南方稻田多熟制种植模式对农田土壤有机碳和系统净碳平衡影响研究

It is an important way to promote the production of grain and oil in our country by making full use of the adequate source of light, heat, and water in southern paddy and developing multiple cropping system. Crop production is closely related to climate change and soil quality, whereas soil organic carbon is an important guarantee for soil fertility and soil quality, and is the basis for maintaining sustainable production. In the context of combating climate change, promoting soil carbon and reducing carbon emission is one of the most important goals of agricultural production. Currently little has been done to research the effect of multiple cropping on soil organic carbon pool and the evaluation of the system’s carbon sequestration potential. In this research 5 kinds of multiple cropping system will be studied, including rice-rice-rape, rice-rice-potato, rice-rice-green manure, rice –rape, and double rice system. The dynamic of total organic carbon (TOC), labile organic carbon (LOC) and microbial organic carbon (MBC) will be tested to ascertain the effects of multiple cropping modes on soil carbon pool, soil aggregate and aggregate associated organic carbon also will be tested to analyze the mechanism of multiple cropping on soil carbon pool; Simultaneous the emission of greenhouse gas will be determined, carbon fixation and carbon emissions be calculated to evaluate the system’s net carbon balance, in order to provide a theoretical basis for the promotion of multiple cropping in the southern paddy system.

利用南方稻田充足的光温水条件，发展多熟制种植是促进国家粮油生产的重要途径。作物生产与气候变化、土壤质量密切相关，而土壤有机碳是土壤肥力和土壤质量的重要保障，是维持土壤可持续生产的基础。在应对气候变化的背景下，促进土壤固碳，减少碳排放是农业生产的重要目标之一。目前关于南方稻田多熟制种植对土壤有机碳库影响和系统固碳潜力评价的研究很少。本研究以稻稻油、稻稻薯、稻稻肥、稻油、稻稻5种多熟制种植模式为对象，监测各种植模式下土壤总有机碳、活性有机碳、微生物量碳的变化以探明不同多熟制种植模式对土壤碳库的影响，并测定土壤团聚体及其结合态有机碳以分析不同多熟制种植模式对土壤碳库的影响机理；同时测定温室气体的排放，通过对系统碳固定和碳排放进行计算对系统净碳平衡进行评价,以期为推广南方稻田多熟制种植模式提供理论依据。

本项目通过冬闲季种植油菜、黑麦草、紫云英、马铃薯等作物，形成稻稻油、稻稻草、稻稻肥、稻稻薯和稻稻闲4种多熟制模式为研究对象，以稻稻闲为对照，研究了不同多熟制种植模式对土壤有机碳库、温室气体排放以及系统碳平衡的影响。结果表明：.（1）稻田多熟制种植秸秆还田不同程度地增加了土壤有机碳含量。与对照相比，冬季作物秸秆还田使SOC含量增加1%~8%，各处理早稻收获季SOC含量依次为稻稻薯＞稻稻草＞稻稻肥＞稻稻油＞稻稻闲。稻稻油、稻稻草、稻稻肥处理促进土壤活性有机碳含量的增加，早稻增加16.2%~84.2%，晚稻增加24.4%~28.1%，其中以油菜、黑麦草的效果最为明显。.（2）稻田多熟制种植秸秆还田提高了土壤温室气体的排放。与稻稻闲相比，冬种作物处理周年的CH4排放量增加4.20%~145.66%，CO2排放量增加5.85%~27.60%。4种稻田多熟制种植中，稻稻草的CH4排放量和CO2排放量均最高，稻稻肥和稻稻油次之，稻稻薯处于最低水平。试验期间N2O的排放量整体较低，4种多熟制模式中，稻稻油和稻稻薯处理的N2O排放量比对照有所增加，增幅为7.43% 和6.42%。各处理的产量温室气体排放强度依次为稻稻草（2.63）>稻稻肥（1.98）>稻稻油（1.30）>稻稻闲（1.19）>稻稻薯（1.14），其中稻稻薯处理温室气体排放强度显著低于其他处理，表明稻稻薯能在一定程度上降低温室气体排放强度。.（3）稻田多熟制种植提高了系统周年的碳固定量，但同时也增加了碳输出量。与稻稻闲相比，各多熟制种植模式的系统总固碳量增加19%~36%，系统总碳输出量增加 1%~49%。在碳输出项中，甲烷排放所占比重最大，其次是土壤呼吸。经系统净碳平衡评价发现各种模式的稻田系统均为碳源系统，其中稻稻草、稻稻肥和稻稻油的系统净碳排放值比对照依次增加 96%、46%、39%，而稻稻薯则比对照降低 69%。表明在冬种黑麦草、紫云英、油菜和马铃薯 4 种模式中，稻稻薯是最有利于稻田系统固碳减排放的多熟制种植模式。