一种减少稻田温室气体排放效应的水稻苗期排灌方法

本发明涉及一种减少稻田温室气体排放效应的水稻苗期排灌方法，属于农业。

背景技术：

1、大气中co2、ch4、n2o等温室气体(ghgs)浓度增加而导致的全球变暖成为世界性的环境问题。ch4和n2o是重要的温室气体，在100年的时间范围内，它们的全球增温潜势(gwp)分别是co2的25和298倍。水稻是我国主粮作物，总产居世界第一，稻田种植面积占全球水稻面积的18％，而稻田是作物系统主要的ch4和n2o排放源。据统计，全国每年稻田ch4和n2o排放量分别约为7.41tg和32gg，占农业源温室气体排放的22％。中国2015年向联合国提交的应对气候变化国家自主贡献报告中，承诺推进农业低碳发展，加强非二氧化碳温室气体管控，控制稻田温室气体排放。因此，在确保粮食安全前提下有效控制稻田温室气体排放，一直是水稻育种和栽培的一个研究热点和难点，这不仅关系农业低碳生产转型，还涉及国际气候谈判履约。

2、稻田温室气体排放主要受土壤性质、水分状态、施肥、水稻生长和气候环境等因素影响。土壤厌氧条件是决定ch4产生和促进产甲烷菌繁殖的前提，因此控制水分灌溉管理可以提高土壤通气性，减少稻田ch4排放，但同时会促进土壤n2o排放。jiang等发现通过管控田间水分的灌溉方式能显著降低稻田ch4排放51％，同时增加n2o排放105％。但考虑ch4和n2o的温室效应，与持续淹水相比较，无论秸秆还田与否、氮肥施用与否，灌溉的调控对稻田ch4的减排效应高于对n2o排放的促进效应，进而降低稻田碳排放的综合温室效应。因此通过调控灌溉方式来减少稻田温室气体排放，尤其是ch4排放以减少温室气体效应，是最行之有效的方案。但现有的稻田水分管理措施存在技术要求高(需要实时监测土壤水势)、技术调控时间长(全生育期或整个灌浆期调控)等问题，同时有一定风险造成产量损失。因此，亟需研制一种技术操作简便，适合大面积推广的稻田排灌方法，降低稻田碳排放的综合温室效应，同时增产创收。

3、目前生产中常用的水分灌溉管理方式包括控制灌溉、间隙灌溉、饱和土壤灌溉和干湿交替灌溉等。这些灌溉模式能有效提高土壤通气性，从而改变极端厌氧还原条件，抑制产甲烷菌活性并提高甲烷氧化菌活性，可显著减少ch4排放38％～59％。如干湿交替灌溉，在中国和东南亚国家得到了较为广泛的应用，通过在水稻生育过程中，在一段时间里保持水层，自然落干至土壤不严重开裂时再灌水，再自然落干，再灌水，如此循环的水分管理方式，可以显著降低稻田ch4排放。然而上述水分灌溉模式均存在不足之处，控制灌溉的可操作性较差，难以实现灌溉后田间水分均匀分布和达到理想的控制指标；间隙灌溉缺乏定量的水分指标且容易杂草多发；饱和土壤灌溉的灌溉频率过高，在生产上应用有困难；干湿交替灌溉操在实际操作中土壤落干程度较难控制，没有简易直观的指标，往往依赖于农户的经验，具有一定局限性。操作繁琐，需要农户具有一定的技术背景，且落干程度过重会造成水分亏缺胁迫，存在一定减产风险。目前，关于稻田温室气体减排的简单易行、节本增效、易于推广的灌溉技术，未见相关研究报告。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种减少稻田温室气体排放效应的水稻苗期排灌方法，以解决水稻生产中温室气体排放量大、环境代价高，同时目前常规的节水减排灌溉技术中技术要求高、受品种类型和土壤类型限制、技术调控时间长(全生育期或整个灌浆期调控)的问题。

2、技术方案：本发明一种减少稻田温室气体排放效应的水稻苗期排灌方法，在水稻分蘖中期，排空田间水层，根据不同类型土壤的外观形态和土壤水分指标作为诊断指标确定落干时间，进行复水灌溉，复水后保持潜水层2～3cm至收获前一周断水。

3、进一步地，所述不同类型土壤为砂土、壤土或黏土。

4、进一步地，所述土壤水分指标为土壤埋水深度、土壤相对含水量或土壤水势。

5、更进一步地，当土壤为砂土时，土壤外观形态为田边开始发白、或土壤埋水深度为8～12cm、或土壤相对含水量为92％～96％、或土壤水势为-7.5～-5kpa时进行复水灌溉。

6、更进一步地，当土壤为壤土时，土壤外观形态为土沉实、不陷脚、或土壤埋水深度为12～16cm、或土壤相对含水量为88％～92％、或土壤水势为-10～-7.5kpa时进行复水灌溉。

7、更进一步地，当土壤为黏土时，土壤外观形态为表土手捏成球、或土壤埋水深度为16～20cm、或土壤相对含水量为84％～88％、或土壤水势为-12.5～-10kpa时进行复水灌溉。

8、上述指标具体见表1所示。

9、表1水稻分蘖中期土壤落干诊断指标

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12、更进一步地，当选用土壤埋水深度、土壤相对含水量或土壤水势作为复水时间诊断指标时，还需要根据不同的水稻品种选用不同的指标。

13、更进一步地，当水稻品种为籼稻、杂交籼稻(籼稻与籼稻杂交)、籼粳杂交稻(籼稻与粳稻杂交)时，取土壤相对含水量的下限值、土壤埋水深度上限值或土壤水势绝对值的最大值作为诊断指标。

14、即当水稻品种为籼稻、杂交籼稻、籼粳杂交稻，当土壤为砂土，选用土壤埋水深度、土壤相对含水量或土壤水势作为复水时间诊断指标时，土壤埋水深度为12cm、或土壤相对含水量为92％、或土壤水势为-7.5kpa时进行复水灌溉。

15、即当水稻品种为籼稻、杂交籼稻、籼粳杂交稻，当土壤为壤土，选用土壤埋水深度、土壤相对含水量或土壤水势作为复水时间诊断指标时，土壤埋水深度为16cm、或土壤相对含水量为88％、或土壤水势为-10kpa时进行复水灌溉。

16、即当水稻品种为籼稻、杂交籼稻、籼粳杂交稻，当土壤为黏土，选用土壤埋水深度、土壤相对含水量或土壤水势作为复水时间诊断指标时，土壤埋水深度为20cm、或土壤相对含水量为84％、或土壤水势为-12.5kpa时进行复水灌溉。

17、更进一步地，当水稻品种为粳稻、杂交粳稻(粳稻与粳稻杂交)时，取土壤相对含水量的限值、土壤埋水深度下限值或土壤水势绝对值的最小值作为诊断指标。

18、即当水稻品种为粳稻、杂交粳稻，当土壤为砂土，选用土壤埋水深度、土壤相对含水量或土壤水势作为复水时间诊断指标时，土壤埋水深度为8cm、或土壤相对含水量为96％、或土壤水势为-5kpa时进行复水灌溉。

19、即当水稻品种为粳稻、杂交粳稻，当土壤为壤土，选用土壤埋水深度、土壤相对含水量或土壤水势作为复水时间诊断指标时，土壤埋水深度为12cm、或土壤相对含水量为92％、或土壤水势为-7.5kpa时进行复水灌溉。

20、即当水稻品种为粳稻、杂交粳稻，当土壤为黏土，选用土壤埋水深度、土壤相对含水量或土壤水势作为复水时间诊断指标时，土壤埋水深度为16cm、或土壤相对含水量为88％、或土壤水势为-10kpa时进行复水灌溉。

21、本发明所述土壤落干指标根据水稻类型有差异，即选用土壤埋水深度、土壤相对含水量、土壤水势作为诊断指标时，籼稻(含杂交籼稻)品种取土壤相对含水量的小值(下限值)，取土壤埋水深度或土壤水势绝对值的大值(下限值)；粳稻(含杂交粳稻)品种取土壤相对含水量的大值(上限值)，取土壤埋水深度或土壤水势绝对值的小值(上限值)。

22、进一步地，从水稻移栽至分蘖中期，田间保持2-3cm水层。

23、本发明通过在水稻分蘖中期，排空田间水层，并根据不同类型土壤的土壤外观形态指标或土壤水分指标，确定落干持续时间，实现在保障水稻产量的前提下，显著降低稻田温室气体排放效应，显著增加经济效益。

24、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：

25、(1)本发明方法操作简便，调控周期短，易于实行。可根据应用者的观察设施条件和技术应用偏好，在土壤外观形态、土壤埋水深度、土壤相对含水量或土壤水势4类指标中任选一项指标监控土壤落干指标，方法简便。土壤落干指标监测时间为分蘖中期，落干时间为8-15天，监控周期短，水稻其余生育期按常规灌溉方法执行。

26、(2)本发明方法适用性广，效果显著。本发明提出的减少稻田温室气体排放效应的水稻苗期排灌方法可在不同类型土壤(砂土、壤土、黏土)上使用，并经过不同类型水稻品种(籼稻，粳稻，杂交稻)的试验验证，均能显著降低稻田温室气体排放效应，温室气体全球增温潜势降低了34.4％-48.1％。

27、(3)本发明方法无减产风险，收益较高。本发明提出的减少稻田温室气体排放效应的水稻苗期排灌方法经过两年大田试验的验证，均无减产风险，同时具有最高的经济效益和环境效益，可在保证粮食安全的前提下减少温室气体全球增温潜势。具有重要意义和广阔前景，在推动农业可持续发展方面具有积极作用。