湖北省稻虾共作不同模式和地域差异的温室气体排放特征研究

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:E200902027
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稻虾共作是一种将水稻种植和小龙虾养殖相结合的高效绿色生产方式,随着其在长江中下游的广泛推广,各地区根据当地自然条件因地制宜开展稻田种养,田间结构也出现了多样化的发展。为了比较不同田间结构对温室气体排放的影响,以及不同生境下稻虾共作温室气体排放的差异及影响因素,本研究通过两个试验分别对不同模式和不同地域的稻虾田温室气体排放规律展开研究。试验(一):设置5个处理,试验组为稻虾共作窄沟模式(RC)、宽沟模式(RCD)和生态池模式(RCP),对照组为水稻单作(R)和小龙虾单作(C),2019年和2020年在荆门和浠水同时展开试验,各处理采用当地实际生产的管理方式,同一地区各处理的田间管理相同;试验(二):比较稻虾共作宽沟模式(RCD)在荆门、浠水和监利三个生态点的温室气体的排放特性。主要研究结果如下:(1)稻虾共作不同模式的土壤理化性质无显著差异。荆门2019年田面RC、RCD和RCP各模式铵态氮含量极差平均值约为1.5 mg/kg,养殖沟约为3.49 mg/kg;浠水2019年和2020年前两个生育时期各模式显著差异(P<0.05)。荆门和浠水2020年齐穗期田面与养殖沟(池)不同模式硝态氮含量分别不超过最大含量的12%和13%且无显著差异(P<0.05)。DOC含量荆门最大差值出现在2019年苗期,宽沟模式(RCD-T)比窄沟模式(RC-T)高出268.27 mg/kg,浠水两年的最大值为336.01 mg/kg。MBC与MBN两地不同模式间大部分时期差异均不显著(P<0.05)。2019年和2020年荆门土壤氧化还原电位Eh田面与养殖沟(池)均在-250.7-299.7 m V,浠水则为-334.6-488.4 m V。两地土壤pH大部分时期在6±1.5之间。(2)稻虾共作不同模式温室气体排放通量周年变化规律较一致,各模式综合增温潜势(CGWP)顺序约为RC<RCD<RCP。荆门田面各处理CH4排放通量大小关系为RCD-T>RCP-T>RC-T,数值分别为43.01 mg m-2 h-1,40.89 mg m-2 h-1和33.48mg m-2 h-1;2020年CH4排放通量的最大值是RCP-T(44.32 mg m-2 h-1),其次是RCD-T(42.06 mg m-2 h-1)和RC-T(39.68 mg m-2 h-1)。浠水CH4排放通量峰值比荆门有小幅提高,变化趋势两地基本相同,不同模式间差距较小;各处理复合温室气体排放强度CGHGI比较接近,差值最大不超过0.8 kg CO2-eq kg-1yield se-1。(3)稻虾共作不同模式经济效益差异显著,2019年和2020年两地各模式均表现为RCP>RCD>RC。不同模式的差异性在经济效益上有着比较明显的体现,这主要在于RCP模式和RCD模式的小龙虾产量均高于RC模式,而RCP模式的生态池比RCD模式能够更加集中饲养和方便捕捞小龙虾,故小龙虾产量也更高。由于不同模式经济效益的差异性比其温室效益的差异性更为显著,因此在净生态系统经济效益(NEEB)上依然表现为RCP>RCD>RC。(4)稻虾共作不同地域温室气体排放差异较为显著,监利CH4累积排放量(田面751.71±16.99 kg hm-2,养殖沟123.28±23.64 kg hm-2)均远高于同期荆门(田面401.26±13.46 kg hm-2,养殖沟20.56±4.28 kg hm-2)和浠水(田面352.45±7.26 kg hm-2,养殖沟42.33±7.71 kg hm-2)的CH4累积排放量,三地的N2O累积排放量无显著差距。本试验中荆门与浠水两地复合增温潜势(CGWP)相差较小,分别为11191.84 kg CO2-eq hm-2和9908.73 kg CO2-eq hm-2,但均显著低于监利的21083.02 kg CO2-eq hm-2,分别为监利CGWP的53.08%和47%。(5)稻虾共作不同地域经济效益,监利和荆门相对良好。监利所在的江汉平原稻虾共作产业较为成熟,推广面积大,生产效率高,通过高投入高产出的方式能够获得较为良好的经济效益;荆门基地所在的漳河新区,水源充足,水质良好,在稻虾共作中能够充分注重经济价值更高的小龙虾养殖,减少过多投入,充分发挥地力和生产潜能,故也能获取较高收益;浠水由于自然条件导致管理成本高(杂草生长旺盛增加农药开支),加上三地中最高的人力成本,使其收益比监利和荆门更低。(6)综合来看,温室气体排放受沟田结构差异影响较小,不同地域条件引起的排放差异受多种因素影响(包括土壤温度,可溶性有机碳和矿质态氮等),可通过调节其中某一两个影响因素控制温室气体的排放量。农业生产者在实际生产中可根据当地生产条件和经济收益预期选择适合的田间结构。本试验初步认为江汉平原面积广阔,适宜要求田面面积较大、规模化生产的宽沟模式(RCD),鄂中北部和鄂东山地丘陵耕地分散狭小的地区,应从水源条件、生产成本以及操作便捷性等方面选择窄沟模式(RC)或生态池模式(RCD);若水源充足,灌溉方便,注重提高经济效益,则RCD模式更为适合。
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