中国农田固碳减排发展现状及其战略对策

自20世纪80年代以来,农田固碳减排的动态变化日益成为全球的研究热点,它对于正确评价农业产业对全球气候变化的影响具有重要的理论意义。采取农业分区的方法,将我国划分为4个不同的农业区,并从区域植被覆盖、地理气候、品种、土壤性质、种植制度和施肥情况等方面,综合分析了各区域农田固碳减排的基本现状。通过对我国农田固碳减排的各个影响因素进行系统阐述,探明了耕作措施、水田种植面积、秸秆还田、施肥情况、轮作制度、土地利用方式和农田生态系统等是影响我国农田固碳减排的主要关键因素。同时,针对目前我国农田固碳减排的基本状况,提出了适合我国农田固碳减排的主要对策。文章认为,应从加强农田碳循环和土壤碳汇效应、合理调整农田土地利用结构、加强农田管理技术体系创新、加强农田生物固碳减排技术研究和注重降低农业生产温室气体的排放等方面开展系统研究,从而进一步增强农田的土壤固碳能力和减少温室气体的排放,达到我国农田固碳减排的最终目的。     

不同施肥处理对红壤晚稻田CH_4排放的影响

选取不同施肥处理的双季稻田为研究对象,采用静态箱-气相色谱法对晚稻田CH4排放通量进行观测。结果表明,与不施肥对照(T1)相比,各施肥处理CH4排放通量均有不同程度增加。其中秸秆还田+化肥处理(T5)CH4平均排放通量为9.96mg.m-2.h-1,比增氮磷施肥处理(T4)和对照分别增加26.1%和120.0%;平衡施肥处理(T2)和减氮磷施肥处理(T3)CH4平均排放通量比对照增加20%左右。说明施化肥可能提高水稻植株运输能力,进而增加CH4排放,但并未发现施化肥处理(T1、T2、T3和T4)之间CH4排放存在显著差异。同时对相关环境因素的分析表明,各处理CH4排放通量与土壤5cm深处温度间存在指数函数关系,并与田间水层厚度呈正相关关系(P<0.05)。综合考虑温室效应和稻谷产量,认为T2为推荐施肥方式,即N、P2O5和K2O施用量分别为180、90和135kg.hm-2,在插秧前1d施入占总N量70%的碳铵和全部磷肥、钾肥(过磷酸钙和氯化钾)作为基肥,并在分蘖期(2008年7月19日)追施占总N量30%的尿素。     

稻草及稻草循环利用后的废弃物还田效益研究

本文针对中南丘陵水稻产区农田稻草经过稻草直接还田(鲜稻草)、稻草过腹还田(新鲜牛粪)、稻草栽培食用菌后还田(新鲜菌渣)、稻草产沼气后还田(新鲜沼渣)等几种主要的循环利用方式后的废弃物还田,结合化肥配施对水稻产量及土壤基本理化性状影响的研究,以期寻找一种既能达到有机废弃物的循环再利用,改善生态环境,又能够改良土壤理化性状并达到水稻丰产的目的.试验结果显示:相对于常规的化肥施用,几种有机废弃物还田加化肥配施均有利于土壤有机质(1.71%～6.98%),碱解氮(4.30%～15.05%),有效磷(11.22%～21.43%)等养分的提高;增加了土壤团聚体R0.25(干筛6.60%～8.74%,湿筛2.64%～45.06%)、平均质量直径(干筛26.91%～52.69%,湿筛4.55%～32.73%)及几何平均直径(干筛17.88%～35.56%,湿筛3.08%～6.15%);在产量方面,虽较常规施肥有所下降,但经济效益却是增加的,较常规施肥增收75.6元·hm2到1 057.0元·hm2,其中沼渣还田的增益率最高达8.59%.     

南方冬季覆盖作物的碳蓄积及其对水稻产量的影响

冬季覆盖作物为在冬闲季节以减少土壤裸露、增加生物产量、抑制硝态氮淋溶等为目的而种植的作物。南方水稻种植区地处热带、亚热带湿润地区有利于冬闲覆盖作物生产。冬季覆盖作物在增加生物产量的同时,可以增加稻田生态系统碳蓄积效应。本研究在南方水稻种植区选择冬闲季覆盖作物黑麦草、紫云英、油菜,以冬闲田为照进行生产比较试验,考察不同覆盖作物碳蓄积能力及对后茬作物产量的影响。结果表明,黑麦草地上部碳蓄积为4044.9kg·hm-2,地下部碳蓄积为1533.7kg·hm-2,紫云英地上部、地下部碳蓄积分别为1799.6kg·hm-2,1023.8kg·hm-2,油菜的分别为1023.8kg·hm-2,339.0kg·hm-2;黑麦草的碳蓄积量显著高于紫云英和油菜,各覆盖作物处理碳蓄积量均显著高于冬闲田。黑麦草地下根系表现强大的碳蓄积能力,可以提高土壤碳汇效应。不同覆盖作物-双季稻稻田生态系统,冬季覆盖作物残茬短期内对主作物的产量因素均没有显著的影响。     

水稻碳氮吸收、分配与积累对施肥的响应

以亚热带典型稻田生态系统长期定位试验为对象,研究等氮条件下不同施肥方式对水稻植株碳氮吸收、分配与积累的影响,分析了水稻碳氮的积累关系.结果表明,低量有机肥结合化肥配施能有效促进碳素在水稻植株体内的分配.有机-无机肥配施处理下水稻茎叶和籽实中氮含量相对较高,分别为8.9～10.2 g·kg-1和11.9～14.8 g·k...     

碱性废弃物及添加锌肥对污染土壤镉生物有效性的影响及机制

采用盆栽方法,以石灰作对比研究了2种碱性废弃物(纸厂滤泥和赤泥)及添加锌肥对酸性镉污染稻田土壤的修复效应及其相关机制,同时利用大田试验进行了验证.结果表明,盆栽条件下施用石灰、纸厂滤泥和赤泥(2 g·kg^-1)后土壤 pH显著提高,在淹水平衡7 d和水稻移栽后30 d时土壤交换性钙含量显著高于不施的对照,增幅分别为33.1%～76.0%和31.0%～78.3%,同时土壤有效态镉含量显著降低,淹水平衡7 d时降幅为38.4%～45.0%,水稻移栽后30 d和60 d时降幅分别为37.4%～52.9%和33.2%～38.7%,水稻根系和糙米镉含量显著降低,降幅分别为24.0%～48.5%和26.3%～44.7%.等量碱性物质对提高土壤 pH和降低水稻镉累积的效果为石灰＞赤泥＞纸厂滤泥.纸厂滤泥和赤泥添加锌肥(0.2 g·kg^-1)对降低水稻镉累积的效果均比两者单施更明显.大田试验结果趋势基本相同,施入不同量的纸厂滤泥、赤泥及与锌肥配施后两季作物镉累积量显著减少,当季水稻糙米和第二季油菜籽粒镉含量分别较对照降低了27.1%～65.1%和16.4%～41.6%,糙米镉含量基本达到国家粮食卫生标准(GB 2715-2005).因此,对于中轻度酸性镉污染稻田土壤,利用纸厂滤泥、赤泥及与锌肥配合施用是一种可行的修复方法,通过构建与土壤镉污染程度等特征相适应的碱性废弃物用量与锌肥配施比例,可确保稻米质量安全.     

秸秆还田对双季稻产量及氮磷径流损失的影响

为探索减少稻田氮磷流失的有效耕作措施,以南方典型黄壤双季稻田为研究对象,采用田间长期定位观测试验,研究了连续7 a(2008—2014年)秸秆还田(RFS)替代38.7%的N、40.8%的P₂O₅和42.7%的K₂O晚稻化肥投入与常规化肥(RF)处理对双季稻产量、地表径流中ρ(TN)、ρ(NH₄+-N)、ρ(NO₃--N)、ρ(TP)、ρ(DP)(DP为溶解态总磷)的影响.结果表明:与常规化肥处理相比,秸秆还田处理不仅可从源头上减少晚稻化肥投入,还可降低稻田径流液中氮、磷养分含量,分别使TN和TP流失量减少12.6%、9.7%;氮流失主要以DIN(可溶性无机氮)为主,DIN/TN(DIN输出量在TN输出量中所占比例)为66.2%～70.8%;磷流失主要以DP(可溶性磷酸盐)为主,DP/TP(DP输出量在TP输出量中所占比例)为60.1%～65.9%;秸秆还田处理下早稻较常规化肥处理有增产趋势,增幅为4.5%～10.1%,晚稻有减产风险,但减产差异不显著,平均减幅为6.3%.因此,秸秆长期还田是一种秸秆资源有效利用和节肥增效减失的耕作方式.      

不同耕作方式对红壤旱地土壤理化性状及玉米产量的影响

通过田间试验,研究了免耕(T1)、翻耕(T2)、免耕+秸秆覆盖(T3)、翻耕+秸秆覆盖(T4)、翻耕+秸秆深埋(T5)5种耕作方式下土壤理化状况及玉米(Zea mays L)产量.结果表明,使用了秸秆的耕作方式(T3、T4、T5)有利于改良土壤的理化性状、提高玉米产量;翻耕与免耕相比,翻耕能改良土壤物理性状、提高土壤有机质和氮素含量、提高玉米产量,但翻耕土壤中有效磷和速效钾的含量比免耕土壤中低.T5对降低耕层土壤容重、增加土壤孔隙度、提高土壤含水量、改善土壤结构、提高有机质和氮素含量及提高玉米产量有最好的效果;T3对提高耕层土壤有效磷和速效钾含量最明显,对改善土壤结构也表现出较好的效果.因此,丘陵区红壤早地采用翻耕+秸秆深埋的耕作方式,对改良土壤理化性状,提高经济效益有重要意义.     

不同耕作和秸秆还田模式对紫云英-双季稻土壤微生物生物量碳、氮含量的影响

土壤微生物能够灵敏、准确地反映土壤质量变化,可综合反映土壤肥力和环境质量状况。为探明南方双季稻区不同耕作和秸秆还田模式对水稻(Oryza sativa L.)根际与非根际土壤微生物生物量碳、氮含量的影响,以紫云英(Astragalus sinicus L.)-双季稻种植模式大田定位试验为平台,设双季水稻翻耕+秸秆还田(CT)、双季水稻旋耕+秸秆还田(RT)、双季水稻免耕+秸秆还田(NT)、双季水稻旋耕+秸秆不还田(对照,RTO)4种土壤耕作处理,于2017年和2018年系统分析了不同土壤耕作处理对双季稻各个主要生育时期根际与非根际土壤微生物生物量碳、氮含量和微生物熵及水稻产量的影响。研究结果表明,早、晚稻各个主要生育时期,各处理根际与非根际土壤微生物生物量碳、氮含量和微生物熵均表现为先增加再降低的变化趋势,均于齐穗期达到最大值;2个年份早、晚稻各个主要生育时期,各处理根际与非根际土壤微生物生物量碳平均含量变化范围分别为317.2-822.4、276.9-616.8 mg·kg~(-1)和286.8-792.0、281.1-617.8 mg·kg~(-1);根际与非根际土壤微生物生物量氮平均含量变化范围分别为38.6-64.5、33.1-50.6 mg·kg~(-1)和37.8-64.6、33.2-50.6 mg·kg~(-1);根际与非根际土壤微生物生物量碳、氮含量大小顺序均表现为:CTRTNTRTO。早、晚稻各个主要生育时期,CT处理根际土壤微生物生物量碳氮比和微生物熵均显著高于NT处理(P0.05)。秸秆还田处理(CT、RT和NT)根际与非根际土壤微生物熵均显著高于RTO处理(P0.05)。CT和RT处理早稻和晚稻产量均显著高于RTO处理(P0.05)。总的来说,耕作方式和秸秆还田对南方双季稻区稻田根际与非根际土壤微生物生物量碳、氮含量均具有明显的影响,采用土壤翻耕、旋耕和秸秆还田模式对于增加水稻根际与非根际土壤微生物生物量碳、氮含量、微生物熵和水稻产量的效果为最佳。     

小麦秸秆生物质炭对水稻产量及晚稻氮素利用率的影响

选择湖南长沙红黄泥水稻土和江西进贤红壤性水稻土为供试土壤,研究小麦秸秆制生物质炭在20、40t.hm-2施入量水平下与氮肥配施对早、晚稻产量及晚稻氮素利用率的影响。结果表明,生物质炭与氮肥配施情况下,2个试验点不同生物质炭施用量处理间早稻产量均无显著差异,但进贤试验点生物质炭施用量为20和40t.hm-2处理晚稻产量分别比未施生物质炭对照提高5.18%和7.95%,而长沙试验点3个处理间晚稻产量无显著差异。在相同氮素水平下,当生物质炭施用量为40 t.hm-2时,2个试验点土壤有机碳含量与未施生物质炭对照相比最高增幅均在55%以上;施用生物质炭可提高酸性或弱酸性土壤pH值,降低土壤容重;施用生物质炭也可显著提高水稻氮肥利用率,在40 t.hm-2施用水平下,长沙和进贤试验点水稻氮肥吸收利用率分别提高20.33和17.58百分点,进贤试验点氮肥农学效率提高39.81%。在酸性土壤中施用生物质炭可提高氮肥利用率,保持水稻产量稳定或有一定的增产效果。