不同栽培模式对水稻产量和温室气体排放的影响.doc

JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY
本 科 毕 业 论 文

题目：不同栽培模式对水稻产量和温室气体排放的影响

学 院： 国 土 学 院
姓 名：
学 号：
专 业： 农业资源与环境
班 级： 资环1001
指导教师： 职 称：讲师

二〇一四年五月

目录

摘 要 I
Abstract II
前 言 1
1 材料与方法 1
1.1 供试材料 1
1.2 试验设计及田间管理 1
1.3 测定项目与方法 2
1.3.1 稻田温室气体排放情况 2
1.3.2 相关指标计算方法 2
1.3.3 数据处理 3
2 结果与分析 3
2.1 不同栽培模式对甲烷排放通量的影响 3
2.2 不同栽培模式对氧化亚氮排放通量的影响 4
2.3 不同栽培模式下水稻生长季甲烷和氧化亚氮累积排放量 5
2.4 不同栽培模式对水稻产量的影响 5
3 讨论与小结 6
参考文献 8
致谢 10

摘 要

通过优化栽培技术协同实现高产和温室气体减排是发展低碳稻作技术的关键。本文在构建不同栽培技术模式（高产抛栽模式、高产移栽模式和农户模式）的基础上，监测了不同栽培模式下早稻产量及稻田甲烷和氧化亚氮排放的差异。结果表明：高产抛栽模式和高产移栽模式水稻产量均显著高于农户模式，增产幅度分别达到16.4%和17.7%，而高产抛栽模式和高产移栽模式产量之间差异不显著，有效穗数的提高是获得高产的关键。高产抛栽模式全生育期甲烷排放显著低于高产移栽模式和农户模式，而高产移栽模式和农户模式之间差异不显著。高产抛栽模式温室气体排放强度最低，农户模式最高，高产移栽模式居中。因此，抛栽条件下，配以合理的肥料运筹是同步实现水稻高产和温室气体减排的重要技术途径。

关键词：栽培模式；早稻；产量；甲烷；氧化亚氮

Abstract

Optimizing cultivation regimes plays a critical role in developing low-carbon rice cropping that synchronizes high yields and low greenhouse gas emissions. The present study constructed three different cultivation patterns of early rice (high-yielding throwing planting, high-yielding transplanting and farmer’s practice), and determined the differences in rice yields, methane and nitrous oxide emissions. Results showed that rice yields were significantly increased by 16.4% and 17.7% under high-yielding throwing planting and high-yielding transplanting patterns relative to the farmer’s practice, respectively. No significant difference was observed between high-yielding throwing planting and high-yielding transplanting patterns. Higher yields were mainly due to the greater number of panicles. Methane emissions contributed over 90% to the global warming potential under the three cultivation patterns. Methane emissions were marked lower under the high-yielding throwing planting than the high-yielding transplanting and farmer’s practice, while those did not significantly differed between the high-yielding transplanting and farmer’s practice patterns. Changes in the global warming potential showed the same trend as Methane emissions. Greenhouse gas intensity decreased in the following order: high-yielding throwing planting < high-yielding transplanting < farmer’s practice. Thus, throwing planting coupled with appropriate fertilization management may be a promising way to achieving synchronously high yields and low greenhouse gas emissions.

Key words: cultivation patterns; early rice; yield; methane; nitrous oxide

1

前 言
大气中温室气体浓度的增加是导致全球变暖的主要原因，甲烷和氧化亚氮是大气中两种重要的温室气体，对地球系统的气候变化产生重要影响[1]。甲烷和氧化亚氮单位质量的增温潜能分别是二氧化碳的25和298倍[2]，其浓度分别以每年约1%和0.2%～0.3%的速度增长[3]。水稻是世界主要的粮食作物之一，占粮食作物面积的1/3，其生产过程中伴随着甲烷和氧化亚氮的排放，是农业重要的温室气体排放源之一，水稻种植在全球温室气体（尤其是甲烷和氧化亚氮）清单的编制中占据重要位置[4]。因此，稻田甲烷和氧化亚氮的排放是当前农田环境领域的研究热点之一。
目前国内外对稻田甲烷和氧化亚氮减排的研究多集中耕作、施肥、水分管理和品种等方面[5-8]，但对不同栽培模式下稻田温室气体排放差异的研究鲜见报道。且大部分研究主要集中在水稻大田生长期，对秧田期的温室气体排放关注很少[9]。因此，本试验通过集成旱床育秧、抛栽、人工移栽、优化施肥、间歇灌溉等技术，构建高产低碳栽培技术模式，并比较其与一般农户模式稻田甲烷和氧化亚氮排放的差异，以期为双季稻区的低碳栽培技术研究和应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料
试验于2013年在江西省进贤县温圳镇杨溪村进行。土壤有机质34.2 g/kg；全氮2.7 g/kg；碱解氮286.0 mg/kg；有效磷31.4 mg/kg；速效钾227.9 mg/kg；pH4.9。供试品种为超级早稻品种淦鑫203。
1.2 试验设计及田间管理
试验设计3种栽培模式处理：(1)农户模式：施氮150 kg/hm2、磷67.5 kg/hm2、钾105 kg/hm2，栽插规格19.8cm×19.8cm，每穴 2株，除中期（移栽后30天）烤田外，其他时段保持淹水。(2)高产抛栽模式：施氮180 kg/hm2、磷105 kg/hm2、钾180 kg/hm2，浅水移栽，浅水返青，间歇灌溉。(3)高产移栽模式：施氮180 kg/hm2 、磷105 kg/hm2、钾180 kg/hm2，栽插规格13.3cm×23.3cm，每穴2株，浅水移栽，浅水返青，间歇灌溉。施肥方式：高产抛栽模式和高产移栽模式按基肥：蘖肥：穗肥＝5：2：3的比例施入式，农户模式按基肥：蘖肥：穗肥＝6：4：0的比例施入，钾肥按分蘖肥：穗肥=7：3施入，磷肥作为基肥一次性施入。基肥于移栽前1d施入，分蘖肥于移栽后7d施入，穗肥于幼穗分化期（移栽后40天）施入，所用氮、磷、钾肥分别为尿素、钙镁磷肥、氯化钾。试验在高产示范基地的基础开展，采用大田对比试验，每种模式面积2亩。
农户栽培模式使用湿润育秧秧苗，高产抛栽模式和高产移栽模式使用用旱床育秧秧苗，两者仅是灌溉水的管理方式不同。湿润育秧，采用水整地水作床，湿润播种，扎根立苗前秧田保持湿润通气以利根系，扎根立苗后根据秧田缺水情况，间歇灌水，以湿润为主。旱床育秧即将水稻种子播种在肥沃、松软、深厚的的旱地苗床上，只保持土壤湿润，不建立水层。每亩大田备足杂交稻种子2.0kg，每亩大田备足561孔塑料秧盘50片。秧田亩施钙镁磷肥30kg，碳铵15 kg，氯化钾10 kg作底肥，育秧28d后移栽。
1.3 测定项目与方法
1.3.1 稻田温室气体排放情况
温室气体采用静态箱—气相色谱法对样品进行测定分析。早稻育秧时，秧田温室气体取样安排在移栽前7d和移栽前1d，各取一次样进行气体测定。大田期取样安排在水稻移栽后7d，19 d，26 d，38 d，47 d，56 d进行，每个田块设置5个重复监测点。每次采样时间固定在上午9：00至11：00之间，同时用温度计测定采样箱内温度和土壤5cm深度的土壤温度。采用遮光密闭箱取样，气相色谱仪分析法测定稻田土壤与大气间交换的甲烷和氧化亚氮排放通量。取样箱采用组合式不锈钢取样箱，底座为塑钢材料。底座：长×宽×高=50×50×20（cm3），底座上端有深3cm、宽2cm的密封水槽，采样时将顶箱或延长箱罩在底座上，用水密封，底座于移栽后埋入田中，并在整个生长期都固定在采样点上。延长箱：长×宽×高=50×50×50（cm3），封顶箱：长×宽×高=50×50×50（cm3），顶箱和延长箱均由不锈钢制成。延长箱内装1个12V轴流混气扇、采样管、测温口，外覆绝热材料（海绵和铝箔纸包裹）。采样前将箱内顶部风扇打开，使箱内气体混和均匀。盖箱之后的0、5、10和15min 采样，用50ml注射器从箱中抽取气体，通过旋转三通阀转移到0.1L气体采样袋，备测。
1.3.2 相关指标计算方法
气体的排放通量是指单位时间内，单位面积上观测箱内该气体质量的变化。稻田甲烷（mg m-2 h-1）和氧化亚氮（μg m-2 h-1）的排放通量分别利用下式[10]（1）和（2）求得：
F=117.89／(T+273.2)×H×dc／dt （1）
F=324.1975／(T+273.2)×H×dc／dt （2）
其中，F：排放通量（mg m-2 h-1或μg m-2 h-1）；dc/dt：箱内痕量气体随时间的变化率（mL m-3 h-1或μL m-3 h-1）；H：经过水层高度调整后采样箱顶部距水面的实际高度（m）；T： 采样箱内的平均温度（℃）。
在百年时间尺度，以CO2计的全球增温潜势（GWP）（kg ha-1）=25×CH4（kg ha-1）﹢298×N2O（kg ha-1）（3）。
温室气体排放强度（即单位水稻生产产生的全球增温潜势）= GWP（kg ha-1）/ 产量（kg ha-1）（4）。
1.3.3 数据处理
统计分析采用 SPSS 11.0 软件进行，采用 LSD（Least Significant Difference）法进行多重比较，于 P＜0.05 水平上进行统计显著性检验。

2结果与分析

2.1 不同栽培模式对甲烷排放通量的影响
从图1可以看出，随着生育期的进行，不同栽培模式下甲烷的排放先逐渐增加，然后迅速减小，在移栽后38d基本不排放，部分甚至处于吸收状态。在移栽后7d，各处理甲烷的排放通量相差不大，与大气甲烷交换处于排放状态；当稻田甲烷的排放通量达到最大值时，高产移栽模式甲烷排放通量最大，而高产抛栽模式和农户模式甲烷排放通量相差不大，而在移栽后35d以后，三种模式差别不大。

图1 不同栽培模式下秧田甲烷排放通量
2.2 不同栽培模式对氧化亚氮排放通量的影响
从图2中可以看出，随着生育期的进行，各处理稻田氧化亚氮的排放通量先是增大，后减小，再增大，最后再减小呈现两个峰值。第一个峰值出现在移栽后19d，农户模式氧化亚氮的排放通量最大，其次是高产抛栽模式，最小的是高产移栽模式。第二个峰值出现在移栽后38d，高产移栽模式氧化亚氮的排放通量最大，农户模式和高产抛栽模式相差不大。在移栽后55d，各处理稻田氧化亚氮的排放通量大小依次是：高产移栽模式﹥高产抛栽模式﹥农户模式。

图2 不同栽培模式下秧田氧化亚氮排放通量
2.3 不同栽培模式下水稻生长季甲烷和氧化亚氮累积排放量
高产抛栽模式全生育期甲烷排放大幅低于高产移栽模式和农户模式，而高产移栽模式和农户模式之间差异不大（表1）。三种模式氧化亚氮排放差异不大。各处理全球增温潜势变化趋势与甲烷排放相似，高产移栽模式和农户模式之间差异不大，二者均显著高于高产抛栽模式。高于高产抛栽模式温室气体排放强度最低，农户模式最高，高产移栽模式居中。

表1不同栽培模式下水稻生长季CH4和N2O累积排放量
处理
Treatments
CH4
kg ha-1
N2O
kg ha-1
高产抛栽模式
133.2 a
0.79 a
高产移栽模式
194.7 b
0.67 a
农户模式
186.2 b
0.83 a

2.4 不同栽培模式对水稻产量的影响
高产抛栽模式和高产移栽模式水稻产量均显著高于农户模式，增产幅度分别达到16.4%和17.7%，而高产抛栽模式和高产移栽模式产量之间差异不显著（表2）。高产抛栽模式和高产移栽模式单位面积有效穗数显著高于农户模式，而每穗粒数、结实率和千粒重三种模式之间无显著差异。
表2 不同栽培模式下水稻产量及其产量结构因素的差异
处理
Treatments
有效穗
No. of panicles
×104 ha-1
每穗粒数
Spikelets per panicle
结实率
Filled grains
﹪
千粒重
1000-grain weight
g
产量
Yield
kg ha-1
高产抛栽模式
420.2 a
88.5 a
84.3 a
29.2 a
9089 a
高产移栽模式
415.4 a
95.9 a
86.8 a
28.8 a
9188 a
农户模式
319.2 b
103.7 a
89.1 a
28.7 a
7806 b
同列数据后不同字母表示5﹪水平上存在显著差异。.

3 讨论与小结

土壤中甲烷的产生主要通过H2/CO2还原和乙酸（CH3COOH）发酵而来，稻田甲烷的排放受土壤因子、温度、农田管理措施、水稻品种的综合影响[5,11]。土壤的氧化亚氮主要是由土壤微生物的硝化和反硝化过程所产生[4]。本研究湿润育秧甲烷排放通量明显多于旱床育秧，氧化亚氮排放通量小于旱床育秧，说明秧田水分管理的不同，也同样会导致温室气体排放的差异。因此，秧田期甲烷的减排也是降低水稻全生育期温室效应的重要途径。有研究表明，水稻植株是稻田甲烷排放的主要通道[12]，施用氮肥增加稻田氧化亚氮的排放，但水分落干期间的稻田氧化亚氮排放量占水稻生长期氧化亚氮排放总量的87.5﹪～98.6﹪[13,14]。在适宜的水分条件下，水稻生长期氧化亚氮排放主要受土壤中有效氮含量的影响。施肥与随后烤田的时间间隔越短，作物对氮肥的吸收相对较少，土壤中可用来转化为氧化亚氮的氮源越多，氮素转化为氧化亚氮的比率越大[12]。本研究中，三种栽培模式的稻田甲烷排放高峰均出现在分蘖盛期，进一步证明稻田甲烷排放受植株数量的影响，表现为随着茎蘖数的增加而增加[11]。高产移栽模式甲烷排放峰值最高，推测与其无效分蘖数最多有关(分蘖数据未列出) [14]。至于是否因为高密度水稻所具有高密度的水稻通气孔，将更多的O2输送到根际，导致甲烷氧化的增加，有待于进一步研究。三种栽培模式氧化亚氮第一个排放高峰出现在施加蘖肥后，第二个排放高峰出现在烤田期间。而农户栽培模式氧化亚氮第一个高峰值高于高产抛栽与移栽方式，很可能与其分蘖肥施用过大有关。土壤中氮素转化为氧化亚氮的多少受水分条件的限制，烤田期间水分落干大大改善土壤的供氧状况，利于硝化反硝化过程同时进行，使氧化亚氮成为这两个反应的主要产物，这是导致三种栽培模式出现稻田氧化亚氮排放的第二个高峰。
高产抛栽模式和高产移栽模式单位面积有效穗数显著高于农户模式，其他产量构成因子均无显著差异。这主要是因为农户往往栽插过稀，导致最终产量较低，因此，从当前的研究来看，适当增加密度是大幅度提高农户产量的关键[16]。同时，适当增加施肥量和优化施肥方式也是获得高产的有效措施[17]。对不同栽培技术模式（高产抛栽模式、高产移栽模式和农户模式）下水稻的产量、稻田甲烷和氧化亚氮排放的同步监测表明，高产抛栽模式和高产移栽模式水稻产量均显著高于农户模式。因此，抛栽条件下配以合理的肥水管理可以同步实现水稻高产和温室气体减排。

参考文献

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致谢

此时此刻，时间定格。曾经一度认为很长的大学生涯即将划上句号，在这个句号上承载着许许多多的喜怒哀乐，或许轻如鸿毛，或许铭记我心，正是这些紧密串连，串联成一个同心圆，最最最真实的反映出了我们青春成长路上的点点滴滴。想写的东西很多，想感激的人和事也很多。虽然汗颜于自己的文笔拙劣，但在文字背后却承载着自己由衷的感恩。
首先感谢指导老师杨秀霞老师，在此次论文的撰写中，从开始选题直至论文定稿的过程中，一直都耐心地给予我指导和建设性意见，精益求精，才能让我圆满地为我的大学生涯划上圆满地句号，同时我还要感谢文中所有被我引用或参考的文献的作者！其次感谢我所有的任课老师，告诉了我许多做人的道理以及传道授业解惑。感谢辅导员蒋导和何导，在整个大学生涯中对我的贴心问候以及暖心的帮助。最后感谢资环101班所有可亲可爱的兄弟姐妹，是你们帮助了我成长，帮助了我展翅飞翔！
谢谢！致敬！

目 录
第一章 总 论 1
第一节 项目概述 1
第二节 可行性研究的依据 3
第三节 可行性研究的范围和内容 3
第五节 技术经济指标 4
第二章 项目背景和建设的必要性 5
第一节 项目提出的背景 5
第二节 项目建设的必要性 7
第三章 需求分析及服务规模与标准 9
第一节 需求分析 9
第二节 服务规模与标准 10
第四章 项目选址及建设条件 13
第一节 项目选址 13
第二节 项目区自然条件 13
第三节 项目区社会经济条件 18
第四节 项目区基础设施状况 20
第五章 规划设计和建设方案 23
第一节 设计依据和目标 23
第二节 规划方案分析 25
第三节 建设方案 31
第六章 消 防 46
第七章 环保和劳动安全卫生 47
第一节 环境保护 47
第二节 劳动安全卫生 48
第三节 建议 50
第八章 节能分析 52
第一节 概 述 52
第二节 节能设计依据 52
第三节 能耗分析 53
第四节 节能措施 54
第九章 项目组织管理和实施进度 58
第一节 项目组织管理 58
第二节　进度计划安排 60
第十章 招投标方案 62
第一节　招标管理 62
第二节　项目招标基本情况 65
第十一章 投资估算与资金筹措 66
第一节 投资估算 66
第二节 资金筹措 70
第十二章 效益分析 71
第一节 经济效益 71
第二节 社会效益 73
第十三章 结 论 75

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