我国稻-麦轮作模式下施肥措施的固碳效应研究开题报告

本课题的意义、国内外研究概况、应用前景等

一、本课题的意义

（一）理论意义

长江中下游稻麦两熟区是我国重要的粮食产区之一，而农田土壤碳库是最大也是最活跃的碳库之一，是全球碳循环的核心内容，农田对于温室气体减排的潜力主要是对土壤有机碳(SOC) 的固定。SOC 的存储对于改善土壤理化性质、提高和稳定作物产量及提升环境质量有重要作用。农田管理措施(有机无机肥配施、秸秆还田、保护性耕作等) 、土壤性质、土地利用方式、植物品种和气候变化等均是影响 SOC 固定、转化及释放的重要条件。据有关数据显示，我国土壤碳储量占全球总储量的 12 % ，表土平均 SOC 密度仅为欧盟平均值的 70 % ～ 75 %，若采取合理的措施使土壤有机质提高 30 % ～ 40 % ，全国仅耕地就可增加固碳约10 亿吨。在全球温室效应的大背景下，土壤固碳显得尤为重要。我国农田土壤固碳潜力巨大，因此，研究改变施肥措施来重新收集和固定能源排放的碳，对实现我国经济和环境发展双赢具有重要意义。

（二）现实意义

旨在研究稻-麦轮作条件下，施肥措施对土壤固碳效应的影响，以探索所涉区域稻-麦轮作条件下最适的施肥措施。进而为该地区制定稻-麦轮作模式下合理的施肥措施制度提供理论依据。

二、国内外研究概况

（一）国外研究进展

1、Wang 等^［3］比较了不同施肥措施下我国旱地和水田表土有机碳含量变化的差异,但未从区域角度分析稻田表土有机碳含量的变化,且涉及稻田的数据较少; Rui 和 Zhang^［4］采用 meta 分析方法对长江三角洲地区稻田在少免耕、秸秆还田、有机肥还田等管理措施条件下的固碳大小及持续力进行了研究,但未从稻-麦轮作模式下不同施肥措施角度进行分析。

2、许多学者开展了大量的独立田间试验来研究施肥对稻田土壤固碳效应的影响, 这为综合研究区域内这一问题提供了一定的参考数据。Sun 等基于 Meta 分析从施肥量、施肥时间、种植模式等方面研究了氮肥对中国稻田 CH₄和 N₂O 排放的影响^［5］;Linquist 等定量研究了全球范围内施肥量、氮肥类型、有机肥种类等因素对温室气体 CH₄ 和 N₂O 排放的影响,但未结合土壤固碳考虑净减排潜力^［6］目前,尚无文献从土壤固碳量和不同施肥措施两个方面进行综合研究区域内不同施肥措施的影响。

（二）国内研究进展

1、相关研究表明 ,过量施肥是导致农田养分流失和农业面源污染的主要原因,降低施肥量是控制土壤养分流失的有效手段。王静等^［7］研究表明,在太湖流域采用保护性耕作与平衡施肥能够大大降低稻田氮素流失潜能,同时增加水稻产量;李旭等^［8］研究表明 ,控释尿素和减氮施肥能够显著降低稻田氮素的径流和渗漏流失,是控制农业面源污染的重要手段。

2、另一方面 ,韩新忠等^［9］研究表明,50 %的秸秆还田量能显著增加水稻产量,同时也能显著提高土壤酶活性和土壤微生物含量;刘秋霞等^［10］研究表明,秸秆还田能够在一定程度上替代钾肥的施用,同时提高水稻产量,对稻田钾素的可持续管理具有重要意义;杨林章等^［11］研究表明,长期施肥与秸秆还田能够有效提高土壤中有机碳的累积速率,提高稻田系统土壤有机碳库的缓冲性和长期稳定性。诸多研究^［12］均表明,科学的稻作模式和施肥方式能在不同程度上增加水稻产量,改善土壤肥力与理化性状。

3、近 20 年来,随着农业管理措施优化,土壤呈现碳增汇趋势^［13］。许多学者从全国尺度、省级尺度,以及长期实验区域对比研究了不同农业管理措施对农田土壤有机碳含量及其固碳效应的影响。金琳^［14］研究表明,施用有机肥可 显著提升土壤有机碳含量,且水田土壤有机碳含量明显高于旱地; 蔡岸东等^［15］研究表明,与不施肥相比,施用有机肥和化肥均能显著提高土壤有机碳含量,且不同种植制度下,施肥对土壤有机碳含量的提升具有显著差异; 黄山^［16］研究表明, 在NPK处理下,单季稻、双季稻和水旱轮作3种种植模式均能显著增加土壤有机碳含量,且双季稻水旱轮作单季稻;田康等^［17］则认为,与不施肥相比,不同施肥措施均能提高旱地土壤有机碳含量,且 NPK 处理下有机碳增速最大。

（三）文献述评

近年来,关于不同稻作模式中减量化施肥开展了大量研究,主要集中于对作物产量、土壤养分、土壤理化性状以及养分流失的影响等方面。然而,目前有关稻-麦轮作模式下不同施肥措施对土壤固碳效应影响方面的研究较少,对于稻-麦轮作模式下施肥措施的固碳效应仍不明确。

当前稻作模式有稻-麦、稻-油、稻-稻等基本模式，明确不同施肥措施下我国稻田表土有机碳含量的变化特点及固碳持续时间,对制定我国气候政策和土地管理策略有重要作用. 虽然区域性的数据分析能够较有效地反映不同施肥措施下我国南方稻田表土有机碳含量的变化特点及固碳持续时间,但由于大多数研究中稻田长期试验点主要集中在东南部,并未完全覆盖我国所有区域,故研究结果有一定缺陷. 另外,施肥可以增加稻田表土有机碳含量,同时也可能会增加温室气体,如 CH4 等的排放^［18］. 因此,在今后的研究中需要注意对云南、贵州、重庆等稻田长期施肥试验较少区域的试验研究, 而且在对不同施肥措施下稻田土壤固碳研究的同时须考虑温室气体的排放,从而使研究结果更具说服力.

三、应用前景

（一）近年来,关于农业生产活动对农田土壤固碳的研究已有较多的报道,且各个试验对象局限于某一地点的研究,试验结果也不尽相同,缺少对同类问题的不同试验结果进行综合研究。Meta 分析是将同一主题下的多个独立试验结果进行归纳和概括,以提供量化的平均效果即效应值来分析所要研究的问题。在生态学领域 Meta 分析得到了广泛的关注。

（二）此外,关于这些农业管理措施对农田土壤有机碳变化的影响有很多报道,但关于稻-麦轮作模式下土壤固碳效应的研究较少，探索所涉区域最适的施肥措施，进而为该地区制定稻-麦轮作模式下施肥措施制度提供理论依据。

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研究的目标、内容和拟解决的关键问题

一、研究的目标

在现有资料的基础上，收集已发表试验点数据，并整理。明确当前稻-麦轮作模式下不同施肥模式的固碳效应，进而为该地区稻-麦轮作模式下制定合理的施肥措施制度提供理论依据。以改善、优化农田生态体系，促进农业可持续发展，在一定程度上促进我国生态文明建设的进程。

二、研究的内容

项目以稻-麦轮作模式下农户施肥措施为基础，在我国大力推进农业绿色发展与乡村振兴战略的背景下，了解影响固碳效应的因素，并结合实际提出相应对策。

1、稻-麦轮作模式下施肥措施的固碳效应文献研究

通过搜集相关文献，制定文献筛选标准，搜集稻-麦轮作模式、施肥措施、有机碳（soc）三方面数据资料，总结出当前我国稻-麦轮作模式下施肥措施对固碳效应行为及现状。

2、稻-麦轮作模式下施肥措施的固碳效应的影响因素研究

利用相关文献中的数据，稻-麦轮作模式下从不同施肥方式（撒施、冲施、穴施、条施）、施肥次数、肥料种类（氮肥、磷肥、钾肥、复合肥）明确对有机碳相对年变化率、固碳持续时间的影响。通过meta分析法进行分析，得出影响不同稻作模式下施肥措施的固碳效应的关键因素。施肥措施是指不同肥料的组合，包括单施氮肥、施氮磷钾肥、有机肥和无机肥配施、秸秆和化肥配施，研究包括不同施肥措施、施肥量以及施肥次数对有机碳相对年变化量和固碳持续时间的影响

3、结合实际提出相应对策

在前述研究的基础上，根据不同施肥措施下的固碳效应，提出在稻麦轮作模式下施肥措施的对策建议。

三、拟解决的关键问题

1、如何根据统计年鉴数据，总结出当前我国不同稻作模式下施肥措施的固碳效应现状。

2、如何基于实际情况及模型研究结果对推进农户在稻作模式下施肥措施推出合理化建议。