全 文 ：南方双季稻田稻草还田的碳汇效应*
吴家梅1,2,3摇 纪雄辉1,3**摇 彭摇 华1,3摇 石丽红1,3摇 刘昭兵1,3摇 田发祥1,3摇 霍连杰2摇 朱摇 坚2
( 1湖南省农业科学院湖南省土壤肥料研究所, 长沙 410125; 2中南大学研究生院隆平分院, 长沙 410125; 3农业部长江中游平
原农业环境重点实验室, 长沙 410125)
摘摇 要摇 利用长期稻草还田定位试验和短期不同稻草还田模式试验,研究稻草还田对南方双
季稻田土壤固碳、甲烷排放和综合碳汇的影响.结果表明: 稻草还田能增加土壤有机碳,长期
还田的耕层土壤碳汇年增长率为 0. 07 t C·hm-2·a-1,土壤有机碳的表观转化率随着稻草还
田量的增加而减少.稻草还田导致稻田甲烷排放量显著增加,其中,NPK添加稻草(NPK+RS)
处理早、晚稻期间甲烷排放通量比仅施 NPK分别增加了 75. 0%和 251. 5% (P<0郾 01) .稻田甲
烷排放随着稻草还田量的增加而增加,在水稻产量和耕作方式相近的条件下,稻草(茬)的甲
烷表观转化率接近.综合土壤固碳和甲烷排放的稻田净碳汇,NPK+RS 处理负碳汇效应显著,
基本与其水稻生物固碳接近,比稻草不还田处理(NPK)增加 158. 3% ;不同还田模式中,稻草
覆盖免耕处理能显著减少甲烷排放,其净碳汇(负值)比高桩翻耕处理减少 50. 9% ,有利于水
稻高产稳产.
关键词摇 双季稻田摇 稻草还田摇 土壤固碳摇 甲烷排放摇 净碳汇
*“十一五冶国家科技支撑计划项目(2008BAD95B02)和湖南省农业科学院科技创新项目(2010HNNKYCX33)资助.
**通讯作者. E鄄mail: jixionghui@ sohu. com
2011鄄03鄄24 收稿,2011鄄09鄄29 接受.
文章编号摇 1001-9332(2011)12-3196-07摇 中图分类号摇 X712摇 文献标识码摇 A
Carbon sequestration effects of rice straw return in double season paddy field in Southern
China. WU Jia鄄mei1,2,3, JI Xiong鄄hui1,3, PENG Hua1,3, SHI Li鄄hong1,3, LIU Zhao鄄bing1,3, TIAN
Fa鄄xiang1,3, HUO Lian鄄jie2, ZHU Jian2 ( 1 Institute of Soil and Fertilizer, Hunan Academy of Agri鄄
cultural Sciences, Changsha 410125, China; 2Longping Branch of Graduate School of Central South
University, Changsha 410125, China; 3Ministry of Agriculture Key Laboratory of Agricultural Envi鄄
ronment in Middle Reach Plain of Yangtze River, Changsha 410125, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,
2011,22(12): 3196-3202.
Abstract: In a long term site鄄specific experiment with rice straw return (RSR) and in a short term
experiment with different RSR modes, this paper studied the effects of RSR on the soil organic car鄄
bon (SOC) sequestration, methane emission, and net carbon sink in a double season paddy field.
RSR increased the SOC content, and the annual increasing rate of soil carbon sink in plow layer
(0-15 cm) under long term RSR was 0郾 07 t C·hm-2·a-1 . With the increasing amount of RSR,
the apparent SOC transformation rate decreased. RSR promoted the methane emission from the pad鄄
dy field significantly, and the methane emission flux in treatment RSR plus NPK during early鄄 and
late rice growth seasons increased by 75. 0% and 251. 5% (P<0. 01), respectively, compared
with that in treatment NPK. The methane emission increased with the increasing amount of RSR.
Under the similar tillage mode and rice yield, the rice straw returned had the similar apparent meth鄄
ane transformation rate. Considering the soil carbon sequestration and the net carbon sink after
methane emission in the paddy field comprehensively, treatment RSR plus NPK had significant neg鄄
ative effect on the carbon sink which was basically approached to the bio鄄fixation of carbon by rice
and increased by 158郾 3% , as compared with treatment NPK. Among different RSR modes, rice
straw mulching plus no tillage decreased soil methane emission significantly, with the net carbon
sink decreased by 50. 9% as compared with the treatment high stubble plus tillage, and benefited
the high and stable yielding of rice.
Key words: double season paddy field; rice straw return into soil; soil carbon sequestration; meth鄄
ane emission; net carbon sink.
应 用 生 态 学 报摇 2011 年 12 月摇 第 22 卷摇 第 12 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Dec. 2011,22(12): 3196-3202
摇 摇 随着农业生产的规模化发展,各种农业废弃物
因缺少循环利用途径而成为农村和农业的重要污染
源. 2007 年我国农作物秸秆资源总量达 6郾 56 亿 t,
其中 水 稻 秸 秆 达 1郾 86 亿 t, 占 秸 秆 总 量 的
27郾 5% [1] .农作物秸秆属于再生资源,具有极高的营
养潜力.稻草含丰富的氮、磷、钾养分,尤其是碳含量
达 400 g·kg-1 [2] .湖南省是典型的亚热带双季稻产
区,稻作历史悠久,是中国最大的水稻生产省份. 随
着社会经济的发展,农民逐渐放弃了传统的有机肥
利用模式(堆肥、厩肥等). 为了维持或提高土壤肥
力,政府和农业科技界一直重视稻草还田利用.关于
秸秆还田对稳定和增加作物产量、提高土壤肥力和
改善环境的作用已有大量报道[3-4] . 例如稻草翻耕
能提高土壤微生物数量和活性,提高土壤酶活
性[5] .近年来发展起来的免耕、覆盖等耕作方式可
以保护土壤,减少水土流失和劳动力投入,达到高产
低能耗的目的[6] . 但由于稻草还田存在费工、影响
水稻移栽等问题,农民常常采取田间直接焚烧的方
式,不仅造成有机碳、氮等养分的损失,而且严重影
响了交通安全和农村生态环境.
近年来,全球气候变化成为广泛关注的焦点问
题.全球气候变化对农业的影响较大[7] . 甲烷是仅
次于 CO2的重要温室气体,而稻田是甲烷排放的重
要场所[8] .据 IPCC[9]第 4 次评估报告,稻田甲烷的
年排放量为 31 ~ 112 Tg,占全球总排放量的 5% ~
19% .明确稻草等秸秆资源施入稻田后引起的土壤
固碳和甲烷排放等综合碳汇效应,对于构建低碳农
业技术具有重要意义.然而,目前基于田间实际监测
稻草还田碳汇平衡的研究报道甚少.为此,本文利用
长期稻草还田定位试验和短期不同稻草还田模式试
验,对稻草还田引起的土壤有机碳和甲烷排放变化
进行多年监测和研究,旨在探讨南方双季稻区稻草
还田对稻田碳汇的影响,为稻草等废弃物资源碳管
理提供科学依据.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 供试土壤和试验设计
1郾 1郾 1 稻草还田长期定位试验摇 试验地点位于湖南
省望城县黄金乡的“农业部望城红壤水稻土重点野
外生态环境观测试验站冶(28毅37忆 N,112毅80忆 E),为
南方典型的双季稻生产区. 长期试验于 1981 年开
始,土壤为第四纪红土发育的红黄泥. 试验前耕层
(0 ~ 15 cm) 土壤基本性状为: pH 6郾 6,有机碳
20郾 03 g·kg-1,全氮 2郾 05 g· kg-1,碱解氮 151郾 0
mg·kg-1,有效磷 10郾 2 mg · kg-1,速效钾 62郾 3
mg·kg-1 .
本研究选择长期定位试验中的 3 个处理:1)不
施肥(CK);2)氮磷钾肥(NPK);3)氮磷钾肥+稻草
(NPK+RS). 每个处理 3 次重复,随机区组排列. 每
个小区之间用 30 cm 水泥埂隔开,区组之间的排灌
水沟宽度为 50 cm.氮、磷、钾化肥品种分别为尿素、
过磷酸钙和氯化钾.氮肥按早稻 150 kg N·hm-2和
晚稻 180 kg N·hm-2施入,其中,50% N作基肥于移
栽前 1 d施入,50%N作追肥于分蘖期施入;磷肥按
早、晚稻每季 38郾 7 kg P2O5·hm-2施入;钾肥按早、
晚稻每季 99郾 6 kg K2O·hm-2施入,磷、钾肥均作基
肥于移栽前一次性施入.稻草还田量按早、晚稻每季
2郾 625 t·hm-2(折合干质量)施入,将稻草切割成
10 ~ 20 cm长度,在犁田前还田.早、晚稻分别为常规
早稻和杂交晚稻,品种或组合为当地主推品种,一般
5 ~ 6 年调整 1 次,在整个水稻生育期间的田间管理
措施与当地大田管理一致.
1郾 1郾 2 稻草还田模式定位试验摇 试验于 2007—2009
年进行,选择南方双季稻区稻鄄稻鄄闲种植模式.试验
地点位于湖南省长沙县干杉乡(28毅8忆31义 N,113毅12忆
5义 E),为南方典型的双季稻生产区. 土壤类型为第
四纪红壤发育的红黄泥水稻土,土壤基本性状为:
pH 5郾 48、有机碳 19郾 7 g·kg-1、全氮 2郾 14 g·kg-1、
碱解氮 206郾 1 mg·kg-1、有效磷 9郾 6 mg·kg-1、速效
钾 104郾 0 mg·kg-1 .
试验共设 5 个处理:1)无草翻耕(NST),每茬收
获时采取低桩收割,地面保留稻茬约 2 cm,所有稻
草移出稻田,然后进行土壤翻耕、施肥和抛秧;肥料
于翻耕前施入,并与耕作层土壤充分混合;2)无草
免耕(NSNT),水稻收割方式同处理 NST,收割后土
壤不耕作,先用 “克无踪冶 (施用浓度为 0郾 003
m3·hm-2,兑水 0郾 00075 m3·hm-2)灭茬控制再生
苗,然后灌水、施肥;3)高桩免耕还田(HNT),每茬
收获时采取高桩收割(模拟机械收割高度),地面保
留稻茬约35 cm(相当于稻草还田量4500 kg·hm-2),
其余稻草移出稻田,然后采取免耕方式,灭茬、灌水、
施肥等同处理 NSNT;4)高桩翻耕还田(HT),水稻收
割方式和稻草还田量同处理HNT,然后进行土壤翻耕
和抛秧,耕作和施肥方式同处理 NST;5)覆盖免耕还
田(CNT),水稻收割方式同处理 NST,采取免耕方式,
稻田灌水后施肥,然后覆盖稻草,每季稻草(还田量同
HNT)均匀覆盖于稻田表面.每处理 3 次重复,每小区
面积 15郾 6 m2,随机区组排列.
791312 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 吴家梅等: 南方双季稻田稻草还田的碳汇效应摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
早、晚稻养分施用量分别为: N 150 和 180
kg·hm-2,P2O5 90 和 45 kg·hm-2,K2O 90 和 112郾 5
kg·hm-2 . 处理 NST 和 NSNT 全部为化肥,处理
HNT、HT和 CNT 的化肥施用量为养分施用量减去
还田稻草所含的养分量.氮肥为尿素,按 60%基施、
40%分蘖期施用,磷、钾肥分别为钙镁磷肥和氯化
钾,作基肥一次性施入.水稻生育期病虫害防治等管
理措施同大田生产.
1郾 2摇 样品采集和测定方法
1郾 2郾 1 土壤样品采集及测定方法摇 土壤基础样品于
试验前收集,即 1980 年采集长期定位试验样品,
2007 年采集不同稻草还田模式试验样品,所有土壤
样品均为晚稻收获后采集. 土壤有机碳采用重铬酸
钾鄄硫酸容量法测定,全氮采用凯氏定氮法测定[10] .
1郾 2郾 2 甲烷排放测定及分析方法摇 甲烷排放测定采
用箱室鄄气相色谱法.稻草还田长期定位试验和稻草
还田模式试验的甲烷排放分别于 2007 年和 2009 年
水稻生长期进行采样和测定.采样从早稻移栽(4 月
29 日)开始至晚稻收获(10 月 19 日),每隔 3 d 或 4
d采集 1 次.采样于每天 8:00—10:00 进行,罩箱后
将底座加水密封 0、5、10、15 min后开始采样.
采样箱为圆柱形,由聚碳酸酯材料制成,箱高
120 cm,直径 55 cm,底座高 15 cm,箱内罩 4 蔸水
稻,并安装温度探头测定采样箱内温度.甲烷浓度用
气相色谱仪(Agilent 7890A,美国)测定,并计算甲烷
的排放速率[11] .
1郾 3摇 计算公式
稻田土壤有机碳 28 年变化动态利用线性模型
进行模拟:
C i = b0+b1 t (1)
式中:C i为土壤有机碳模拟值(g·kg-1);t为试验年
数(a);b0为试验前土壤有机碳(g·kg-1);b1为土壤
有机碳年增长率模拟值(g·kg-1·a-1).
耕层土壤碳密度(DOC)
DOC=10-1伊SOC伊BH (2)
式中:DOC为表层土壤碳密度( t·hm-2);SOC 为土
壤有机碳含量(g·kg-1);B 为土壤容重(g·cm-3);
H为耕层土壤厚度( cm). 土壤容重、耕层厚度等数
据参照文献[12].
耕层土壤碳密度年增加值(吟Csoil,t·hm-2 ·
a-1):
吟Csoil =(DOC2007-DOC1980) / 28 (3)
式中:DOC2007和 DOC1980分别为长期定位试验 2007
年和 1980 年不同施肥处理耕层土壤碳密度.
每年稻茬和稻草碳输入量(Crs,t·hm-2)
Crs =(Wrd +Wrs)伊38郾 5% (4)
式中:Wrd为稻茬还田质量,按水稻秸秆量的 1 / 3(田
间调查结果)计算,水稻秸秆量按谷草比 1 颐 1 计
算,水稻产量(t·hm-2)为试验小区实测值;Wrs为试
验设计的稻草还田质量,成熟期秸秆 C 含量基本稳
定,本研究以收获时稻草 C 含量的平均值 38郾 5%
计算.
土壤有机碳表观转化率(Tsoil C,% )
Tsoil C =吟Csoil / Crs伊100% (5)
稻草(茬)甲烷碳表观转化率(TCH4,% )
TCH4 =FCH4伊0郾 75 / Crs伊100% (6)
式中:FCH4为水稻生长季节甲烷排放总量;0郾 75 为甲
烷转化为 C的系数.
稻草(茬)还田净碳汇(吟Crs,t C·hm-2)
吟Crs =吟Csoil-25伊0郾 2727伊FCH4 (7)
式中:25 表示 100 年尺度单位质量甲烷的增温潜势
为 CO2的 25 倍[9];0郾 2727 是 CO2转换为 C含量的系
数.由于稻草还田对 N2O 的影响较小,且 CO2的增
温潜势仅为甲烷的 1 / 25,故其净碳汇效应未计入
其内.
1郾 4摇 数据处理
采用 SPSS 15郾 0 和 Excel 2003 软件对数据进行
分析.采用最小显著差异法(LSD)比较不同数据组
间的差异,显著性水平设定为 琢=0郾 05郾
2摇 结果与分析
2郾 1摇 稻草还田的土壤固碳
2郾 1郾 1 长期稻草还田的土壤有机碳摇 长期定位试验
表明,NPK和 NPK+RS处理均有利于提高土壤有机
碳,而不施肥处理的土壤有机碳含量呈下降趋势
(表 1). 线性回归分析表明,NPK 和 NPK+RS 处理
的土壤有机碳随试验年数延长呈极显著正相关,而
不施肥对照处理却表现为显著负相关.
NPK和 NPK+RS 处理耕层土壤固碳速率分别
为 0郾 05 和 0郾 07 t·hm-2·a-1,而不施肥处理却以
0郾 02 t·hm-2·a-1的速率下降.可见,NPK配合施用
处理通过提高水稻生物量,增加了稻茬和根系的自
然还田量,有利于提高土壤有机碳汇. NPK+RS 处理
有机碳增加幅度大于 NPK处理,但其土壤有机碳表
观转化率仅为 NPK处理的一半.
2郾 1郾 2 不同稻草还田模式的耕层土壤碳密度摇 不同
稻草还田模式定位试验的耕层(0 ~ 15 cm)土壤碳
密度在28郾 56 ~ 31郾 12 t·hm-2之间(图1) ,双季稻
8913 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
表 1摇 长期不同施肥处理耕层(0 ~ 15 cm)土壤有机碳动态
Table 1摇 Soil organic carbon dynamic in cultivated layer (0-15 cm) under long鄄term different fertilization treatments (mean
依SD)
处摇 理
Treatment
有机碳含量
Organic
C content
(g·kg-1)
有机碳密度
Organic
C density
( t·hm-2)
土壤有机碳
动态模型
Model
相关系数
Correlation
coefficient
碳密度年增加值
Annual increase
rate of DOC
(t·hm-2·a-1)
比对照
Compared
with CK
(t·hm-2·a-1)
表观转化率
Apparent
conversion rate
(% )
试验前背景值
Background value
20郾 14依0郾 12 35郾 88依0郾 21
CK 19郾 69依0郾 20 32郾 09依0郾 33 Ci =19郾 88-0郾 02t 0郾 557 -0郾 133 - -19郾 2
NPK 21郾 40依0郾 06 44郾 32依0郾 12 Ci =19郾 76+0郾 05t 0郾 822 0郾 299 +0郾 43 21郾 8
NPK+RS 22郾 91依0郾 06 46郾 16依0郾 12 Ci =20郾 63+0郾 07t 0郾 877 0郾 364 +0郾 50 10郾 8
图 1摇 不同稻草还田模式耕层(0 ~ 15 cm)土壤的碳密度
Fig. 1摇 Density of soil organic carbon in cultivated layer under
different patterns of rice straw return into soil (mean依SD).
同列不同字母表示处理间差异显著(P<0郾 05) Different letters meant
significant difference among treatments at 0郾 05 level.
田采取翻耕结合稻草还田的模式能有效增加耕层土
壤碳密度.其中,HT处理耕层土壤有机碳密度最高,
比试验前增加 5郾 2% ,比 NSNT 处理增加 5郾 4% ,差
异显著. 3 个免耕处理中以 CNT 处理耕层土壤碳密
度最高,但处理间无显著差异;2 个翻耕处理间也未
表现出显著差异.
2郾 2摇 稻草还田的甲烷排放
2郾 2郾 1 长期稻草还田的甲烷排放摇 长期定位试验表
明(表 2),2007—2008 年不论早稻还是晚稻,均以
NPK+RS 处理的甲烷排放通量最大,分别比 CK 处
理增加 42郾 4%和 147郾 9%,比 NPK 处理增加 75郾 0%
和 251郾 5% . 而NPK化肥配合施用可显著减少稻田
甲烷排放,NPK 处理的早、晚稻平均甲烷排放通量
分别比 CK 下降 18郾 6%和 29郾 5% . 水稻生长期间,
NPK+RS 处理的稻田甲烷排放量为 1郾 23 t·hm-2,
比 NPK处理增加了 151郾 0% ,比不施肥处理增加了
92郾 2% . NPK和 NPK+RS 处理的甲烷转化率基本接
近,而不施肥处理的甲烷转化率明显增加.
2郾 2郾 2 不同稻草还田模式的甲烷排放通量摇 不同稻
草还田模式的早、晚稻甲烷排放通量(图 2)均表现
为:HT>HNT>NST>CNT>NSNT. 其中,免耕处理的
早、晚稻平均甲烷排放通量分别比翻耕处理减少
36郾 1%和 27郾 6% ;稻草不还田处理的平均甲烷排放
通量比稻草还田处理分别减少 43郾 4%和 29郾 5% .翻
耕方式下稻草不还田处理的平均甲烷排放通量分别
图 2摇 2007 年不同稻草还田模式的甲烷平均排放通量
Fig. 2 摇 CH4 average emission flux under different patterns of
rice straw return into soil in 2007.
玉:早稻 Early rice; 域:晚稻 Late rice.
表 2摇 长期不同施肥处理稻田甲烷排放
Table 2摇 CH4 emissions in paddy soil under long鄄term different fertilization treatments
处摇 理
Treatment
甲烷排放通量
CH4 emission flux (mg·m-2·h-1)
早 稻
Early rice
晚 稻
Late rice
甲烷排放量
CH4 emission amount ( t·hm-2)
早 稻
Early rice
晚 稻
Late rice
总计
Total
甲烷表观转化率
CH4 apparent
conversion rate
(% )
CK 17郾 2依2郾 3 14郾 6依2郾 0 0郾 33B 0郾 31B 0郾 64 69郾 3
NPK 14郾 0依1郾 5 10郾 3依1郾 9 0郾 27C 0郾 22C 0郾 49 26郾 6
NPK+RS 24郾 5依3郾 2 36郾 2依4郾 5 0郾 47A 0郾 76A 1郾 23 26郾 2
同列不同字母表示处理间差异极显著(P<0郾 01) Different letters in the same column meant significant difference among treatments at 0郾 01 level郾
991312 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 吴家梅等: 南方双季稻田稻草还田的碳汇效应摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
表 3摇 不同稻草还田模式的甲烷排放
Table 3 摇 CH4 emission under different patterns of rice
straw return into soil
处摇 理
Treatment
甲烷排放量
CH4 emission amount
( t·hm-2)
早稻
Early rice
晚稻
Late rice
总计
Total
甲烷表观
转化率
CH4 apparent
conversion rate
(% )
NSNT 0郾 14 0郾 07 0郾 21 10郾 6
NST 0郾 29 0郾 09 0郾 38 18郾 4
HT 0郾 51 0郾 15 0郾 66 9郾 9
HNT 0郾 39 0郾 10 0郾 49 7郾 4
CNT 0郾 23 0郾 09 0郾 32 4郾 8
比还田处理减少 44郾 3%和 39郾 7% ;免耕方式下稻草
不还田处理的平均甲烷排放通量分别比还田处理减
少 54郾 1%和 27郾 0% . 由此可见,减少稻草还田量和
采取免耕模式有利于减少稻田甲烷排放.
摇 摇 不同稻草还田模式下甲烷的排放量(表 3)为
NSNT处理的甲烷排放总量最低,双季稻仅为 0郾 21
t·hm-2;NST 处理与 CNT 处理较为接近,分别为
0郾 38 和 0郾 32 t·hm-2 . 3 种稻草还田方式中,HT 处
理的甲烷排放量最高(0郾 66 t·hm-2).
2郾 3摇 稻草还田的净碳汇效应
2郾 3郾 1 水稻产量 摇 长期定位试验中,2007—2008 年
各处理双季稻产量以 NPK 和 NPK+RS 处理较为接
近,分别比不施肥处理增产 98郾 6%和 97郾 5% .可见,
在化肥 NPK配合施用的基础上,增加稻草还田并没
有提高水稻产量.
摇 摇 不同稻草还田模式 2008—2009 年双季稻产量
差异较小,均未达到显著水平,以覆盖免耕还田处理
(CNT)产量最高. 在化肥 NPK 合理施用的基础上,
稻草还田及其不同还田模式对水稻产量和生物固碳
的影响不显著(表 4).
2郾 3郾 2 碳汇效应摇 表 4 结果表明,由于甲烷具有较
高的增温潜势,因稻茬或稻草还田引起的稻田土壤
固碳和甲烷排放构成的净碳汇效应表现为负值.
NPK+RS 处理负碳汇效应与水稻生物固碳基本持
平,分别比 NPK和 CK处理增加 158郾 3%和 86郾 2% .
NPK配合施用有利于减少负碳汇效应,比 CK 处理
降低了 27郾 9% .
不同稻草还田模式中所有稻草还田处理均表现
为负碳汇效应.其中,以 NSNT处理的负碳汇效应最
低,其次为 CNT,二者与生物固碳综合分别净余
7郾 97 和 7郾 95 t C·hm-2;CNT 的负碳汇分别比 HT
和 HNT处理少 50郾 9%和 39郾 3% ,而 HT的负碳汇效
应最高, 比 CNT 和 NST 分别增加 103郾 5% 和
68郾 9% .可见,稻田采取免耕和稻草不还田方式有利
于降低因甲烷排放引起的负碳汇效应.
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 稻草还田与土壤肥力
研究认为,由于稻草对 N 的固定作用和对土壤
P的活化作用,稻草还田短期内可降低土壤铵态氮
浓度,提高有效磷浓度,不利于水稻苗期生长,因此
需要提高氮肥施用量[13] .稻草还田的增产作用主要
是通过促进水稻中后期植株对氮素的吸收及提高生
物量累积、增加有效穗数来实现[14] . 这也说明稻草
还田不宜太多,否则会因微生物与作物早期对氮的
竞争而影响作物有效穗的提高.而本试验中 NPK配
合施用和稻草还田均能提高水稻产量,但是稻草还
田并没有表现出明显增产效果.
大量长期试验表明,稻草还田对提高土壤有机
质具有明显效果.如王玄德等[3]的 8 年紫色水稻土
连续稻草还田试验表明,稻草与 NPK化肥配合施用
能维持或提高土壤生产力和土壤肥力,提高土壤有
表 4摇 不同处理稻草还田的净碳汇
Table 4摇 Net carbon sequestration for rice straw return into soil under different treatments
试摇 验
Experiment
施肥处理
Treatment
双季稻产量
Double rice yield
( t·hm-2)
生物固碳
C sequestration
by rice
( t C·hm-2)
土壤年固碳
Annual C
sequestration by soil
( t C·hm-2·a-1)
稻草还田净碳汇
Net C sink of rice
straw return into soil
( t C·hm-2)
总碳汇
Amount
of C sink
(t C·hm- 2)
稻草还田长期试验 CK 5郾 39依0郾 21b 4郾 33 -0郾 09 -4郾 44 -0郾 11
Long鄄term experiment NPK 10郾 70依0郾 33a 8郾 61 0郾 11 -3郾 20 5郾 40
NPK+RS 10郾 64依0郾 36a 8郾 56 0郾 14 -8郾 28 0郾 28
稻草还田模式试验 NSNT 11郾 73依0郾 32a 9郾 44 -0郾 02 -1郾 47 7郾 97
Pattern of rice straw NST 11郾 96依0郾 39a 9郾 63 0郾 18 -2郾 38 7郾 25
return into soil HT 12郾 01依0郾 28a 9郾 67 0郾 50 -4郾 02 5郾 65
experiment HNTl 11郾 97依0郾 25a 9郾 63 0郾 10 -3郾 25 6郾 38
CNT 12郾 33依0郾 34a 9郾 93 0郾 22 -1郾 98 7郾 95
不同字母表示同一试验不同处理间差异显著(P<0郾 05) Different letters meant significant difference among treatments in the same experiment at 0郾 05
level.
0023 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
机质和全氮含量提高,土壤磷有效性增加,而且稻草
还田能替代大部分化肥钾.同时,稻草还田对水稻增
产的作用与 NPK化肥配施基本接近[3,13] .为减少稻
草焚烧等引起的资源浪费和对环境的污染,南方稻
区先后发展了稻草覆盖免耕还田和高桩免耕还田等
技术模式.彭娜等[14]研究表明,稻草以全量覆盖还
田并配施石灰,不仅能加速稻草腐烂,还可起到防病
的作用,从而促进作物产量的提高.
3郾 2摇 稻草还田与甲烷排放
石生伟等[15]统计表明,我国西南地区稻田的甲
烷排放通量最高,平均达 16郾 8 mg·m-2·h-1,其次
为长江中下游地区(12郾 2 mg·m-2·h-1),东北稻作
区的甲烷排放通量最低(4郾 3 mg·m-2·h-1). 本研
究表明,长期试验中 NPK 处理的早、晚稻平均甲烷
排放通量分别为 ( 14郾 0 依 1郾 5 ) 和 ( 10郾 3 依 1郾 9 )
mg·m-2·h-1,而不同还田模式短期试验中与其处
理接近的无草翻耕处理,早、晚稻平均甲烷排放通量
分别为(14郾 9依2郾 3)和(4郾 3依0郾 3) mg·m-2·h-1 .两
试验的晚稻甲烷排放差异明显,可能与水稻品种、田
间操作和气候等因素有关,但双季稻甲烷排放平均
值仍与长江中下游地区接近.
由于稻田的淹水厌氧环境,产甲烷菌等厌氧微
生物活性加强,导致甲烷排放加剧[16] . 本研究长期
试验中,在稻茬还田(NPK处理)的基础上增加稻草
还田(NPK+RS),甲烷排放量分别增加了 75郾 0%
(早稻)和 251郾 5% (晚稻).不同稻草还田方式以翻
耕还田处理甲烷排放量最高;免耕方式下,与免耕不
还田相比,稻草高桩免耕还田甲烷排放量增加
173郾 8% (早稻)和 44郾 4% (晚稻),稻草覆盖免耕还
田增加 62郾 3% (早稻)和 29郾 6% (晚稻). 长期定位
试验中,在产量和耕作管理水平相近的条件下,施用
稻草的甲烷表观转化率基本相近,说明稻田甲烷排
放随着稻草还田量的增加而增加,而采取免耕和覆
盖措施有利于减少甲烷排放.
3郾 3摇 稻草碳管理技术
温室气体减排是各国日益关注的问题. 2009 年
12 月哥本哈根联合国气候变化大会期间,联合国粮
农组织[17]提出了农田固碳增汇与粮食安全计划.固
碳增汇增产可能是未来农业应对气候变化和实现粮
食安全的战略途径[18-19] .综合稻草还田的粮食产量
效应及土壤固碳和甲烷排放的净碳汇效应,长期实
行稻草还田对粮食增产的效果不明显,但可产生显
著的负碳汇效应;而稻草不还田结合 NPK 配合施
用,可通过促进水稻生长显著减少甲烷排放,同时适
量的稻茬和根系还田,可保持土壤碳的持续增加,其
负碳汇效应表现为最低. 不同稻草还田模式试验表
明,免耕处理下秸秆直接覆盖还田使秸秆富集于土
壤表层,土壤内部产甲烷基质供应能力的下降是其
甲烷排放量最小的主要原因[20] . 可见,采取稻草直
接覆盖免耕还田的模式是减少碳排放的重要措施之
一.其他稻草循环利用技术如稻草异地还土[21]、沼
气发酵[22]、生物黑炭利用[23-25]等,将有利于固碳减
排和应对气候变化,是值得进一步探索和推广的稻
草碳管理技术途径.
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作者简介 摇 吴家梅,女,1977 年生,博士研究生,助理研究
员.主要从事稻田土壤固碳和温室气体减排研究. E鄄mail:
waloe@ 163. com
责任编辑摇 张凤丽
2023 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷