基于秸秆全量还田的不同耕作方法下稻麦生产的碳效率及收益评估
时间：2021-01-31 16:02:01 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：为探明江苏稻麦轮作农业的固碳减排效应，以江苏沿江地区稻麦两熟田块为研究对象，利用基于秸秆全量还田的不同耕作方法下（麦稻宽行交互保护性耕作技术模式和稻麦周年机械化耕作方式）作物产量、系统物质投入以及人工投入等资料，估算稻麦生产的碳投入、碳产出、碳效率以及经济收益。结果表明：保护性耕作方式和机械化耕作方式下稻麦轮作系统年度碳投入总量分别为1836.3kg/hm2和2290.5kg/hm2，保护性耕作的种子、化肥以及机械的碳投入较低，但劳动力碳投入高于机械化耕作方式。2种耕作方式的年度碳产出总量分别为18.23t/hm2和16.15t/hm2，保护性耕作较机械化耕作增加了12.9%。年度的碳效率在两者之间也存在差异，保护性耕作的生产效率、生态效率以及经济效率分别较机械化耕作提高了40.4%、40.8%和40.3%。另外，保护性耕作的年度纯收益为20.25×103元/hm2，较机械化耕作增加了22.8%。研究结果表明秸秆全量还田下采取保护性耕作方法既可以提高碳效率也能增加经济收益，取得环境效益和经济效益的双赢。
关键词：秸秆还田；保护性耕作；碳效率；经济收益
中图分类号：S344
文献标志码：A
论文编号：2014-0980
0引言
稻田是中国最重要的农田生态系统，在中国粮食安全和生态安全保障上起着至关重要的作用。尽管稻田总面积只占全国耕地面积的20%，却生产了全国48.2%的粮食。江苏省常年麦稻轮作制集约化稻田约160万hm2左右，占全省水稻面积70%以上，是江苏确保粮食安全的主体农作制。随着江苏省农业的连年丰产，秸秆产生量越来越大，其中水稻秸秆和小麦秸秆分别占总量的45.8%和25.3%，可利用潜力巨大。秸秆直接还田是当前江苏省秸秆肥料化利用最主要的途径，也是最现实、最易推广操作的秸秆利用方式，有利于农业可持续发展。江苏省农作物秸秆综合利用规划中指出，随着机械化水平的提高和机械更新的加快，全省将全面推行稻麦秸秆机械化全量还田。但同时快速腐熟还田、覆盖还田、稻麦双套还田、留高茬还田等非机械化还田方式近年来被越来越多的利用。江苏沿江地区农科所提出了一种基于秸秆留高茬原位还田、埋沟还田、覆盖还田等方式的保护性耕作方法。
关于秸秆还田方式和耕作方式的研究，以往主要集中在稻田粮食生产力提升和光照、水、肥、土地等资源高效利用上，对稻田低碳生长及如何提高碳效率的关注较少。碳是农业生产系统中一种重要资源，其效率是指投入单位数量碳所产出的经济产量和经济价值等有效价值量，提高碳效率是农业节能减排的重要途径之一，随着人类对气候变暖重视程度的提高，对碳效率的研究逐步开展。有研究表明，通过提高农业中碳效率，可以增加农业的碳汇能力，减少大气中二氧化碳浓度的增加。史磊刚等通过对不同作物生产的碳效率研究，结果表明夏玉米综合碳效率最高，棉花次之，冬小麦最低。李沽静等通过对水稻一油菜和双季稻模式的碳固定量与碳投入和经济收入的关系进行研究，发现作物生产系统的碳汇总量很大，并且具有巨大的固碳减排潜力。但关于江苏稻麦轮作农业的固碳减排效应以及碳效率的研究，目前还鲜有报道。
笔者拟通过对基于秸秆全量还田的不同耕作方式下稻麦轮作系统的碳效率及经济收益进行研究，旨在探讨江苏沿江地区稻作农业的固碳减排效应，说明稻田良好管理可以取得经济效益和环境效益的双赢。
1材料与方法
1.1材料与试验地基本情况
试验在江苏沿江地区农科所试验田进行，土壤类型是潮土。该地区位于北亚热带南部，属亚热带季风气候，由于距海较近，受海洋调节较明显，气温的日较差和年较差较小，年降雨量在1000mm以上，全市年平均太阳辐射总量为476090J/cm2。试验时间为2009年至2010年。小麦品种为‘扬麦13’，水稻品种为‘南粳44’。
1.2试验设计
研究基于稻麦秸秆全量还田条件下，主要设置以下2种耕作方式：
ME：稻麦周年机械化耕作方式，简称机械化耕作方式（对照）。于作物机械收获时，开动机械切碎与分散装置，做到秸秆切碎（5～8cm），全田均匀分散，并用较大功率拖拉机旋耕埋没秸秆。稻季应用旱育壮秧机插技术，总施氮量为300kg/hm2，氮肥运筹为基肥：分蘖肥：穗肥=4：2：4，P2O5和K2O均为120kg/hm2，作基肥施用；麦季应用半精量机条（匀撒）技术，总施氮量240kg/hm2，前（基肥、蘖肥、蜡肥）：后（穗肥）=6：4，P2O5和K2O均为90kg/hm2，作基肥施用。
PF：麦稻宽行交互保护性耕作技术模式，简称保护性耕作方式。稻季肥料运筹与对照相一致；麦季化肥总施氮量为144kg/hm2，均作前期肥料施用，返青期增施9.6t/hm2鸡粪，P2O5和K2O均为90kg/hm2，作基肥施用。其主要技术特征有以下几点：（1）在“麦-稻”两熟制田块形成作物带和空行带的带状结构，1个作物带+空行带构成1个组合，1个组合宽（即带型）60cm左右（作物带宽20-25cm、空行带宽35-40cm），麦子可线条播（即宽行行距为35-40cm、窄行行距20-25cm）或带状撒播（麦带20-25cm、空行带35-40cm），水稻可宽窄行栽插（即宽行行距为35-40cm、窄行行距20-25cm）或摆栽、直播（稻带20-25cm、空行带35-40cm）；（2）麦子收获后种植水稻，实现作物带和空行带互换，即麦带转换成稻田的空行带，麦田的空行带转换成稻带；（3）利用麦田沟系填埋麦秸，麦田的沟系转换成稻田的草沟，麦收后、植稻前不进行土壤耕翻；（4）稻麦秸秆采用留高茬原位还田、埋沟还田、覆盖还田等方式全量还田。麦秸秆采用留高茬、埋沟相结合的方式还田，水稻秸秆采用埋沟、畦面条带状覆盖（主体集中在小麦空行带内）相结合方式还田；（5）实现条带状的耕作与施肥等方式管理。
