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期刊：Field Crop Ressearch 1区TOP/IF=5.8![]() 秸秆还田增加CH4排放主要从移栽期到拔节期；![]() N2O排放量增加主要发生在拔节至孕穗期；![]() 大农场采用的秸秆管理减少了温室气体排放，但与小农户相比，提高了水稻产量。 |
秸秆还田是全球推荐的提高土壤肥力的战略。大型农场采用的秸秆还田方法通常与小家庭采用的方法不同，主要是因为费用负担能力不同。然而，在不同的农业规模下，秸秆管理对水稻产量和温室气体排放的影响尚未得到很好的研究。本研究采用裂区设计，以秸秆管理为主，前耕为辅，在小麦-水稻轮作系统中进行了为期三年的田间试验。4个处理分别为:旋耕+清除秸秆(RT-S)、旋耕+秸秆还田(RT+S;小农户)、秸秆清除+翻耕(PT-S)和秸秆混作+翻耕(PT+S，大农场)。水稻季土壤耕作方式相同，均为灌溉后旋耕。本研究目的(1)探讨秸秆还田和季前耕作策略对稻田CH4和N2O排放的影响，(2)明确其影响机制，(3)评估小农户和大农场秸秆管理对水稻产量和温室气体排放强度的影响。本试验在东经119°87′，北纬34°29′的江苏省盐城市黄海农场进行，该农场以小麦轮作水稻为主。年平均降雨量和气温分别为956.5 mm和13.1℃。2017年6月至2020年10月，采用裂区设计进行两因子试验。以秸秆管理为主，分为去除(-S)和收归(+S)两个层次。研究了小麦前季的耕作策略，包括翻耕和旋耕两个层次。4种处理分别为PT+S、PT-S、RT+S和RT-S。每个处理重复3次，每个样地的尺寸为10.0 m× 46.0 m。耕作管理方式只在小麦季节有所不同。对于PT处理，犁耕后也进行旋耕，以备播床。PT处理采用犁板耕犁，耕深约为28 cm。RT处理由旋转耕田机操作，深度为~ 12 cm。对于秸秆去除处理，所有的秸秆残渣都是人工清除在试验田外。秸秆还田处理是将小麦和水稻秸秆用收割机切成5 ~ 10 cm的小段，均匀平铺在田间。各试验区水稻季土壤耕作方式相同，均为灌溉后旋耕。其余方法见原文。
CH4和N2O的排放
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图1 2018年(A和A-1)和2019年(B和B-1)秸秆和耕作方式对移栽至成熟期土壤CH4通量和累积排放量的影响。
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图2 2018年(A和A-1)和2019年(B和B-1)秸秆和耕作方式对移栽至成熟期土壤N2O通量和累积排放量的影响
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图3 秸秆还田和耕作方式对拔节期mcrA和pmoA丰度(A和B)、孕穗期nosZ丰度(C)的影响。
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图4 秸秆和耕作方式对拔节期产甲烷活性(A、B)和甲烷氧化活性(C、D)的影响
与N2O排放相关的功能基因和酶活性
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图5 秸秆还田和耕作方式对孕穗期硝化酶(A、B)和反硝化酶(C、D)活性的影响
产量、GWP和GHGI
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图6 秸秆还田和耕作方式对产量(A和B)、全球升温潜能值(C和D)和温室效应(E和F)的影响。
温室气体排放与土壤性质之间的关系
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图7 拔节期CH4排放(A)和孕穗期N2O排放(B)与相应时期土壤性质、酶活性和基因丰度的相关性分析MA:产甲烷活性;MOA:甲烷氧化活性;SOC，土壤有机碳;NEA，硝化酶活性;DEA，反硝化酶活性。“*”, “**”, 和“* * *”表示P < 0.05, P < 0.01, P < 0.001。与小农户相比，大型农场采用的秸秆管理措施，特别是秸秆还田+耕作，不仅显著提高了水稻产量，而且显示出降低温室气体排放的潜力。与-S相比，+S由于有机碳含量的增加，显著增加了水稻整个生育期CH4的排放;同时也增加了水稻生长季N2O的排放，这主要归因于反硝化酶活性的增强。同时，与RT+S相比，PT+S通过抑制产甲烷活性，显著降低了CH4排放，从而降低了GWP。+S下水稻产量较-S显著增加，PT+S下的GHGI较RT+S显著增加，全球升温潜能值显著下降。总体而言，大农场使用PT+S的策略有可能提高水稻产量和减少温室气体排放，为可持续农业提供了有希望的方向。但在不同农业组织类型(大农场和小农户)下，温室气体与水稻不同生长阶段土壤理化性质和微生物之间的关系仍需进一步研究。此外，还需要对两类农业组织的经济效益进行统计和评估，以量化净经济效应和可行性。(欢迎大家投稿、转发和建议，也希望与您共同讨论相关知识，共同进步！)
