水稻覆膜旱作节水、防污和减排温室气体的效应与机理

与淹水种植相比，水稻覆膜旱作后，耗水量大大降低，但土壤水分状况和氧化还原电位的改变，将导致根系形态与分布、根系吸收功能、养分形态、温室气体排放等发生一系列变化。本研究以淹水水稻生产体系为对照，以覆膜旱作稻田的土壤水氮运移和转化为主线，以提高水氮利用效率、降低水稻生产耗水量（节水）、削减稻田氮素流失（防污）和温室气体排放（减排）为目标，通过综合性田间实验、长期定位实验和系列水培土培实验，采用多学科交叉、理论分析、数值模拟的方法，研究覆膜旱作水稻生产体系中：①根系分布与吸水特征，水分胁迫响应机制与节水机理，需水耗水与土壤水分运移规律；②根系吸氮与氮素营养特征，土壤氮素运移转化与深层渗漏规律；③温室气体CH4和N2O的排放机理及净温室效应，土壤有机碳氮储量与组分的变化规律。据此，提出覆膜旱作水稻的科学灌溉施肥管理技术模式，为水稻节水旱作体系在生产实际中的进一步推广应用提供可靠的科学依据。

节水稻作生产体系广受关注，其中的水稻覆膜旱作技术具有显著的节水、省肥、增产、抑制杂草和减排温室气体等优势，被认为是水资源紧缺地区实现节水、减排、增效和农业可持续发展的关键举措之一，已在我国部分稻区得到了一定程度的推广应用。鉴于该模式提出的时间较短，关于其中水分、养分的运移机理及其对作物生长和环境的影响机制尚不清楚，开展水稻覆膜旱作的节水、防污、减排效应与机理研究具有重要的理论意义与实用价值。.本研究以传统淹水水稻种植为对照，通过室内实验、田间试验、区域调查和数值模拟等方法，探索了水稻覆膜旱作的节水、防污、减排效应和机理，取得主要结果如下：（1）覆膜水稻全生育期蒸腾耗水500-700mm，略低于淹水（生理节水），扬花期前后最大；由于深层渗漏和水面蒸发减少（生态节水），覆膜可节约灌溉用水62-86%，提高总水分利用效率约1倍、灌溉水分利用效率6倍以上。（2）覆膜旱作及应用可降解膜和氮肥分次施用等措施均可显著提高籽粒产量和氮素利用效率；有机无机肥配施可有效解决覆膜水稻前期生长过旺、后期生长缓慢问题。（3）覆膜导致各土层铵态氮含量明显增加，覆膜旱作则大大减慢了硝态氮淋洗速度，使其主要累积在40-60 cm，覆膜稻田氮素径流总损失仅1-1.5 kgN ha-1；构建的覆膜旱作稻田土壤水热碳氮动态模拟模型可较好地模拟水氮运移及其对作物生长的影响，经改进的CERES-Rice模型也可较好地模拟覆膜水稻生长规律。（4）与淹水相比，覆膜稻田CH4排放强度和季节排放总量显著降低，而N2O则显著增高，但总的净温室效应更低；有机无机肥配施可有效降低覆膜处理N2O的排放；覆膜栽培显著提高了土壤有机碳氮储量，可保证稻田的稳定性和其可持续利用。（5）科学合理的水分管理（保持厢面无水层）和施肥模式（有机无机肥配施、施用包膜尿素及在应用可降解膜后分次施用氮肥等）是保证覆膜水稻增产的关键措施。