水肥运筹对黑龙江省稻田CH4和N2O排放影响的研究

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CH4和N2O是稻田排放的两种重要温室气体,减少稻田温室气体的排放对缓解全球气候变暖起着至关重要作用。黑龙江省是我国重要的商品粮生产基地,生产上为追求提高水稻产量,盲目施用氮肥和采用常规淹灌导致稻田温室气体排放增加,水氮利用率低和温室气体排放已经成为生产上亟待解决的问题。水分和氮素是影响稻田温室气体排放的两个重要因素,本研究通过寻求合理的水氮运筹方式,从而达到减缓CH4和N2O排放的效果。本研究采用田间试验方法,以粳稻品种龙稻21为试验材料,双因素裂区设计,设置控水灌溉(W1)、间歇灌溉(W2)、淹水灌溉(W3)三种水分管理模式和六种施氮水平(0、60、80、100、120、140 kg·hm-2)。通过研究不同水氮管理下稻田CH4和N2O排放规律,明确水分管理、氮肥管理及水氮互作对稻田CH4和N2O排放的影响。结合水稻产量效应,初步筛选出环境友好型水氮运筹模式。试验结果如下:(1)节水灌溉(W1、W2)和氮肥增施抑制稻田CH4的排放。在水稻生育期内CH4排放呈单峰曲线变化,分蘖期达到峰值。CH4的排放主要集中在分蘖期和拔节孕穗期这两个生育时期。与淹水灌溉(W3)相比,控水灌溉(W1)的CH4季节累积排放量减少11.35%29.94%,间歇灌溉(W2)减少19.73%30.02%;同一水分管理模式下,高氮(N4、N5)处理CH4季节累积排放量低于中氮(N3)、低氮(N1、N2)和无氮(N0)处理。(2)节水灌溉(W1、W2)和氮肥增施促进稻田N2O的排放。在水稻生育期内,N2O的排放在拔节孕穗期达到峰值,且排放主要集中在这个时期。与淹水灌溉(W3)相比,控水灌溉(W1)的N2O季节累积排放量增加16.09%42.41%,间歇灌溉(W2)增加77.01%127.20%;同一水分管理模式下,N2O的季节累积排放量随氮肥施用量增加而增加,当施氮量超过120kg·hm-2(N4),N2O排放降低。(3)节水灌溉模式(W1、W2)配合施用适量氮肥提高水稻产量。相同氮肥条件下,水稻产量表现为间歇灌溉(W2)>控水灌溉(W1)>淹水灌溉(W3),与淹水灌溉(W3)相比,间歇灌溉(W2)增产5.91%12.67%;相同水分管理模式下,水稻产量随施氮量增加而增加,但当氮肥施用量高于120 kg·hm-2(N4),水稻产量呈下降趋势;水氮互作通过改变有效分蘖和穗粒数影响水稻产量。秸秆产量与水稻籽粒产量变化规律相同,收获指数无明显规律性。(4)节水灌溉模式(W1、W2)配合氮肥增施降低稻田的综合全球增温潜势。稻田排放CH4所产生的温室效应对综合全球增温潜势的贡献率较高,占全球增温潜势的97.85%99.50%,N2O仅占0.50%2.15%;与淹水灌溉(W3)相比,控水灌溉(W1)的综合全球增温潜势降低11.12%29.52%,间歇灌溉(W2)降低18.68%29.38%;在同一水分管理模式下,施氮处理的综合全球增温潜势随氮肥施用量的增加而降低。不同处理单位产量的全球增温潜势与综合全球增温潜势的规律特征相似。(5)综合考虑水稻产量效应、综合全球增温潜势和单位产量的全球增温潜势三种指标,本研究得出:采用间歇灌溉、施氮量120 kg·hm-2(W2N4)为黑龙江省稻田CH4和N2O减排的最佳水肥管理措施。
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