CN115024169A - 一种基于直播旱管种植减少稻田甲烷排放的方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于直播旱管种植减少稻田甲烷排放的方法及其应用。该方法将抗旱栽培稻品种以直播方式进行播种,出苗后进行旱管种植:全生育期利用雨水为主,田间无水层;在缺水敏感期,当土壤体积含水率≤35%时,灌溉至土壤体积含水率≥50%。进一步,全生育期的平均土壤体积含水率≤45%。与淹灌水稻田相比,本发明通过抗旱栽培稻品种以及直播旱管种植技术的组合,显著降低稻田土壤体积含水率,提高土壤氧化还原电位,抑制甲烷产生,促进甲烷氧化,在保证稻谷产量的前提下,大幅降低稻田甲烷的排放。

Description

一种基于直播旱管种植减少稻田甲烷排放的方法及其应用
技术领域
本发明属于农业减排技术领域,具体涉及一种基于直播旱管种植减少稻田甲烷排放的方法及其应用。
背景技术
碳排放引发的全球气候变化已经给人类社会与经济发展带来了显著影响,并成为国际社会普遍关注的重大问题。甲烷是仅次于二氧化碳的强效温室气体,造成的温室效应约占全球碳排放的15%。2021年IPCC颁布的第六次评估报告《气候变化2021:自然科学基础》首次强调了甲烷减排对控制全球升温的重要性;中美两国在联合国气候变化格拉斯哥大会期间发布的《中美关于在21世纪20年代强化气候行动的格拉斯哥联合宣言》也特别提到减少甲烷排放是21世纪20年代的必要事项。农业活动是重要的甲烷排放源,主要包括种植业的水稻生产与养殖业的反刍动物肠道发酵等。其中,我国水稻播种面积4.5亿亩(中国农业统计年鉴,2018),约占世界水稻播种面积的20%,占我国粮食播种总面积的28%。由于水稻种植过程中习惯性淹灌管理,造成每年稻田甲烷排放量居高不下。每年因水稻种植排放的甲烷为891.1万吨(相当于1.87亿吨二氧化碳当量),占农业活动碳排放量的22.6%。因此,减少稻田甲烷排放对于我国农业生产实现绿色低碳转型至关重要。
稻田土壤在淹水状况下的极端厌氧环境是产生甲烷的重要条件。研究表明,通过多次烤田排水、间歇灌溉、薄层灌溉等节水措施减少稻田灌溉水量,降低土壤水分饱和度,可以抑制土壤中产甲烷菌生成甲烷,同时促进甲烷氧化,达到降低甲烷排放的目的。但是降低土壤水分饱和度与水稻旺盛的需水特性之间相互制约。例如日本研发出延长烤田时间(PMD)减排技术,并制定了《抑制稻田甲烷排放的新式水分管理技术手册》(2012)进行推广,然而该技术由于缺乏能在较长干旱环境下正常生长的水稻品种,因此延长烤田时间有限,水稻生育期的大部分时间仍以保留淹水层为主,甲烷减排与水稻产量难以兼顾;近年来推广的干湿交替灌溉(AWD)减排甲烷技术,取得了一定的示范效果,但该方法需要根据田间水位经常进行灌溉管理,不仅增加了农民的管理与劳动力成本,而且由于降雨的影响,甲烷减排效果波动较大。
因此,如何提供一种既能保证产量、操作又简便的稻田甲烷减排技术对于农业领域实现低碳转型至关重要。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种基于直播旱管种植减少稻田甲烷排放的方法及其应用,充分利用抗旱能力强的栽培稻种质资源,通过直播旱管种植技术控制稻田土壤相对体积含水率处于较低水平,提升土壤氧化还原电位,简便易行,可在不影响稻谷产量的前提下,大幅度降低稻田甲烷的产生和排放。
本发明提供的一种基于直播旱管种植减少稻田甲烷排放的方法,将抗旱栽培稻品种以直播方式进行播种,出苗后进行旱管种植:全生育期利用雨水为主,田间无水层;在缺水敏感期,当土壤体积含水率≤35%时,灌溉至土壤体积含水率≥50%。
全生育期为水稻整个生育期,包括出苗期、分蘖期、拔节期、孕穗期、抽穗开花期、灌浆期和成熟期。田间无水层是指稻田无田面水。
优选地,全生育期的平均土壤体积含水率≤45%;
全生育期的平均土壤体积含水率为水稻整个生育期内每日测量获得的土壤体积含水率进行平均所得,每日测量获得的土壤体积含水率为当天多次测量获得的土壤体积含水率进行平均所得,如按照测量频次为每半个小时一次通过土壤湿度传感器测量获得土壤体积含水率进行平均所得。
和/或,在缺水敏感期,当土壤体积含水率≤35%时,灌溉至土壤体积含水率为50~55%,如50~52%、52~53%或53~55%。
旱管期间稻田土壤体积含水率范围为20~55%(平均土壤体积含水率≤45%),显著减少稻田土壤处于还原状态的时间,抑制甲烷生成,促进甲烷氧化,进而大幅减少甲烷排放。
进一步,所述土壤体积含水率是基于土壤湿度传感器测量所得,所述土壤体积含水率的测量位置为稻田土壤埋深5~10cm。
优选地,所述灌溉为跑马水灌溉。跑马水灌溉是指灌溉时田间不进行蓄水操作,且灌溉后田间无水层。
更优选地,所述缺水敏感期为分蘖期、孕穗期、抽穗开花期和灌浆期。
优选地,还包括如下技术特征中的至少一项:
a1)所述抗旱栽培稻品种的抗旱级别为2~4级。抗旱栽培稻品种的选择:选择既具有旱稻的抗旱特性、又有水稻高产优质特性的新型栽培稻品种,抗旱能力根据《节水抗旱稻抗旱性鉴定技术规范》(NY/T 2863-2015)鉴定的抗旱级别为2~4级,适用于水直播或旱直播。
a2)所述抗旱栽培稻品种适合在种植区气候条件下种植。
优选地,还包括如下技术特征中的至少一项:
b1)播种的方式选自人工条播、人工穴播、人工撒播、机械条播、机械穴播和机械撒播中的至少一种;
b2)所述直播为水直播或旱直播;
b3)播种后覆盖厚度为2~3cm的土壤。
更优选地,特征b2)中,还包括如下技术特征中的至少一项:
b21)所述水直播是将已催芽至露白的抗旱栽培稻品种的种子播于土壤体积含水率为50~55%的稻田土壤中,并在播种后20~25天进行查苗补苗,于三叶一心期后排干或自然晒干稻田水层;
b22)所述旱直播是将抗旱栽培稻品种的种子播于稻田土壤中,等待萌发及出苗,在出苗后20~25天进行查苗补苗。
进一步更优选地,特征b22)中,等待萌发及出苗期间,若无雨水,则进行灌溉,灌溉至土壤体积含水率为45~50%。
本发明第二方面提供上述基于直播旱管种植减少稻田甲烷排放的方法,在水稻种植上的应用。
本发明提供了一种基于直播旱管种植减少稻田甲烷排放的方法及其应用,不仅能大幅度降低稻田甲烷排放外,还能节约稻田灌溉用水、提高肥料利用率,同时减少由于过量灌溉与施肥引起的氮磷养分流失。
附图说明
图1为实例1的水直播旱管与对照1的淹灌水分管理模式的平均土壤体积含水率对比图。
图2为实例1的水直播旱管与对照1的淹灌水分管理模式的甲烷排放对比图。
图3为实例1的水直播旱管与对照1的淹灌水分管理模式的产量对比图。
图4为实例2的水直播旱管与对照2的淹灌水分管理模式的平均土壤体积含水率对比图。
图5为实例2的水直播旱管与对照2的淹灌水分管理模式的甲烷排放对比图。
图6为实例2的水直播旱管与对照2的淹灌水分管理模式的产量对比图。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明,而非限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法及未说明配方的试剂均为按照常规条件或者制造商建议的条件进行或配置。
实施例1:水直播旱管减少稻田甲烷排放
a.依据《节水抗旱稻抗旱性鉴定技术规范》(NY/T 2863-2015)筛选抗旱性级别为2级的节水抗旱稻品种——旱优73,该品种由上海市农业生物基因中心与上海天谷生物科技股份有限公司共同选育的三系籼型杂交节水抗旱稻。旱优73在江淮流域广泛种植,全生育期123天左右。
b.将已催芽至露白的稻种直接播于耕耘平整,无水层的田块(土壤体积含水率为50~55%)中。在播种后20~25天时及时查苗补苗,构建适宜群体。
c.水直播稻田在水稻三叶一心后排干或自然晒干稻田水层,至水稻收获期间田面无水层。
d.灌溉结合田间施肥、病虫害防治进行,生长期田间无水层。在缺水敏感期(分蘖期、孕穗期、抽穗开花期和灌浆期),当土壤体积含水率≤35%时,灌溉至土壤体积含水率≥50%。
e.全生育期的土壤体积含水率利用设置在稻田土壤中的土壤温湿度记录仪(TMS-4)进行实时监测记录,土壤体积含水率的测量位置为稻田土壤埋深5~10cm;稻田甲烷排放通量日变化利用静态箱-气相色谱法监测,并将稻季甲烷日排放量进行累加计算总排放量。
实施例2:旱直播旱管减少稻田甲烷排放
a.依据《节水抗旱稻抗旱性鉴定技术规范》(NY/T 2863-2015)筛选抗旱性级别为2级的节水抗旱稻品种——旱优73,该品种由上海市农业生物基因中心与上海天谷生物科技股份有限公司共同选育的三系籼型杂交节水抗旱稻。旱优73在江淮流域广泛种植,全生育期123天左右。
b.将干种子直接播于翻耕整平的稻田土壤中,等待萌发及出苗,若无雨水,则进行灌溉,灌溉至土壤体积含水率为45~50%。在出苗后20~25天时及时查苗补苗,构建适宜群体。
c.旱直播旱管稻田在水稻全生育期田间无水层。
d.灌溉应结合田间施肥、病虫害防治进行。在缺水敏感期(分蘖期、孕穗期、抽穗开花期和灌浆期),当土壤体积含水率≤35%时,灌溉至土壤体积含水率≥50%。
e.全生育期的土壤体积含水率利用设置在稻田土壤中的土壤温湿度记录仪(TMS-4)进行实时监测记录,土壤体积含水率的测量位置为稻田土壤埋深5~10cm;稻田甲烷排放通量日变化利用静态箱-气相色谱法监测,并将稻季甲烷日排放量进行累加计算总排放量。
本发明的应用实例:
将本发明技术用于水稻生产减排甲烷上。
1、实例1:筛选旱优73为试材;
Figure BDA0003712937470000051
种24h,催芽24h,待稻种露白后晾干;泡田1周后排干田块中积水;将已浸种的稻种直播于耕耘平整、无水层的田块中,土壤体积含水率为50~52%;播种至播种后20~25天(三叶一心期)土壤表面湿润但无水层;在第25天左右时排干或自然晒干稻田水层,水稻收获期间田面无水层;在缺水敏感期(分蘖期、孕穗期、抽穗开花期和灌浆期),当土壤体积含水率≤35%时,灌溉至土壤体积含水率为50~52%,且田间无水层。
2、对照1(淹灌水分管理模式):筛选普通水稻品种H优518作为对照试材;
Figure BDA0003712937470000052
种24h,催芽24h,待稻种露白后晾干;泡田1周后排干田块中积水;将已浸种的稻种直播于耕耘平整、无水层的田块中;播种至播种后20~25天(三叶一心期)土壤表面湿润但无积水;从第25天开始淹水灌溉,并维持田间水层10cm,直至水稻收获前一月落干。
实例1的全生育期平均土壤体积含水率为43%,比对照1(淹灌水分管理模式)降低17%,见图1;实例1的全生育期利用静态箱-气相色谱法监测稻田甲烷排放通量变化,并计算总排放量,实例1的甲烷排放量对比对照1(淹灌水分管理模式)减少72%,见图2;收获后测产,实例1的产量对比对照1(淹灌水分管理模式)无显著差异,见图3。
3、实例2:筛选旱优73为试材;将干种直播于平整的稻田土壤中,等待雨水萌发及出苗,若无雨水,则进行灌溉,灌溉至土壤体积含水率为48~50%;水稻全生育期田间无水层;在缺水敏感期(分蘖期、孕穗期、抽穗开花期和灌浆期),当土壤体积含水率≤35%时,灌溉至土壤体积含水率为53~55%,且田间无水层。
4、对照2(淹灌水分管理模式):筛选普通水稻品种黄华占作为对照试材;泡田1周后维持田间水层10cm;以插秧方式将秧苗种于耕耘平整、田间水层10cm的田块中;稻季生育期维持田间水层10cm,直至水稻收获前一月落干。
实例2的全生育期平均土壤体积含水率为38%,比对照2(淹灌水分管理模式)降低27%,见图4;实例2的全生育期利用静态箱-气相色谱法监测稻田甲烷排放通量变化,并计算总排放量,实例2的甲烷排放量对比对照2(淹灌水分管理模式)减少91%,见图5;收获后测产,实例2的产量对比对照2(淹灌水分管理模式)无显著差异,见图6。
以上的实施例是为了说明本发明公开的实施方案,并不能理解为对本发明的限制。此外,本文所列出的各种修改以及发明中方法、抗旱品种的变化,在不脱离本发明的范围和精神的前提下对本领域内的技术人员来说是显而易见的。虽然已结合本发明的多种具体优选实施例对本发明进行了具体的描述,但应当理解,本发明不应仅限于这些具体实施例。事实上,各种如上所述的对本领域内的技术人员来说显而易见的修改来获取发明都应包括在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种基于直播旱管种植减少稻田甲烷排放的方法,其特征在于,将抗旱栽培稻品种以直播方式进行播种,出苗后进行旱管种植:全生育期利用雨水为主,田间无水层;在缺水敏感期,当土壤体积含水率≤35%时,灌溉至土壤体积含水率≥50%。
2.如权利要求1所述的基于直播旱管种植减少稻田甲烷排放的方法,其特征在于,全生育期的平均土壤体积含水率≤45%;
和/或,在缺水敏感期,当土壤体积含水率≤35%时,灌溉至土壤体积含水率为50~55%。
3.如权利要求1所述的基于直播旱管种植减少稻田甲烷排放的方法,其特征在于,所述土壤体积含水率是基于土壤湿度传感器测量所得,所述土壤体积含水率的测量位置为稻田土壤埋深5~10cm。
4.如权利要求1所述的基于直播旱管种植减少稻田甲烷排放的方法,其特征在于,所述灌溉为跑马水灌溉。
5.如权利要求1所述的基于直播旱管种植减少稻田甲烷排放的方法,其特征在于,所述缺水敏感期为分蘖期、孕穗期、抽穗开花期和灌浆期。
6.如权利要求1所述的基于直播旱管种植减少稻田甲烷排放的方法,其特征在于,还包括如下技术特征中的至少一项:
a1)所述抗旱栽培稻品种的抗旱级别为2~4级;
a2)所述抗旱栽培稻品种适合在种植区气候条件下种植。
7.如权利要求1所述的基于直播旱管种植减少稻田甲烷排放的方法,其特征在于,还包括如下技术特征中的至少一项:
b1)播种的方式选自人工条播、人工穴播、人工撒播、机械条播、机械穴播和机械撒播中的至少一种;
b2)所述直播为水直播或旱直播;
b3)播种后覆盖厚度为2~3cm的土壤。
8.如权利要求7所述的基于直播旱管种植减少稻田甲烷排放的方法,其特征在于,特征b2)中,还包括如下技术特征中的至少一项:
b21)所述水直播是将已催芽至露白的抗旱栽培稻品种的种子播于土壤体积含水率为50~55%的稻田土壤中,并在播种后20~25天进行查苗补苗,于三叶一心期后排干或自然晒干稻田水层;
b22)所述旱直播是将抗旱栽培稻品种的种子播于稻田土壤中,等待萌发及出苗,在出苗后20~25天进行查苗补苗。
9.如权利要求8所述的基于直播旱管种植减少稻田甲烷排放的方法,其特征在于,特征b22)中,等待萌发及出苗期间,若无雨水,则进行灌溉,灌溉至土壤体积含水率为45~50%。
10.如权利要求1至9任一项所述的基于直播旱管种植减少稻田甲烷排放的方法,在水稻种植上的应用。
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