水稻覆膜-湿润节水种植模式的温室气体排放特征研究

与水稻传统种植模式（生长季连续淹水或淹水与烤田相结合的间歇灌溉）相比，水稻覆膜-湿润种植模式被认为既能节水又能提高产量，但其如何影响水稻生长季及全年的氧化亚氮（N2O）、甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2）净排放通量，迄今还未见报道，而关于这个问题的科学答案，又是评估能否将传统水稻种植模式改变为覆膜-湿润种植模式必不可少的依据。因此，本项目拟通过田间观测实验与实验室条件控制实验相结合的研究方法，对位于长江中游地区湖北省十堰市的覆膜-湿润水稻种植模式长期试验田进行观测研究，旨在明确覆膜-湿润种植模式和当地传统种植模式的温室气体排放年度动态特征及其年际变化，定量两种种植模式的温室气体排放差异，并阐明导致差异的生物地球化学过程与机理。研究成果将为中国及世界（IPCC）的温室气体排放因子数据库提供常规和覆膜-湿润灌溉条件下的实测排放因子，也为评估覆膜-湿润水稻种植模式可否大面积推广提供科学依据。

为保障粮食安全和保护珍贵的水资源，水稻覆膜-湿润节水种植（GCRPS）技术正在被运用到实际的水稻生产中。但是，与传统淹水种植模式相比，GCRPS改变了土壤的理化性质与环境状况，这势必会影响到土壤的生物地球化学过程及相应的温室气体甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）和二氧化碳（CO2）的排放。因此，本项目利用静态暗箱-气相色谱分析测定方法，对不同施肥条件下水稻传统种植模式和GCRPS的CH4、N2O和土壤异养呼吸（CO2）排放通量进行了周年测定以及净生态系统碳平衡的估算，旨在评估GCRPS对稻田净温室效应和水稻产量的影响。.试验共设6个施肥处理：在水稻传统种植模式田里，设置无氮肥对照（CNN）和施尿素150 kg N ha-1（CUN）两个处理；在GCRPS设置无氮肥（GNN），施尿素150 kg N ha-1（GUN），施鸡粪150 kg N ha-1 （GCM）和尿素（75 kg N ha-1）与鸡粪（75 kg N ha-1）配施（GUM）共计4个处理。基于对以上各处理水稻-休闲轮作系统的周年观测，结果表明，与水稻传统种植模式相比，GCRPS降低了69%的CH4年排放量，但却增加了约40%的N2O年排放量；对于土壤CO2年排放量而言，两者之间无明显差异。水稻传统种植模式的N2O年排放因子为1.52%，而GCRPS的N2O年排放因子介于0.087%到4.01%之间。此外，GCRPS的年净生态系统碳平衡值被估算为-1.33 Mg C ha-1 yr-1，其比水稻传统种植模式高约44%，这表明GCRPS具有减少稻田土壤碳损失的潜势。.综合考虑CH4、N2O和净生态系统碳平衡值的温室效应（以CO2当量计），水稻传统种植模式的净温室效应值为10.80-11.02 Mg CO2-eq ha-1 yr-1，而GCRPS的为3.05-9.37 Mg CO2-eq ha-1 yr-1；这表明GCRPS具有减少稻田净温室效应的可行性。在GCRPS条件下，GUM和GCM既降低了CH4和N2O的综合排放量又增加了稻田土壤固碳的能力，因而导致了最低的净温室效应值（3.05-5.00 Mg CO2-eq ha-1 yr-1）。另外，与水稻传统种植模式相比，GCRPS增加了约9%的水稻产量。总的来说，GCRPS尤其是该种植模式下施用有机肥处理既能保障水稻产量，又能有效地降低稻田的温室效应。