CN116868850A - 一种绿肥还田后降低水稻田中甲烷排放的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种绿肥还田后降低水稻田中甲烷排放的方法，其包括如下步骤：1)在水稻收获前套播绿肥作物；2)在绿肥作物盛花期时，排出田面渍水，维持田面干爽状态；3)在水稻插秧前，将绿肥作物灭茬、粉碎、干耕翻压还田，晾垡，淹水；4)移栽水稻，对稻田进行第一管理使水稻生长至收获；5)对于一季稻，在水稻收获前再次套播绿肥作物，重复步骤2)至4)；对于双季稻，收获早稻后，整地，移栽晚稻，对稻田进行第二管理使晚稻生长至收获；在晚稻收获前再次套播绿肥作物，重复步骤2)至4)。
Description
技术领域
本发明涉及温室气体领域，特别涉及一种绿肥还田后降低水稻田中甲烷排放的方法。
背景技术
甲烷(CH4)的增温潜势是二氧化碳(CO2)的25至28倍。我国稻田甲烷(CH4)是主要的人为CH4排放源。
绿肥是维持和提高农田生产力、减少化肥施用量的高效手段。旱作制度下，种植利用绿肥年均每公顷可减少排放约2.06t当量CO2的温室气体，降低农田生态系统净温室效应。然而，在我国南方一季或双季稻区，中稻或晚稻收获后轮作绿肥作物，绿肥作物盛花期泡水湿耕还田致使水稻生育期内排放大量的CH4，大大抵消绿肥作物的光合固碳效益，甚至增加稻田综合增温潜势。
因此，对水稻-绿肥作物轮作制度下如何实现CH4减排，以更大程度地发挥绿肥作物清洁生产的作用是当前亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种绿肥还田后降低水稻田中甲烷排放的方法，其包括如下步骤：
1)在水稻收获前套播绿肥作物；
2)在绿肥作物盛花期时，排出田面渍水，维持田面干爽状态；
3)在水稻插秧前，将绿肥作物灭茬、粉碎、干耕翻压还田，晾垡，淹水；
4)移栽水稻，对稻田进行第一管理使水稻生长至收获；
5)对于一季稻，在水稻收获前再次套播绿肥作物，重复步骤2)至4)；
对于双季稻，收获早稻后，整地，移栽晚稻，对稻田进行第二管理使晚稻生长至收获；在晚稻收获前10至15d再次套播绿肥作物，重复步骤2)至4)。
在一个具体实施方式中，所述绿肥作物为紫云英(Astragalus sinicus L.)。
在一个具体实施方式中，在步骤1)和步骤5)中，所述绿肥作物的播种量独立地为22.5kg ha-1至30.0kg ha-1。
在一个具体实施方式中，在步骤1)和步骤5)中独立地在水稻收获前10至15d套播所述绿肥作物。
在一个具体实施方式中，在步骤1)和步骤2)之间，还包括步骤1-2)在收获水稻后，随后环田开一圈围沟，田内开田内沟，并使田内沟与围沟连通，在围沟的一处设置排水口。
在一个具体实施方式中，所述围沟和田内沟的沟宽独立地为15至25cm。
在一个具体实施方式中，在田内每隔5至10米开所述田内沟。
在一个具体实施方式中，在所述围沟的至少一处设置排水口。
在一个具体实施方式中，在步骤2)中，在绿肥作物盛花期时，清除所述围沟和所述田内沟中的淤土，排出田面渍水，维持田面干爽状态。
在一个具体实施方式中，在步骤3)中，在绿肥还田的同时，可将稻秸还田，然后同时干耕翻压。
在一个具体实施方式中，在步骤3)中，将所述绿肥作物粉碎至0.5至10cm后还田。
在一个具体实施方式中，在步骤3)中，将所述绿肥作物粉碎至2至5cm后还田。
在一个具体实施方式中，在步骤3)中，将所述绿肥作物粉碎至5至10cm后还田。
在一个具体实施方式中，在步骤3)中，将所述稻秸粉碎至0.5至10cm后还田。
在一个具体实施方式中，在步骤3)中，将所述稻秸粉碎至2至5cm后还田。
在一个具体实施方式中，在步骤3)中，将所述稻秸粉碎至5至10cm后还田。
在一个具体实施方式中，在步骤3)中，在晾垡5至15天时淹水。
在一个具体实施方式中，在步骤3)中，在晾垡5至10天时淹水。
在一个具体实施方式中，在步骤3)中，在晾垡10至15天时淹水。
在一个具体实施方式中，在步骤3)中，淹水至使水层至1至2cm。
在一个具体实施方式中，所述第一管理包括第一施肥；所述第二管理包括第二施肥。
在一个具体实施方式中，所述第一施肥和所述第二施肥可以独立地分为全部作为基肥在移栽水稻前的第1至3天施入(例如，对于一季稻，仅在步骤4)移栽所述水稻前的第1至3天施入；对于双季稻，在步骤4)移栽早稻前的第1至3天施入，在步骤5)移栽晚稻前的第1至3天施入)；部分作为基肥在移栽水稻前的第1至3天施入，部分作为分蘖肥在水稻分蘖期施入，部分作为穗肥在穗期施入；或者部分作为基肥在移栽水稻前的第1至3天施入，部分作为分蘖肥在水稻分蘖期施入。
本发明的有益效果：
针对水稻-绿肥作物轮作制度下CH4增排的问题，本发明通过对绿肥作物的还田方式和绿肥还田至水稻插秧期间水分管理的改进，特别是通过晾垡使水稻生育期内CH4的排放通量大幅减少了50％，并且未导致氧化亚氮(N2O)温室气体的增排，同时还有提高稻谷产量的趋势。其中，室内培养实验、户外盆栽实验、野外典型一季稻和双季稻区小区实验，实验结果整体一致，因而具有典型代表性。基于该方法，可以实现我国南方水稻-绿肥作物轮作制度下绿肥还田后的CH4减排，轻简高效、实用性强、便于农户操作与应用。
附图说明
图1显示了实施例1和2以及对比例1几个不同处理在不同时间下所释放出的CH4的排放通量。
图2显示了实施例1和2以及对比例1几个不同处理在不同时间下所释放出的N2O的排放通量。
图3显示了实施例3和4以及对比例2几个不同处理在不同时间下所释放出的CH4的排放通量。
图4显示了实施例3和4以及对比例2几个不同处理在不同时间下所释放出的N2O的排放通量。
图5显示了实施例5和6以及对比例3几个不同处理在不同时间下所释放出的CH4的排放通量。
图6显示了实施例5和6以及对比例3几个不同处理在不同时间下所释放出的N2O的排放通量。
图7显示了实施例7至12以及对比例4几个不同处理在不同时间下所释放出的CH4的排放通量。
图8显示了实施例7至12以及对比例4几个不同处理在不同时间下所释放出的N2O的排放通量。
图9显示了稻田开沟示意图。
图10显示了实施例13至16几个不同处理在不同时间下所释放出的CH4的排放通量。
图11显示了实施例13至16几个不同处理在不同时间下所释放出的N2O的排放通量。
图12显示了实施例17至20以及对比例5几个不同处理在不同时间下所释放出的CH4的排放通量。
图13显示了实施例17至20以及对比例5几个不同处理在不同时间下所释放出的N2O的排放通量。
图14显示了实施例21至25以及对比例6几个不同处理在不同时间下所释放出的CH4的排放通量。
图15显示了实施例21至25以及对比例6几个不同处理在不同时间下所释放出的N2O的排放通量。
具体实施方式
以下通过优选的实施案例的形式对本发明的上述内容作进一步的详细说明，但其不构成对本发明的限制。
如无特别说明，本发明的实施例中的试剂均可通过商业途径购买。
室内培养实验
实施例1
含绿肥的干鲜土直接淹水处理(G)
选取广西壮族自治区南宁市隆安县水稻收获期的水稻土，风干至土壤含水量低于5wt％，过2mm筛后得到干鲜土。
供试绿肥为在盛花期(3月下旬至4月中下旬)收获铡短为长度0.5cm至1cm的紫云英(Astragalus sinicus L.)干草段，其中，紫云英干草段的含水量低于5wt％。
在实验处理的第1天，将绿肥以20g kg-1的量(即绿肥的质量/干鲜土的质量)与干鲜土混合，获得含绿肥的干鲜土；即刻取25.5g含绿肥的干鲜土(折合干鲜土为25g)装入培养瓶中，使土表距离培养瓶的瓶口在5cm以上，然后直接淹水2cm，盖上培养瓶的瓶盖，将培养瓶放置25±2℃生化培养箱黑暗培养123天。其中，淹水后的培养瓶中的水分会自然蒸发，因此，每隔5天补充水分，使培养瓶中的水层在实验期间始终保持2cm。
每个培养瓶为1个重复，共计5个重复。
实施例2
含绿肥的干鲜土晾垡5天后淹水处理(G+DW)
在实验处理的第1天，将绿肥以20g kg-1的量与干鲜土混合，获得含绿肥的干鲜土；即刻取25.5g含绿肥的干鲜土(折合干鲜土为25g)装入培养瓶中，使土表距离培养瓶的瓶口在5cm以上，然后在将含绿肥的干鲜土装入培养瓶中的第5天(即，晾垡5天)淹水2cm，盖上培养瓶的瓶盖，将培养瓶放置25±2℃生化培养箱黑暗培养123天。其中，淹水后的培养瓶中的水分会自然蒸发，因此，每隔5天补充水分，使培养瓶中的水层在实验期间始终保持2cm。
其他同实施例1。
对比例1
不含绿肥的干鲜土直接淹水处理(CK)
选取广西壮族自治区南宁市隆安县水稻收获期的水稻土，风干至土壤含水量低于5wt％，过2mm筛后得到干鲜土。
在实验处理的第1天，取25g干鲜土装入培养瓶中，使土表距离培养瓶的瓶口在5cm以上，然后直接淹水2cm，盖上培养瓶的瓶盖，将培养瓶放置25±2℃生化培养箱黑暗培养123天。其中，淹水后的培养瓶中的水分会自然蒸发，因此，每隔5天补充水分，使培养瓶中的水层在实验期间始终保持2cm。
实施例3
含绿肥的干鲜土直接淹水处理(G)
选取的土壤为湖北省荆州市荆州区水稻收获期的水稻土，其他同实施例1。
实施例4
含绿肥的干鲜土晾垡5天后淹水处理(G+DW)
选取的土壤为湖北省荆州市荆州区水稻收获期的水稻土，其他同实施例2。
对比例2
不含绿肥的干鲜土直接淹水处理(CK)
选取的土壤为湖北省荆州市荆州区水稻收获期的水稻土，其他同对比例1。
实施例5
含绿肥的干鲜土直接淹水处理(G)
选取的土壤为福建省福州市闽侯县水稻收获期的水稻土，其他同实施例1。
实施例6
含绿肥的干鲜土晾垡5天后淹水处理(G+DW)
选取的土壤为福建省福州市闽侯县水稻收获期的水稻土，其他同实施例2。
对比例3
不含绿肥的干鲜土直接淹水处理(CK)
选取的土壤为福建省福州市闽侯县水稻收获期的水稻土，其他同对比例1。
测试例1
对于实施例1至6以及对比例1至3的处理，分别于培养的第1、3、6、9、13、20、28、34、51、69、87、123天进行如下气体采集处理：揭开培养瓶瓶盖置于通风橱内换气20min，换气完成后用瓶塞盖紧以密封，并在密封培养瓶后的0h和24h时分别用20ml注射器从培养瓶的瓶塞取样口采气。其中，采集气体时，反复推拉注射器多次，以混匀瓶内气体，混匀后，采集培养瓶内气体样本，并转移至12ml顶空瓶中。使用安捷伦气相色谱仪(Agilent 7890B)检测气体样品中CH4和N2O浓度，经公式1计算转化后，广西、湖北和福建水稻土经不同处理之后在不同时间下所释放出的气体中的CH4或N2O的排放通量结果见图1至图6。经公式2及公式3计算广西、湖北和福建水稻土经不同处理之后在整个实验周期中CH4或N2O的累计排放量及全球增温潜势(GWP)结果见表1。
公式1：
其中，F(X)为CH4或N2O的排放通量(mg kg-1d-1)，Q24和Q0分别为24h和0h所检测到的CH4或N2O的浓度(mol×10-6mol-1)，V培养瓶内气体容积(L)，Mo为CH4或N2O的摩尔质量(gmol-1)，t为培养时间(d)，m为含绿肥的干鲜土(G或G+DW)或不含绿肥的干鲜土(CK)的干重(kg)，T为培养温度(℃)。
公式2：
其中，E为第t天时CH4或N2O累计排放量(单位：mg kg-1)，Ft和Ft′分别为第t天和第t′天时CH4或N2O的排放通量(单位：mg kg-1d-1)，t和t′分别为相邻两次气体采集的天数(单位：d)，t-t′代表相邻两次取样时间的时间间隔，i为第i次取样，n为总取样次数。
公式3：GWP＝298×E(N2O)+25×E(CH4)
其中，GWP为温室气体增温潜势(单位：mg CO2-eq kg-1)，E(N2O)和E(CH4)分别为N2O和CH4的累计排放量。
根据图1至图6可知，与G处理相比，G+DW处理主要在前期(前50天左右)降低CH4的排放通量。
表1
注：采用SAS 8.0对数据进行统计分析，对不同处理的多重比较采用最小显著差异法(LSD)，显著水平为P<0.05，n＝5。
根据表1的结果可知，相比于CK，三个地区的土壤添加绿肥(G处理)均会增加CH4的累计排放量。与G处理相比，G+DW均能降低三个地区的CH4累计排放量，也未引起N2O增排。其中，广西水稻土在G+DW下的CH4累计排放量降低了87.3％；湖北水稻土在G+DW下的CH4累计排放量降低67.2％；福建水稻土在G+DW下的CH4、N2O的累计排放量分别降低97.5％和71.3％。广西、湖北和福建在G+DW下的全球增温潜势(GWP)较G处理分别降低了48.1％、23.3％和83.5％。综上，在添加绿肥后，通过适当天数的晾垡可以使CH4的累计排放量以及GWP显著的下降到添加绿肥之前的水平。
盆栽实验
实施例7
含绿肥的干鲜土直接淹水处理(G)
选取了安徽省池州市贵池区水稻土，风干至土壤含水量低于5wt％，过2mm筛，挑出石块、植物残体，得到干鲜土。
供试绿肥为在盛花期(3月下旬至4月中下旬)收获铡短为长度2至5cm的紫云英鲜草段，其中，紫云英鲜草段的含水量90wt％。
用于盆栽的花盆的上部边缘镶嵌凹槽，该凹槽用于注入水以密封静态采气箱。
时间为2022年6月至2022年9月，地点为中国农业科学院露天盆栽试验场。
在实验处理的第1天，即2022年6月11日，将绿肥以10g kg-1干鲜土的量(以1亩地的耕层土壤质量为150000kg，1亩地生产1500kg的新鲜紫云英绿肥计，即绿肥与土壤的比例为10g kg-1；1公顷新鲜绿肥产量为15×1500kg＝22500kg，折合为新鲜绿肥22500kg ha-1)与干鲜土混合，获得含绿肥的干鲜土；即刻取5.05kg含绿肥的干鲜土装入花盆中，使土表距离花盆的盆口在8cm以上，然后直接淹水2cm；在水稻移栽前一天，即2022年6月22日，每盆施肥量(与一季稻施肥量等同，即氮肥(N)210kg ha-1、磷肥(P2O5)75kg ha-1、钾肥(K2O)120kg ha-1)为：氮肥(N)0.47g盆-1、磷肥(P2O5)0.17g盆-1、钾肥(K2O)0.27g盆-1；在淹水13天后，即2022年6月23日移栽水稻秧苗，每盆4株；水稻整个生长期始终保持2至3cm的淹水状态直至2022年9月25日收获水稻。
实施例8
含绿肥的干鲜土晾垡7天后淹水处理(G-DW7)
在实验处理的第1天，即2022年6月11日，将绿肥以10g kg-1干鲜土的量(折合为新鲜绿肥22500kg ha-1)与干鲜土混合，获得含绿肥的干鲜土；即刻取5.05kg含绿肥的干鲜土装入花盆中，使土表距离花盆的盆口在8cm以上，然后将含绿肥的干鲜土装入花盆中的第7天(即2022年6月18日)淹水2cm；在水稻移栽前一天，即2022年6月22日，每盆施肥量(与一季稻施肥量等同，即氮肥(N)210kg ha-1、磷肥(P2O5)75kg ha-1、钾肥(K2O)120kg ha-1)为：氮肥(N)0.47g盆-1、磷肥(P2O5)0.17g盆-1、钾肥(K2O)0.27g盆-1；在淹水5天后，即2022年6月23日移栽水稻秧苗，每盆4株；水稻整个生长期始终保持2至3cm的淹水状态直至2022年9月25日收获水稻。
干鲜土与绿肥同实施例7。
实施例9
含绿肥和稻秸的干鲜土直接淹水处理(RS+G)
供试秸秆为铡短为长度2至5cm的干稻秸，其中，干稻秸的含水量低于5wt％。
在实验处理的第1天，即2022年6月11日，将绿肥以10g kg-1干鲜土的量(折合为新鲜绿肥22500kg ha-1)、秸秆以3g kg-1干鲜土的量(折合为秸秆6750kg ha-1)与干鲜土混合，获得含稻秸和绿肥的干鲜土；即刻取5.065kg含稻秸和绿肥的干鲜土装入花盆中，使土表距离花盆的盆口在8cm以上，然后直接淹水2cm；在水稻移栽前一天，即2022年6月22日，每盆施肥量(与一季稻施肥量等同，即氮肥(N)210kg ha-1、磷肥(P2O5)75kg ha-1、钾肥(K2O)120kgha-1)为：氮肥(N)0.47g盆-1、磷肥(P2O5)0.17g盆-1、钾肥(K2O)0.27g盆-1；在淹水13天后，即2022年6月23日移栽水稻秧苗，每盆4株；水稻整个生长期始终保持2至3cm的淹水状态直至2022年9月25日收获水稻。
干鲜土与绿肥同实施例7。
实施例10
含绿肥和稻秸的干鲜土晾垡7天后淹水处理(RS+G-DW7)
在实验处理的第1天，即2022年6月11日，将绿肥以10g kg-1干鲜土的量(折合为新鲜绿肥22500kg ha-1)、秸秆以3g kg-1干鲜土的量(折合为秸秆6750kg ha-1)与干鲜土混合，获得含稻秸和绿肥的干鲜土；即刻取5.065kg含稻秸和绿肥的干鲜土装入花盆中，使土表距离花盆的盆口在8cm以上，然后将含稻秸和绿肥的干鲜土装入花盆中的第7天(即2022年6月18日)淹水2cm；在水稻移栽前一天，即2022年6月22日，每盆施肥量(与一季稻施肥量等同，即氮肥(N)210kg ha-1、磷肥(P2O5)75kg ha-1、钾肥(K2O)120kg ha-1)为：氮肥(N)0.47g盆-1、磷肥(P2O5)0.17g盆-1、钾肥(K2O)0.27g盆-1；在淹水5天时，即2022年6月23日移栽水稻秧苗，每盆4株；水稻整个生长期始终保持2至3cm的淹水状态直至2022年9月25日收获水稻。
干鲜土与绿肥同实施例7，稻秸同实施例9。
实施例11
含稻秸的干鲜土直接淹水处理(RS)
与实施例7的区别之处在于，将绿肥替换为稻秸，其中，稻秸及其添加量同实施例9。
实施例12
含稻秸的干鲜土晾垡7天后淹水处理(RS-DW7)
与实施例8的区别之处在于，将绿肥替换为稻秸，其中，稻秸及其添加量同实施例9。
对比例4
不含绿肥也不含稻秸的干鲜土直接淹水处理(CK)
与实施例7的区别之处在于，不添加绿肥。
以上实施例7至实施例12以及对比例4的每处理中的每盆作为一个重复，每个处理重复4次，不同处理和重复完全随机排列。
测试例2
对于实施例7至12以及对比例4的处理，分别于装花盆的第1、3、10、16、22、31、40、47、54、64、74、84、94、104天的上午9:00至11:30进行如下气体采集处理：每次采集气体前向花盆凹槽处注满水，将静态采气箱(CN202122867714.0)扣在花盆盆体上方，注水于花盆的上部边缘镶嵌的凹槽内以达到密封效果。并在密封后的第0、10、20和30min用抽气泵抽取顶箱内的气体，同时顶箱内风扇开启便于完全混匀气体，抽出300mL保存于真空采样袋后迅速带回实验室分析。于水稻收获期对水稻的地下部分(根)、地上部分(水稻秸秆和籽粒)进行收获后烘干至恒重，并称重得到干物质积累量。
使用安捷伦气相色谱仪(Agilent 7890B)检测所采集的气体样品中的CH4和N2O浓度。经公式4计算不同处理之后在不同时间下所释放出的气体中的CH4和N2O的排放通量，其中，CH4的排放通量见图7，N2O的排放通量见图8。经公式5及公式6计算经不同处理之后在整个实验周期中CH4或N2O的累计排放量及全球增温潜势(GWP)，结果见表2。
公式4：
其中，F为CH4或N2O排放通量(单位：mg m-2h-1)；ρ为CH4或N2O在标准状态下的密度(单位：mg cm-3)；V为静态采气箱顶箱的体积(单位：m3)；A为静态采气箱顶箱的底面积(单位：m2)；Δc/Δt表示CH4或N2O的浓度变化速率(单位：ppm h-1)；T为采样过程中采样箱内空气的平均温度(单位：℃)。
公式5：
其中，E为第t天时CH4或N2O累计排放量(单位：mg m-2)，Ft和Ft′分别为第t天和第t′天时CH4或N2O的排放通量(单位：mg m-2h-1)，t和t′分别为相邻两次气体采集的天数(单位：d)，t-t′代表相邻两次取样时间的时间间隔，i为第i次取样，n为总取样次数。
公式6：GWP＝298×E(N2O)+25×E(CH4)
其中，GWP为温室气体增温潜势(kg CO2-eq ha-1)，E(N2O)和E(CH4)分别为N2O和CH4的累计排放量。
根据图7和图8可知，与直接淹水相比，不论单独添加绿肥、稻秸，还是同时添加稻秸和绿肥，在晾垡7天后淹水处理在实验前两个月内均会降低CH4的排放通量。
根据表2的结果可知，与直接淹水相比，晾垡7天的处理能显著降低CH4排放量，同时保持稳定的水稻干物质量。其中，相比于RS，RS-DW7处理下的CH4和N2O的累计排放量分别降低了63.7％、54.5％；相比于G，G-DW7处理下的CH4的累计排放量降低了71.8％；相比于RS+G，RS+G-DW7处理下的CH4的累计排放量降低了84.7％。单独添加稻秸和绿肥以及同时稻秸和绿肥后采用晾垡7天的方式，较相应的直接淹水处理水稻生物量没有显著变化，但GWP分别降低了63.5％、70.6％和84.5％。综上，在单独添加绿肥、稻秸以及同时稻秸和绿肥后，通过适当天数的晾垡可以使CH4的累计排放量以及GWP显著的下降到添加之前的水平。
表2
注：采用SAS 8.0对数据进行统计分析，对不同处理的多重比较采用最小显著差异法(LSD)，显著水平为P<0.05，n＝4。
大田试验
实施例13
绿肥干耕还田后直接淹水(G-DW0)
实验地为安徽省池州市贵池区梅村镇。
水稻品种为荃两优218。
2021年9月12日(一季稻收获前15天)稻底套播绿肥紫云英，播种量为22.5kg ha-1，整个绿肥生育期(即播种后至盛花期)内不使用任何肥料和除草剂；
2021年9月27日收获水稻，随后环田开一圈围沟，田内每隔5至10米开田内沟，并使田内沟与围沟连通，在围沟的一处设置排水口，便于雨水及时排出，如图9所示。其中，围沟和田内沟的沟宽和沟深分别为20cm。
2022年4月26日，即在绿肥作物盛花期，清除沟中淤土，排出田面渍水，维持田面干爽状态；
2022年5月10日，划分试验小区，各小区面积为5m×6m，小区间修筑田埂和覆膜隔开防止串水串肥；
2022年5月11日，绿肥灭茬、粉碎至5至10cm段干耕还田，翻压不晾垡，直接淹水1至2cm；
2022年5月31日，常规施基肥，其中，供试氮肥为尿素(含N 46％)，施用量以氮计为105kg ha-1；磷肥为过磷酸钙(含P2O5 12％)，施用量以P2O5计为75kg ha-1；钾肥为氯化钾(含K2O 60％)，施用量以K2O计为84kg ha-1；
2022年6月2月，划行移栽水稻，移栽规格21cm×25cm，即每小区28行，每行20穴，每穴4至5株；在水稻的生长阶段常规管理，其中，在水稻生长至分蘖期时常规施63kg ha-1氮肥作为分蘖肥，生长至穗期常规施42kg ha-1氮肥和36kg ha-1钾肥作为穗肥；
2022年9月13日，再次套播种植紫云英，重复以上步骤。其中，2022年9月28日，收获水稻。
实施例14
绿肥干耕还田-晾垡5天后淹水处理(G-DW5)
在2022年5月11日绿肥干耕翻压还田后，晾垡5天，即在2022年5月16日淹水1至2cm。
其他操作根据实施例13的时间间隔要求确定操作日期。
实施例15
绿肥干耕还田-晾垡10天后淹水处理(G-DW10)
在2022年5月11日绿肥干耕翻压还田后，晾垡10天，即在2022年5月21日淹水1至2cm。
其他操作根据实施例13的时间间隔要求确定操作日期。
实施例16
绿肥干耕还田-晾垡15天后淹水处理(G-DW15)
在2022年5月11日绿肥干耕还田后，晾垡15天，即在2022年5月26日淹水1至2cm。
其他操作根据实施例13的时间间隔要求确定操作日期。
以上实施例13至实施例16的每个小区为一个重复，每处理重复3次，不同处理和重复完全随机排列。
实施例17
绿肥联合稻秸干耕还田后直接淹水(RS+G-DW0)
实验地为安徽省池州市贵池区乌沙镇。
一季稻品种为荃两优218。
围沟和田内沟的沟宽和沟深分别为15cm。
在绿肥灭茬、粉碎的同时，将上一季的一季稻的稻秸同样粉碎至5至10cm段，干耕还田。
其他同实施例13。
实施例18
绿肥联合稻秸干耕还田-晾垡5天后淹水处理(RS+G-DW5)
实验地为安徽省池州市贵池区乌沙镇。
一季稻品种为荃两优218。
围沟和田内沟的沟宽和沟深分别为15cm。
在绿肥灭茬、粉碎的同时，将上一季的一季稻的稻秸同样粉碎至5至10cm段、干耕还田。
其他同实施例14。
实施例19
绿肥联合稻秸干耕还田-晾垡10天后淹水处理(RS+G-DW10)
实验地为安徽省池州市贵池区乌沙镇。
一季稻品种为荃两优218。
围沟和田内沟的沟宽和沟深分别为15cm。
在绿肥灭茬、粉碎的同时，将上一茬的一季稻的稻秸同样粉碎至5至10cm段，干耕还田。
其他同实施例15。
实施例20
绿肥联合稻秸干耕还田-晾垡15天后淹水处理(RS+G-DW15)
实验地为安徽省池州市贵池区乌沙镇。
一季稻品种为荃两优218。
围沟和田内沟的沟宽和沟深分别为15cm。
在绿肥灭茬、粉碎的同时，将上一茬的一季稻的稻秸同样粉碎至5至10cm段，干耕还田。
其他同实施例16。
对比例5
不翻压绿肥与稻秸直接淹水处理(CK)
实验地为安徽省池州市贵池区乌沙镇。
一季稻品种为荃两优218。
无需环田开围沟和在田内开田内沟。
一季稻收获前不套播紫云英；省去绿肥和稻秸还田的步骤。
其他同实施例13。
以上实施例17至实施例20以及对比例5的每个小区为一个重复，每处理重复3次，不同处理和重复完全随机排列。
实施例21
绿肥联合稻秸干耕还田后直接淹水(RS+G-DW0)
实验地为江西省高安市。
早稻品种为中嘉稻17。
晚稻品种为昱香两优。
2021年10月10日(晚稻收获前10天)稻底套播绿肥紫云英，播种量为30kg ha-1，整个绿肥生育期内不使用任何肥料和除草剂；
2021年10月20日日收获水稻，随后环田开一圈围沟，田内每隔5至10米开田内沟，并使田内沟与围沟连通，在围沟的一处设置排水口，便于雨水及时排出，如图9所示。其中，围沟和田内沟的沟宽和沟深分别为25cm；
2022年4月3日，即在绿肥作物盛花期，清除沟中淤土，排出田面渍水，维持田面干爽状态；
2022年4月8日，划分试验小区，各小区面积为5m×6m，小区间修筑田埂和覆膜隔开防止串水串肥；
2022年4月10日，绿肥灭茬、粉碎至5至10cm段，同时将上一季的稻秸同样粉碎至5至10cm段，干耕还田；翻压后不晾垡，直接淹水1至2cm；
2022年4月28日，常规施基肥，其中，供试氮肥为尿素(含N 46％)，施用量以氮计为60kg ha-1；磷肥为过磷酸钙(含P2O5 12％)，施用量以P2O5计为75kg ha-1；钾肥为氯化钾(含K2O 60％)，施用量以K2O计为120kg ha-1；
2022年4月29月，划行移栽水稻，移栽规格20cm×20cm，即每小区40行，每行20穴，每穴2株；在水稻的生长阶段常规管理，其中，在水稻生长至分蘖期时常规施45kg ha-1氮肥作为分蘖肥，生长至穗期常规施45kg ha-1氮肥作为穗肥；
2022年7月12日，收获早稻，整地，施肥，其中施肥种类与早稻一致，氮肥施用量以氮计为180kg ha-1，磷肥施用量以P2O5计为75kg ha-1，钾肥施用量以K2O计为150kg ha-1。
2022年7月16日，划行移栽水稻，移栽规格20cm×20cm，即每小区40行，每行20穴，每穴2株；在水稻的生长阶段常规管理。
2022年10月11日，再次套播种植紫云英，重复以上步骤。其中，2022年10月20日，收获晚稻。
实施例22
绿肥联合稻秸干耕还田-晾垡2天后淹水处理(RS+G-DW2)
在2022年4月10日绿肥和秸秆干耕翻压还田后，晾垡2天，即在2022年4月12日淹水1至2cm。
其他操作根据实施例21的时间间隔要求确定操作日期。
实施例23
绿肥联合稻秸干耕还田-晾垡5天后淹水处理(RS+G-DW5)
在2022年4月10日绿肥和秸秆干耕翻压还田后，晾垡5天，即在2022年4月15日淹水1至2cm。
其他操作根据实施例21的时间间隔要求确定操作日期。
实施例24
绿肥联合稻秸干耕还田-晾垡10天后淹水处理(RS+G-DW10)
在2022年4月10日绿肥和秸秆干耕翻压还田后，晾垡10天，即在2022年4月20日淹水1至2cm。
其他操作根据实施例21的时间间隔要求确定操作日期。
实施例25
绿肥联合稻秸干耕还田-晾垡15天后淹水处理(RS+G-DW15)
在2022年4月10日绿肥和秸秆干耕翻压还田后，晾垡15天，即在2022年4月25日淹水1至2cm。
其他操作根据实施例21的时间间隔要求确定操作日期。
对比例6
不翻压绿肥与稻秸直接淹水处理(CK)
晚稻收获前不套播紫云英；省去绿肥和稻秸还田的步骤。
无需环田开围沟和在田内开田内沟。
其他同实施例21。
以上实施例21至实施例25以及对比例6的每个小区为一个重复，每处理重复3次，不同处理和重复完全随机排列。
测试例3
对于实施例13至25以及对比例5和6的处理，在绿肥干耕翻压还田后，每个小区安装一个静态采气箱，即将静态采气箱(CN202122867714.0，由底座和顶箱组成)的底座嵌入土壤中20至30cm深处，以避免土壤扰动对气体产生的影响，其中，底座内含4株水稻，底座露出地表的边上焊有一个凹槽。在绿肥翻压(翻压当天为第0天)后的第1天开始进行气体样品的采集，到水稻灌浆期前每5天取一次样，如遇连阴雨天气，可适当延后至每10天取一次样，灌浆之后改为每10天取一次样，采气时间固定在当天上午的9:00-11:30。每次采集气体前向静态采气箱底座的凹槽内注水直至水面与凹槽外边缘平齐，从而利用水密封以避免顶箱和底座的接触面漏气；在密封后的第0、10、20和30min用抽气泵抽取顶箱内的气体，同时顶箱内风扇开启便于完全混匀气体，抽出300mL保存于真空采样袋后迅速带回实验室分析。于水稻收获期对整个小区籽粒产量进行实打实收，晒干后，测定产量。
使用安捷伦气相色谱仪(Agilent 7890B)检测所采集的气体样品中的CH4和N2O浓度。经公式4计算转化后，实施例13至16几个不同处理之后在不同时间下所释放出的气体中的CH4的排放通量结果见图10，N2O的排放通量见图11；实施例17至20以及对比例5几个不同处理在不同时间下所释放出的气体中的CH4的排放通量结果见图12，N2O的排放通量见图13；实施例21至25以及对比例6几个不同处理在不同时间下所释放出的气体中的CH4的排放通量结果见图14，N2O的排放通量见图15；经公式5及公式6计算经实施例13至16在整个实验周期中CH4或N2O的累计排放量及全球增温潜势(GWP)结果见表3，实施例17至20以及对比例5在整个实验周期中CH4或N2O的累计排放量及全球增温潜势(GWP)结果见表4，实施例21至25以及对比例6在整个实验周期中CH4或N2O的累计排放量及全球增温潜势(GWP)结果见表5。
表3
注：采用SAS 8.0对数据进行统计分析，对不同处理的多重比较采用最小显著差异法(LSD)，显著水平为P<0.05，n＝3。
根据图10和图11可知，与G-DW0相比，绿肥干耕还田-晾垡的操作方式在前两个月内能够有效降低CH4的排放通量，对N2O调控主要在第二个月。
根据表3的实施例13至16的结果可知，在产量方面，与G-DW0相比，绿肥干耕还田后晾垡5至15天的操作方式(G-DW5、G-DW10、G-DW15)差异不显著，因此对稻谷产量影响不大。在温室气体方面，与G-DW0相比，G-DW5、G-DW10、G-DW15下的CH4累计排放量分别降低了69.2％、51.4％和77.4％；G-DW0相比，G-DW15下的N2O累计排放量却增加了791.8％。在综合温室效应方面，与G-DW0相比，G-DW5、G-DW10、G-DW15处理下GWP分别降低了67.1％、49.5％和45.6％。
表4
注：采用SAS 8.0对数据进行统计分析，对不同处理的多重比较采用最小显著差异法(LSD)，显著水平为P<0.05，n＝3。
根据图12和图13可知，与RS+G-DW0相比，绿肥联合稻秸干耕还田-晾垡的操作方式在前两个月内降低CH4的排放通量，对N2O调控主要在第二个月。
根据表4的实施例17至20以及对比例5的结果可知，在产量方面，与RS+G-DW0相比，RS+G-DW5、RS+G-DW10、RS+G-DW15有增加的趋势。在温室气体排放方面，相比于RS+G-DW0，RS+G-DW15的CH4累计排放量没有显著变化，而RS+G-DW5和RS+G-DW10的CH4累计排放量显著下降，依次降低了35.8％和47.8％；相比于RS+G-DW0，RS+G-DW15的N2O累计排放量并没有显著变化，而RS+G-DW5和RS+G-DW10的N2O累计排放量却显著增加了，依次增加了184.9％和596.2％；但总的来讲，相比于RS+G-DW0，RS+G-DW15的GWP并没有显著变化，而RS+G-DW5和RS+G-DW10的GWP显著下降，依次降低31.8％和37.3％。综上，在绿肥和稻秸还田后，通过适当天数的晾垡可以使CH4的累计排放量以及GWP显著的下降到绿肥和稻秸还田之前的水平。
表5
注：采用SAS 8.0对数据进行统计分析，对不同处理的多重比较采用最小显著差异法(LSD)，显著水平为P<0.05，n＝3。
根据图14和图15可知，与RS+G-DW0相比，绿肥联合稻秸干耕还田-晾垡的操作方式主要在早稻季(前70天)降低CH4排放，晚稻季(70至145天)降低N2O。
根据表5的实施例21至25以及对比例6的结果可知，在产量方面，采用绿肥联合稻秸干耕还田-晾垡5至15天的方式(RS+G-DW5、RS+G-DW10、RS+G-DW15)，双季稻谷产量最高。在温室气体排放方面，与RS+G-DW0相比，RS+G-DW2的CH4累计排放量没有显著变化，而RS+G-DW5、RS+G-DW10和RS+G-DW15的CH4累计排放量显著下降，依次降低了44.8％、55.1％和46.0％；相比于RS+G-DW0，RS+G-DW2、RS+G-DW5和RS+G-DW10的N2O累计排放量并没有显著变化，RS+G-DW15下的N2O累计排放量显著增加，增加了26.6％；相比于RS+G-DW0，RS+G-DW2的GWP并没有显著变化，而RS+G-DW5、RS+G-DW10和RS+G-DW15下的GWP显著下降，依次降低了37.9％、50.3％和31.9％。综上，在绿肥和稻秸还田后，通过适当天数的晾垡可以使CH4的累计排放量以及GWP显著的下降到绿肥和稻秸还田之前的水平。
Claims (10)
1.一种绿肥还田后降低水稻田中甲烷排放的方法，其包括如下步骤：
1)在水稻收获前套播绿肥作物；
2)在绿肥作物盛花期时，排出田面渍水，维持田面干爽状态；
3)在水稻插秧前，将绿肥作物灭茬、粉碎、干耕翻压还田，晾垡，淹水；
4)移栽水稻，对稻田进行第一管理使水稻生长至收获；
5)对于一季稻，在水稻收获前再次套播绿肥作物，重复步骤2)至4)；
对于双季稻，收获早稻后，整地，移栽晚稻，对稻田进行第二管理使晚稻生长至收获；在晚稻收获前再次套播绿肥作物，重复步骤2)至4)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述绿肥作物为紫云英(Astragalussinicus L.)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1)和步骤5)中，所述绿肥作物的播种量独立地为22.5kg ha-1至30.0kg ha-1；和/或
在步骤1)和步骤5)中独立地在水稻收获前10至15d套播所述绿肥作物。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1)和步骤2)之间，还包括步骤1-2)在收获水稻后，随后环田开一圈围沟，田内开田内沟，并使田内沟与围沟连通，在围沟的一处设置排水口。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述围沟和田内沟的沟宽独立地为15至25cm；和/或
在田内每隔5至10米开所述田内沟；和/或
在所述围沟的至少一处设置排水口；和/或
在步骤2)中，在绿肥作物盛花期时，清除所述围沟和所述田内沟中的淤土。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤3)中，在绿肥还田的同时，将稻秸还田，然后同时干耕翻压。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤3)中，将所述绿肥作物粉碎至0.5至10cm后还田；和/或
将所述稻秸粉碎至0.5至10cm后还田。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤3)中，在晾垡5至15天时淹水。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤3)中，淹水至使水层至1至2cm。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一管理包括第一施肥；所述第二管理包括第二施肥；
优选地，所述第一施肥和所述第二施肥可以独立地分为全部作为基肥在移栽水稻前的第1至3天施入；部分作为基肥在移栽水稻前的第1至3天施入，部分作为分蘖肥在水稻分蘖期施入，部分作为穗肥在穗期施入；或者部分作为基肥在移栽水稻前的第1至3天施入，部分作为分蘖肥在水稻分蘖期施入。
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