一种南方冬季稻田固碳减排的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于稻田休闲期固碳减排技术领域，更具体涉及一种稻田有机资源高效利用减少面源污染及减少温室气体排放的方法。
【背景技术】
[0002]稻田土壤是是温室气体(C02、CH4、N20)的重要来源之一。我国是世界上第二大水稻种植国家，水稻种植面积占世界种植面积的27%，因其特殊的水分管理模式和培肥特征，使得我国稻田温室气体的排放受到广泛的关注，如何减控温室气体排放及其产生的作用机制在环境、生态和全球气候变化研究领域已经进行了大量的研究。目前，稻田温室气体排放的相关研究及相关减控技术主要集中在水稻生育期内这段时期，而对于非水稻生育期(冬季)内的固碳减排关键技术涉及较少。
[0003]目前，南方稻田生物资源存在三个突出问题，一是稻草等稻田有机物的焚烧问题，二是熟制减少(双季稻改成单季稻)问题，三是冬季作物种植面积大幅减少的问题。上述问题直接导致稻田生物资源的大幅减少，对应的是稻田休闲期延长(6个月以上)和面临更大的温室气体排放风险，消弱了稻作方式的培肥效果。如何减少秸杆的焚烧、扩大冬季作物的面积、减少休闲面积及时间，不仅是土壤培肥效果维持和生态环境改善的挑战，还是利用休闲稻田达到固碳减排效果的机遇。冬季稻田传统利用方式主要有三种:冬季种植绿肥，种植油菜和休闲模式。但油菜等作物种植存在劳动力投入高等问题，特别在红壤丘陵地区由于地形及其劳动力短缺，使得目前该模式的实际应用难度越来越大，南方稻田冬闲期紫云英等绿肥的种植面积也在急剧缩减，使得冬季稻田休闲逐渐成为我国南方稻区的一种重要的模式。但是我国南方稻田休闲期水热充沛、积温相对较高，稻田残留养分过高(主要来源于水稻生育期残留养分和农田残留有机物，如根、残茬、稻草等)，温室气体排放风险加大，固碳减排压力巨大。
[0004]如何利用冬季稻田来减缓水稻生育期间的温室效应具有重大的现实和理论意义，但目前还缺少休闲期稻田温室气体固碳减排的方法。因此，在我国能源消耗继续增加、温室气体减排承诺压力大的情况下，一种适宜南方冬季稻田固碳减排方法的设计势在必行。
【发明内容】
[0005]针对上述存在的不足，本发明的目的是在于提供一种南方冬季稻田固碳减排方法，方法易行，操作简便。该方法能解决南方冬季稻田利用难的问题(关键是劳动力投入不足问题)，非常有效的达到了冬季稻田固碳减排的积极效果。
[0006]为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施:
以投入成本较少的绿肥作为主要固碳、氮作物，采用晚稻稻草还田来减少秸杆焚烧问题，同时还田的稻草分解产生的养分和水稻生育期残留养分可作为绿肥生长的养分来源，能同时实现农田残渣利用、残留养分固定、温室气体产生底物消减，与绿肥种植和稻草覆盖还田同步进行的水分管理模式可通过消除田间渍水环境来消减冬季稻田甲烷的排放，排水管理也利于冬季绿肥的生长。上述措施配合在一起达到冬季稻田固碳减排的效果。
[0007]—种南方冬季稻田固碳减排的方法，其步骤是:
1、冬季稻田绿肥种植。在晚稻收割前15~20天采用撒播方式(一般农事操作的撒播方式)套播绿肥，通过绿肥生物量形成过程中对碳、氮的固定来达到冬季稻田生物固碳、氮效果O
[0008]2、稻草覆盖还田。晚稻收割后稻草原位覆盖还田，替代稻草焚烧方式，可直接减少焚烧所造成的碳、氮排放问题，同时还田的秸杆可为绿肥生长提供养分来源、遮阴保墒与防寒抗冻的作用。
[0009]3、排水通畅的水分管理模式。整个冬季通过开排水沟的方式保持田间不渍水，通过消除田间渍水环境来消减甲烷排放，同时排水促进绿肥生长及对土壤速效养分的吸收固定，进而通过减少温室气体产生底物的方式来起到减排效果。
[0010]4、绿肥原位翻耕还田。在春耕前(4月中上旬)绿肥原位打碎收割，然后进行水耕翻压入泥，通过该方式可把冬季绿肥固定的碳、氮等养分归还到稻田土壤中去，通过增加土壤碳、氮库的方式来达到巩固绿肥固碳减排的长期效果。
[0011]所述的绿肥品种为紫云英、苕子和豌豆其中的一种或一至三种的任意组合。
[0012]所述的稻草还田量为当地晚稻稻草生物量；绿肥还田量为冬季绿肥的全部生物量。
[0013]所述的绿肥播种量为当地适宜播种量或当地农户习惯播种量。
[0014]以上步骤依次为1、2、3、4并组合在一起为一个整体技术，既一种南方冬季稻田固碳减排的方法。
[0015]本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果:
该发明技术采用绿肥作为冬季稻田固碳减排关键植物，配合稻草覆盖、排水措施，能有效起到固碳减排效果，该技术方法可在南方冬闲稻田广泛使用，具有(I)绿肥种植配合排水管理可通过减少温室气体产生的底物和消除田间渍水环境等方式，实现整个非水稻生育期(冬季)固碳减排的效果；(2)稻草等稻田有机废弃物的冬季利用，为绿肥的生长提供养分，同时可有效降低秸杆焚烧带来的温室气体排放；(3)投资少，不需灌溉、耕田等农事操作；操作简单，就地种植，就地施用，具有节省人工和运输力的优点。
【附图说明】
[0016]图1 一种南方冬季稻田固碳减排的方法流程图。
[0017]其中:1_绿肥种植，2-稻草覆盖还田，3-排水通畅的水分管理模式，4-紫云英原位翻耕还田。
【具体实施方式】
[0018]下面结合具体实施例进一步阐述本发明。应理解，它们仅是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限定。
[0019]实施例1:
根据图1可知，一种南方冬季稻田固碳减排的方法，其步骤是:
1、绿肥种植。本实施例在中国科学院桃源农业生态试验站稻田长期定位试验开展，绿肥选用紫云英作为固碳减排的植物。在晚稻水稻收割前15~20天左右采用撒播方式套播紫云英，播种量播种量为22.5~30.0 kg/hm2。
[0020]2、稻草覆盖还田。晚稻收割后，晚稻草量全量原位还田，还田时稻草分散摊薄，形成田面均匀覆盖层。
[0021]3、排水通畅的水分管理模式。田间开排水沟，保持田面排水通畅，不渍水。
[0022]4、绿肥原位翻耕还田。在紫云英盛花期(4月中上旬，水稻移栽前15天)，采用割草机原位均匀打碎紫云英，然后进行水耕翻压紫云英入泥，使得紫云英和土壤充分混合，通过紫云英在水稻生育期的腐解来增加土壤的碳、氮含量的方式，来进一步巩固冬季固碳减排措施的长期效果。
[0023]对比例I
本对比例I冬季稻田长期不种植紫云英和无稻草还田，与实施例1冬季稻田长期种植紫云英和晚稻稻草覆盖还田形成对比。水分管理模式同实施例1。用以评价:(1)冬季绿肥固碳、氮作用；(2)冬季种植紫云英、稻草还田对提高土壤碳、氮库长期的效应。
[0024]对比例2
本对比例2冬季稻田不排水的水分管理模式，与实施例1中冬季稻田排水通畅的水分管理模式形成对比，试验进行周期为一个冬季。绿肥种植和晚稻稻草覆盖还田同实施例1。用以评价排水管理对减少甲烷排放的作用。
[0025]实施效果评价:
A、冬季种植紫云英增加生物固定碳、氮量。
[0026]与对比例I中长期冬季不种植紫云英相比，本实施例1中冬季稻田紫云英可获得年均3657 kg/hm2干物重(1990~2014)。紫云英碳、氮含量按43.5%和2.86%计算，冬季紫云英种植可年均固定1591 kg/hm2的碳和105 kg/hm2的氮。
[0027]B、晚稻稻草覆盖还田可直接减少稻草焚烧损失碳、氮量。
[0028]与对比例I中长期无晚稻稻草覆盖还田相比，本实例I晚稻稻草覆盖还田可为稻田提供干物重平均为7941 kg/hm2 (1990-2014)的稻草，稻草碳、氮含量按43.0%和0.80%计算，晚稻稻草覆盖还田可减少稻草直接焚烧损失的碳、氮量分别为3415 kg/hm2和64 kg/hm20
[0029]C、排水管理大幅减少甲烷排放量。
[0030]与对比例2中不排水的水分管理模式相比，本实施例1中冬季稻田排水通畅的水分管理模式可减少72.3%以上的冬季甲烷排放量。
[0031 ] D、长期紫云英种植及稻草覆盖还田能显著提高表层土壤碳、氮库。
[0032]与对比例I中长期冬季不种植紫云英和无晚稻稻草覆盖还田相比，本实施例1中长期冬季种植紫云英和晚稻稻草覆盖还田，耕层土壤(0~20 cm)碳、氮库在25年后分别提高了 10.1 t/hm2和1.4 t/hm2，C、N储量分别提高22.4%和23.1%，从总量上减少了稻田土壤碳、氮的排放量。
[0033]从综合效应来看，冬季稻田种植紫云英、稻草覆盖、排水管理和紫云英翻耕还田能达到较好的固碳减排的效果。
【主权项】
1.一种南方冬季稻田固碳减排的方法，其步骤是: A、冬季稻田绿肥种植:在晚稻收割前采用撒播方式套播绿肥，通过绿肥生物量形成过程中对碳、氮的固定来达到冬季稻田生物固碳、氮效果； B、冬季稻田稻草覆盖还田:水稻收割后稻草原位覆盖还田，替代稻草焚烧方式，直接减少焚烧所造成的碳、氮排放问题，同时还田的秸杆为绿肥生长提供养分来源、遮阴保墒与防寒抗冻; C、排水通畅的水分管理模式:整个冬季通过开排水沟的方式保持田间不渍水，通过消除田间渍水环境来消减甲烷排放，同时排水促进绿肥生长及对土壤速效养分的吸收固定，进而通过减少温室气体产生底物的方式来起到减排作用； D、绿肥原位翻耕还田:在春耕前绿肥打碎收割，然后进行水耕翻压入泥，通过该方式把冬季绿肥固定的碳、氮养分归还到稻田土壤中去，通过增加土壤碳、氮库的方式来达到巩固绿肥固碳减排的长期效果； 所述的绿肥品种为紫云英、苕子和豌豆其中的一种或一至三种的任意组合； 所述的稻草还田量为当地晚稻稻草生物量，绿肥还田量为冬季绿肥的全部生物量。
【专利摘要】本发明公开了一种南方冬季稻田固碳减排的方法，步骤是：A、冬季稻田绿肥种植：在晚稻收割前采用撒播方式套播绿肥；B、冬季稻田稻草覆盖：水稻收割后稻草原位覆盖还田，替代稻草焚烧方式；C、排水通畅的水分管理模式：整个冬季通过开排水沟的方式保持田间不渍水，通过消除田间渍水环境来消减甲烷排放，通过减少温室气体产生底物的起到减排作用；D、绿肥原位翻耕还田：在春耕前绿肥打碎收割，进行水耕翻压入泥，通过该方式把冬季绿肥固定的碳、氮养分归还到稻田土壤中去，通过增加土壤碳、氮库的方式来达到巩固绿肥固碳减排的长期效果。方法易行，操作简便。解决了休闲期稻田利用难的问题，非常有效的达到了冬季稻田固碳减排的积极效果。
【IPC分类】A01B79/02
【公开号】CN105027728
【申请号】CN201510580894
【发明人】陈安磊, 陈春兰, 王卫, 涂成, 谢小立, 魏文学
【申请人】中国科学院亚热带农业生态研究所
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年9月14日