CN108782080A - 降低免耕直播稻田温室气体排放与提高氮肥利用率的栽培方法 - Google Patents

降低免耕直播稻田温室气体排放与提高氮肥利用率的栽培方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于作物栽培与耕作领域，涉及降低免耕直播稻田温室气体排放和提高氮肥利用率的栽培方法，特征是：(1)开沟分厢，厢面实施免耕；(2)选择分蘖力强，根系发达，茎秆粗壮，穗型偏大，抗倒性强，生育期为125‑135天的中熟或中熟偏迟品种；(3)种子消毒后流动清水浸种破胸，露白种子用包衣剂包裹；(4)择期播种，杂交稻每亩插足5‑6万基本苗，常规稻每亩插足12‑15万基本苗；(5)全生育期氮、磷、钾肥hm‑2施用量为150～180kg N，75～90kg P2O5，120～150kg K2O，实施轻简栽培；(6)沟灌厢湿。发明要点为免耕直播，厢作免耕、氮肥和水分管理。本发明有效降低免耕直播稻田温室气体排放。

Description

降低免耕直播稻田温室气体排放与提高氮肥利用率的栽培 方法
技术领域
本发明属于作物栽培与耕作技术领域，具体涉及一种降低免耕直播稻田温室气体排放和提高氮肥利用率的栽培方法，尤其适用于有效的提高免耕直播稻的产量的方法。
背景技术
免耕是一种不扰动土壤进行作物种植的新型耕作方法，具有省时、省工、保持水土等优点。与传统翻耕相比，免耕可以提高表土层生物多样性，增加土壤有机质，改善土壤的结构，有利于作物的生长发育。水稻直播指在土壤水分饱和而无积水的田块采用直播已催芽的稻种；也有利用干稻种进行湿直播，进行湿直播时，通常采用撒播和条播方法，具有简便、省工、省力且高效优点。因此，免耕、直播等技术已在我国南方稻作区得到发展。然而，我国水稻生产存在氮肥施用过高问题和氮肥利用率过低的问题，其严重污染着生态环境。同时，当前在免耕稻田仍然采用传统的肥料撒施技术，这不仅导致氮肥料利用率显著降低，也导致大量温室气体的排放，这些问题限制了免耕等技术在我国的推广。因此，提出降低免耕直播稻田温室气体排放和提高氮肥利用率的栽培技术，对于降低我国稻田温室气体排放和缓解氮肥损失造成的环境污染起着重要作用，同时也有利于促进“资源节约、环境友好”两型农业的发展。
专利研发组自2008年以来开展了免耕直播稻低碳丰产技术的研究工作。在湖北省武穴市大法寺镇的研究发现，传统免耕直播稻栽培由于氮肥表施，使得温室气体N2O排放量显著高于传统翻耕直播栽培15％，同时大量的氮肥以NH3挥发，造成氮肥利用率显著降低31.5％，因此必须优化免耕直播的栽培与方法，以降低免耕直播稻田温室气体排放和提高氮肥利用率，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2008-2011年在湖北省武穴市大法寺镇开展免耕直播稻低碳丰产高效的技术研究，在厢作免耕、氮肥管理、水分管理等技术上获得了突破，并在2012-2013年在武穴市花桥镇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
基于现有免耕直播稻栽培中存在的温室气体N2O排放高，NH3挥发量大，氮肥利用率低等问题，本发明的目的是在于提供了一种降低免耕直播稻田温室气体排放和提高氮肥利用率的栽培方法。本发明操作简单易行，可有效地降低了免耕直播稻田温室气体排放，减少NH3挥发，提高氮肥利用率和水稻产量。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施：
一种降低免耕直播稻田温室气体排放与提高氮肥利用率的栽培方法，包括以下步骤：
(1)开沟作厢：在前茬作物(油菜或小麦)收获后，人工或机械开沟分厢，此后厢面实施免耕，常年只做沟内清理和厢面整理。厢为播种面，沟为机械作业道和灌排水道；
可采用轻便型开沟机(例如山东普航机械有限公司生产的普航手扶PH-KG，但本发明并不限于此)开沟，确保沟宽为0.3m，沟深为0.25m，沟与沟之间厢宽度为1.8m；
(2)种子选择：选择分蘖能力强，根系发达，茎秆粗壮，穗型偏大，抗倒性强，生育期为125-135天的中熟水稻品种或中熟偏迟水稻品种；
优选品种为两优289、黄华占、黄科香1号、黄科香2号、扬两优6号和甬优4949；
(3)种子消毒、催芽与包衣：在晴天晒种2d～3d，之后用生石灰澄清液或强氯精进行杀菌消毒，流动清水中浸种破胸，并将浸种露白的种子用旱育保姆包衣成颗粒状；
用质量比为1％的生石灰或稀释300倍的商品强氯精对稻种进行消毒；
在流动清水中浸种12h以上，露白种子按1kg比300g旱育保姆进行包衣；
(4)播种：早稻在4月上中旬，中稻在5月中下旬至6月上旬，于晴天在厢面播种；
优选时间：早稻在4月5日至15日播种，保证早稻全苗，要求日均气温在14℃以上；
优选时间：中稻在5月20日至6月10日播种，以避开抽穗杨花期高温。
稻谷播种量杂交稻为15kg～22.5kg/hm2，常规稻为60.0kg～75.0kg/hm2，确保每亩杂交稻插足5-6万基本苗，每亩常规稻插足12-15万基本苗。
(5)肥料管理：肥料采用撒施，水稻全生育期见氮肥、磷肥和钾肥的施用量为150～180kg按纯N/hm-2，75～90kg P2O5/hm-2，120～150kg K2O/hm-2，氮肥分4次施用，磷肥为一次性施用，钾肥分2次施用，即第一次在基肥时施用，第二次在追肥时施用；
氮肥分别按按底肥用量的20％、分蘖肥用量的20％、穗肥用量的30％和粒肥用量的30％比例施用，氮肥以复合肥或尿素为主。由于免耕直播稻苗期入土浅，根系主要分布在表层，吸养分量少，中后期根系健壮发达，需求量大，因此本发明能与免耕直播的氮素吸收规律相匹配，同时可降低NH3挥发和N2O排放，有效提高氮肥利用率；
磷肥作为底肥一次性施用，以过磷酸钙为主；钾肥按底肥用量的50％、穗肥用量的50％比例施用，以氯化钾为主。
(6)水分管理：利用厢沟进行灌排水管理，实行“沟灌厢湿”的水分管理方式，能有效地改善土壤氧化状况，降低CH4排放；
在水稻播种到出苗期，保持厢面湿润，沟中满水；立苗期，厢面保持1cm-2cm浅水层；在分蘖、拔节、孕穗和抽穗期保持湿润灌溉，保持沟中有水，厢面湿润；灌浆期，沟中无水与满水交替；
(7)收割：在稻谷整体成熟度达到90％进行收割。
(8)病虫草害防治：按直播稻高产栽培进行管理(张洪程.水稻机械化精简化高产栽培.中国农业出版社，2014)。
本发明的有益效果：
本发明针对免耕直播稻栽培中存在的温室气体N2O和CO2排放高，NH3挥发量大，氮肥利用率低等问题，通过开沟作厢、肥料管理、水分管理等8个技术集成达到了降低温室气体排放与提高氮肥利用率的目的。本发明的第一个关键步骤在于第一步“开沟作厢”，这区别于先前的平作免耕栽培，本发明通过人为改变田间地表微地形，使厢与沟之间形成了水、热、气交换频繁的特殊交错区域，有利水稻生长，同时可促进水稻根对氮素营养的吸收，提高了氮素利用率。本发明第二个关键步骤在于肥料管理中氮肥运筹，即氮肥的施用量按底肥的20％、分蘖肥的20％、穗肥的30％和粒肥的30％比例施用，针对免耕直播稻养分吸收特征施用氮肥，从而提高水稻对氮肥吸收利用能力，降低了NH3挥发和N2O排放，从而提高了氮素利用率和水稻产量。本发明的第三个步骤在于水分管理，本发明结合沟进行灌排，实行“沟灌厢湿”，较传统淹灌技术，能有效改善土壤氧化状况，可降低CH4排放30％，且可节约用水50％以上。
本发明的具体优点如下所述：
(1)本发明可以有效降低NH3排放9.1％～17.7％，提高氮肥利用率11.0％～29.3％，提高水稻产量5.1％～14.5％。
(2)本发明可以有效提高水分利用率30％，降低CH4与N2O排放27.5％和22.6％，降低综合增温潜势(GWP)37.5％。
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：
一种降低免耕直播稻田温室气体排放与提高氮肥利用率的栽培方法，步骤如下：
(1)开沟作厢：在前茬作物(油菜或小麦)收获后，用普航手扶PH-KG开沟机(山东普航机械有限公司)开沟分厢，沟宽0.3m，沟深0.25m，厢宽1.8m。厢面免耕播种，沟为机械作业道和灌排水道。
(2)播种：每公顷大田选取黄华占60kg。用1％生石灰消毒，流动清水浸种破胸，之后按1kg种子300g旱育保姆包衣，于4月5日至15日或5月20日至6月10日播种与厢面上。所使用的品种还有两优289、黄科香1号、黄科香2号、扬两优6号、甬优4949等任意一种。
(3)肥料管理：水稻全生育期氮、磷、钾肥施用量为150kg N hm-2，75kg P2O5hm-2，120kg K2O hm-2；氮肥按底肥20％、分蘖肥20％、穗肥30％、粒肥30％比例施用，氮肥以复合肥或尿素为主；磷肥一次性施用，以过磷酸钙为主；钾肥按底肥50％、穗肥50％比例施用，以氯化钾为主。
(4)水分管理：实行“沟灌厢湿”的水分管理方式，即水稻播种到出苗期，厢面湿润，沟中满水；立苗期，厢面保持1cm-2cm浅水层；分蘖、拔节、孕穗、抽穗期，湿润灌溉，保持沟中有水，厢面湿润；灌浆期，沟中无水与满水交替。
(5)其他田间管理：按直播稻高产栽培进行管理(张洪程.水稻机械化精简化高产栽培.中国农业出版社，2014)。
本发明通过开沟作厢与水分管理结合，节约水资源，改善了稻田土壤氧化状况，降低了CH4排放；同时，通过氮肥优化施用，与免耕直播稻养分吸收特征厢匹配，提高了水稻氮吸收，降低了氮肥损失，提高了氮肥利用利率同时降低了温室气体N2O的排放，最终提高了水稻产量。
2010年和2011年分别在湖北省武穴市大法寺镇和花桥镇开展了免耕直播栽培试验。试验采用完全随机设计，共5个处理：3个施氮肥处理，即翻耕直播处理(CTD)、常规免耕直播处理(CNTD)与免耕直播处理(NTD)；2个不施氮肥的处理，即翻耕直播不施肥处理(CK1)和免耕直播不施肥处理(CK2)，用于计算氮肥利用率为3次重复。水稻生长季的氮、磷、钾肥施用量分别为为150kg(按纯N/hm-2)；75kg P2O5/hm-2，120kg K2O/hm-2，其中磷肥用过磷酸钙一次性施用，钾肥用氯化钾按底肥：穗肥＝5:5比例施用。对于翻耕直播处理和常规免耕直播处理，不开沟作厢，氮肥用尿素按底肥：分蘖肥：穗肥＝4:3:3比例施用，且按传统淹水措施进行水分管理。对于免耕直播处理，开沟分厢，实施“沟灌厢湿”，氮肥是以尿素按底肥：分蘖肥：穗肥：粒肥＝2:2:3:3比例施用。翻耕直播不施肥处理和免耕直播不施肥处理，除了不施氮肥，其他处理均与相应的处理一致。每个小区40m2。水稻品种优选为黄华占，播种量60kg hm2。
2011年5-10月申请人的课题组在湖北省武穴市大法寺镇与花桥镇对各处理的温室气体、NH3挥发、氮肥利用率和产量等主要技术指标进行了测定。例如i大法寺的试验结果表明，与翻耕直播处理和常规免耕直播处理相比，免耕直播处理CH4排放量降低了34.7％和23.8％，N2O排放量降低了65.3％和29.1％，GWP降低了36.7％和24.0％，NH3挥发量降低了31.4％和24.1％，氮素吸收利用率提高了36.8％和29.5％，产量增加了13.1％和9.5％。在花桥镇的试验也得到类似的结果，与翻耕直播处理和常规免耕直播处理相比，免耕直播处理CH4排放量降低了39.3％和19.7％，N2O排放量降低了21.4％和42.3％，GWP降低了38.7％和21.0％，NH3挥发量降低了11.4％和18.1％，氮素吸收利用率提高了28.4％和55.6％，产量增加了5.5％和7.0％。
表1大法寺与花桥试验点不同处理温室气体排放\NH3挥发、氮肥利用率和产量的变化
上述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申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (5)

1.一种降低免耕直播稻田温室气体排放与提高氮肥利用率的栽培方法，包括厢面整理，开沟，选种，种子消毒，播种，肥料管理和水分管理步骤，其特征在于：
(1)开沟作厢：在前茬作物收获后，进行开沟分厢，在分厢的厢面上实施免耕，常年只做沟内清理和厢面整理，厢为播种面，沟为机械作业道和灌排水道；
其中：沟宽为0.3m，沟深为0.25m，沟与沟之间厢宽为1.8m；
(2)种子选择：选择分蘖能力强，根系发达，茎秆粗壮，穗型偏大，抗倒性强，生育期为125-135天的中熟水稻品种或中熟偏迟的水稻品种；
(3)种子消毒、催芽与包衣：晴天晒种2d～3d，用生石灰澄清液或商品强氯精进行杀菌消毒，使种子在流动清水中浸种破胸，并将浸种露白的种子用包衣剂包裹；
(4)播种：早稻在4月上中旬，中稻在5月中下旬至6月上旬，于晴天进行厢面直播；
其中：杂交稻播种量为15kg～22.5kg/hm2，常规稻播种量为60.0kg～75.0kg/hm2，杂交稻每666米2插足5-6万株基本苗，常规稻每666米2插足12-15万基本苗；
(5)肥料管理：肥料为撒施，水稻全生育期间氮肥、磷肥和钾肥施用量分别为按纯N计/hm-2为150～180kg；按P2O5/hm-2计为75～90kg：按K2O/hm-2计为120～150kg，所述的钾肥分2次施用，即第一次做底肥，第二次做追肥；
其中：氮肥的施用按底肥20％计，分蘖肥按20％、穗肥按30％；颗粒肥料按30％比例施用，氮肥以复合肥或尿素为主；
磷肥作为底肥一次性施用，以过磷酸钙为主；钾肥按底肥的50％、穗肥按底肥的50％比例施用，以氯化钾为主；
(6)水分管理：利用沟进行灌排水管理，实行“沟灌厢湿”的水分管理方式；水稻播种到出苗期，保持厢面湿润，沟中满水；立苗期，厢面保持1cm-2cm浅水层；分蘖、拔节、孕穗和抽穗期，进行湿润灌溉，保持沟中有水，厢面湿润；灌浆期，使沟中无水与满水交替。
2.根据权利要求1所述的一种降低免耕直播稻田温室气体排放与提高氮肥利用率的栽培方法，其特征在于，步骤(2)中所述的品种选自水稻品种两优289、黄华占、黄科香1号、黄科香2号、扬两优6号和甬优4949。
3.根据权利要求1所述的一种降低免耕直播稻田温室气体排放与提高氮肥利用率的栽培方法，其特征在于，步骤(3)中所述的稻种在流动清水浸种12h以上，露白种子按1kg比300g包衣剂旱育保姆进行包衣。
4.根据权利要求1所述的一种降低免耕直播稻田温室气体排放与提高氮肥利用率的栽培方法，其特征在于，步骤(4)所述的早稻在4月5日至15日播种，日平均气温为14℃以上，以保证早稻全苗。
5.根据权利要求1所述的一种降低免耕直播稻田温室气体排放与提高氮肥利用率的栽培方法，其特征在于，步骤(4)中所述的中稻在5月20日至6月10日播种，以避开抽穗杨花期高温。
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