秸稈還田對稻麥生產(chǎn)力和農(nóng)田溫室氣體排放的影響.pdf

1、稻麥輪作種植是世界上種植面積最大的方式之一，達2400萬hm2，主要分布在東亞、南亞地區(qū)和中國。其中，中國的稻麥輪作種植主要分布在長江流域，種植面積達1050萬hm2。近年來，隨著高產(chǎn)品種的育成、栽培技術的提高以及無機化肥的施用，稻麥產(chǎn)量逐年提高。產(chǎn)量的提高除從土壤中帶走大量養(yǎng)分，也使秸稈總量不斷增加。秸稈還田是秸稈資源利用的一種有效方式。目前長江下游稻麥兩熟種植區(qū)中很多地區(qū)出現(xiàn)單季隔茬還田現(xiàn)象，但關于單季隔茬秸稈還田的作用缺乏系統(tǒng)研究

2、。為此，本研究通過在長江中下游稻麥輪作種植地區(qū)設置周年兩季秸稈連續(xù)還田(WR)、麥季水稻秸稈連續(xù)還田(R)、稻季小麥秸稈連續(xù)還田(W)定位試驗，以不還田處理(CK)為對照，系統(tǒng)研究了不同季別秸稈還田對土壤肥力、農(nóng)田溫室氣體排放、當季和后茬作物產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收和品質(zhì)的影響，并通過數(shù)值化評價方法綜合分析了稻麥兩熟制不同季別秸稈還田下的農(nóng)田生產(chǎn)力和環(huán)境效應。主要研究結(jié)果如下:
　　1、土壤肥力的動態(tài)變化特征
　　通過對3年6季定位時

3、間內(nèi)的土壤肥力進行動態(tài)觀測和析因分析，研究了水旱輪作下土壤肥力的動態(tài)變化特征及不同季別秸稈連續(xù)還田對土壤化學性狀的影響。結(jié)果表明，土壤pH、速效磷和速效鉀含量呈現(xiàn)“波浪式”的變化特征。土壤pH在水旱輪作下呈現(xiàn)出小麥收獲后下降水稻收獲后升高的變化特征，而土壤速效磷和速效鉀含量季節(jié)間變化動態(tài)與土壤pH變化趨勢相反。秸稈連續(xù)還田對土壤有機質(zhì)、全氮、速效氮和速效鉀有明顯的增加效應。小麥秸稈連續(xù)還田顯著增加了土壤有機質(zhì)、全氮、銨態(tài)氮、速效鉀含量，

4、而水稻秸稈連續(xù)還田顯著增加了土壤有機質(zhì)、全氮、速效鉀含量。水稻秸稈和小麥秸稈間僅對土壤有機質(zhì)含量的增加存在交互效應。
　　2、作物產(chǎn)量
　　水稻秸稈還田對周年作物產(chǎn)量存在明顯的負影響效應，且主要是由還田當季小麥產(chǎn)量的降低引起的。小麥秸稈還田對小麥和水稻產(chǎn)量均有一定的增產(chǎn)效應。兩種秸稈對產(chǎn)量影響的交互效應不顯著。穗粒結(jié)構和通徑分析結(jié)果均表明，秸稈還田主要通過影響穗數(shù)來影響小麥產(chǎn)量;而水稻產(chǎn)量則主要受穗數(shù)和穗粒數(shù)的共同影響。

5、r>　　3、養(yǎng)分吸收
　　水稻秸稈還田降低當季小麥氮素吸收;對后茬水稻植株氮素吸收的影響，則隨定位試驗延長，表現(xiàn)出明顯的增加效應。小麥秸稈還田對當季水稻植株的氮素吸收影響不顯著;而對后茬小麥植株的氮素吸收則均表現(xiàn)出一定的增加效應。兩種秸稈對水稻植株氮素吸收的交互作用不顯著。
　　水稻植株的磷含量高于小麥植株。不同季別秸稈還田下稻麥群體磷素吸收量均較低，且對其未表現(xiàn)出顯著影響，不同處理間差異規(guī)律性不明顯。這可能是由于秸稈還田對

6、土壤磷素影響較小，且植株磷含量較低（0.2-0.3％）造成的。
　　秸稈還田增加了作物的鉀含量。從鉀素吸收量結(jié)果看，水稻秸稈降低了還田當季小麥植株鉀素吸收，但促進了后茬水稻對鉀素吸收;小麥秸稈對還田當季和后茬作物的鉀素吸收均表現(xiàn)出一定的增加效應;水稻秸稈和小麥秸稈對鉀素吸收影響的交互效應并不顯著。結(jié)果表明，水稻秸稈還田下小麥鉀吸收量的減少是由群體生物量降低引起的。
　　4、作物品質(zhì)
　　不同秸稈還田方式對稻米外觀品質(zhì)和

7、加工品質(zhì)均無顯著影響。小麥秸稈連續(xù)還田三年后支鏈淀粉含量和支直比均有增加趨勢，而球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白和總蛋白含量則下降;此外，稻米淀粉的最高粘度、冷膠粘度和崩解值均顯著提高，而糊化溫度有所降低。水稻秸稈連續(xù)還田對稻米品質(zhì)的影響效應與小麥秸稈還田趨勢相反。小麥秸稈和水稻秸稈對稻米品質(zhì)影響的交互效應并不顯著。結(jié)果說明，小麥秸稈還田有提高稻米蒸煮食味品質(zhì)的趨勢。
　　不同秸稈連續(xù)還田3年后對小麥籽粒外觀品質(zhì)未表現(xiàn)出顯著影響。水稻秸稈

8、連續(xù)還田3年后降低了小麥籽粒粗蛋白、干濕面筋含量，增加了籽粒淀粉含量;而小麥秸稈連續(xù)還田對小麥品質(zhì)的影響與水稻秸稈還田影響趨勢相反。兩秸稈的交互效應不顯著，其在小麥籽粒粗蛋白和淀粉含量上的表現(xiàn)與水稻秸稈還田處理趨勢相同，但在干濕面筋含量上則表現(xiàn)出與前茬小麥秸稈還田處理趨勢相同。
　　5、溫室氣體排放
　　稻麥輪作稻田的N2O季節(jié)排放量相對較低，處理間差異并不顯著。CH4排放結(jié)果表明，稻田系統(tǒng)的CH4排放主要集中在移栽至移栽后

9、的30-35d內(nèi)，小麥秸稈還田顯著增加了稻田CH4的排放通量。此外，周年兩季秸稈連續(xù)還田具有與小麥秸稈連續(xù)還田相同的增加效應。水稻秸稈連續(xù)還田處理有降低稻田系統(tǒng)CH4排放的趨勢。
　　稻麥輪作旱作麥田CH4排放較少，處理間差異不顯著，且周年兩季連續(xù)還田和小麥秸稈連續(xù)還田處理表現(xiàn)出微弱的碳源效應，而水稻秸稈連續(xù)還田和不還田處理則表現(xiàn)出微弱的碳匯效應。N2O排放結(jié)果表明，小麥播種后在拔節(jié)、孕穗期追施氮肥后出現(xiàn)兩個明顯的N2O排放峰。稻

10、田秸稈施用能夠減少后季麥田的N2O排放，稻秸當季還田(WR、R)有增加麥田系統(tǒng)N2O排放的趨勢，處理間排放差異不顯著。
　　6、周年農(nóng)田生產(chǎn)力和溫室氣體排放的綜合評價
　　從土壤肥力的綜合得分來看，不同季別還田方式麥后、稻后土壤肥力綜合評價得分的平均值表現(xiàn)為:WR＞R＞W(wǎng)＞CK。而周年產(chǎn)量生產(chǎn)力結(jié)果表明，小麥秸稈還田有利于產(chǎn)量生產(chǎn)力的增加;但水稻秸稈還田則由于對小麥產(chǎn)量的負影響而不利于周年產(chǎn)量生產(chǎn)力的提高。此外，稻麥周年農(nóng)田

11、系統(tǒng)全球增溫潛勢結(jié)果表明，周年兩季還田和小麥秸稈還田處理對農(nóng)田溫室效應表現(xiàn)為一定的增加趨勢，而水稻秸稈還田處理在20a尺度上表現(xiàn)為一定的降低效應，在500a尺度上則表現(xiàn)為較弱的增加效應。不同處理間周年溫室效應差異主要是由稻田CH4排放引起的。
　　以上結(jié)果說明，秸稈還田有利于維持土壤耕地現(xiàn)實持續(xù)生產(chǎn)力，并且周年兩季還田的效應最為明顯;從提高周年產(chǎn)量生產(chǎn)力角度，小麥秸稈還田容易實現(xiàn)稻麥持續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn);而從環(huán)境效益的角度來看，水稻秸稈還