全球人口的日益增长,资源的日益匮乏,以及温室效应的增强,迫使现代农业朝着高产、优质、高效及温室气体减排的方向发展。小麦-水稻轮作是我国的一种主要种植模式,年均种植面积达2600万公顷,在保障我国乃至全球粮食安全中起着至关重要的作用。稻麦秸秆还田是合理利用秸秆资源和培肥土壤的重要措施,但秸秆还田后会增加农田甲烷等温室气体的排放。灌溉和氮肥施用是作物生产中两大主要栽培技术,对作物产量、品质和农田温室气体排放有重要调控作用。在作物秸秆还田条件下如何通过水肥管理措施的改进实现作物高产、水肥高效利用和农田温室气体的减排?缺乏深入系统的研究。在小麦-水稻轮作体系中,本研究以水稻品种淮稻5号(HD5,常规粳稻)和甬优2640(Y2640,籼粳杂交超级稻)、小麦品种扬麦20(M20)和扬麦16(M16)为材料,于2015年开始进行秸秆还田的定位试验,设置4种秸秆还田方式处理:秸秆不还田(CK)、小麦秸秆还田(WR)、水稻秸秆还田(RR)和稻麦秸秆周年还田(DR)。从2021年开始,水稻季增加了两种水分处理:常规灌溉(CI)和轻干湿交替灌溉(AWMD);小麦季增加了两种氮肥种类处理:常规尿素(NU)和缓释尿素(CU),研究了长期秸秆还田和水氮管理对稻麦产量和农田温室气体排放的影响,并从作物群体质量、土壤性状等方面探究其原理。获得如下主要研究结果。1.秸秆还田和灌溉方式对水稻产量及群体质量的影响在4种秸秆还田处理(CK、WR、RR、DR)的定点试验地,于2019～2021年水稻生长季测定了不同秸秆还田方式和灌溉方式下的水稻产量、根系形态与活性及地上部群体质量指标。结果表明,与CK相比,WR、RR和DR处理均能显著增加总颖花量并增产7.22%～14.3%。在秸秆还田条件下,与CI相比,AWMD增加了每穗粒数和千粒重并增产3.18%～9.73%。在秸秆还田+AWMD处理中,产量增加的原因主要由于水稻群体质量的改善,主要包括根系氧化力(ROA)、叶面积指数(LAI)、叶面积持续期(LAD)、净光合速率(Pn)、叶片硝酸还原酶(NR)、谷氨酸合成酶(GOGAT)活性、植株群体氮素吸收速率(NUR)和植株氮素积累量(NUA)。各秸秆还田处理均可提高氮肥偏生产力(PFP);AWMD可以显著减少灌溉用水量,提高水分利用率(WUE)。2.秸秆还田和灌溉方式对稻田土壤性状的影响在4种秸秆还田处理(CK、WR、RR、DR)的定点试验地,于2019～2021年水稻生长季测定不同秸秆还田方式和灌溉方式下的土壤相关性状。结果表明,与CK相比,WR、RR和DR均能显著提高水稻穗分化始期土壤有机碳(SOC)和总氮(STN)含量,土壤微生物碳(MBC)、微生物氮(MBN)和可溶性有机碳(DOC)含量,土壤脲酶(SU)、蔗糖还原酶(SRR)和过氧化氢酶(CAT)活性。穗分化始期,各秸秆还田处理提高了土壤细菌种群丰度和种群多样性,尤其是变形菌门、拟杆菌门和厚壁菌门细菌相对丰度,进而显著提高了土壤硝态氮(NO3-)和铵态氮(NH4+)含量。在秸Staurosporine NMR秆还田条件下,与CI相比,AWMD提高了土壤酶活性和MBN含量,提高了变形菌门、放线菌门和厚壁菌门细菌相对丰度,显著提高了土壤NO3-含量。表明秸秆还田能够显著提高穗分化始期至成熟期土壤氮素养分含量;秸秆还田与AWMD均能促进稻田土壤碳氮循环,提高土壤肥力。3.秸秆还田和灌溉方式对稻田温室气体排放的影响在4种秸秆还田处理(CK、WR、RR、DR)的定点试验地,于2019～2021年的水稻生长季测定了不同秸秆还田方式和灌溉方式下的稻田温室气体排放。结果表明:与CK相比,WR、RR和DR处理均显著增加了甲烷(CH4)、二氧化碳(CO2)和氧化亚氮(N2O)累积排放量,全球增温潜势(GWP,不包含CO2)和GWPa(包含CO2)、温室气体排放强度(GHGI,不包含CO2)和GHGIa(包含CO2),其中RR处理增幅与WR或DR处理相比较小;WR、RR和DR处理均显著增加了土壤有机碳固存(SOCs)。与CI相比,AWMD降低了 CH4排放量、GWP和GHGI,但增加了 CO2排放量。Y2640的GHGI指标显著低于HD5,这与Y2640较高的产量有关。4.秸秆还田和缓释氮肥对小麦产量及群体质量的影响在4种秸秆还田处理(CK、WR、RR、DR)的定点试验地,于2019～2022年的小麦生长季测定了 4种秸秆还田方式和2种氮肥种类(NU和CU)处理的小麦产量、根系及地上部群体质量性状。结果表明,与CK相比,WR、RR和DR可显著提高小麦总粒数,增产3.60%～10.4%,WR增产幅度最高immune training,DR的增产幅度高于RR处理。在相同秸秆还田方式下,CU可较NU显著提高每穗粒数和千粒重,增产0.84%～4.33%。秸秆还田和CU处理的增产原因主要在于改善了小麦群体质量,包括根系氧化力(ROA)、叶面积指数(LAI)、绿叶面积持续期(LAD)、净光合速率(Pn)、叶片硝酸还原酶(NR)和谷氨酰胺合成酶(GS)活性、植株群体氮素吸收速率(NUR)和植株氮素积累量(NUA)。秸秆还田可提高小麦氮肥偏生产力(PFP),在秸秆还田条件下施用CU有增产作用。5.秸秆还田和缓释氮肥对麦田土壤性状的影响在4种秸秆还田处理(CK、WR、RR、DR)的定点试验地,于2019～2022年的小麦生长季测定了 4种秸秆还田方式和2种氮肥种类(NU和CU)处理的土壤相关性状。结果表明,与CK相比,WR、RR和DR均能显著提高土壤有机碳(SOC)和总氮(STN)含量、土壤微生物碳(MBC)微生物氮(MBN)和可溶性有机碳(DOC)含量,增强小麦孕穗后土壤中脲酶(SU),蔗糖还原酶(SRR)和过氧化氢酶(CAT)活性,提高土壤真菌子囊菌门、担子菌门和被孢霉门的相对丰度、土壤硝态氮(NO3-)和铵态氮(NH4+)含量。CU能较NU提高秸秆还田处理下土壤子囊菌门、担子菌门和被孢霉门真菌相对丰度,提高3种土壤酶活性和土壤MBN、NO3-和NH4+含量。表明秸秆还田能够促进麦田土壤碳氮循环,显著提高小麦孕穗期至成熟期土壤地力,在秸秆还田条件下施用CU有改善土壤的效果。6.秸秆还田和缓释氮肥对麦田温室气体排放的影响在4种秸秆还田处理(CK、WR、RR、DR)的定点试验地,于2019～2022年的小麦生长季测定了 4种秸秆还田方式和2种氮肥种类(NU和CU)处理的麦田温室气体排放。结果表明,与CK相比,WR、RR和DR处理均显著增加了麦田甲烷(CH4)、二氧化碳(CO2)和氧化亚氮(N2O)累积排放量,增加了全球增温潜势(GWP,不包含CO2)、温室气排放强度(GHGI,不包含CO2)、GWPa(包含CO2)和GHGIa(包含CO2);显著增加了土壤有机碳固存(SOCs)。WR处理因其较高的产量增幅使其四种GHGI指标均低于RR和DR处理。与NU相比,CU可增加SOCs,降低CH4、CO2和N2O累积排放量,大幅降低GWP和GHGI。7.秸秆长期还田对稻麦周年产量和农田温室气体排放的影响及其年度selleck产品间差异在4种秸秆还田处理(CK、WR、RR、DR)的定点试验地,于秸秆还田初年(2015～2016),秸秆还田第四周年(2018～2019)和秸秆还田第七周年(2021～2022),分别测定了水稻季和小麦季的稻麦产量、土壤相关性状及农田温室气体排放。结果表明,与CK相比,连续七周年秸秆还田显著提高了稻麦周年产量、土壤有机碳(SOC)及固存(SOCs),优化了土壤理化性状(土壤容重和土壤氧化还原电位),显著增加了农田甲烷(CH4)、二氧化碳(CO2)和氧化亚氮(N2O)累积排放量。SOCs周年增量和产量增幅均表现为秸秆还田第四周年最大,第七周年次之,初年最小。第七周年秸秆还田处理土壤CH4累积排放量的增幅大幅低于第四周年,而土壤CO2累积排放量的增幅则相反,使第七周年全球增温潜势(GWP,不包含CO2),GWPa(包含CO2),温室气体排放强度(GHGI,不包含CO2)低于第四周年,尤其是RR处理;在秸秆还田条件下,CU-AWMD能较NU-CI以更低的环境损失获得增产。表明长期秸秆还田能够通过降低CH4累积排放量来减小秸秆还田措施带来的温室效应,CU-AWMD能够进一步缓解因秸秆还田带来的温室效应。