施石膏對(duì)水稻產(chǎn)量和甲烷排放影響的薈萃分析*

孟 軼, 廖 萍, 魏海燕, 高 輝, 戴其根, 張洪程

(農(nóng)業(yè)農(nóng)村部鹽堿土改良與利用(濱海鹽堿地)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/江蘇省作物遺傳生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/江蘇省作物栽培生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/江蘇省糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心/水稻產(chǎn)業(yè)工程技術(shù)研究院/揚(yáng)州大學(xué) 揚(yáng)州 225009)

人類活動(dòng)所產(chǎn)生的溫室氣體是導(dǎo)致全球氣候變暖的主要原因之一[1]。甲烷(CH4)和氧化亞氮(N2O)的增溫潛勢(shì)分別是二氧化碳(CO2)的34倍和298倍,對(duì)全球氣候變暖的貢獻(xiàn)次于CO2[1]。稻田是重要的溫室氣體排放源, 其CH4和N2O排放分別占農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中CH4和N2O排放總量的30%和11%[2]。水稻(Oryza sativaL.)作為世界上最主要的糧食作物, 至2050年稻谷產(chǎn)量需要增長(zhǎng)28%才能滿足人口增長(zhǎng)對(duì)糧食的需求[3]。據(jù)報(bào)道, 全球鹽堿地(pH≥8.5)面積共1.1×109hm2, 約占陸地面積的10%[4], 改良鹽堿地種植水稻可作為緩解耕地資源緊張和保障全球糧食安全的可行性策略[5-6]。石膏的主要成分為二水硫酸鈣(CaSO4·2H2O), 多作為鹽堿地稻田土壤改良劑,其含豐富的Ca2+可以置換出鹽堿土中的有害Na+, 緩解單鹽毒害和滲透脅迫對(duì)水稻造成的危害[7]。然而,在全球尺度上, 施石膏對(duì)水稻產(chǎn)量和稻田溫室氣體排放影響的薈萃分析尚未報(bào)道。因此, 闡明施石膏對(duì)水稻產(chǎn)量和稻田溫室氣體排放的影響對(duì)保障全球糧食安全和緩解氣候變暖具有重要意義。

目前, 全球?qū)W者針對(duì)施石膏對(duì)水稻產(chǎn)量的影響已開展了大量研究[8]。Lindau等[9]通過(guò)大田試驗(yàn)發(fā)現(xiàn), 不同施用量的磷石膏均顯著降低了水稻產(chǎn)量。李佳等[10]在我國(guó)華東濱海鹽土區(qū)開展大田試驗(yàn)結(jié)果表明, 施用磷石膏對(duì)水稻產(chǎn)量影響不顯著。Theint等[11]通過(guò)盆栽試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn), 施石膏對(duì)水稻產(chǎn)量無(wú)顯著影響。但是, Basak等[12]在印度北部開展大田試驗(yàn)發(fā)現(xiàn), 施石膏增加了鹽堿土中的有機(jī)碳含量, 從而顯著提高了水稻產(chǎn)量。在稻田溫室氣體排放方面, Sun等[13]通過(guò)大田試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn), 在不施氮肥條件下, 施石膏對(duì)沿海灘涂稻田CH4排放影響不顯著; 而在氮肥施用量為300 kg·hm-2時(shí), 施石膏顯著降低了稻田CH4排放, 對(duì)N2O排放無(wú)明顯差異。Wang等[14]研究表明, 施石膏顯著降低了稻田CH4排放, 而對(duì)N2O存在凈吸收效應(yīng)。

由此可見, 石膏對(duì)水稻產(chǎn)量和稻田溫室氣體排放的影響受氮肥施用量、土壤性狀、石膏類型等多個(gè)因素影響, 研究結(jié)果呈不同趨勢(shì)。因此, 需要對(duì)獨(dú)立的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行整合分析, 以明確施石膏對(duì)水稻產(chǎn)量和稻田溫室氣體排放的影響。在全球尺度上,檢索經(jīng)同行評(píng)議的文獻(xiàn), 利用Meta分析方法, 以不施石膏為對(duì)照, 定量分析不同的石膏施用措施(類型和施用量)、基礎(chǔ)土壤性狀(pH、有機(jī)碳含量和土壤質(zhì)地)以及稻田管理方式(氮肥施用量、灌溉制度、水稻品種類型和試驗(yàn)類型)對(duì)水稻產(chǎn)量和稻田溫室氣體排放的影響。本研究旨在明確施石膏對(duì)水稻產(chǎn)量和稻田溫室氣體排放的影響, 以期為保障全球糧食安全和緩解氣候變暖提供數(shù)據(jù)支撐和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)收集

于2022年2月在“中國(guó)知網(wǎng)”和“Web of Science”上進(jìn)行文獻(xiàn)檢索。檢索關(guān)鍵詞為“石膏(gypsum)”“水稻(rice)”“甲烷(CH4、methane)” “氧化亞氮(N2O、nitrous oxide)”和“溫室氣體(GHG、greenhouse gas)”。文獻(xiàn)篩選的條件為: 1)試驗(yàn)必須包含以不施石膏為對(duì)照和施用石膏為處理, 其他措施保持一致; 2)試驗(yàn)重復(fù)次數(shù)至少設(shè)置3次; 3)大田試驗(yàn)和盆栽試驗(yàn)必須種植水稻, 刪去室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn); 4)試驗(yàn)必須報(bào)道水稻產(chǎn)量、CH4排放或N2O排放; 5)必須監(jiān)測(cè)水稻全生育期內(nèi)稻田溫室氣體排放, 溫室氣體測(cè)定方法為靜態(tài)箱-氣相色譜法。利用WebPlotDigitizer software軟件(version 4.5, https://apps.automeris.io/wpd/)獲取文獻(xiàn)中的圖形數(shù)據(jù)。經(jīng)篩選, 在全球尺度上共有74篇文獻(xiàn)包含398對(duì)觀測(cè)值符合上述條件。數(shù)據(jù)庫(kù)中文文獻(xiàn)20篇, 英文文獻(xiàn)54篇, 試驗(yàn)地點(diǎn)涵蓋了集中分布于亞洲和零星分布于澳洲、非洲、北美洲、南美洲的總共15個(gè)國(guó)家。在收集水稻產(chǎn)量、CH4排放和N2O排放數(shù)據(jù)時(shí), 還收集了綜合溫室效應(yīng)和溫室氣體排放強(qiáng)度數(shù)據(jù)。為豐富數(shù)據(jù)庫(kù), 運(yùn)用了以下公式進(jìn)行推導(dǎo)[15]:

1.2 數(shù)據(jù)分類和預(yù)處理

水稻產(chǎn)量和稻田溫室氣體排放對(duì)石膏的響應(yīng)受氮肥施用量、土壤性狀、田間管理等多個(gè)因素的影響[16]。為此, 在數(shù)據(jù)收集過(guò)程中對(duì)以下信息進(jìn)行記錄并區(qū)組分類: 石膏類型(普通石膏、磷石膏、脫硫石膏)、石膏施用量(＜0.5 t·hm-2、0.5～2.0 t·hm-2、2.0～5.0 t·hm-2、5.0～10 t·hm-2、≥10 t·hm-2)、土壤pH(＜7.5、7.5～8.5、8.5～9.5、≥9.5)、土壤有機(jī)碳含量(＜4.0 g·kg-1、4.0～8.0 g·kg-1、≥8.0 g·kg-1)、土 壤 質(zhì)地(重壤土、輕壤土)、氮肥施用量(＜130 kg·hm-2、≥130 kg·hm-2)、灌溉制度(節(jié)水灌溉、持續(xù)淹水灌溉)、水稻品種類型(常規(guī)稻、雜交稻)、試驗(yàn)類型(大田試驗(yàn)、盆栽試驗(yàn))。在數(shù)據(jù)收集過(guò)程中發(fā)現(xiàn), 存在對(duì)照組中產(chǎn)量為0 kg·hm-2[11,17-19]和N2O排放為負(fù)數(shù)[14]的情況, 而無(wú)法計(jì)算效應(yīng)值, 為此從數(shù)據(jù)庫(kù)中將其剔除。另外, 數(shù)據(jù)庫(kù)中的土壤pH采用了不同的浸提劑進(jìn)行測(cè)定, 具體包括采用蒸餾水作為浸提劑的研究27項(xiàng), 采用CaCl2溶液作為浸提劑的研究2項(xiàng),未明確標(biāo)注浸提劑的研究45項(xiàng)。對(duì)于未注明浸提劑的研究, 假設(shè)土壤pH由蒸餾水作為浸提劑進(jìn)行測(cè)定; 對(duì)于采用CaCl2溶液作為浸提劑的研究, 為了標(biāo)準(zhǔn)化分析, 使用以下公式進(jìn)行換算[20]。

當(dāng)探究環(huán)境因子對(duì)水稻產(chǎn)量的影響時(shí), 對(duì)于石膏類型和試驗(yàn)類型, 按照不同類別分組, 不做主觀分類。對(duì)于石膏施用量、基礎(chǔ)土壤pH、土壤有機(jī)碳含量和氮肥施用量, 盡量保證觀察值均勻分配于各個(gè)亞組內(nèi)[21]。土壤質(zhì)地分為重壤土和輕壤土[22]。將稻田中期排水、間歇灌溉、干濕交替灌溉等灌溉制度歸納為節(jié)水灌溉[23]。水稻品種類型在國(guó)家水稻數(shù)據(jù)中心查詢獲得(https://www.ricedata.cn/variety/)。為提升統(tǒng)計(jì)學(xué)意義, 在探究石膏施用量和基礎(chǔ)土壤pH對(duì)水稻產(chǎn)量是否存在互作效應(yīng)時(shí), 將區(qū)組進(jìn)行合并[24]。在探究環(huán)境因子對(duì)稻田CH4排放的影響時(shí), 將石膏施用量、土壤pH和有機(jī)碳含量也做了區(qū)組合并處理。在數(shù)據(jù)庫(kù)中, 稻田N2O排放、全球增溫潛勢(shì)和溫室氣體排放強(qiáng)度的觀測(cè)值數(shù)均僅有10個(gè), 因此未探究環(huán)境因子對(duì)稻田N2O排放、全球增溫潛勢(shì)和溫室氣體排放強(qiáng)度的影響(圖1)[25]。

1.3 Meta分析

采用自然對(duì)數(shù)響應(yīng)比(lnR)表示水稻產(chǎn)量、CH4排放、N2O排放、綜合溫室效應(yīng)和溫室氣體排放強(qiáng)度的效應(yīng)值[26]。計(jì)算公式如下:

式中:X表示各變量的算數(shù)平均數(shù), g表示施石膏, c表示不施石膏。對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)中各變量所缺失的標(biāo)準(zhǔn)差, 使用已知變量的平均變異系數(shù)乘以缺失變量的算數(shù)平均數(shù)來(lái)計(jì)算缺失變量的標(biāo)準(zhǔn)差[27]。變異系數(shù)(V)的計(jì)算公式如下:

式中: SDg表示施石膏處理的標(biāo)準(zhǔn)差, SDc表示不施石膏處理的標(biāo)準(zhǔn)差,Ng表示施石膏處理的重復(fù)次數(shù),Nc表示不施石膏處理的重復(fù)次數(shù)。

利用R語(yǔ)言中的“meta-for”安裝包, 運(yùn)行rma.mv程序進(jìn)行混合效應(yīng)模型分析, 采用Wald-type檢驗(yàn)不同亞組間的差異。由于大多數(shù)文章能夠提取多對(duì)觀察值數(shù), 本研究將試驗(yàn)地點(diǎn)作為隨機(jī)因子(random factors)納入薈萃分析。為了便于比較, 利用(elnR-1)×100計(jì)算各個(gè)變量的效應(yīng)值和置信區(qū)間。若變量中的95%置信區(qū)間與“0”線相交, 則表示差異不顯著(P＞0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 總效應(yīng)

與不施石膏相比, 施石膏顯著增加了水稻產(chǎn)量(+58%), 降低了稻田CH4排放(-47%)、綜合溫室效應(yīng)(-22%)和溫室氣體排放強(qiáng)度(-31%), 而對(duì)N2O排放影響不顯著(圖1)。

圖 1 施石膏對(duì)水稻產(chǎn)量、CH4排放、N2O排放、綜合溫室效應(yīng)和溫室氣體排放強(qiáng)度的總效應(yīng)Fig.1 Overall effects of gypsum application on grain yield,CH4 emissions, N2O emissions, area-scaled global warming potential (GWP), and yield-scaled GWP in rice paddies

2.2 施石膏對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

從分類變量來(lái)看, 與不施石膏相比, 普通石膏、磷石膏和脫硫石膏均顯著增加了水稻產(chǎn)量; 同時(shí), 脫硫石膏對(duì)水稻的增產(chǎn)效應(yīng)顯著大于普通石膏和磷石膏(圖2)。與不施石膏相比, 當(dāng)石膏施用量＜2 t·hm-2時(shí), 施石膏對(duì)水稻產(chǎn)量影響不顯著; 當(dāng)石膏施用量≥2 t·hm-2時(shí), 隨著石膏施用量的增加, 石膏對(duì)水稻的增產(chǎn)效應(yīng)顯著增加。隨著土壤pH逐漸升高, 石膏對(duì)水稻的增產(chǎn)效應(yīng)顯著增加。石膏施用量和土壤pH對(duì)水稻產(chǎn)量存在顯著互作效應(yīng)(圖3)。在土壤pH＜8.5條件下, 石膏施用量對(duì)水稻產(chǎn)量影響不顯著; 在土壤pH≥8.5條件下, 水稻產(chǎn)量隨著石膏施用量的增加而增加。水稻產(chǎn)量對(duì)石膏的響應(yīng)不受土壤有機(jī)碳、土壤質(zhì)地、氮肥施用量、灌溉制度、水稻品種類型和試驗(yàn)類型的影響。

2.3 施石膏對(duì)稻田CH4排放的影響

與不施石膏相比, 普通石膏、磷石膏和脫硫石膏均顯著降低了稻田CH4排放(圖4)。脫硫石膏對(duì)稻田CH4減排的效應(yīng)顯著大于普通石膏和磷石膏。隨著石膏施用量的增加, 施石膏降低稻田CH4排放的幅度顯著增加。稻田CH4排放對(duì)石膏的響應(yīng)不受土壤性狀(pH、有機(jī)碳含量和質(zhì)地)和稻田管理方式(氮肥施用量、灌溉制度、水稻品種類型和試驗(yàn)類型)的影響。

2.4 相關(guān)性分析

對(duì)施用石膏后水稻的產(chǎn)量效應(yīng)值和CH4排放效應(yīng)值進(jìn)行相關(guān)性分析(圖5), 結(jié)果表明施石膏條件下水稻的產(chǎn)量效應(yīng)和稻田CH4的排放效應(yīng)存在顯著性正相關(guān)(P＜0.05)。

圖 2 不同條件下施石膏對(duì)水稻產(chǎn)量的影響Fig.2 Response of rice yield to gypsum application as affected by categorical variables

圖 3 石膏施用量和土壤pH對(duì)水稻產(chǎn)量的互作效應(yīng)Fig.3 Interactive effect of gypsum rate and soil pH on rice yield

圖 4 不同條件下施石膏對(duì)稻田CH4排放的影響Fig.4 Response of CH4 emissions to gypsum application as affected by categorical variables

圖 5 施石膏對(duì)水稻產(chǎn)量(lnR)和施石膏對(duì)稻田CH4排放(lnR)影響的相關(guān)性(n=28)Fig.5 Relationships between the response of grain yield to gypsum application (lnR) and response of CH4 emissions to gypsum application (lnR) in rice paddies(n=28)

3 討論

3.1 施石膏對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

本研究表明, 施石膏顯著提高了水稻產(chǎn)量。石膏的主要成分為CaSO4·2H2O[28]。一方面, 石膏中的Ca2+可以調(diào)節(jié)植株細(xì)胞膜的透性并提高細(xì)胞壁的強(qiáng)度, 為礦質(zhì)養(yǎng)分運(yùn)輸創(chuàng)造有利條件[29]。石膏中的Ca2+能夠置換土壤膠體表面的Na+, 緩解鹽堿地稻田鈉鹽脅迫, 促進(jìn)水稻根系生長(zhǎng)發(fā)育[30]。另一方面, 石膏中的S可以提高葉片中脯氨酸和葉綠素的含量, 促進(jìn)水稻光合速率, 有利于增加水稻對(duì)光合產(chǎn)物的積累[31]。

脫硫石膏對(duì)水稻產(chǎn)量的增幅顯著大于普通石膏和磷石膏。脫硫石膏是火電廠生產(chǎn)的副產(chǎn)品, 生產(chǎn)過(guò)程中帶有MgO、K2O和Fe2O3雜質(zhì)的粉塵易混入脫硫系統(tǒng)[32]。所以相較于普通石膏和磷石膏, 其含有更多的Mg、K和Fe等元素[33]。Mg、K和Fe元素是水稻生長(zhǎng)發(fā)育的重要礦質(zhì)養(yǎng)分, 能夠促進(jìn)葉片中光能代謝酶活性, 提升葉片光合速率和同化物的積累, 最終提高了水稻產(chǎn)量[34]。

當(dāng)石膏施用量＜2.0 t·hm-2時(shí), 施石膏對(duì)水稻產(chǎn)量影響不顯著; 當(dāng)石膏施用量≥2.0 t·hm-2時(shí), 石膏對(duì)水稻的增產(chǎn)效應(yīng)隨著施用量的增加顯著增加。這與前人的研究結(jié)果相似, 肖國(guó)舉等[35]研究表明, 當(dāng)石膏施用量為1.12 t·hm-2時(shí), 水稻產(chǎn)量無(wú)顯著變化; 當(dāng)石膏施用量為3.36 t·hm-2時(shí), 水稻產(chǎn)量顯著增加。此外,Singh等[36]分別施用4.6 t·hm-2、7.7 t·hm-2和15.4 t·hm-23個(gè)梯度石膏發(fā)現(xiàn), 水稻產(chǎn)量隨石膏施用量的增加呈遞增趨勢(shì)。其原因主要是施用較低水平的石膏只能釋放少量的Ca2+以及S元素, 而較高水平的石膏施用量釋放更多的Ca2+以及S元素, 從而進(jìn)一步發(fā)揮其增產(chǎn)作用。

石膏施用量和土壤pH對(duì)水稻產(chǎn)量具有顯著的協(xié)同促進(jìn)效應(yīng), 當(dāng)土壤pH＜8.5時(shí), 石膏施用量對(duì)水稻產(chǎn)量無(wú)顯著影響; 當(dāng)pH≥8.5時(shí), 水稻產(chǎn)量隨著石膏施用量的增加而增加。這與前人研究結(jié)果相符, Liu等[37]在pH為10的田間分別施用15 t·hm-2、30 t·hm-2和45 t·hm-2石膏, 發(fā)現(xiàn)水稻產(chǎn)量隨施用量的增加而顯著增加。pH≥8.5的土壤為堿性土, 鹽堿土中含有大量交換性Na+, 不僅會(huì)抑制水稻吸收N、P和K等營(yíng)養(yǎng)元素[38], 而且使土壤溶液滲透壓高于水稻根部細(xì)胞滲透壓, 導(dǎo)致水稻失水, 最終降低水稻產(chǎn)量[17]。有研究表明, 石膏對(duì)鹽堿地作物產(chǎn)量的提升主要得益于降低了土壤pH和鹽度[8], 石膏溶解后釋放出大量Ca2+, 用于置換鹽堿土壤膠體顆粒表面的Na+, 促使Na+形成中性鹽, 隨土壤溶液下滲, 顯著降低了土壤含鹽量和pH, 緩解了鹽脅迫對(duì)水稻的危害[39]。此外, 施石膏有利于增加鹽堿地土壤孔隙度, 改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu), 提高土壤通透性, 為水稻根系生長(zhǎng)創(chuàng)造了良好的條件[40]。因此, pH≥8.5條件下石膏施用量的增加有助于置換更多有害Na+, 幫助水稻恢復(fù)正常生理代謝, 促進(jìn)水稻增產(chǎn)。然而, pH＜8.5條件下土壤中可溶性鹽含量較低, 石膏對(duì)鹽堿土的改良效果有限, 可能導(dǎo)致石膏施用量對(duì)水稻產(chǎn)量影響不顯著。

3.2 施石膏對(duì)稻田CH4排放的影響

施石膏顯著降低了稻田CH4排放。其原因主要是: 一方面, 石膏在土壤中溶解后釋放出大量的硫酸根(SO42-), 顯著提高了土壤硫酸鹽還原菌豐度及其活性[41]。而硫酸鹽還原菌在與產(chǎn)甲烷菌競(jìng)爭(zhēng)底物過(guò)程中對(duì)乙酸鹽和氫氣有更高的親和力, 為此SO42-作為優(yōu)先電子受體能夠抑制稻田CH4的產(chǎn)生[42]。此外,有研究表明, 硫酸鹽對(duì)土壤產(chǎn)甲烷菌的活性有毒害作用, 能夠進(jìn)一步抑制了稻田CH4產(chǎn)生[9]。另一方面, 施石膏改善了土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu), 增加了土壤通氣性,提高了甲烷氧化菌的活性[43]。確實(shí), 胡翔宇等[41]分析稻田CH4排放相關(guān)微生物功能基因豐度時(shí)發(fā)現(xiàn),施石膏顯著降低了稻田產(chǎn)甲烷菌mcrA基因豐度, 同時(shí)增加了甲烷氧化菌pmoA基因豐度。

不同的石膏類型均能顯著降低CH4排放, 但脫硫石膏對(duì)CH4減排效果顯著大于普通石膏和磷石膏。發(fā)電廠使用石灰石漿液去除煙氣中的SO2, 而石灰石和電廠燃煤產(chǎn)生的飛灰中均含有少量Fe2O3雜質(zhì), 在反應(yīng)進(jìn)行到最后隨脫硫石膏一同排出, 這使脫硫石膏相較于普通石膏和磷石膏含有更多的Fe元素[32]。在厭氧條件下, 鐵還原菌可與產(chǎn)甲烷菌競(jìng)爭(zhēng)CH4產(chǎn)生所需的底物, 促進(jìn)Fe3+的還原, 抑制稻田CH4的產(chǎn)生[44]。其次, 脫硫石膏對(duì)水稻的增產(chǎn)效應(yīng)大于普通石膏和磷石膏, 加之施用脫硫石膏的試驗(yàn)地土壤有機(jī)碳含量大于12 g·kg-1。地上部更大的生物量可能會(huì)提升水稻根際泌氧能力, 促進(jìn)土壤甲烷氧化菌的活性, 進(jìn)而降低稻田CH4排放[45-46]。但本研究中相關(guān)性分析卻表明, 施石膏對(duì)水稻的產(chǎn)量效應(yīng)與施石膏對(duì)稻田CH4排放效應(yīng)存在顯著正相關(guān)。由此可見, 相較于普通石膏和磷石膏, 脫硫石膏更有利于降低CH4排放的原因主要是由于其Fe3+的還原作用。稻田CH4減排幅度隨著石膏施用量的增加而顯著增加。Denier van der Gon等[47]研究表明, 在硫酸鹽還原菌與產(chǎn)甲烷菌競(jìng)爭(zhēng)底物的過(guò)程中, 1 mol SO42-能夠抑制1 mol CH4的產(chǎn)生。因此, 石膏施用量與CH4減排量呈正相關(guān)。

3.3 本研究的不足與展望

其一, 由于數(shù)據(jù)分布不均勻?qū)е乱恍┉h(huán)境因子未納入本研究中。例如, 外源添加有機(jī)物(秸稈或有機(jī)肥)可提高水稻產(chǎn)量和稻田CH4排放[48-49]。尤其是針對(duì)鹽堿地稻田, 通常需要進(jìn)行有機(jī)物料還田以提升稻田地力。有研究表明, 與不添加有機(jī)物相比, 在有機(jī)物添加的條件下, 施石膏對(duì)稻田CH4減排的幅度更大[50]。其二, 在水稻產(chǎn)量和稻田CH4排放的數(shù)據(jù)庫(kù)中, 分別有70%和91%的文獻(xiàn)中試驗(yàn)?zāi)晗迌H為1年, 而施石膏對(duì)水稻產(chǎn)量和稻田CH4排放影響的長(zhǎng)期效應(yīng)未能定量。有研究表明, 在水稻-小麥(Triticum aestivum)輪作系統(tǒng), 石膏施用6年后對(duì)水稻仍存在增產(chǎn)效應(yīng)[51]。為此, 后續(xù)應(yīng)監(jiān)測(cè)石膏對(duì)水稻產(chǎn)量和稻田CH4排放影響的長(zhǎng)期效應(yīng)。其三, 在本研究中, 隨著石膏施用量的增加, 水稻增產(chǎn)和稻田CH4減排的效應(yīng)均顯著增加。但Ali等[52]研究發(fā)現(xiàn), 當(dāng)石膏施用量增加至20 t·hm-2時(shí), 水稻產(chǎn)量顯著下降。大量施用石膏可能導(dǎo)致土壤板結(jié), 并降低水稻產(chǎn)量[41]。因此, 施用石膏需要因地制宜,過(guò)量施用石膏導(dǎo)致水稻減產(chǎn)的相關(guān)作用機(jī)制還有待深入探究。其四, 在全球尺度上, 施石膏對(duì)稻田溫室氣體排放的報(bào)道較少, 導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)結(jié)果可能存在偏差[53]。本研究中施石膏顯著降低了稻田CH4排放, 而有關(guān)土壤-植株相互間如何影響稻田CH4減排對(duì)石膏響應(yīng)的機(jī)制仍不甚清楚, 后續(xù)應(yīng)加強(qiáng)施石膏對(duì)稻田CH4減排機(jī)理的系統(tǒng)性研究。

4 結(jié)論

Meta分析表明, 與不施石膏相比, 施石膏顯著提高了水稻產(chǎn)量并降低了稻田CH4排放。脫硫石膏對(duì)水稻增產(chǎn)和稻田CH4減排的效應(yīng)顯著大于普通石膏和磷石膏。石膏施用量和土壤pH對(duì)水稻產(chǎn)量存在顯著互作效應(yīng)。在土壤pH＜8.5條件下, 施石膏對(duì)水稻產(chǎn)量影響不顯著; 在土壤pH≥8.5條件下, 水稻產(chǎn)量隨著石膏施用量的增加而增加。隨著石膏施用量的增加, 稻田CH4排放顯著下降。因此, 在鹽堿地稻田施用石膏對(duì)保障全球糧食安全和緩解氣候變暖具有重要意義。