不同水分管理对稻田土壤活性有机碳及碳排放的影响机制

稻田水分管理不仅事关粮食安全和水资源节约，而且影响着固碳减排目标的实现。目前关于水稻高产节水技术的研究和应用较多，而水分管理的改变对稻田土壤有机碳库及其稳定性的影响及机制研究仍不充分。本项目拟选用旱稻与水稻品种，采用传统淹灌、间歇灌溉、干旱栽培三种灌溉方式，组合成不同的水分管理模式，在大田条件下研究其对土壤碳（CO2、CH4）排放、土壤活性有机碳组分（DOC、ROC、MBC、POC）及其团聚体物理保护机制的影响；结合稻田环境因子及水稻生长的变化，明确其影响机制；揭示土壤活性有机碳组分变化与土壤碳排放的关系；通过模型分析预测不同水分管理模式对稻田土壤碳平衡的长期影响。为深入探讨土壤有机碳动态与农作系统过程关系、正确评价水分管理对稻田碳库稳定性的影响、寻求平衡高产、节水、固碳减排综合效应的水分管理措施提供依据。

为探明长江中游平原区节水灌溉技术对稻田温室气体排放、土壤有机碳的影响，综合评价其减排固碳、节水和水稻产量安全的协同效应，2012 -2014年在湖北省武穴市开展了大田试验。试验采用裂区设计，主区设置了传统淹灌(对照，CF)、湿润式间歇灌溉(FWI)、干旱式间歇灌溉(FDI)、旱作栽培(RFL)4种水分管理模式，副区为节水抗旱稻品种（HY3）和当地推广的杂交稻（FYY299）品种。结果表明：（1）在干旱年份（2013）RFL处理导致水稻产量明显下降，而在降水正常年份或多雨年份3个节水处理与CF产量差异不显著；节水处理显著提高了水分利用效率。在干旱年份HY3表现出了产量优势。（2）节水灌溉有效降低了土壤DOC，而显著提高了土壤MBC。（3）与CF相比，节水灌溉显著降低了CH4排放，FWI降低了15%~66%，FDI为41%~92%，RFL为53%~96%；节水灌溉显著提高了土壤CO2与N2O排放，FWI、FDI、RFL的CO2排放量依次增加了36%~65%，59%~115%，80%~137%； FWI、FDI、RFL处理N2O的排放量依次增加了35%~40%，43%~112%，101%~118%。（4）节水灌溉显著降低了温室气体的综合增温潜势(GWPs)，与CF相比，FWI、FDI、RFL的GWPs依次减少了27%，27%，25%。（5）节水灌溉改变了土壤理化性状而导致温室气体的排放的差异，最突出的贡献因子是土壤含水量、土壤DOC和土壤MBC。（6）节水灌溉模式对团聚体物理保护性有机碳组分的影响表现出组分及空间的差异性。与CF相比，各节水灌溉模式0-5cm土层自由颗粒有机碳(fPOC)、微团聚体内颗粒有机碳(iPOC)、团聚体内矿物结合态有机碳(s+c)m变化较小；而在5-15cm土层，节水灌溉模式对fPOC、iPOC的累积效应比CF差，但(s+c)m累积量显著高于CF。与HY3相比，在0-5cm土层内，FYY299容易导致iPOC的损失，而在5-15cm的土层内，FYY299对维持和累积fPOC、iPOC及(s+c)m均有明显的优势。（7）利用DNDC模型预测表明中长期内（0-20年）适度节水灌溉不会造成土壤SOC的下降，且FWI处理表现出了比CF更强的有机碳积累趋势。(8)在长江中游平原区FWI模式能够协同实现节水、固碳减排、维持产量，是一种安全的节水灌溉模式。