方式的单位稻谷甲烷排放量分别比移栽方式高4.84和3.48 g·kg^-1稻谷,常规稻的甲烷排放量高于超级稻;晚稻直播方式的单位稻谷甲烷排放量比移栽方式高6.67 g·kg^-1稻谷.相同面积、相同时间不同种植方式的稻田甲烷排放量、单位经济产量甲烷排放量表现为：早稻：常规稻直播＞常规稻移栽＞超级稻直播＞超级稻移栽;晚稻：直播＞移栽.     

深水免耕移栽稻草覆盖栽培模式对晚稻温室气体排放及产量的影响

为了全面评价南方双季稻"早水晚用"节水栽培模式的意义,通过大田小区试验研究了晚稻移栽期灌深水+免耕移栽+稻草覆盖节水栽培模式对产量与温室气体排放的影响。结果表明:与常规栽培相比,在水稻齐穗期,节水栽培模式提高了9.6%~15.2%的光合速率(P0.01),但单叶水分利用率降低了13.3%~17.4%(P0.01);节水栽培模式降低了每穗总粒数和结实率,导致减产显著(P0.05);灌水深20 cm的甲烷排放量较对照减排了6.1%,而灌水深15和10 cm分别增排了6.5%和4.0%,同时灌水深20和15 cm节水模式较对照增排了N2O;灌水深20 cm节水模式的增温潜势和单位产量CO2排放当量均低于常规灌溉。因此,在南方稻区晚稻生产采用"移栽期蓄水深20 cm+免耕移栽+稻草覆盖节"节水栽培模式可以确保晚稻种植,同时减排温室气体,具有良好的经济生态效益。     

春玉米-晚稻与早稻-晚稻种植模式碳足迹比较

量化作物生产的碳足迹有助于为农业生态系统温室气体减排提供理论依据。利用生命周期法研究了我国南方地区稻田春玉米-晚稻水旱轮作种植模式和早稻-晚稻连作种植模式下粮食生产的碳足迹,并定量分析粮食生产过程中各种碳排放源的相对贡献。结果表明,与早稻-晚稻的连作模式相比,春玉米-晚稻轮作模式的单位面积碳排放降低了6724 kg CO₂-eq/hm²,单位产量的碳足迹降低了0.56 kg CO₂-eq/kg。春玉米比早稻少排放6228 kg CO₂-eq/hm²;与早稻-晚稻模式中晚稻碳排放相比,春玉米-晚稻轮作模式晚稻碳排放降低了497 kg CO₂-eq/hm²。早稻-晚稻种植模式的碳足迹主要来源于甲烷（CH₄）,其碳排放为9776 kg CO₂-eq/hm²（54.8%）,氮肥生产和施用的碳排放为2871 kg CO₂-eq/hm²（16.1%）,灌溉电力消耗的碳排放2849 kg CO₂-eq/hm²（16.0%）。春玉米-晚稻轮作模式的碳足迹主要来源于CH₄的碳排放4442 kg CO₂-eq/hm²（39.9%）,氮肥生产和施用的碳排放2871 kg CO₂-eq/hm²（25.8%）,灌溉电力消耗的碳排放1508 kg CO₂-eq/hm²（13.6%）。该模式中晚稻的碳足迹组成情况与春玉米-晚稻模式的碳足迹相似。但是,对于春玉米而言,其碳足迹主要来源氮肥生产和施用的碳排放1436 CO₂-eq/hm²（50.1%）,氧化亚氮（N₂O）的碳排放为579 kg CO₂-eq/hm²（20.2%）,CH₄的碳排放为378 CO₂-eq/hm²（13.2%）。同时,相比于早稻-晚稻中晚稻的产量（6333 kg/hm²）,春玉米-晚稻轮作模式下的晚稻产量（7270 kg/hm²）提高了14.8%。因此,引入春玉米-晚稻轮作模式有利于提升稻田生产力,降低稻田连作系统碳排放和碳足迹。     

缓/控释尿素对稻田周年CH4和N2O排放的影响

通过田间试验研究了不同缓/控释尿素对水稻产量和稻田周年温室气体排放的影响,评估生产单位质量水稻的温室气体排放量.结果表明: 优化施肥(OPT)处理在减氮(N)21.4%条件下产量与习惯施肥(FFP)处理持平,同时减少了稻田周年CH₄和N₂O的排放,其中水稻季CH₄和N₂O分别减排12.6%和12.5%,休闲季N₂O减排33.3%.与OPT处理相比,控释尿素(CRU)处理在水稻季CH₄减排28.9%,休闲季CH₄零排放;硝化抑制剂(DMPP)处理在水稻季CH₄和N₂O分别减排41.6%和85.7%,休闲季CH₄和N₂O分别减排76.9%和6.5%.休闲季节N₂O排放占周年N₂O排放的76.8%～94.9%,是评价整个稻田温室气体排放不容忽视的因素.OPT、CRU和DMPP处理生产1.0 kg稻谷的温室气体排放强度分别为0.50、0.41和0.33 kg·kg^-1,综合考虑周年的温室气体排放总量和产量,尿素和硝化抑制剂配合施用可以在保证水稻产量的情况下,减少温室气体的排放.     

减氮施肥对春玉米-晚稻生产系统碳足迹的影响

随着对气候变化和粮食安全的的日益认识,低碳农业引起了人们的广泛关注.低碳农业的研究需要综合考虑作物产量和温室气体排放,改进氮肥管理可能有助于减缓作物生产系统的温室气体排放,同时实现对作物稳产甚至高产的需求.本试验利用生命周期法研究了不同施氮量(150、225、300 kg N·hm^-2)对春玉米-晚稻轮作系统碳足迹的影响.结果表明: 随着氮肥用量增加,两季作物生产过程中温室气体和碳足迹增加.在春玉米生产过程中,氮肥生产和施用引起的温室气体排放对碳足迹贡献最大,占36.2%～50.2%;而在晚稻生产中,甲烷的排放贡献最大,占42.8%～48.0%,并且随氮肥用量增加甲烷排放增加.当氮肥施用量减少25%(225 kg N·hm^-2)和50%(150 kg N·hm^-2)时,春玉米生产的温室气体排放分别下降了21.9%和44.3%,碳足迹分别下降了20.3%和39.1%;晚稻生产的温室气体排放分别下降了12.3%和20.4%,碳足迹分别降低了13.7%和16.7%.氮肥减量对春玉米产量无显著影响,而晚稻产量在225 kg N·hm^-2施肥量下最高.因此,春玉米氮肥用量降低至150 kg N·hm^-2和晚稻氮肥用量降低至225 kg N·hm^-2不仅能够保持作物高产,而且还能大幅度降低作物系统的碳足迹.     

Greenhouse gas emissions and global warming potential of traditional and diversified tropical rice rotation systems

Global rice agriculture will be increasingly challenged by water scarcity, while at the same time changes in demand (e.g. changes in diets or increasing demand for biofuels) will feed back on agricultural practices. These factors are changing traditional cropping patterns from double‐rice cropping to the introduction of upland crops in the dry season. For a comprehensive assessment of greenhouse gas (GHG) balances, we measured methane (CH₄)/nitrous oxide (N₂O) emissions and agronomic parameters over 2.5 years in double‐rice cropping (R‐R) and paddy rice rotations diversified with either maize (R‐M) or aerobic rice (R‐A) in upland cultivation. Introduction of upland crops in the dry season reduced irrigation water use and CH₄ emissions by 66–81% and 95–99%, respectively. Moreover, for practices including upland crops, CH₄ emissions in the subsequent wet season with paddy rice were reduced by 54–60%. Although annual N₂O emissions increased two‐ to threefold in the diversified systems, the strong reduction in CH₄ led to a significantly lower (P < 0.05) annual GWP (CH₄ + N₂O) as compared to the traditional double‐rice cropping system. Measurements of soil organic carbon (SOC) contents before and 3 years after the introduction of upland crop rotations indicated a SOC loss for the R‐M system, while for the other systems SOC stocks were unaffected. This trend for R‐M systems needs to be followed as it has significant consequences not only for the GWP balance but also with regard to soil fertility. Economic assessment showed a similar gross profit span for R‐M and R‐R, while gross profits for R‐A were reduced as a consequence of lower productivity. Nevertheless, regarding a future increase in water scarcity, it can be expected that mixed lowland–upland systems will expand in SE Asia as water requirements were cut by more than half in both rotation systems with upland crops.     

Net annual global warming potential and greenhouse gas intensity in Chinese double rice‐cropping systems: a 3‐year field measurement in long‐term fertilizer experiments

The impact of agricultural management on global warming potential (GWP) and greenhouse gas intensity (GHGI) is not well documented. A long‐term fertilizer experiment in Chinese double rice‐cropping systems initiated in 1990 was used in this study to gain an insight into a complete greenhouse gas accounting of GWP and GHGI. The six fertilizer treatments included inorganic fertilizer [nitrogen and phosphorus fertilizer (NP), nitrogen and potassium fertilizer (NK), and balanced inorganic fertilizer (NPK)], combined inorganic/organic fertilizers at full and reduced rate (FOM and ROM), and no fertilizer application as a control. Methane (CH₄) and nitrous oxide (N₂O) fluxes were measured using static chamber method from November 2006 through October 2009, and the net ecosystem carbon balance was estimated by the changes in topsoil (0–20 cm) organic carbon (SOC) density over the 10‐year period 1999–2009. Long‐term fertilizer application significantly increased grain yields, except for no difference between the NK and control plots. Annual topsoil SOC sequestration rate was estimated to be 0.96 t C ha^?1 yr^?1 for the control and 1.01–1.43 t C ha^?1 yr^?1 for the fertilizer plots. Long‐term inorganic fertilizer application tended to increase CH₄ emissions during the flooded rice season and significantly increased N₂O emissions from drained soils during the nonrice season. Annual mean CH₄ emissions ranged from 621 kg CH₄ ha^?1 for the control to 1175 kg CH₄ ha^?1 for the FOM plots, 63–83% of which derived from the late‐rice season. Annual N₂O emission averaged 1.15–4.11 kg N₂O–N ha^?1 in the double rice‐cropping systems. Compared with the control, inorganic fertilizer application slightly increased the net annual GWPs, while they were remarkably increased by combined inorganic/organic fertilizer application. The GHGI was lowest for the NP and NPK plots and highest for the FOM and ROM plots. The results of this study suggest that agricultural economic viability and GHGs mitigation can be simultaneously achieved by balanced fertilizer application.     

日本长期不同施肥稻田N2O和CH4排放特征及其环境影响

观测了75年长期连续不施肥、施硫酸铵、施熟制水稻秸秆与豆饼混合堆肥、施绿肥苜蓿4种处理下日本单季稻田温室气体N₂O和CH₄的排放特征及其环境影响.结果表明： 在水稻生长季节,不同处理间N₂O排放无显著差异,但CH₄排放差异显著;长期连续施用有机肥虽然没有增加N₂O排放却促进了CH₄排放.各系统排放N₂O和CH₄所产生的累积全球增温潜势（GWP）以绿肥处理最大（310.7 g CO₂e·m^-2）,熟制有机堆肥次之（151g CO₂e·m^-2）,硫酸铵处理最小（60.6 g CO₂e·m^-2）.稻田系统的GWP主要来自CH₄排放,控制和减少稻田系统CH₄排放是稻田温室气体减排的核心问题.长期连续施用熟制有机堆肥既能增加土壤有机质,改善地力,满足水稻高产,又能实现CH₄减排,是实践中值得推荐的水稻生产模式.     

有机无机肥配施对双季稻轮作系统产量、温室气体排放和土壤养分的综合效应

本研究开展了连续3年(2017-2019年)的田间试验,通过设置不施肥(CK)、单施化肥(F)、等氮条件下有机肥配施化肥(FM)(有机肥全部于早稻季施用)3个处理,对双季稻轮作系统作物产量、土壤肥力进行分析,并连续2年(2018-2019年)对单施化肥和有机肥配施化肥处理的CH4和N20排放进行监测.结果表明:施肥可以...