土壤耕作与秸秆还田对江西双季稻产量和温室气体排放的影响

【摘要】：水稻是我国最主要的粮食作物之一,60%以上的人口以稻米为主食。稻田是农业环境中CH4排放的重要来源,约占全球人为排放量的1/4。如何在持续提升水稻产量的同时,减少农田温室气体的排放,实现高产低碳稻作已经成为亟待解决的重要科学问题和生产技术。已有研究表明,土壤耕作措施和秸秆还田均可以影响稻田温室气体排放,但对其交互效应尚不明确。因此,本文以我国主要的水稻生产区域-双季稻区为研究对象,开展了不同耕作方式和秸秆还田方式对双季稻区水稻生产力和稻田温室气体排放影响的研究,同时在100年的尺度上评价不同处理下稻田的周年温室效应。主要研究结论如下:(1)与翻耕相比,旋耕条件下早稻和晚稻的产量均较高,但差异不显著;秸秆还田显著提高早稻和晚稻的产量。水稻产量的高低主要取决于有效穗数和穗粒数。其中,晚稻产量主要受穗粒数的影响,与翻耕秸秆全量还田相比,翻耕根茬还田、旋耕根茬还田和旋耕秸秆全量还田处理下的穗粒数分别高出7.9%、23.9%和10.6%;早稻产量则主要受有效穗数的影响,与旋耕秸秆全量还田相比,翻耕根茬还田、翻耕秸秆全量还田和旋耕根茬还田处理有效穗数分别高出约13.7%、6.2%和21.6%。(2)秸秆还田显著增加了早稻和晚稻稻田CH4的排放,但降低了冬闲期CH4的排放。与旋耕相比,翻耕显著降低了两季水稻稻田CH4的排放,但对N2O的影响不显著。早稻和晚稻稻田CH4排放均呈现出双峰的趋势,但第一个峰值出现时间有所不同,晚稻峰值出现在分蘖盛期,而早稻峰值出现略晚。与根茬还田相比,翻耕方式下晚稻季、冬闲和早稻季秸秆换全量还田下CH4排放量分别增加了47.3%、26.1%、5.4%,旋耕方式下则分别增加了39.7%、7.1%、6.1%。与旋耕相比,根茬还田下晚稻季、冬闲、早稻季翻耕处理的CH4排放分别降低了96.1%、45.4%、30.0%;而秸秆全量还田下则分别降低了约86.0%、82.7%和30.8%。(3)在100年尺度上,CH4的排放量决定全球增温潜势(GWP)。本研究中,GWP呈现出和CH4累积排放量一样的趋势,即秸秆全量还田大于根茬还田,旋耕大于翻耕,且差异均达到显著水平。稻田温室气体排放强度(GHGI)由产量和GWP共同决定。GHGI在晚稻季趋势与GWP一致,而早稻季差异不显著。周年效应上,由于冬闲期CH4排放量较低,故GWP与CH4排放趋势一致,即秸秆全量还田显著大于根茬还田,旋耕显著大于翻耕。由于翻耕+根插还田处理中晚稻产量低,所以在翻耕秸秆全量还田处理中周年GHGI最低。因此,对于双季稻区而言,在翻耕方式下进行秸秆全量还田是一种较好的高产低碳稻作措施。 【关键词】：气候变化 粮食安全 双季稻 产量 CH4 N2O 温室效应
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S511.42;S181
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第一章 引言11-18
• 1.1 研究目的和意义11-12
• 1.2 耕作方式对水稻产量和稻田温室气体排放的影响12-14
• 1.2.1 耕作方式对水稻产量的影响12-13
• 1.2.2 耕作方式对稻田温室气体排放的影响13-14
• 1.3 秸秆还田对水稻产量和稻田温室气体排放的影响14-16
• 1.3.1 秸秆还田对水稻产量的影响14-16
• 1.3.2 秸秆还田对稻田温室气体排放的影响16
• 1.4 研究内容及技术路线16-18
• 1.4.1 研究内容16-17
• 1.4.2 技术路线17-18
• 第二章 试验材料与方法18-21
• 2.1 试验地情况18
• 2.2 试验设计18
• 2.3 田间管理18-19
• 2.4 测定项目与方法19-20
• 2.4.1 产量及产量构成19
• 2.4.2 干物质19
• 2.4.3 氮素吸收效率19
• 2.4.4 CH_4与N_2O排放的监测19-20
• 2.5 试验数据处理及统计分析20-21
• 第三章 结果与分析21-37
• 3.1 植株群体生长特性21-25
• 3.1.1 生育期21
• 3.1.2 产量与产量结构21-22
• 3.1.3 干物质积累22-23
• 3.1.4 氮素利用效率23-25
• 3.2 不同耕作与秸秆还田方式对CH4排放的影响25-30
• 3.2.1 CH_4的排放通量25-27
• 3.2.2 不同生育阶段甲烷累积排放量27-29
• 3.2.3 环境因子对甲烷排放的影响29-30
• 3.2.4 方差分析30
• 3.3 不同耕作与秸秆还田方式对N_2O排放的影响30-35
• 3.3.1 N_2O的排放通量30-33
• 3.3.2 不同生育阶段N_2O累积排放量33-34
• 3.3.3 方差分析34-35
• 3.4 综合温室效应35-37
• 3.4.1 全球增温潜势（GWP）及排放强度（GHGI）35-36
• 3.4.2 周年产量及温室效应36-37
• 第四章 全文讨论与结论37-42
• 4.1 全文讨论37-40
• 4.1.1 不同耕作方式和秸秆还田方式对水稻生产力的影响37
• 4.1.2 不同耕作方式和秸秆还田方式对稻田温室气体排放的影响37-39
• 4.1.3 不同耕作方式和秸秆还田方式对综合温室效应的影响39-40
• 4.2 全文结论40
• 4.3 研究展望40-42
• 参考文献42-48
• 致谢48-49
• 作者简历49

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