增密減氮對(duì)東北水稻產(chǎn)量和氮肥效率及溫室氣體排放的影響.pdf

1、水稻是我國(guó)最主要的口糧作物，在糧食需求不斷增加、全球變暖、資源短缺、環(huán)境污染等問(wèn)題的多重挑戰(zhàn)下，水稻單產(chǎn)的持續(xù)增長(zhǎng)是確保國(guó)家糧食安全的根本出路。中國(guó)是世界上碳排放總量最高的國(guó)家，稻田是溫室氣體甲烷(CH4)和氧化亞氮(N2O)的重要排放源，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，創(chuàng)建高產(chǎn)低碳稻作新技術(shù)，符合國(guó)家“確?？诩Z絕對(duì)安全”的戰(zhàn)略需求，以及“資源高效與環(huán)境友好型”的農(nóng)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型方向，對(duì)我國(guó)保障糧食安全和應(yīng)對(duì)氣候變化具有重要意義。近年來(lái)由于農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力成本

2、快速上升，人工插秧?xiàng)l件下水稻種植趨于稀植化;另外，由于機(jī)具設(shè)計(jì)及農(nóng)機(jī)農(nóng)藝銜接問(wèn)題，機(jī)插秧的密度也偏低。稀植條件下，為了促進(jìn)水稻分蘗，我國(guó)稻田前期過(guò)量施氮十分普遍。然而，最近相關(guān)研究表明，在低密度下前期施用大量氮肥，不僅存在后期倒伏早衰的減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，而且前期肥料利用率低，導(dǎo)致非常嚴(yán)重的環(huán)境污染和稻田溫室氣體排放增加等問(wèn)題。
　　因此，在前人的研究基礎(chǔ)上，通過(guò)總結(jié)歸納，我們提出了增加密度、減少基蘗肥、保證穗肥的“增密減氮”稻作模式。東北

3、是我國(guó)最重要的稻作區(qū)之一，2013年?yáng)|北三省水稻種植面積和總產(chǎn)量分別占全國(guó)的15.0％和16.2％。目前東北地區(qū)水稻稀植高氮栽培較為普遍，由此導(dǎo)致一定的減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)和日益嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。為此，本研究在位于東北單季稻區(qū)的遼寧省沈陽(yáng)市，于2012和2013年進(jìn)行不同品種的增密減氮模式試驗(yàn)，以常規(guī)高產(chǎn)模式(CK)為對(duì)照，設(shè)置4個(gè)不同增密減氮幅度的稻作模式(DR)，以全面比較分析增密減氮措施對(duì)水稻產(chǎn)量、氮肥效率和稻田溫室氣體排放的影響，探尋水稻高產(chǎn)

4、、氮肥高效與環(huán)境友好的增密減氮稻作優(yōu)化模式。同時(shí)在2013年設(shè)置種植密度和基蘗肥施氮量的兩因素試驗(yàn)，以進(jìn)一步探討增密減氮模式的效用機(jī)制，擬為我國(guó)東北水稻高產(chǎn)、資源高效和環(huán)境友好的稻作新模式創(chuàng)建提供理論與技術(shù)支撐。主要研究結(jié)果如下:
　　1、適度增密減氮可獲得與CK相當(dāng)甚至更高的水稻單產(chǎn)。在基本苗提高和基蘗肥施氮量減少各30％左右(DR1和DR2)下，水稻產(chǎn)量可達(dá)CK的97.2％～107.4％。與CK相比，DR1和DR2雖然會(huì)小幅降

5、低穗數(shù)，但提高了結(jié)實(shí)率和千粒重，且穗粒數(shù)差異不顯著，因此可保持產(chǎn)量穩(wěn)定甚至提高。但是，增密減氮幅度過(guò)高，將顯著降低穗數(shù)，導(dǎo)致減產(chǎn)。密度與施肥的兩因素試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，增密可以部分彌補(bǔ)減氮所引起的穗數(shù)減少，但不影響穗粒數(shù)、千粒重和結(jié)實(shí)率，所以穩(wěn)產(chǎn);而在常規(guī)氮處理下，增密雖然可增加穗數(shù)，但會(huì)降低穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率，因此不增加單產(chǎn)。
　　2、適度增密減氮可以提高水稻群體質(zhì)量，提高物質(zhì)生產(chǎn)效率。與CK相比，DR1和DR2可獲得較高的葉面積指數(shù)和地上部

6、生物量，并提高了成穗率和粒葉比，且不影響葉片SPAD值，改善了群體質(zhì)量，提高了收獲指數(shù)。與常規(guī)密度相比，增密可提高減氮處理的群體莖蘗數(shù)、葉面積指數(shù)和地上部生物量，保證了群體的大小。與常規(guī)氮處理相比，減氮可降低各密度處理的高峰苗數(shù)，并提高群體成穗率和粒葉比，使得群體結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化。
　　3、適度增密減氮可以提高氮肥利用效率。與CK相比，DR1和DR2提高了產(chǎn)量，同時(shí)大幅度降低了氮肥用量，因此顯著提高水稻氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥偏生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)

7、了水稻高產(chǎn)與資源高效的協(xié)調(diào)。與CK相比，增密減氮模式還顯著提高水稻氮素回收效率，并降低土壤NH4-N和NO3-N濃度，減少了氮素的流失;同時(shí)也提高了植株氮素收獲指數(shù)、氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率和籽粒生產(chǎn)效率。由于減少了前期氮肥用量，增密減氮模式顯著降低了分蘗期植株氮含量和氮積累量。相同的穗肥施入后，增密減氮模式植株氮含量和氮積累量仍然小于CK，但下降幅度較分蘗期明顯縮小。增密減氮模式對(duì)穗和葉的氮含量和氮積累量的影響小于莖。與常規(guī)密度相比，增密在

8、減氮處理下可以增產(chǎn)，并促進(jìn)植株對(duì)氮素的吸收，因此可提高氮肥利用效率。與常規(guī)氮處理相比，減少基蘗肥施氮量，間接增加了穗肥比重，也利于氮肥利用效率的提高。
　　4、增密減氮模式不影響水稻生長(zhǎng)季稻田CH4和N2O排放動(dòng)態(tài)。與CK相比，增密減氮模式趨于降低稻田CH4排放，且顯著降低稻田N2O排放。密度與氮肥兩因子試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，密度對(duì)稻田CH4和N2O排放的影響不顯著。但是，與常規(guī)氮處理相比，減氮趨于降低稻田CH4排放，且顯著降低稻田N2O排放

9、。CH4是稻田溫室效應(yīng)的主要貢獻(xiàn)者，占稻田溫室氣體排放總量(GWP)的92.7％～98.8％，因此，增密減氮模式導(dǎo)致稻田GWP的下降。增密和減氮對(duì)GWP的影響和CH4類似。與CK相比，DR1和DR2單位產(chǎn)量GWP下降7.0％～17.0％;而增密減氮幅度過(guò)高，由于產(chǎn)量下降，會(huì)導(dǎo)致單位產(chǎn)量GWP的上升。與常規(guī)密度相比，增密對(duì)單位產(chǎn)量GWP無(wú)顯著影響。與常規(guī)氮處理相比，減氮導(dǎo)致單位產(chǎn)量GWP的顯著下降。
　　5、密度和氮肥主要通過(guò)調(diào)控水

10、稻地下過(guò)程來(lái)影響溫室氣體排放。與常規(guī)密度相比，增密趨于提高水稻根系生物量，但對(duì)根際土壤可溶性碳、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮濃度的影響不顯著，同時(shí)也不影響根際土壤CH4產(chǎn)生潛力和氧化潛力。與常規(guī)氮處理相比，減氮顯著降低各時(shí)期根系生物量和土壤可溶性碳濃度，并顯著降低抽穗前的土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮濃度，但不影響抽穗后的土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮濃度。減氮只顯著降低CH4排放高峰時(shí)期的土壤CH4產(chǎn)生潛力，而不顯著影響其他時(shí)期的土壤CH4產(chǎn)生潛力和各時(shí)期的土壤CH4氧化

11、潛力，所以減氮導(dǎo)致CH4排放的下降。綜合來(lái)看，增密對(duì)稻田CH4排放的影響很小，減氮是增密減氮模式降低CH4排放的主要原因。與常規(guī)氮處理相比，減氮會(huì)導(dǎo)致根際土壤NH4-N和NO3-N濃度的下降，進(jìn)而減少硝化和反硝化細(xì)菌的氮素供應(yīng)，因此增密減氮模式顯著降低N2O排放。
　　6、增密減氮稻作利于水稻豐產(chǎn)和稻田減排。稻田CH4排放占水稻生長(zhǎng)季碳足跡的56.1％～91.6％，是東北單季稻區(qū)水稻碳足跡的第一大來(lái)源，氮肥投入和灌溉用電所導(dǎo)致的間

12、接碳排放也是水稻碳足跡的重要來(lái)源。因此，降低稻田生產(chǎn)碳排放要以降低稻田CH4排放為主，同時(shí)減少氮肥使用，并采用節(jié)水灌溉。與CK相比，增密減氮模式降低水稻碳足跡，其主要原因是減氮降低了稻田溫室氣體排放和化肥氮施用導(dǎo)致的間接碳排放，而增密對(duì)碳足跡無(wú)顯著影響。所有模式中，DR1和DR2的碳排放強(qiáng)度最低，比CK分別下降8.5％和12.4％。綜上所述，在東北目前的高產(chǎn)栽培水平下，基本苗提高和基蘗肥施氮量減少各30％左右，可實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)、氮肥高效和