CN113099987A - 一种基于豆科绿肥还田的稻田减排方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农作物种植领域，具体涉及一种基于豆科绿肥还田的稻田减排方法。该方法包括：在中稻或晚稻收获前15‑20天提前套播豆科绿肥作物；在水稻收获时，控制秸秆留茬高度和秸秆的粉碎长度，并将粉碎后的秸秆均匀覆盖在稻田表面，而后及时开沟以用于排灌；在豆科绿肥作物的盛花期旱旋灭茬埋草，混匀秸秆和绿肥，提高土温，促进绿肥与秸秆腐解；在水稻插秧前湿整地，通过少搅浆或免搅浆的方式耙地平整；在种植水稻时，适量增加基本苗，并减少氮肥的使用量；在水稻分蘖期灌浅水，保持土壤湿润即可；适时进行水稻收获。本发明的种植方法在兼顾水稻产量的同时，减轻了因秸秆还田所引起的温室气体排放(CH₄等)及有毒有害物质等问题。

Description

一种基于豆科绿肥还田的稻田减排方法

技术领域

本发明涉及农作物种植领域，具体涉及一种基于豆科绿肥还田的稻田减排方法。

背景技术

稻田是我国温室气体的重要农业排放源之一。为实现农业生产绿色低碳转型，稻田温室气体减排显得尤为重要。秸秆还田作为最直接、最高效且培肥效果最佳的处理方式，目前已被大面积应用推广。秸秆的碳氮比约为(60-80):1，而土壤微生物碳氮比适宜值约为25:1，全量还田后会增加秸秆腐解过程中对氮素的固定，与水稻幼苗生长争氮，严重限制水稻分蘖的发生，不利于水稻高产群体的构建。另外秸秆腐解过程中增加了温室气体甲烷(CH₄)的产生底物，加之稻田长期淹水状况下还原性较强，导致CH₄排放增加，同时部分有毒害的物质产生(如H₂S等)也会造成烂根现象，抑制水稻的生长。

绿肥(green manure)是用绿色植物体制成的肥料，是一种养分完全的生物肥源。种绿肥不仅是增辟肥源的有效方法，对改良土壤也有很大作用。因此，在水稻种植中也得到了越来越多的应用，如CN109892186A、CN105393861A、CN104686266A、CN104145672A等与水稻种植有关的现有技术中均提到了对绿肥的使用。

不过，现有技术的水稻种植方案中大多关注于提升水稻产量、减少化肥农药、减少灌溉用水等方面，而未关注到秸秆还田下绿肥协调有机物料的碳氮比和控水耕作措施对秸秆氧化腐解的促进效应，以及温室气体减排和有毒有害物质的缓解效应。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于豆科绿肥还田的水稻稻田减排方法，该方法可以在兼顾水稻产量的同时，减轻秸秆还田所引起的有毒有害物质的产生和温室气体的排放。

具体而言，所述水稻种植方法包括如下步骤：

(1)在中稻或晚稻收获期前15-20天提前套播碳氮比低于10：1的豆科绿肥作物；

(2)在水稻收获时，控制秸秆留茬高度为30-40cm，并将秸秆粉碎至长度为8-12cm，而后将粉碎后的秸秆均匀覆盖在稻田表面(避免成堆成条)，而后及时开沟以用于排灌；

(3)在所述豆科绿肥作物的盛花期旱旋灭茬埋草，混匀秸秆和绿肥，提高土温，促进凋萎和腐解；在所述旱旋中，控制旋耕深度为13-17cm；

(4)在水稻插秧前湿整地，通过少搅浆或免搅浆的方式耙地平整；

(5)在种植水稻时，增加15％-20％基本苗，并减少氮肥的使用量；在水稻分蘖期灌浅水2-3cm，保持土壤湿润即可；

(6)适时对水稻进行收获。

本发明发现，通过种植碳氮比较低(10:1左右)的豆科绿肥作物，与秸秆混合还田后可有效平衡有机物料在土壤中的碳氮比，降低土壤微生物对氮肥的吸收，同时促进秸秆腐解；另外，针对争氮效应导致的水稻立苗迟，分蘖产生速率低的问题，通过合理增加栽插的基本苗数，促使水稻依靠优势分蘖成穗，缓解秸秆腐解对分蘖发生的负面效应，稳定水稻高产群体；较传统的泡水整地和水稻前期淹水管理相比，通过旱(湿)整地作业方式以及水稻生长前期的湿润灌溉方式，可增加土壤通气性，减少甲烷排放，同时降低秸秆腐解过程中产生的有毒气体(如H₂S)。这对于水稻立苗快发，争取足够群体，增加了耕层土壤含氧量，减少有毒气体产生和促进CH₄氧化，实现稻田减排具有重要作用。

作为优选，步骤(6)中，

对于中稻和晚稻，提前套播豆科绿肥作物，在水稻收获时，控制秸秆留茬高度为30-40cm，并将秸秆粉碎至长度为8-12cm后，均匀覆盖在稻田表面；

对于双季稻区早稻，在水稻收获时，控制留茬高度为13-17cm，，并将秸秆粉碎至长度为8-12cm后，均匀覆盖在稻田表面。

作为优选，步骤(1)中，选择适宜种植地区、耐低温、耐渍性强的品种作为豆科绿肥作物。比如，在江西省进贤县、湖南省祁阳县等地可以选择种植紫云英作为豆科绿肥作物，在江苏盐城可以选择种植毛叶苕子。

作为优选，豆科绿肥作物播种量为2-3kg/亩。

作为优选，步骤(1)中，当土壤肥力不佳或出现极端天气时，在套播豆科绿肥作物前适量增施磷肥，提高鲜草产量。

作为优选，步骤(2)中，进行所述开沟时，控制沟宽、沟深均为18-22cm，沟间距为3-5m，方便排灌，防止渍害。

作为优选，步骤(2)中，控制秸秆在稻田表面的覆盖率为80％以上，减轻秸秆堆积对绿肥生长的光、温、湿等环境影响，提高出苗率。

作为优选，步骤(4)中，对于酸性土壤，还需要通过中和调酸平整田块。

作为优选，步骤(5)中，按1300-1700kg/亩的绿肥鲜草量减施氮肥15％～20％。

作为优选，步骤(5)中，氮肥减施时期因品种生育期而定，对于水稻生育期100-120天的地区，减少后期穗肥用量；对于生育期较长的地区，减少基肥用量。其他时期肥料用量因地而异。

作为优选，步骤(5)中，在种植水稻时，控水灌溉方案如下：

在水稻分蘖期灌浅水2-3cm，保持土壤湿润即可；在有效分蘖临界叶龄期后，排水晒田至地表微裂后，再灌水3～5cm，保持1～2d后，再放水晒田，直至拔节；在拔节孕穗到抽穗期晒田复水后间歇性灌溉，前水不见后水；在灌浆结实期干湿交替浅水灌溉，以干为主，保持土壤湿润状态；在腊熟期停止灌溉，排水晾田。

作为可选方案，步骤(5)中，通过改变株距或者每穴苗数增加15％-20％基本苗。

本领域人员可对上述方案进行组合，得到本发明的较佳实施例。

作为本发明的一种优选实施方案，所述水稻种植方法如下：

1.水稻收获前套播绿肥。可根据中稻(或晚稻)收获期及天气状况，适时套播豆科绿肥作物。绿肥应选择适宜该地区、耐低温、耐渍性强的豆科绿肥品种。视土壤肥力状况和冷害等极端天气发生情况，水稻收获前增施磷肥，提高鲜草产量。

2.水稻留高茬收获、秸秆粉碎匀铺。采用带有粉碎装置和抛撒装置的联合收割机进行收获，留茬高度30-40cm、秸秆粉碎长度10cm左右，抛撒均匀，秸秆覆盖率80％以上。

3.绿肥季及早开沟。水稻收获后，要根据田块大小，及时开围沟或中沟排水，沟宽、深均约20cm，沟间距3-5m，做到沟沟相通、连通排水口，做到能灌能排，防止渍害。根据地势高低和土壤类型适当调整排水沟的间距和深度。

4.绿肥与秸秆混合旱旋埋草、移栽前少(免)搅浆平地：绿肥作物盛花期旱旋灭茬埋草、旋耕深度15cm左右，混匀秸秆和绿肥，提高土温，促进凋萎和腐解；结合插秧前湿整地，施入基肥，少(免)搅浆平地；对于酸性土壤，需结合石灰调酸平整田块；化学除草；

5.水稻增苗减氮栽培：通过增加栽插密度15％-20％(缩小株距，行距不变；或者增加每穴苗数)增加栽插密度，缓解前期秸秆腐解对氮素的固定导致的碳氮失衡问题；同时绿肥还田的田块，宜减少化肥使用量，避免化肥过量导致水稻减产。按1500kg/亩的绿肥鲜草减施氮肥15％～20％，且氮肥减施时期因品种生育期而定，对于水稻生育期100-120天地区，宜减少后期穗肥用量，对于生育期较长地区，宜减少基肥用量；其他时期肥料用量因地而异。

6.适期控水灌溉，降毒减排：水稻分蘖期灌浅水2-3cm，保持土壤湿润即可，以增加土壤通气性，促进分蘖早生快发；有效分蘖临界叶龄期后，排水晒田至地表微裂后，再灌水3～5cm，保持1～2d后，再放水晒田，直至拔节；拔节孕穗到抽穗期晒田复水后间歇性灌溉，前水不见后水；灌浆结实期干湿交替浅水灌溉，以干为主，保持土壤湿润状态；腊熟期停止灌溉，排水晾田。

7.做好病、虫、草害的防治与预报。优先采用农业、生态、生物、物理等非化学农药防治的综合治理和绿色防控措施，根据病、虫、草害种类和危害特点选择不同类型的杀虫剂、杀菌剂和除草剂，结合植保部门的病虫情报信息，确定适宜施药时期。

8.适时收获。采用带有粉碎装置和抛撒装置的联合收割机进行收获。对于中稻和晚稻，需提前套播绿肥，留高茬收获；双季稻区早稻秸秆粉碎均匀还田，留茬高度15cm左右，秸秆粉碎长度10cm。

本发明的有益效果如下：

1、与传统绿肥相比，豆科绿肥作物的碳氮比更低，有助于协调土壤中微生物量碳氮比例，平衡土壤微生物对氮肥的吸收，同时促进秸秆腐解；

2、与传统耕种方式相比，旱(湿)整地以及水稻生长前期的湿润灌溉方式，有利于增加土壤通气性，减少CH₄排放，同时降低秸秆腐解过程中厌氧产生的有毒有害物质(如H₂S)；

3、通过增加基本苗数，缓解秸秆腐解对分蘖发生的负面效应，促使水稻依靠一次分蘖成穗，协调前期水稻生长与微生物争氮效应，稳定水稻高产群体。

本发明的种植方法在保证水稻产量的同时，降低了水稻种植中甲烷和H₂S的排放量，此外还促进了土壤中的有机质含量的提升，有利于农业可持续发展。

附图说明

图1为实施例1中不同模式下水稻产量、甲烷排放量和单位产量甲烷排放量比较。

图2为实施例1中不同模式下土壤有机碳含量和全氮含量比较。

图3为实施例2中不同模式下土壤水稻产量和有机质含量比较。

图4为实施例3中不同模式下水稻产量和分蘖期甲烷排放量比较。

图5为比较例1中不同类型绿肥作物还田水早稻和晚稻季产量的影响。

图6为比较例1中不同类型绿肥作物还田水早稻和晚稻季产量的影响。

图7为比较例2中不同模式下水稻产量比较。

图8为比较例2中不同模式下水稻季氮素偏生产力差异比较。

图9为比较例3中不同整地方式下稻田不同耕层H₂S浓度和O₂浓度。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。

实施例1

本实施例于2017～2018年在中国江西省进贤县江西省红壤研究所试验基地开展比较试验，试验地属于南方双季稻区，适于本发明方法的实施。如下：

1.冬季绿肥管理

1.1水稻收获前套播绿肥。根据晚稻收获期及天气状况提前15-20天套播绿肥。选择适宜该地区、耐低温、耐渍性强的紫云英品种，播种量3kg/亩左右。

1.2水稻留高茬收获、秸秆粉碎匀铺。采用带有粉碎装置和抛撒装置的联合收割机进行收获，留茬高度30-40cm、秸秆粉碎长度10cm左右，抛撒均匀，秸秆覆盖率80％以上。

1.3及时开沟。水稻收获后，要根据田块大小，及时开围沟或中沟排水，防止渍害。地势高、排水良好的砂质田，排水沟的间距可大一些、深度可浅一些；地势平坦、土质黏重的稻田，排水沟间距宜密些、深度可大些。

2.早稻季

2.1绿肥翻压还田。于紫云英盛花期采用旋耕机进行旱旋整地，作业深度15cm左右，秸秆和紫云英混匀还田，至早稻插秧前不上水晾田，若有雨水，要注意及时排水。

2.2水稻品种选择

选用耐寒性好、耐肥、抗倒伏力较强、生育期110天以内的早熟或中熟偏早的优质高产早籼稻品种。

2.3移栽前旱整地或湿整地。避免大水泡田整地，采用旋耕机进行旱旋整地埋草，上浅水2cm左右免搅浆耙平，对于冬季雨水较多年份，移栽前田间水分无法排水晾田的地块，可进行湿整地埋草。

2.4结合整地前施入基肥。早稻季化肥纯氮总量132kg/hm²，较常规用量减少了20％，且主要减少穗肥的用量，P₂O₅总量75kg/hm²，K₂O总量75kg/hm²。其中氮肥的基肥：蘖肥：穗肥施用比例为62.5％:25％:12.5％，磷肥作为基肥一次性施入，钾肥分基肥和穗肥各50％两次施入。

2.5合理增苗。早稻季采用机插的移栽方式，通过增加每穴苗数或者缩小株距等方式来增加插秧密度，栽插行距25cm，株距调整为11cm左右，每亩栽2.4万穴左右，杂交稻每穴栽3～4苗，每亩栽7万～9万基本苗；常规稻每穴栽5～6苗，每亩栽12万～14万基本苗。机插后秧苗不漂、不倒，栽插深度1.5～2.0cm。

2.6水分管理。栽插后浅水护苗，活棵后露田2～3天，以后浅水勤灌，保持土壤湿润即可，以增加土壤通气性，促进分蘖早生快发；有效分蘖临界叶龄期看苗晒田，苗到不等时，时到不等苗，排水晒田至地表微裂后，不陷脚，然后再灌水3～5cm，保持1～2d后，再放水晒田，直至拔节；孕穗到抽穗扬花期保持浅水促花保花，提高颖花量；灌浆结实期干湿交替浅水灌溉，以干为主，保持土壤湿润状态；腊熟期停止灌溉，排水晾田。

2.7病虫草害防治。分蘖期和拔节孕穗期重点防控螟虫、纹枯病和叶瘟病，穗期重点防治稻瘟病、纹枯病、螟虫、稻曲病和稻飞虱。杂草防除采用“一封二杀三补”的策略，同时需注意鼠雀危害，做到大田集中连片同期播种。

2.8早稻收获与秸秆处理

7月中旬，当稻谷成熟度达90％时，采用配套稻草粉碎均匀抛撒装置的联合收割机进行收获，留茬高度15cm左右，稻草粉碎长度在10cm以内，稻草抛撒不均匀度在20％以内。

3.晚稻季

3.1晚稻品种选择。晚稻宜选择后期耐寒性强，对稻瘟病、稻曲病等抗性强，生育期在115天左右的品种。

3.2旋耕整地。宜采用大型旋耕机进行整地，旋耕后浅水泡田，水深1～2cm，以田面高处见墩、低处有水和作业不起浪为准，泡田时间0.5天耙田，免搅浆平地埋茬。

3.3结合整地前施入基肥。早稻季化肥纯氮总量156kg/hm²，较常规用量减少了20％，且主要减少穗肥的用量，P₂O₅总量75kg/hm²，K₂O总量75kg/hm²。其中氮肥的基肥：蘖肥：穗肥施用比例为62.5％:25％:12.5％，磷肥作为基肥一次性施入，钾肥分基肥和穗肥各50％两次施入。

3.4合理增苗。晚稻季采用机插的移栽方式，通过缩小栽插株距来提高20％的插秧密度，晚稻栽插行距25cm，株距调整为12cm左右，每亩栽2.2万穴左右，杂交稻每穴栽2～3苗，每亩栽4万～6万基本苗；常规稻每穴栽4～5苗，每亩栽9万～11万基本苗。

3.5水分管理。栽插后浅水护苗，活棵后露田2～3天，以后浅水勤灌，保持土壤湿润即可，以增加土壤通气性，促进分蘖早生快发；有效分蘖临界叶龄期看苗晒田，苗到不等时，时到不等苗，排水晒田至地表微裂后，不陷脚，然后再灌水3～5cm，保持1～2d后，再放水晒田，直至拔节；孕穗到抽穗扬花期保持浅水促花保花，提高颖花量；灌浆结实期干湿交替浅水灌溉，以干为主，保持土壤湿润状态；腊熟期停止灌溉，排水晾田。

3.6病虫草害防治。病害主要以纹枯病、稻曲病和稻瘟病为主，虫害以稻飞虱、稻纵卷叶螟、二化螟为主。杂草防除采用“一封二杀三补”的策略，同时需注意鼠雀危害，做到大田集中连片同期播种。

3.7晚稻收获前套播绿肥。根据晚稻收获期及天气状况提前15-20天套播绿肥。选择适宜该地区、耐低温、耐渍性强的紫云英品种，播种量3kg/亩左右。

3.8水稻留高茬收获、秸秆粉碎匀铺。采用带有粉碎装置和抛撒装置的联合收割机进行收获，留茬高度30-40cm、秸秆粉碎长度10cm左右，抛撒均匀，秸秆覆盖率80％以上。

试验结果如下：

结果表明(图1)，与常规模式相比，优化还田模式早稻和晚稻产量均有不同程度的增加，两者分别增加了4.6％和8.4％，但处理间差异未达到显著水平。优化还田模式显著降低早稻季甲烷排放量，降幅达到43.2％，差异显著，但晚稻季下降幅度较小，仅下降了8.6％。对于单位产量甲烷排放量而言，与常规模式相比，早稻季优化还田模式单位产量排放量显著降低45.9％，晚稻季下降幅度较小，仅下降了16.3％。这表明，优化还田模式既保证了水稻产量稳定，又降低了碳排放。

与常规模式相比，优化还田模式的土壤有机质含量增加了10.4％，差异显著；全氮含量增加了8.3％，但处理间差异未达到显著水平(图2)。

实施例2

本实施例于2018年在湖南省祁阳县红壤实验站开展比较试验，试验地属于南方双季稻区，供试土壤为第四纪红色黏土发育的水稻土，土壤质地为壤质黏土，适于本发明方法的实施。如下：

1.冬季绿肥管理

1.1水稻收获前套播绿肥。根据晚稻收获期及天气状况提前15-20天(9月下旬)套播绿肥。选择适宜该地区、耐低温、耐渍性强的紫云英品种，播种量2.5kg/亩左右。冬季不施肥。

1.2水稻留高茬收获、秸秆粉碎匀铺。采用带有粉碎装置和抛撒装置的联合收割机进行收获，留茬高度30cm左右、秸秆粉碎长度10cm左右，抛撒均匀，秸秆覆盖率80％以上。

1.3及时开沟。水稻收获后，要根据田块大小，及时开围沟或中沟排水，防止渍害。地势高、排水良好的砂质田，排水沟的间距可大一些、深度可浅一些；地势平坦、土质黏重的稻田，排水沟间距宜密些、深度可大些。

2.早稻季

2.1绿肥翻压还田。于紫云英盛花期采用旋耕机进行旱旋整地，作业深度15cm左右，秸秆和紫云英混匀还田，至早稻插秧前不上水晾田，若有雨水，要注意及时排水。

2.2水稻品种选择

选用耐寒性好、耐肥、抗倒伏力较强、生育期110天以内的早熟或中熟偏早的优质高产早籼稻品种。

2.3移栽前旱整地或湿整地。避免大水泡田整地，采用旋耕机进行旱旋整地埋草，上浅水2cm左右免搅浆耙平，对于冬季雨水较多年份，移栽前田间水分无法排水晾田的地块，可进行湿整地埋草。

2.4结合整地前施入基肥。早稻季化肥纯氮总量132kg/hm²，较常规用量减少了20％，且主要减少穗肥的用量，P₂O₅总量90kg/hm²，K₂O总量90kg/hm²。其中，基肥采用复合肥(养分含量：N 18％，P₂O₅12％，K₂O 10％)施用750kg/hm²，移栽后6～10d追肥为N 30kg/hm²(尿素，N 46％)和K₂O 15kg/hm²(氯化钾，K₂O 50％)。

2.5合理增苗。早稻季采用机插的移栽方式，通过缩小株距等方式来增加插秧密度，栽插行距25cm，株距11cm左右，每亩栽2.4万穴左右，杂交稻每穴栽3～4苗，每亩栽7万～9万基本苗；常规稻每穴栽5～6苗，每亩栽12万～14万基本苗。机插后秧苗不漂、不倒，栽插深度1.5～2.0cm。

2.6水分管理。栽插后浅水护苗，活棵后露田2～3天，以后浅水勤灌，保持土壤湿润即可，以增加土壤通气性，促进分蘖早生快发；有效分蘖临界叶龄期看苗晒田，苗到不等时，时到不等苗，排水晒田至地表微裂后，不陷脚，然后再灌水3～5cm，保持1～2d后，再放水晒田，直至拔节；孕穗到抽穗扬花期保持浅水促花保花，提高颖花量；灌浆结实期干湿交替浅水灌溉，以干为主，保持土壤湿润状态；腊熟期停止灌溉，排水晾田。

2.7病虫草害防治。分蘖期和拔节孕穗期重点防控螟虫、纹枯病和叶瘟病，穗期重点防治稻瘟病、纹枯病、螟虫、稻曲病和稻飞虱。杂草防除采用“一封二杀三补”的策略，同时需注意鼠雀危害，做到大田集中连片同期播种。

2.8早稻收获与秸秆处理

当稻谷成熟度达90％时，采用配套稻草粉碎均匀抛撒装置的联合收割机进行收获，留茬高度15cm左右，稻草粉碎长度在10cm以内，稻草抛撒不均匀度在20％以内。

3.晚稻季

3.1晚稻品种选择。晚稻宜选择后期耐寒性强，对稻瘟病、稻曲病等抗性强，生育期在115天左右的品种。

3.2旋耕整地。宜采用大型旋耕机进行整地，旋耕后浅水泡田，水深1～2cm，以田面高处见墩、低处有水和作业不起浪为准，泡田时间0.5天耙田，免搅浆平地埋茬。

3.3结合整地前施入基肥。晚稻季化肥纯氮总量132kg/hm²，较常规用量减少了20％，且主要减少穗肥的用量，P₂O₅总量90kg/hm²，K₂O总量90kg/hm²。其中，基肥采用复合肥(养分含量：N 18％，P₂O₅12％，K₂O 10％)施用750kg/hm²，移栽后6～10d追肥为N 30kg/hm²(尿素，N 46％)和K₂O 15kg/hm²(氯化钾，K₂O 50％)。

3.4合理增苗。晚稻季采用机插的移栽方式，通过缩小株距等方式来增加插秧密度，晚稻栽插行距25cm，株距12cm左右，每亩栽2.2万穴左右，杂交稻每穴栽2～3苗，每亩栽4万～6万基本苗；常规稻每穴栽4～5苗，每亩栽9万～11万基本苗。

3.5水分管理。栽插后浅水护苗，活棵后露田2～3天，以后浅水勤灌，保持土壤湿润即可，以增加土壤通气性，促进分蘖早生快发；有效分蘖临界叶龄期看苗晒田，苗到不等时，时到不等苗，排水晒田至地表微裂后，不陷脚，然后再灌水3～5cm，保持1～2d后，再放水晒田，直至拔节；孕穗到抽穗扬花期保持浅水促花保花，提高颖花量；灌浆结实期干湿交替浅水灌溉，以干为主，保持土壤湿润状态；腊熟期停止灌溉，排水晾田。

3.6病虫草害防治。病害主要以纹枯病、稻曲病和稻瘟病为主，虫害以稻飞虱、稻纵卷叶螟、二化螟为主。杂草防除采用“一封二杀三补”的策略，同时需注意鼠雀危害，做到大田集中连片同期播种。

3.7晚稻收获前套播绿肥。根据晚稻收获期及天气状况提前15-20天套播绿肥。选择适宜该地区、耐低温、耐渍性强的紫云英品种，播种量2.5kg/亩左右。

3.8水稻留高茬收获、秸秆粉碎匀铺。采用带有粉碎装置和抛撒装置的联合收割机进行收获，留茬高度30cm左右、秸秆粉碎长度10cm左右，抛撒均匀，秸秆覆盖率80％以上。

试验结果如下：

结果表明(图3)，与常规模式相比，优化还田模式早稻和晚稻产量均显著增加了11.3％和11.1％。优化还田模式的土壤有机质含量增加了8.4％，但处理间差异未达到显著水平。

实施例3

本实施例于2019年在江苏省盐城市葛武镇试验基地进行生产比较试验。试验地属于稻麦两熟稻区，机械化程度较高，适于本发明方法的实施。如下：

1.冬季绿肥管理

1.1水稻收获前套播绿肥。根据中稻收获期及天气状况提前15-20天(10月上旬)套播。选择适宜该地区、耐低温、耐渍性强的毛叶苕子品种，播种量3kg/亩左右。冬季不施肥。

1.2水稻留高茬收获、秸秆粉碎匀铺。采用带有粉碎装置和抛撒装置的联合收割机进行收获，留茬高度40cm左右、秸秆粉碎长度10cm左右，抛撒均匀，秸秆覆盖率80％以上。

1.3及时开沟。水稻收获后，要根据田块大小，及时开围沟或中沟(4m左右)排水，防止渍害。

2.水稻季

2.1绿肥翻压还田。于毛叶苕子盛花期(4月中下旬)采用反转旋耕灭茬机或旋耕灭茬机进行秸秆还田作业，作业深度15cm左右，秸秆和毛叶苕子混匀还田。

2.2水稻品种选择

选择通过省级以上审定的适宜该地区种植、分蘖性强、根系发达、生育期适宜、穗型较大、抗病性及抗逆性较强的早熟晚粳、中熟晚粳稻品种。

2.3水稻旱直播。采用开沟播种施肥一体机进行旱直播，播种深度在1～2cm，播种后按墒3～4m机械开沟。通过增加播种量等方式来增加秧苗密度，每亩播量6-8kg。根据田块大小等具体情况在横竖两个方向进行开沟，一般以长度20m，宽度4m开一条沟，沟宽和沟深均30cm左右。

2.4结合整地前施入基肥。根据土壤肥力、产量目标确定施肥量。每亩翻压还草1500～2000kg，化肥总施用量可相应减少20％左右，主要减少基肥氮用量，以保持土壤养分的供给平衡。水稻季化肥纯氮总量264kg/hm²，较常规用量减少了20％，且主要减少基肥的用量，P₂O₅总量90kg/hm²，K₂O总量150kg/hm²。其中，氮肥的基肥：蘖肥：穗肥的施用比例为18.75％：43.75％：37.5％，分蘖肥分别在3叶期、5叶期施用尿素，穗肥分促花肥和保花肥两次施用。

2.5水分管理。播后立即灌水，水要淹过墒面，待水自然落干后进行化除。药后至水稻齐苗前保持田间湿润无积水，遇田面干旱时，速灌速排跑马水。至3叶期保持田间湿润，分蘖期浅水(水层厚1～1.5cm)灌溉促分蘖，间隙露田防中毒(秸秆腐熟释放有毒气体)，够苗要及早晒田，要早搁田、勤搁田，以提高成穗率。幼穗分化至扬花期应保持浅水层，灌浆结实期间干湿交替，防止断水过早，以提高产量和品质。

2.6病虫草害防治。在播种并窨水落干后，进行土壤封闭；播种20天左右，根据田间草情，主要为防治稗草、千金子等禾本科杂草和异型莎草等一年生莎草科杂草。施药前先排干水层，用药后24-48h灌水，保水5-7天。加强苗期稻蓟马、分蘖期螟虫、纹枯病，孕穗期至齐穗期稻瘟病防治。齐穗后一般不再喷施治虫药剂。

2.7水稻收获前套播绿肥。根据中稻收获期及天气状况提前15-20天(10月上旬)套播。选择适宜该地区、耐低温、耐渍性强的毛叶苕子品种，播种量3kg/亩左右。冬季不施肥。

2.8水稻留高茬收获、秸秆粉碎匀铺。采用带有粉碎装置和抛撒装置的联合收割机进行收获，留茬高度40cm左右、秸秆粉碎长度10cm左右，抛撒均匀，秸秆覆盖率80％以上。

试验结果如下：

结果表明(图4)，与常规模式相比，优化还田模式水稻产量增加了8.0％，但处理间差异未达到显著水平。优化模式的分蘖期甲烷排放量显著降低了40.0％，效果明显。

比较例1豆科绿肥与非豆科绿肥还田对水稻产量和甲烷排放的影响比较

本试验于2018年(左图)和2019年(右图)在双季稻区湖南省祁阳县进行，豆科绿肥的还田种植方法与实施例2相同，非豆科绿肥作物还田的种植方法与豆科绿肥还田种植方法的差异仅在于绿肥作物的不同，非豆科绿肥作物采用碳氮比较高(C/N约为30)的黑麦草作为对照。结果表明(图5)，与非豆科绿肥相比，无论是早稻季还是晚稻季，冬季种植豆科绿肥还田后均显著增加了早稻和晚稻产量，早稻和晚稻两年平均产量分别增加了10.4％和6.4％。对于甲烷排放量，早稻季甲烷排放量高于晚稻季，且冬季绿肥季可忽略不计。与豆科绿肥还田相比，2018年和2019年豆科绿肥还田下早稻季甲烷排放显著下降了70.9％和37.9％，晚稻季显著下降了32.1％和21.4％(图6)。这表明，冬季种植豆科绿肥作物对于维持早稻和晚稻产量，降低早稻季和晚稻季(尤其是早稻季)甲烷排放效果明显。

比较例2增苗减肥模式与常规模式对水稻产量及氮肥利用率影响的比较

本试验于2019年我国稻麦两熟区和双季稻区进行联网试验，其中，增苗减肥模式的种植方法分别与实施例3和1相同，常规模式的种植方法与增苗减肥模式的差异仅在于基本苗数增加20％，基肥氮(稻麦两熟区)或穗肥氮(双季稻区)减少20％。结果表明，与常规模式相比，水旱两熟区增苗减基肥模式下水稻产量变化幅度为-0.5％～9.2％，双季稻区增苗减穗肥模式的早稻产量变化幅度为-1.1％～4.0％，晚稻变化幅度为-1.1％～-3.4％，处理间差异均未达到显著水平(图7)。但对于氮肥利用效率，与常规模式相比，水旱两熟区增苗减基肥模式下水稻季氮素偏生产力显著增加了24.4％～36.6％，双季稻区增苗减穗肥模式的早稻氮肥偏生产力显著增加了23.7％～30.0％，晚稻显著增加20.8％～23.5％(图8)。这表明，增苗减肥处理可稳定水稻产量水平，同时显著增加水稻季氮素偏生产力。

比较例3旱整地和传统水整地稻田耕层有毒气体(H₂S)和氧浓度比较

本试验于2019年我国双季稻区江西省进贤县进行试验，其中，旱整地的种植方法与实施例1相同，传统水整地的种植方法与旱整地的差异仅在于传统水整地一般在整地前泡水3-5天，甚至更长(冬季雨水较多地区)，而旱整地则为不上水先整地，若冬季雨水较多，则冬季开沟排水，春季无水湿整地。结果表明，旱整地作业模式下稻田耕层0-40cm未检测到H₂S气体，但水整地条件下0-30cm随着耕层的加深，H₂S浓度呈增加的趋势，最高浓度达0.05μmol/ml；对于耕层氧浓度，旱整地后明显提高了0-20cm耕层的氧浓度(图9)。这说明，旱整地条件下稻田耕层的氧浓度增加，有效降低了有害气体H₂S的产生，同时改善稻田的氧化还原性。

其中，稻田O₂浓度测定参照发明专利ZL201710847719.2的方法进行；H₂S浓度采用Unisense微电极测量系统，先将H₂S电极连接在主机上进行校正。校正后，以1000um步长对各处理土壤剖面H₂S含量进行测定，每个处理测定3个平行剖面后求平均值，并分析土壤垂直剖面H₂S的变化趋势。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于豆科绿肥还田的稻田减排方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在中稻或晚稻收获期前15-20天提前套播碳氮比低于10：1的豆科绿肥作物；

(2)在水稻收获时，控制秸秆留茬高度为30-40cm，并将秸秆粉碎至长度为8-12cm，而后将粉碎后的秸秆均匀覆盖在稻田表面，而后及时开沟以用于排灌；

(3)在所述豆科绿肥作物的盛花期旱旋灭茬埋草，混匀秸秆和绿肥，提高土温；在所述旱旋中，控制旋耕深度为13-17cm；

(4)在水稻插秧前湿整地，通过少搅浆或免搅浆的方式耙地平整；

(5)在种植水稻时，增加15％-20％基本苗，并减少氮肥的使用量；在水稻分蘖期灌浅水2-3cm，保持土壤湿润即可；

(6)适时对水稻进行收获。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(6)中，

对于中稻和晚稻，提前套播豆科绿肥作物，在水稻收获时，控制秸秆留茬高度为30-40cm，并将秸秆粉碎至长度为8-12cm后，均匀覆盖在稻田表面；

对于双季稻区早稻，在水稻收获时，控制留茬高度为13-17cm，，并将秸秆粉碎至长度为8-12cm后，均匀覆盖在稻田表面。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，选择适宜种植地区、耐低温、耐渍性强的品种作为豆科绿肥作物；优选播种量为2-3kg/亩。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，当土壤肥力不佳或出现极端天气时，在套播豆科绿肥作物前增施磷肥。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，进行所述开沟时，控制沟宽、沟深均为18-22cm，沟间距为3-5m。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，控制秸秆在稻田表面的覆盖率为80％以上。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，对于酸性土壤，还需要通过中和调酸平整田块。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(5)中，按1300-1700kg/亩的绿肥鲜草量减施氮肥15％～20％。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(5)中，氮肥减施时期因品种生育期而定，对于水稻生育期100-120天的地区，减少后期穗肥用量；对于生育期较长的地区，减少基肥用量。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(5)中，在种植水稻时，控水灌溉方案如下：

在水稻分蘖期灌浅水2-3cm，保持土壤湿润即可；在有效分蘖临界叶龄期后，排水晒田至地表微裂后，再灌水3～5cm，保持1～2d后，再放水晒田，直至拔节；在拔节孕穗到抽穗期晒田复水后间歇性灌溉，前水不见后水；在灌浆结实期干湿交替浅水灌溉，以干为主，保持土壤湿润状态；在腊熟期停止灌溉，排水晾田。

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