小麦品种混播对产量及农田温室气体排放的效应

To simultaneously achieving high yield and low environmental costs is the essential requirement for the sustainable development of intensive agriculture. Variety mixture is an effective approach to increase crop yield, but it is not clear of the yield formation process and greenhouse gas emissions in the mixed sowing system. In the present program, we will conduct a three-year field experiment with the aims: (1) to study the influence of variety mixture on wheat yield and illustrate the contributions of dry matter and nitrogen accumulation on yield improvement; (2) to explore the greenhouse gas emission characters and intensity (yield-scaled emissions) by using the static chamber/gas chromatograph technique; (3) to illuminate the key physiological and ecological factors that affecting yield formation and greenhouse gas emissions. Based on these work, we hope to identify the preferable breed combinations which can simultaneously achieve high yield and low greenhouse gas emissions. These results can be used to guide the development of environmental-friendly agriculture.

协同实现作物高产与低环境代价是集约化农业持续发展的基本要求。品种混播通过品种间性状差异互补性可有效提高产量，但是针对混播栽培体系产量形成过程和温室气体排放效应的研究还有待深入。本项目以小麦为研究对象，拟通过连续多年的田间试验系统研究不同品种混播对小麦产量及其稳定性的影响，揭示混播体系干物质和养分累积分配规律及其对产量的贡献；采用静态箱-气相色谱法监测N2O、CH4和CO2排放特征及通量，定量温室气体排放强度（单位籽粒产量排放量）；并阐明混播栽培影响产量形成和温室气体排放的关键生理生态因子。在以上工作基础上，以期确定协同实现作物高产与温室气体减排的品种组合，为环境友好型农业的发展提供科学指导。

同一作物的不同品种混合种植能够提高作物群体对逆境和胁迫的抵抗能力，进而提高产量。农田是重要的温室气体排放源，品种混播是否影响温室气体排放研究较少。为此，本研究选择了8个小麦品种，通过设计品种单作、2、4、6、8个品种混播栽培，研究品种混播对籽粒产量、物质积累、温室气体氧化亚氮（N2O）和甲烷（CH4）排放、全球增温潜势（GWP）、温室气体排放强度（GHGI）等的影响。取得的主要结果和结论如下：.（1）8个小麦品种在三年中的平均产量为7.56 Mg ha-1，远高于四川省和全国的小麦平均产量（分别为3.81和5.47 Mg ha-1），说明四川省小麦生产仍然有较大的增产潜力。不同品种产量差异较大，其中蜀麦969（SM）、川农27（CN）和绵麦367（MM）产量较高。相关分析表明，籽粒产量与穗数和千粒重显著正相关。此外，籽粒产量随着花后干物质累积比例、收获指数、地上部总吸氮量和氮素收获指数的升高而升高。.（2）品种混播具有一定的增产潜力，三年中平均增产幅度分别为5.87、5.17和6.23%。川麦42和川育20（CM/CY）、CM/CN组合表现较为稳定，在试验开展年份均提高了小麦产量，增产幅度分别为5.04和4.74%。品种数量对混播效应无规律性影响。与品种单作相比，增产混播处理花后干物质累积比例、收获指数和地上部总吸氮量升高，而氮素收获指数降低。.（3）小麦田表现为N2O的排放源（0.58-0.64 kg N ha-1 season-1），但是CH4的净吸收汇（4.36-5.18 kg C ha-1 season-1）。CM/CY、CY/MM组合降低了N2O累积排放量，降低幅度分别为2.95和5.39%。CM/CY、CY/MM、CY/SM组合促进了CH4吸收，累积吸收量分别增加13.20、8.30和1.68%。小麦生育期GWP为38.79-99.40 kg CO2-eq ha-1，CM/CY、CY/MM、CY/SM组合降低了GWP。不同处理生育期GHGI变化幅度为5.16-13.09 kg CO2-eq Mg-1，CM/CY、CY/MM、CY/SM组合降低了GHGI，降低幅度分别为40.88、41.46和10.27%。.综上所述，CM/CY组合能够在不同年份稳定实现小麦增产和温室气体减排。本研究结果将为通过提高生物多样性促进集约化农业的可持续发展提供一定的科学指导。