垄作直播控制灌溉对水稻产量和温室气体排放的影响

[目的]稻田是温室气体的重要排放源之一,耕作方式和水分管理措施均能在一定程度上减少稻田温室气体排放.垄作直播方式是一种新型节本增效的水稻种植方式,探索稻田垄作直播下垄沟水分管理对水稻产量和温室气体排放的影响,为丰产减排稻作模式的创新提供理论依据和技术途径.[方法]以2019-2021年垄作直播方式下的水稻-萝卜轮作系统为研究对象,通过设置传统淹水沟灌(TFI:水分高于垄面约5 cm)、控制沟灌1(CFI1:水分低于垄面约5 cm)、控制沟灌2(CFI2:水分低于垄面约10 cm)、控制沟灌3(CFI3:水分低于垄面约15 cm)4个处理,采取密闭静态箱-气相色谱法研究水稻-萝卜生长季温室气体排放及其全球增温潜势,同时测定水稻产量、土壤还原性物质、铵态氮和硝态氮等指标,明确既能减少全球增温潜势(GWP)又能增加作物产量的最佳灌水模式.[结果]综合3年试验结果,与TFI处理相比,控制灌溉能显著降低水稻季CH4累积排放量22.81％—78.47％,其中CFI3效果最显著;CFI2处理显著增加水稻季N2O累积排放量20.45％—59.90％,CFI3显著降低水稻季N2O累积排放量12.08％—68.64％,CFI1对N2O排放量无显著影响.对于萝卜季而言,与TFI处理相比,控制灌溉能显著降低CH4累积排放量34.87％—53.31％,其中CFI2和CFI3效果最显著;CFI1、CFI2和CFI3处理能显著增加N2O累积排放量35.00％—120.00％.双因素方差分析结果表明,控制灌溉和控制灌溉x试验年份的交互作用对CH4累积排放量具有极显著影响(P＜0.01),控制灌溉、试验年份及控制灌溉x试验年份的交互作用对N2O累积排放量具有极显著影响(P＜0.01).与TFI相比,控制灌溉处理能显著降低水稻季GWP 20.24％—74.87％;CFI1和CFI2处理显著增加水稻产量12.34％—33.97％,CFI3对水稻产量无显著影响;控制灌溉显著降低温室气体排放强度(GHGI)29.37％—75.92％.控制灌溉分别降低还原物质总量、活性还原物质和还原性铁含量15.00％—30.84％、53.45％—71.65％和60.47％,影响CH4排放;同时降低铵态氮7.51％—9.87％,增加硝态氮5.81％—8.55％,影响N20排放.[结论]控制灌溉通过硝态氮、铵态氮以及还原性物质等土壤性质影响温室气体排放.综合温室气体减排效应和作物增产两方面,CFI1和CFI2处理效果最好.在稻田垄作直播条件下,灌水深度为传统沟灌淹水深度的2/3或者1/2是降低温室气体排放并增加水稻产量的最佳水分管理方式.