CN106665224B - 一种通过改变根际氧环境减少稻田甲烷排放的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水稻栽培技术领域，具体涉及一种通过改变根际氧环境减少稻田甲烷排放的方法，包括以下步骤：1）秧田期：浸种、播种、育苗；2）施肥：3）稻苗移栽：以宽行窄距形式移栽步骤1）中所培育的秧苗；4）增氧处理：长淹增氧处理，在水稻生长期始终保持3~5cm水层，在分蘖期和孕穗期共追施过氧化钙14.5kg/亩用以增氧；或者干干湿湿灌溉处理，首先灌溉至稻田水层为3~5cm，然后自然落干；再田间灌溉水层3~5cm，然后自然落干；如此循环。本发明通过不同增氧模式影响稻田土壤的氧环境，影响土壤氧化还原电位、微生物活性和土壤呼吸强度等指标，从而影响稻田甲烷的产生、排放，最终达到减少稻田甲烷排放的目的。

Description

一种通过改变根际氧环境减少稻田甲烷排放的方法
技术领域
本发明属于水稻栽培技术领域，具体涉及一种通过改变根际氧环境减少稻田甲烷排放的方法。
背景技术
全球气候变化已成为人类共同关注的重要课题。甲烷是重要的温室气体，它对全球气候变暖的贡献率达15%。目前全球大气中甲烷浓度已达1.75×10-3 ml/l，且正在以每年0.8%的速度递增，为了使大气甲烷浓度维持在目前水平，IPCC估计每年释放到大气中的甲烷应减少15%~20%。我国水稻种植面积居世界第二，产量居世界第一，每年稻田甲烷排放量达9.67~12.66 Tg。据国际水稻研究所估计，到2020年，全世界水稻产量需达到7.81×1011 kg才能满足人类的需求。在现有稻田面积不断减少的前提下，进一步提高水稻产量是满足日益增长的人口需求、保证粮食安全的必由之路，而高产水稻品种的种植将会导致稻田甲烷排放的增加。因此探索合适的稻田甲烷减排且有利于增产的农业措施是很有必要的。
由于稻田淹水致使厌氧发酵所致，因此稻田土壤的水分和通气状况即氧环境是影响稻田甲烷排放的重要因素。有研究表明，深水灌溉、间歇灌溉、常湿灌溉和控制灌溉都能减少稻田甲烷的排放，其本质都是通过水分管理调节稻田土壤氧含量而减少甲烷的排放。深水灌溉可以减少甲烷的排放且对产量没有明显影响，但操作复杂，因此不是十分理想的减排方法。间歇灌溉可以显著改善土壤氧环境，显著减少稻田甲烷的排放的同时会增加N2O的排放量，但是增加的N2O排放对大气温室气体的效应还是远低于减少甲烷排放后对大气温室气体的影响。常湿灌溉对稻田甲烷排放的减排作用最大，但水稻有大幅减产，因此也不可取。控制灌溉可以降低稻田表层土壤产甲烷的能力，同时改变根层土壤的水气状况，减少稻田甲烷的排放。但这种通过“以水带氧”来调节根际氧环境的灌溉模式实际操作比较复杂，往往受到劳动力的因素、排灌不畅等主、客观因素的制约。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种通过改变根际氧环境减少稻田甲烷排放的方法，本发明通过不同增氧模式影响稻田土壤的氧环境，影响土壤氧化还原电位、微生物活性和土壤呼吸强度等指标，从而影响稻田甲烷的产生、排放，最终达到减少稻田甲烷排放的目的。
为解决上述技术问题，本发明提供一种通过改变根际氧环境减少稻田甲烷排放的方法，包括以下步骤：
1）秧田期：首先对稻种进行处理：浸种前选晴天晒种1~2天，可提高发芽率和发芽整齐度，晒种时应注意防止高温损伤稻种；再以稻种：浸种灵：水=10 kg：1 ml：15 ml的配比浸种48h；浸后的稻种用清水冲洗，直至将稻种表面的浸种灵冲洗干净；然后再催芽，至根长一粒谷、芽长半粒谷时进行播种育苗；播种时所用种量为：常规稻每亩秧田用种量7~8 kg，杂交稻每亩秧田用种量15~18 kg；
2）施肥：移栽稻苗前精整稻田，施加基肥。每亩总氮15 kg，N:P2O5:K2O按1：0.5：1配置，其中50%的氮肥、100%的磷肥和50%的钾肥作为基肥在移栽前一次性施入，30%的氮肥作为分蘖肥，20%的氮肥和50%的钾肥作为后期穗肥，幼穗分化期追施；
3）稻苗移栽：在水稻秧龄20~25天时以宽行窄距形式移栽步骤1）中所培育的秧苗，常规稻：行距×株距=20cm×25cm、每穴3~4苗；杂交稻：行距×株距=20cm×30cm、每穴1~2苗；
4）增氧处理：采用长淹增氧处理，在水稻生长期始终保持3~5 cm水层，在分蘖期和孕穗期共追施过氧化钙14.5 kg/亩用以增氧，折合活性氧0.8 kg/亩；或者采用干干湿湿处理，首先灌溉至稻田水层为3~5 cm，然后自然落干；再田间灌溉水层3~5 cm，然后自然落干；如此循环。
本发明有益效果：
1、本发明采用科学合理的稻种前处理方法及合理的用种量，有效保证稻苗的健康生长。
2、本发明合理地控制施加基肥的量及氮肥、磷肥和钾肥的含量配比，既可保证稻子的生长需要，又可避免施肥过剩，减少土壤负担。
3、本发明采用长淹增氧处理或干干湿湿灌溉处理方法，可有效改善稻田土壤的氧环境，影响土壤氧化还原电位、微生物活性和土壤呼吸强度等，从而减少稻田甲烷的排放。
附图说明
图1为不同增氧模式对土壤氧气扩散率的影响；
图2为不同增氧模式对稻田甲烷排放通量的影响；
图3为不同增氧模式对稻田土壤氧化还原电位含量的影响；
图4为不同增氧模式对稻田土壤呼吸强度的影响。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体说明。本发明中所述实施例仅用于说明解释本发明而不对本发明的范围构成限制。
实施例1:
本实施例提供一种通过改变根际氧环境减少稻田甲烷排放的方法，包括以下步骤：
1）秧田期：首先对稻种进行处理：浸种前选晴天晒种1~2天；再以稻种：浸种灵：水=10kg：1ml：15ml的配比浸种48 h；浸后的稻种用清水冲洗，直至将稻种表面的浸种灵冲洗干净；然后再催芽，至根长一粒谷、芽长半粒谷时，播种常规稻，播种量为每亩秧田用种量7~8kg；
2）施肥：移栽稻苗前精整稻田，施加基肥，包括每亩12 kg的氮肥（N）、7.5 kg磷肥（P2O5）和7.5 kg的钾肥（K2O）；
3）稻苗移栽：在水稻秧龄20~25天时以宽行窄距形式移栽步骤1）中所培育的常规稻秧苗，秧苗的行距×株距=20cm×25cm、每穴3~4苗；
4）增氧处理：采用长淹增氧处理，在水稻生长期始终保持3~5cm水层，在分蘖期和孕穗期共追施过氧化钙14.5 kg/亩用以增氧，折合活性氧0.8 kg/亩。
5）追肥：在灌浆期根据稻苗的生长情况进行追肥：3 kg的氮肥和7.5 kg的钾肥；
实施例2:
本实施例提供一种通过改变根际氧环境减少稻田甲烷排放的方法，包括以下步骤：
1）秧田期：首先对稻种进行处理：浸种前选晴天晒种1~2天；再以稻种：浸种灵：水=10kg：1ml：15ml的配比浸种48 h；浸后的稻种用清水冲洗，直至将稻种表面的浸种灵冲洗干净；然后再催芽，至根长一粒谷、芽长半粒谷时，播种杂交稻，播种量每亩秧田用种量15~18kg
2）施肥：移栽稻苗前精整稻田，施加基肥，包括7.5 kg的氮肥（N）、7.5 kg磷肥（P2O5）和7.5 kg的钾肥（K2O）；
3）稻苗移栽：在水稻秧龄20~25天时以宽行窄距形式移栽步骤1）中所培育的杂交稻秧苗，秧苗的行距×株距=20cm×30cm、每穴1~2苗；
4）增氧处理：采用干湿交替灌溉处理，首先灌溉至稻田水层为3~5 cm，然后自然落干；再田间灌溉水层3~5 cm，然后自然落干；如此循环。
5）追肥：分蘖盛期追施4.5kg/亩氮肥，孕穗期追施4.5kg/亩氮肥和7.5kg/亩钾肥，增氧处理在两个时期分别追施7.25kg/亩过氧化钙。
试验例：
本试验例采用常规粳稻秀水09稻种，将1亩稻田平均分成3个试验区进行为期6个月的监测研究，除增氧模式外，保证3个试验区的其他试验条件均相同。第1试验区的增氧处理模式采用实施例1中所述的长淹增氧处理；第2试验区的增氧处理模式采用实施例2中所述的干湿交替灌溉处理，即干干湿湿处理；第3试验区的增氧处理模式采用长淹处理，作为对照组。针对不同增氧模式对土壤氧气扩散率、稻田甲烷排放通量、水稻各生育期甲烷排放速率和排放量、稻田土壤氧化还原电位、稻田土壤呼吸强度的影响进行分析研究，结果如下：
1）不同增氧模式对土壤氧气扩散率的影响
由图1可知，水稻生育前期，处理间差异不大，长淹处理整个生育期土壤氧气扩散率逐渐下降，干干湿湿处理和长淹增氧处理土壤氧气扩散率有波动。8月份直至成熟期这段时间干干湿湿灌溉处理和长淹增氧处理土壤氧气扩散率增加较快，显著高于对照长淹处理。说明不同增氧模式处理后稻田土壤氧环境存在差异。
）不同增氧模式对稻田甲烷排放通量的影响
由图2可知，水稻整个生育期稻田甲烷排放通量呈现三个高峰期，且甲烷排放通量出现的高峰值和根际氧环境密切相关。长淹处理和干干湿湿处理甲烷排放通量出现第一个高峰值在移栽后7 d，排放通量分别为23.71 mg/（m2.h）和21.58 mg/（m2.h），长淹增氧处理甲烷排放通量第一个高峰值出现在移栽后14 d，排放通量为19.16 mg/（m2.h）。第二个高峰值出现在分蘖盛期，也是整个生育期稻田甲烷排放量最大的时期。长淹和长淹增氧处理甲烷排放量第二个峰值在移栽后35 d同时出现，排放通量分别为30.80 mg/（m2.h）和21.11mg/（m2.h），干干湿湿处理甲烷排放量第二个峰值出现在移栽后42 d，排放通量为19.27mg/（m2.h）。各处理甲烷排放第三个峰值出现在齐穗期。长淹和长淹增氧处理在移栽后77 d出现第三个甲烷排放峰值，甲烷排放通量分别为22.60 mg/（m2.h）和21.00 mg/（m2.h），干干湿湿处理则在移栽后63 d出现第三个甲烷排放峰值，甲烷排放通量为8.61 mg/（m2.h）。齐穗期后长淹增氧和干干湿湿处理甲烷排放量迅速下降，直至收获期最低，接近零；长淹处理除外，长淹处理在移栽后126 d（10月28日）甲烷排放量还略有增加。综上，不同处理会改变稻田甲烷排放高峰出现的时间，但相差不大，提前或推迟一个礼拜左右。整个生育期对照（长淹处理）稻田甲烷排放通量明显高于其他（干干湿湿和长淹增氧）处理，长淹增氧和干干湿湿处理在移栽后49 d，稻田甲烷排放通量出现高低交错的现象，移栽后56 d（8月19日）到水稻收获期，甲烷排放通量均以干干湿湿最少。
）不同增氧模式对水稻各生育期甲烷排放速率、排放量的影响
为进一步定量比较不同处理间CH4排放差异，阐明不同增氧模式对稻田CH4排放的影响，将水稻生长季节分为分蘖期、拔节抽穗期、灌浆成熟期三个阶段。表1表示的是不同增氧模式对稻田甲烷排放通量、排放量以及不同生育阶段CH4占季节排放量的比例。由表1可知，抽穗期前稻田甲烷平均排放速率明显高于灌浆成熟期。长淹和长淹增氧处理稻田甲烷平均排放速率最大的均集中在拔节到成熟期，且长淹处理稻田甲烷平均排放速率最大，比长淹增氧处理增加50.99%。干干湿湿处理稻田甲烷排放速率最大主要集中在分蘖期。甲烷排放量和时间有关，尽管分蘖期各处理甲烷排放速率较大，但由于分蘖期时间较短，因此长淹和长淹增氧处理甲烷排放量主要集中在拔节期后，两处理拔节期到成熟期甲烷排放量占总排放量的比例分别为75.11%和75.44%；干湿处理拔节期到成熟期甲烷排放量占总排放量的比为59.83%，和拔节期前差异不明显；长淹增氧和干干湿湿处理明显减少稻田甲烷排放量，与对照相比，整个生育期稻田甲烷排放量分别减少26.54%和55.06%。综上，说明各处理甲烷排放均以抽穗期前较快，排放量则以拔节抽穗期到成熟期较多，且干干湿湿处理稻田甲烷排放量主要集中在分蘖期，长淹增氧和干干湿湿处理减少稻田甲烷排放通量。
表1不同增氧模式对水稻各生育期甲烷排放速率、排放量以及占总排放量的影响
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4）不同增氧模式对稻田土壤氧化还原电位的影响
从图3可以看出，水稻移栽一个月后土壤Eh呈上升的趋势，之后出现较小的峰后又有所下降。9月16日后开始大幅度上升，到9月24日出现最大的峰值，长淹、长淹增氧和干干湿湿处理土壤氧化还原电位分别为1143.8、1358.32和1290.28 mV，后有所下降，整体变化情况是随水稻的生长而增加。稻田土壤氧化还原电位和稻田土壤氧环境密切相关，水稻移栽一个月后，干干湿湿处理土壤氧化还原电位均高于其他处理，长淹增氧处理只是在某个时间段会增加稻田土壤氧化还原电位，这可能和施加的过氧化钙释放氧的时间有关，在施用过氧化钙释放氧高峰时间段长淹增氧处理稻田土壤氧化还原电位高于长淹对照处理，其他时间段甚至会低于长淹对照处理。
）不同增氧模式对稻田土壤呼吸强度的影响
由图4可见，水稻整个生育期稻田土壤呼吸强度变化起伏不定，不同根际增氧模式间变化趋势相同。水稻齐穗期前土壤呼吸强度均以长淹处理最高，干干湿湿处理次之，长淹增氧处理最低。齐穗期到成熟期，土壤呼吸强度均以干干湿湿处理最高，长淹增氧次之，长淹对照处理最低。说明干干湿湿处理和长淹增氧处理主要增加水稻生育后期稻田土壤呼吸强度。
综上所述，本发明通过不同增氧模式影响稻田土壤的氧环境，影响土壤氧化还原电位、微生物活性和土壤呼吸强度等指标，从而影响稻田甲烷的产生、排放，最终达到减少稻田甲烷排放的目的。本发明中未提及具体步骤及方法均采用本领域常规手段。

Claims (1)

1.一种通过改变根际氧环境减少稻田甲烷排放的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)秧田期：首先对稻种进行处理：浸种前选晴天晒种1～2天；再以稻种：浸种灵：水＝10kg：1mL：15mL的配比浸种48h；浸后的稻种用清水冲洗，直至将稻种表面的浸种灵冲洗干净；然后再催芽，至根长一粒谷、芽长半粒谷时即可播种；播种杂交稻，播种量每亩秧田用种量15～18kg；
2)施肥：移栽稻苗前精整稻田，施加基肥，包括以N元素质量计为7.5kg的氮肥、以P2O5质量计为7.5kg的磷肥和以K2O质量计为7.5kg的钾肥；
3)稻苗移栽：在水稻秧龄20～25天时以宽行窄距形式移栽步骤1)中所培育的杂交稻秧苗，秧苗的行距×株距＝20cm×30cm、每穴1～2苗；4)增氧处理：采用干湿交替灌溉处理，首先灌溉至稻田水层为3～5cm，然后自然落干；再田间灌溉水层3～5cm，然后自然落干；如此循环；
5)追肥：分蘖盛期追施4.5kg/亩氮肥，孕穗期追施4.5kg/亩氮肥和7.5kg/亩钾肥，增氧处理在两个时期分别追施7.25kg/亩过氧化钙。
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