CN108738454A - 一种降低再生稻稻田温室气体排放的土壤培肥集成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低再生稻稻田温室气体排放的土壤培肥集成方法，步骤是：(1)冬季绿肥种植：在再生稻收割前，以撒播方式套种绿肥，培肥土壤；再生稻收割后，留高茬、秸秆覆盖；第二年头季油菜为绿肥翻埋培肥土壤；(2)分段开排水沟：头季秧苗移栽大田，田间分段开排水沟；(3)肥料管理：在头季秧苗移栽前施缓释肥，头季收割后撒施尿素，缓释肥养分配比合理，按水稻生长逐步释放养分，增加成穗数；(4)水分管理：头季立苗期浅水灌溉，分蘖、拔节、孕穗期与齐穗期干湿交替；(5)头季秸秆管理：在头季稻完熟期机械收割、秸秆粉碎覆盖还田，降低CH4排放和培肥土壤。操作简单，有效地降低了再生稻稻田温室气体排放，提高了稻田土壤肥力。

Description

一种降低再生稻稻田温室气体排放的土壤培肥集成方法
技术领域
本发明涉及水稻栽培与耕作领域，更具体涉及一种降低再生稻稻田温室气体排放土壤的集成方法，尤其适用于有效的提高再生稻的产量。
背景技术
再生稻是利用第一季水稻收割后稻茬上存活的休眠芽，采取一定的栽培管理措施使之再生蘖、抽穗、成熟与收割的一季水稻。再生稻具有生育期短、日产量高、省工、省种、节水、生产成本低、稻谷品质好与经济效益等优点，是我国南方稻作区水稻种植的一种重要的耕作制度。然而，由于再生稻是在头季稻的基础上培育休眠芽成穗而收获的一季水稻，头季和再生季为同一品种，因此持续种植导致再生稻稻田土壤养分失调，主要是土壤磷钾相对短缺，氮盈余。同时，当前再生稻栽培过程中氮肥施用过量，特别是再生季促芽肥和提苗肥用量大且表施，导致稻田N2O排放量大。此外，传统的淹水管理使得稻田CH4排放量高，使得再生稻稻田温室气体排放多。这些问题限制了我国再生稻的推广。因此提出降低再生稻温室气体排放和培肥稻田土壤的方法，对于改善我国再生稻稻作区土壤质量，平衡土壤养分，实现“藏粮于地、藏粮于技”和保障我国粮食安全起着重要作用。
专利研发组自2015年以来开展了再生稻低碳丰产技术的研究工作。在湖北省潜江广华农场的研究发现，常规再生稻栽培稻田耕层变浅，犁底层粘重，有效磷、钾养分不足；同时，由于施氮量过高，且再生季氮肥表施，使得N2O排放量较双季稻稻田提高了11％～23；同时，虽然再生季生长周期较晚稻段，但相对高的气温和淹水管理，导致再生稻稻田CH4排放量较双季稻稻田提高了15％～26％。因此必须优化再生稻栽培与耕作方法，以降低再生稻稻田温室气体排放和提高土壤肥力，从而实现湖北省稻田绿色丰产的生产要求。针对以上问题，申请人于2015-2017年在湖北省潜江广华农场开展了再生稻低碳丰产与培肥的技术研究，在冬季绿肥种植、肥料管理、水分管理、排水沟开设、头季秸秆还田等主体技术上获得了突破，并在2016-2017年在武穴市花桥开展了技术集成示范，进一步推广该发明的技术措施。
发明内容
基于现有再生稻种植中存在的不足，为了解决稻田土壤肥力失调和温室气体排放高等问题，本发明的目的是在于提供了一种降低再生稻稻田温室气体排放和培肥土壤的集成方法。该方法操作简单易行，可有效地降低了再生稻稻田温室气体排放，提高了稻田土壤肥力。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施：
一种降低再生稻稻田温室气体排放的土壤培肥集成方法，其包括以下步骤：
(1)冬季绿肥种植：在再生稻收割前6－8天，以撒播方式套种绿肥，培肥土壤；再生稻收割后，留高茬、秸秆覆盖；第二年头季3月油菜、紫云英、紫花苜蓿等其中的任一种作为绿肥翻埋培肥土壤。
所述的本步骤中所用绿肥从经济角度考虑以油菜为主；由于再生稻收割时期气温相对较低，为提高油菜出苗率，播种量加大为14－16kg/hm2。
所述的本步骤中水稻收割留35cm-40cm高茬，秸秆粉碎(5－7cm)均匀覆盖田面，保水保墒，保护油菜幼苗生长；同时秸秆覆盖降低了秸秆的厌氧降解，降低了CH4排放，且培肥了土壤。
(2)分段开排水沟：头季秧苗移栽大田4－6天后，田间分段开排水沟，做到成沟明显、排灌通畅，以有效消除稻田渍水环境，降低CH4排放。
所述的本步骤中采用普航手扶PH-KG开沟机(山东普航机械有限公司)等轻便型开沟机械在田间每隔9.5－10.5m开挖排水沟，沟深15～20cm，沟宽20～25cm，先开地势较高区段、后开较低区段。
(3)肥料管理：在头季秧苗移栽前缓释肥，头季收割后撒施尿素。缓释肥养分配比合理，能按水稻生长需要逐步释放养分，能显著促进再生稻腋芽萌发、增加成穗数，且降低N2O排放；同时，头季一次施用可以减少后期水稻封行后追肥困难效果差等问题，并节省劳动力，节本增效。
所述的本步骤中缓释肥(以色列Everris公司生产，包膜材料为有机树脂包膜，全N、P、K含量分别为18％、8％、16％)在头季秧苗移栽前1天施用，用机械或人工混入土壤，用量为1010－1020kg/hm2。
所述的本步骤中头季收割后3天内配合灌溉撒施尿素120-150kg/hm2。
所述的本步骤中秧苗移栽及此后相关田间管理(如病虫草害管理等)按高产再生稻大田管理(徐富贤,熊洪.《杂交中稻蓄留再生稻高产理论与调控途径》.中国农业科学技术出版社,2016.)进行。
(4)水分管理：头季立苗期浅水灌溉，分蘖、拔节、孕穗期与齐穗期干湿交替等为主，以消除稻田渍水环境，改善稻田氧化状况，降低稻田CH4排放。
所述的本步骤中头季立苗期，保持1-2cm浅水层，促进快速立苗；分蘖期，1.5－2.5cm浅水层促进分蘖，当达到计划穗数的70％-80％时，开始晒田，达到土壤干裂白根外露为标准；拔节、孕穗期，浅水层与自然落干交替；抽穗期，保持1-2cm浅水层；齐穗后至成熟自然落干、以干为主，保证田间相对含水量不低于85％；成熟前10d～15d，注意排水沟通畅，排水及时；再生季在提苗肥后以干湿交替为主。
(5)头季秸秆管理：在头季稻完熟期机械收割、秸秆粉碎(5－7cm)覆盖还田，降低了CH4排放和培肥土壤。
所述的本步骤中机械(普通)收割粉碎，秸秆均匀铺洒于地表，降低秸秆的厌氧降解而产生大量的CH4且培肥土壤。同时，为避免稻茬再生芽生长受粉碎稻草覆盖影响，头季收割后用钉耙等农具扒开覆盖于稻茬上的粉碎秸秆(5－7cm)。
本发明通过上述五个步骤的技术措施，针对再生稻稻田土壤肥力失调和温室气体排放高等问题，通过冬季绿肥种植、肥料管理、水分管理、排水沟开设、头季秸秆还田等五个技术的集成达到培肥土壤和降低温室气体排放的目的。本发明的关键步骤在于第一步冬季绿肥的种植，区别于先前的再生稻栽培，通过再生稻收割前7天撒播套种油菜15kg/hm2，并在第二年3月份翻埋入土壤，实现培肥土壤。本发明的另一个关键步骤在于第二步分段开排水沟，区别于先前常规再生稻栽培，在头季秧苗移栽大田5天后，每隔10m开挖排水沟(沟深15cm～20cm，沟宽20cm～25cm)，能有效消除稻田渍水环境，降低CH4排放。本发明第三个关键步骤在于第三步肥料施用的头季缓释肥施用技术，区别于常规再生稻施肥，缓释肥在头季秧苗移栽前1天施用1000kg/hm2，头季肥料一次施用，与水稻养分吸收相匹配，有效降低N2O排放，头季收割后3天内配合灌溉撒施尿素120-150kg/hm2；水稻水分管理以浅水灌溉、晒田、干湿交替等为主，在头季完熟期机械收割时秸秆粉碎覆盖还田，培肥土壤。
本发明与现有栽培技术相比，具有以下优点和效果：
(1)本发明可以有效地提高稻田土壤无机氮、速效磷、速效钾含量，增幅分别达62.3％～82.5％、31.8％～44.5％和12.8％～51.3％
(2)本发明可以有效地提高水稻对氮肥的利用，减少了氮肥损失造成的环境污染。
(3)本发明可以有效地降低温室效应53.4％～61.1％，提高再生稻产量10.9％～29.9％，减少了环境污染。
具体实施方式
以下实施例用于进一步说明本发明，若未特别指明，实施例中使用的的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，使用的原料均为市售商品。
实施例1：
一种降低再生稻稻田温室气体排放的土壤培肥集成方法，其步骤是：
(1)冬季绿肥种植：在再生稻收割前7天，以撒播方式套种油菜或紫云英或紫花苜蓿等其中的任一种，播种量为15kg/hm2。
(2)大田整地、育秧与移栽：按高产再生稻栽培管理(徐富贤,熊洪.《杂交中稻蓄留再生稻高产理论与调控途径》.中国农业科学技术出版社,2016.)。
(3)分段开排水沟：头季秧苗移栽大田5天后，利用普航手扶PH-KG开沟机(山东普航机械有限公司)等轻便型开沟机械在田间每隔10m开挖排水沟，沟深15或17或18或20cm，沟宽20或17或19或21或23或25cm，先开地势较高区段、后开较低区段，做到成沟明显、排灌通畅，以有效消除稻田渍水环境，降低CH4排放。
(4)肥料管理：在头季秧苗移栽前1天施以色列Everris公司生产缓释肥(包膜材料为有机树脂包膜，全N、P、K含量分别为18％、8％、16％)1000kg/hm2，此后在头季收割均不再施肥，头季一次施用能显著促进再生稻腋芽萌发、增加成穗数，且降低N2O排放；同时，可以减少后期水稻封行后追肥困难效果差等问题，节省劳动力，节本增效。头季收割后3天内配合灌溉撒施尿素120或130或140或150kg/hm2。
(5)水分管理：头季立苗期，保持1或2cm浅水层，促进快速立苗；分蘖期，2cm浅水层促进分蘖，当达到计划穗数的70或75或80％时，开始晒田，达到土壤干裂白根外露为标准；拔节、孕穗期，浅水层与自然落干交替；抽穗期，保持1或2cm浅水层；齐穗后至成熟自然落干、以干为主，保证田间相对含水量不低于85％；成熟前10或13或15d，注意排水沟通畅，排水及时；再生季在提苗肥后以干湿交替为主。
(5)头季秸秆管理：在头季稻完熟期机械收割、秸秆粉碎(5－7cm)均匀铺洒于地表，能有效地降低秸秆的厌氧降解而产生大量的CH4且培肥土壤。同时，为避免稻茬再生芽生长受粉碎稻草覆盖影响，头季收割后用钉耙等农具扒开覆盖于稻茬上的粉碎秸秆。
(6)病虫草害等其他田间管理：按高产水稻栽培管理。
本发明对冬季绿肥种植、肥料管理、水分管理、排水沟开设、头季秸秆还田等五个技术的集成，降低了再生稻稻田温室气体排放，提高了土壤肥力，增加了再生稻产量，为降低温室气体排放和培肥土壤提供了一种栽培与耕作方法。
2015-2017年在湖北省潜江广华农场开展了再生稻培肥技术集成试验。试验各小区采用完全随机设计，共3个集成模式：常规人工栽培模式(CK)，常规机械栽培模式(M)、集成优化栽培模式(Y)；其中CK为全程人工种植，包括人工进行插秧、施肥、除草、收割等，且不开沟，施用化学肥料，进行常规水分管理，秸秆不还田，冬季不种植绿肥；M模式全程进行机械作业，包括机械进行插秧、施肥、除草、收割等，且不开沟，施用化学肥料，进行常规水分管理，秸秆不还田，冬季不种植绿肥；Y模式集成了冬季绿肥种植、肥料管理、水分管理、排水沟开设、头季秸秆还田等五个技术，同时全程进行机械化作业。每个模式4亩，3次重复，小区之间设埂，埂高30cm。在头季秧苗移栽前1天施以色列Everris公司生产缓释肥(包膜材料为有机树脂包膜，全N、P、K含量分别为18％、8％、16％)1000kg/hm2，此后在头季收割前不再施肥；头季收割后3天内配合灌溉撒施尿素120-150kg/hm2。水稻品种选择湖北省常用再生稻品种天两优616。
经过2年的培肥试验，在2017年稻季进行了温室气体、土壤肥力和产量监测，该项发明显著减少了CH4和N2O的排放，降低了综合温室效应，培肥了土壤，提高了再生稻产量。与常规栽培模式(CK和M)相比，技术优化集成模式(Y)降低了N2O排放17.9％～40.8％、CH4排放55.0％～72.2％和GWP 52.0％～67.5％，提高头季产量4.8％～13.2％和再生季水稻产量14.3％～21.4％(表1)。同时，研究还指出，与常规栽培模式(CK和M)相比，技术优化集成模式(Y)无机氮、DOC、速效磷、速效钾含量分别提高了27.2％～34.2％、26.2％～34.5％、37.4％～62.6％、40.9％～48.6％，进一步说明该项发明能有效培肥土壤。
表1不同模式稻田温室气体排放和产量的变化
注：处理数值为小区重复平均值±标准差，同一行不同字母表示5％水平差异显著。
上述具体实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本发明中(权利要求书和说明书所限定的范围)。

Claims (1)

1.一种降低再生稻稻田温室气体排放的土壤培肥集成方法，其步骤是：
(1)冬季绿肥种植：在再生稻收割前6－8天，以撒播方式套种绿肥，培肥土壤，再生稻收割后，留高茬、秸秆覆盖，第二年3月油菜、紫云英、紫花苜蓿为绿肥翻埋培肥土壤；
所述的绿肥为油菜，播种量为14－16kg/hm2；
所述的水稻收割留35-40cm高茬，秸秆粉碎5－7cm均匀覆盖田面；
(2)分段开排水沟：头季秧苗移栽大田4－6天后，田间分段开排水沟，做到成沟明显、排灌通畅；
所述的采用普航手扶PH-KG开沟机在田间每隔9.5－10.5m开挖排水沟，沟深15～20cm，沟宽20～25cm；
(3)肥料管理：在头季秧苗移栽前施缓释肥，头季收割后撒施尿素，缓释肥养分配比合理，按水稻生长逐步释放养分，促进再生稻腋芽萌发、增加成穗数，降低N2O排放；
所述的缓释肥：包膜材料为有机树脂包膜，全N、P、K含量分别为18％、8％、16％，在头季秧苗移栽前1天施用，用机械或人工混入土壤，用量为1010－1020kg/hm2；
所述的头季收割后3天内配合灌溉撒施尿素120-150kg/hm2；
所述的秧苗移栽及田间管理按再生稻大田管理进行；
(4)水分管理：头季立苗期浅水灌溉，分蘖、拔节、孕穗期与齐穗期干湿交替；
所述的头季立苗期，保持1-2cm浅水层，分蘖期，1.5－2.5cm浅水层促进分蘖，达到计划穗数的70-80％，开始晒田，达到土壤干裂白根外露；拔节、孕穗期，浅水层与自然落干交替；抽穗期，保持1-2cm浅水层；齐穗后至成熟自然落干，田间含水量不低于85％；成熟前10～15d，排水沟通畅，再生季在提苗肥后以干湿交替；
(5)头季秸秆管理：在头季稻完熟期机械收割、秸秆粉碎5－7cm覆盖还田，降低CH4排放和培肥土壤；
所述的机械收割粉碎，秸秆均匀铺洒于地表，头季收割后用钉耙农具扒开覆盖于稻茬上的粉碎秸秆5－7cm。
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