劉紅江，郭智，鄭建初，陳留根，張岳芳，周煒

江蘇省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，江蘇 南京 210014

不同栽培技術對稻季CH4和N2O排放的影響

劉紅江，郭智，鄭建初*，陳留根，張岳芳，周煒

江蘇省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，江蘇 南京 210014

摘要：2014年在大田試驗條件下，以水稻品種蘇101為供試材料，設置超高產(chǎn)生產(chǎn)技術、常規(guī)生產(chǎn)技術和減肥生產(chǎn)技術3個處理組合，采用靜態(tài)暗箱-氣相色譜法，開展了不同栽培技術下水稻生長季田間甲烷（CH4）和氧化亞氮（N2O）排放的原位監(jiān)測試驗，研究不同栽培技術對稻季CH4和N2O排放的影響及其溫室效應，以期為稻麥兩熟農(nóng)田溫室氣體減排提供對策。結(jié)果表明：（1）不同栽培技術下水稻生長季CH4排放通量總體均呈先升高后降低的變化趨勢，CH4排放峰值出現(xiàn)在水稻生育前期，移栽至有效分蘗臨界葉齡期CH4累積排放量占全生育期排放總量的比例為79.1%～84.5%，而N2O主要在水稻生育中期擱田的時候排放量較大；（2）不同栽培技術對稻季CH4和N2O排放有顯著影響，CH4季節(jié)排放總量表現(xiàn)為超高產(chǎn)生產(chǎn)技術（423.68 kg·hm-2）>減肥生產(chǎn)技術（407.51 kg·hm-2）>常規(guī)生產(chǎn)技術（195.96 kg·hm-2），N2O季節(jié)排放總量表現(xiàn)為常規(guī)生產(chǎn)技術（3.88 kg·hm-2）>超高產(chǎn)生產(chǎn)技術（2.96 kg·hm-2）>減肥生產(chǎn)技術（2.72 kg·hm-2）；（3）超高產(chǎn)生產(chǎn)技術稻季排放CH4和N2O產(chǎn)生的增溫潛勢最高（CO211 473.6 kg·hm-2），顯著高于其他處理，比常規(guī)生產(chǎn)技術（CO26 055.7 kg·hm-2）增加89%，比減肥生產(chǎn)技術（CO210 998.4 kg·hm-2）增加4.3%；（4）超高產(chǎn)生產(chǎn)技術在增加水稻產(chǎn)量的同時也增加了太湖地區(qū)水稻生長季的溫室效應，但是其單位產(chǎn)量的全球增溫潛勢低于同樣實施秸稈還田的減肥生產(chǎn)技術。

關鍵詞：不同栽培技術；稻田；CH4；N2O；增溫潛勢

引用格式：劉紅江，郭智，鄭建初，陳留根，張岳芳，周煒. 不同栽培技術對稻季CH4和N2O排放的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學報, 2015, 24(6): 1022-1027.

LIU Hongjiang, GUO Zhi, ZHENG Jianchu, CHEN Liugen, ZHANG Yuefang, ZHOU Wei. Effect of Different Cultivation Techniques on CH4and N2O Emissions in Paddy Season [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(6): 1022-1027.

工業(yè)革命以來，隨著人為活動的增強和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，大氣中的溫室氣體濃度不斷升高，使得全球氣候變暖以及極端天氣增加。甲烷（CH4）和氧化亞氮（N2O）是大氣中僅次于CO2的重要溫室氣體（Lashof和Ahuja，1990），其單位質(zhì)量的全球增溫潛勢（global warming potential，GWP）在100年尺度上，分別是CO2的25倍和289倍（IPCC，2007），聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（intergovernmental panel on climate change，IPCC）報告指出，大氣中的CH4和N2O增加迅速，已分別由工業(yè)革命前的φ=0.715×10-6和φ=285×10-9上升到目前的φ=1.774×10-6和φ=312×10-9（石龍，2012）。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中排放的CH4和N2O約占全球人為排放量的52%和84%（Smith等，2008），大量研究表明，稻田是大氣CH4的重要排放源（Cai等，1997；李成芳等，2011；商慶銀等，2015），而稻田N2O的排放量要顯著小于旱地（石龍，2012；Smith等，2008），但也有研究報道，當?shù)炯咎幱诳咎锲跁r，稻田N2O的排放量會出現(xiàn)顯著增加的過程（白小琳等，2010；鄭建初等，2012）。

水稻是我國主要糧食作物，在糧食安全中占有極其重要的地位。我國水稻常年種植面積約3.0×107hm2，占全國谷物種植面積的30%，占全國糧食總產(chǎn)的40%（FAO，2004）。為了進一步提高水稻產(chǎn)量，20世紀80年代中期，中國開始組織水稻超高產(chǎn)研究（程式華等，1998），經(jīng)過幾代科技工作者的努力，水稻超高產(chǎn)研究已取得重要進展，全國范圍內(nèi)水稻超高產(chǎn)記錄屢見報道。前人關于稻田溫室氣體排放影響因素的研究主要集中在肥料運籌、水漿管理、耕作以及種植制度等方面（劉金劍等，2008；李香蘭等，2008；張岳芳等，2009；胡立峰等，2006；李松等，2014），而關于不同栽培技術對稻田CH4和N2O排放的影響尚不清楚。為此，筆者于2014年在江蘇省蘇州市望亭現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園試驗田（31°27′N，120°25′E），設計超高產(chǎn)生產(chǎn)技術、常規(guī)生產(chǎn)技術和減肥生產(chǎn)技術3個處理組合，通過田間定位試驗研究不同栽培技術對水稻生長季甲烷和氧化亞氮排放的影響。以期為稻田溫室氣體排放的精確估算和減排措施的制定提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗地點

本試驗于2014年6月─2014年11月在江蘇省蘇州市望亭鎮(zhèn)項路農(nóng)業(yè)示范園實驗田（31°27′N，120°25′E）中進行，該地屬于北亞熱帶季風氣候，年降水量1100 mm左右，年平均溫度約15.7 ℃，年日照時間大于2000 h，年無霜期大于230 d，種植制度為水稻、冬小麥輪作。土壤類型為黃泥土，土壤基本理化性質(zhì)為：全氮1.7 g·kg-1，速效氮45.8 mg·kg-1，總磷0.41 g·kg-1，速效磷16.6 mg·kg-1，速效鉀161.4 mg·kg-1，容重1.25 g·cm-3，有機質(zhì)23.6 g·kg-1，pH 6.8。

1.2供試材料

試驗共設3個組合處理為：

超高產(chǎn)生產(chǎn)技術：麥秸稈還田，耕作方式為耕翻，氮、磷、鉀肥施用量分別為360、90、180 kg·hm-2。氮肥分基肥、分蘗肥、穗肥3次施用，施用比例為4∶2∶4；穗肥分兩次分別于倒4葉期和倒2葉期施用，各占穗肥的50%。磷肥全部作為基肥施用。鉀肥分基肥和穗肥各施用50%，其中穗肥于倒4葉期施用。每塊田中間開豐產(chǎn)溝。

常規(guī)生產(chǎn)技術：秸稈不還田，耕作方式為旋耕，氮、磷、鉀肥施用量分別為300、75、150 kg·hm-2。氮肥分基肥、分蘗肥、穗肥3次施用，施用比例為3∶4∶3；分蘗肥于移栽后7和15 d分2次施入。磷肥全部作為基肥施用。鉀肥分基肥和穗肥各施用50%，穗肥于倒3葉期施用。

減肥生產(chǎn)技術：麥秸稈還田，耕作方式為耕翻，氮、磷、鉀肥施用量分別為240、60、120 kg·hm-2。氮肥分基肥、分蘗肥、穗肥3次施用，施用比例為6∶1∶3。磷肥全部作為基肥施用。鉀肥分基肥和穗肥各施用50%，穗肥于倒3葉期施用。

供試水稻品種，蘇101：武育5021/關東194，屬中熟晚粳類型，由蘇州市農(nóng)業(yè)科學院育成。機插秧，2014年6月22日插秧，移栽密度行距為30 cm，株距為13.3 cm，每穴3苗，11月8日收獲；水分管理為6月22日─7月24日采用淺水濕潤灌溉（約5 cm），7月25日─8月11日進行兩次擱田，8月12日至收割前14日進行間隙灌溉。適時進行病蟲草害防治，水稻正常生長發(fā)育。采用大區(qū)試驗，每塊田面積在1000 m2左右，試驗重復3次。

1.3氣樣采集與分析

采用靜態(tài)暗箱-氣相色譜法測定，靜態(tài)箱底橫截面積為0.5 m×0.5 m，采樣箱由PVC材質(zhì)制成，箱體高度隨水稻高度增加而增加（拔節(jié)前0.5 m、拔節(jié)后1.2 m），采樣箱外部包有海綿和鋁箔紙，防止太陽照射導致箱內(nèi)溫度變化過大。水稻自移栽后第3天起，每周采氣2次，抽穗后每周1次，采樣時間在上午8:00─10:00。采氣樣前打開采樣箱內(nèi)頂部兩個12 V小風扇以充分混勻箱內(nèi)氣體，采集氣樣時，將采樣箱垂直安放在底座5 cm深的凹槽內(nèi)并加水密封，每隔10 min采1次樣，共3次。氣樣中的CH4和N2O濃度采用經(jīng)改裝的Agilent 7890 A氣相色譜測定，分離柱為Porapak填充柱（80/100目），CH4檢測器為FID，檢測溫度300 ℃，柱溫60 ℃，載氣為99.999%高純N2，流速30 mL·min-1；N2O檢測器為ECD，檢測溫度300 ℃，柱溫60 ℃，載氣為99.999%高純氬甲烷氣（95%Ar+5% CH4），流速40 mL·min-1；氣體排放通量采用下式計算（蔡祖聰?shù)龋?009）：F=ρ×h×(dc/dt)×273/(273+t)。式中，F(xiàn)為氣體排放通量（mg·m-2·h-1或μg·m-2·h-1），ρ為標準狀態(tài)下氣體的密度（kg·m-3），h是采樣箱的凈高度（m），dc/dt為單位時間內(nèi)采樣箱內(nèi)氣體的濃度變化率，273為氣態(tài)方程常數(shù)，t為采樣過程中采樣箱內(nèi)的平均溫度（℃）。

1.4試驗數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 13.0軟件進行統(tǒng)計分析，采用Excel軟件作圖。各處理的比較采用最小顯著差數(shù)（LSD）法，凡超過LSD0.05（或LSD0.01)水平的視為顯著（或極顯著）。CH4和N2O排放通量用每次觀測3個重復的平均值季標準偏差來表示，季節(jié)平均排放通量是將3個重復的觀測值按時間間隔加權平均后再平均。

2　結(jié)果與分析

2.1不同栽培技術對稻季CH4排放通量的影響

從圖1可以看出，不同栽培技術下稻季CH4排放通量總體均呈先升高后降低的變化趨勢。水稻移栽活棵后采用淺水灌溉，稻田土壤處于淹水狀態(tài)，CH4排放通量不斷增加，到水稻移栽后20 d左右，不同處理稻田CH4排放通量均出現(xiàn)峰值，排放通量峰值最大的是超高產(chǎn)生產(chǎn)技術，達到102.07 mg·m-2·h-1，其次是減肥生產(chǎn)技術100.72 mg·m-2·h-1，兩者之間差異不顯著，常規(guī)生產(chǎn)技術CH4排放通量峰值為44.67 mg·m-2·h-1。隨后，CH4排放通量出現(xiàn)先降后升的過程，這可能與這一時間段，田間出現(xiàn)一次自然落干有關。到移栽后30 d左右，不同處理稻田CH4排放通量再次出現(xiàn)峰值，此后，到水稻移栽后40 d左右，開始擱田，不同處理稻田CH4排放通量急劇下降，當擱田結(jié)束后田間復水，CH4排放通量始終維持較低水平直至水稻收獲，各處理排放通量均低于2.5 mg·m-2·h-1。不同栽培技術條件下水稻生長季稻田CH4平均排放通量的大小順序表現(xiàn)為超高產(chǎn)生產(chǎn)技術>減肥生產(chǎn)技術>常規(guī)生產(chǎn)技術，平均排放通量分別為17.35、16.70、8.02 mg·m-2·h-1。

圖1　不同栽培技術下稻季CH4排放通量的季節(jié)變化（n=3）Fig. 1 The seasonal variation of CH4fluxes during rice growth season under different cultivation techniques(n=3)

圖2　不同栽培技術下稻季N2O排放通量的季節(jié)變化（n=3）Fig. 2 The seasonal variation of N2O fluxes during rice growth season under different cultivation techniques(n=3)

2.2不同栽培技術對稻季N2O排放通量的影響

從圖2可以看出，不同栽培技術下稻季N2O排放通量總體均呈單峰曲線的變化規(guī)律。水稻移栽活棵至有效分蘗末期，田間基本處于淹水狀態(tài)，各處理均幾乎無N2O排放，不同處理之間N2O排放通量差異不大，而水稻生長中期的擱田措施致使N2O大量排放，各處理在8月4日左右達到N2O排放通量的峰值，排放通量峰值最大的是常規(guī)生產(chǎn)技術，達到1166.4 μg·m-2·h-1，其次是超高產(chǎn)生產(chǎn)技術882.3 μg·m-2·h-1，減肥生產(chǎn)技術N2O排放通量峰值為832.4 μg·m-2·h-1。8月11日田間復水后N2O排放通量驟降至31.7～41.3 μg·m-2·h-1，之后田間采用干濕交替水漿管理方式，N2O排放通一直非常微弱，在水稻收獲前14 d田間水分開始自然落干，其N2O排放通量有小幅增加的趨勢。稻季N2O平均排放通量的大小順序表現(xiàn)為常規(guī)生產(chǎn)技術>超高產(chǎn)生產(chǎn)技術>減肥生產(chǎn)技術，平均排放通量分別為142.8、106.9、96.8 μg·m-2·h-1。

2.3不同栽培技術對稻季CH4和N2O累積排放量的影響

為進一步分析比較不同栽培技術下CH4和N2O排放的差異，明確不同栽培技術對稻田CH4和N2O排放的影響，將水稻全生育期（本田生長期）分為移栽至有效分蘗臨界葉齡期、有效分蘗臨界葉齡期至拔節(jié)期、拔節(jié)期至抽穗期、抽穗期至成熟期4個生育階段。由圖3可以看出，不同栽培技術下水稻不同生育階段CH4累積排放量表現(xiàn)為移栽至有效分蘗臨界葉齡期>有效分蘗臨界葉齡期至拔節(jié)期>拔節(jié)期至抽穗期>抽穗期至成熟期，說明CH4的排放主要集中在水稻生育前期，特別是移栽至有效分蘗臨界葉齡期，各處理所占比例為79.1%～84.5%。不同栽培技術對水稻不同階段CH4累積排放量的影響達顯著水平，移栽至有效分蘗臨界葉齡期階段CH4累積排放量以超高產(chǎn)生產(chǎn)技術為最大，達到357.98 kg·hm-2，顯著大于其他處理，減肥生產(chǎn)技術CH4累積排放量顯著大于常規(guī)生產(chǎn)技術。有效分蘗臨界葉齡期至拔節(jié)期，以減肥生產(chǎn)技術和超高產(chǎn)生產(chǎn)技術CH4累積排放量較大，分別為55.55和48.14 kg·hm-2，均顯著大于常規(guī)生產(chǎn)技術。拔節(jié)期至抽穗期CH4累積排放量以超高產(chǎn)生產(chǎn)技術為最大，達到12.52 kg·hm-2，顯著大于其他處理。抽穗期至成熟期，不同栽培技術下CH4累積排放量占整個生育期的比例總體較小，其中，常規(guī)生產(chǎn)技術的CH4累積排放量最小，顯著低于其他處理。

就水稻不同生育階段來看，由于有效分蘗臨界葉齡期至拔節(jié)期采取烤田措施，因此不同栽培技術下這個階段N2O累積排放量最大，各處理所占比例為48.8%～53.3%，拔節(jié)期至抽穗期階段N2O累積排放量最小，各處理所占比例為6.0%～10.3%（圖3）。不同栽培技術對水稻不同生育階段N2O累積排放量有顯著影響。移栽至有效分蘗臨界葉齡期階段N2O累積排放量以常規(guī)生產(chǎn)技術為最大，顯著大于其他處理，分別比超高產(chǎn)生產(chǎn)技術和減肥生產(chǎn)技術增加53.4%和64.8%。有效分蘗臨界葉齡期至拔節(jié)期，也是以常規(guī)生產(chǎn)技術N2O累積排放量為最大，達到2.07 kg·hm-2，顯著大于其他處理，分別比超高產(chǎn)生產(chǎn)技術和減肥生產(chǎn)技術增加43.4%和55.5%；拔節(jié)期至抽穗期，不同栽培技術下N2O累積排放量占整個生育期的比例總體較小，其中，超高產(chǎn)生產(chǎn)技術的N2O累積排放量為最大，顯著大于其他處理，分別常規(guī)生產(chǎn)技術和減肥生產(chǎn)技術增加30.9% 和55.4%；抽穗期至成熟期，以常規(guī)生產(chǎn)技術N2O累積排放量為最大，顯著大于其他處理，分別比超高產(chǎn)生產(chǎn)技術和減肥生產(chǎn)技術增加14.7%和12.1%。

圖3　不同栽培技術下水稻不同生育階段CH4和N2O的累積排放量(n=3)Fig. 3 CH4and N2O accumulation emissions at different rice growth stages under different cultivation techniques (n=3)

2.4不同栽培技術對稻季CH4和N2O的排放總量及溫室效應的影響

從水稻整個生育期CH4累計排放總量來看，不同栽培技術對稻季CH4排放總量有顯著影響（表1），具體表現(xiàn)為超高產(chǎn)生產(chǎn)技術>減肥生產(chǎn)技術>常規(guī)生產(chǎn)技術，各處理分別為423.68、407.51、195.96 kg·hm-2。與常規(guī)生產(chǎn)技術比，超高產(chǎn)生產(chǎn)技術顯著增加稻季CH4排放總量，增排幅度為116%，減肥生產(chǎn)技術也顯著增加稻季CH4排放總量，增排幅度為108%。

從水稻整個生育期N2O累計排放總量來看，不同栽培技術對稻季N2O排放總量有顯著影響（表1），具體表現(xiàn)為常規(guī)生產(chǎn)技術>超高產(chǎn)生產(chǎn)技術>減肥生產(chǎn)技術，各處理分別為3.88、2.96、2.72 kg·hm-2，與常規(guī)生產(chǎn)技術比，超高產(chǎn)生產(chǎn)技術顯著減少稻季N2O排放總量，減排幅度為31%，減肥生產(chǎn)技術也顯著減少稻季N2O排放總量，減排幅度為43%。

將不同栽培技術下稻季排放的CH4和N2O換算為等GWP（全球增溫潛勢）的平均CO2排放量，計算出不同栽培技術的GWP（表1）。由表1可知，各處理稻季排放的CH4和N2O所產(chǎn)生的GWP以超高產(chǎn)生產(chǎn)技術最高，達到CO211473.6 kg·hm-2，顯著高于其他處理，比常規(guī)生產(chǎn)技術增加89%，比減肥生產(chǎn)技術增加4.3%。不同栽培技術下稻季排放的CH4對總增溫潛勢的貢獻遠高于N2O，各處理所占的比例為81%～93%，是減排的主要對象。從不同處理水稻產(chǎn)量來看，超高產(chǎn)生產(chǎn)技術水稻產(chǎn)量比常規(guī)生產(chǎn)技術增加了11.1%，差異達到顯著水平，減肥生產(chǎn)技術與常規(guī)生產(chǎn)技術產(chǎn)量無顯著差異。采用“單位產(chǎn)量的GWP”這一指標來評價不同栽培技術對CH4和N2O排放的綜合影響（Zou等，2009；張岳芳等，2013），由表1可知，不同栽培技術“單位產(chǎn)量的GWP”表現(xiàn)為減肥生產(chǎn)技術>超高產(chǎn)生產(chǎn)技術>常規(guī)生產(chǎn)技術，不同處理間的差異均達到顯著水平。

表1　不同栽培技術下稻季CH4和N2O排放量及其全球增溫潛勢（GWP）Table 1 Seasonal amounts of CH4and N2O emissions during rice growth season and their GWP as affected by different cultivation techniques

3　討論

已有研究表明，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對溫室氣體的排放有貢獻，農(nóng)田土壤可作為CO2、CH4和N2O的源或匯，各種農(nóng)業(yè)管理措施對溫室氣體排放影響明顯。本研究表明，不同栽培技術下稻季農(nóng)田CH4排放通量總體均呈先升高后降低的變化趨勢。主要是因為水稻移栽至擱田，稻田基本處于淹水狀態(tài)，土壤Eh逐漸下降而CH4排放通量不斷上升；而中期采取擱田措施時CH4排放通量急劇下降，是因為擱田使土壤含氧量增加，土壤Eh升高，抑制了CH4的產(chǎn)生和排放；擱田及以后土壤干濕交替狀態(tài)也容易殺滅產(chǎn)甲烷菌或降低其活性，故擱田后至水稻成熟收獲CH4排放通量始終保持較低水平（黃耀，2006）。不同栽培技術稻季CH4排放總量具體表現(xiàn)為超高產(chǎn)生產(chǎn)技術>減肥生產(chǎn)技術>常規(guī)生產(chǎn)技術，與常規(guī)生產(chǎn)技術比，超高產(chǎn)生產(chǎn)技術顯著增加稻季CH4排放總量，增加幅度為116%，減肥生產(chǎn)技術也顯著增加稻季CH4排放總量，增加幅度為108%。超高產(chǎn)生產(chǎn)技術和減肥生產(chǎn)技術由于均實施了秸稈還田，使稻田CH4排放總量顯著增加，這主要是因為秸稈還田既為產(chǎn)甲烷菌活動提供了豐富的碳源，使產(chǎn)甲烷菌有了充足的基質(zhì)，同時，土壤微生物的生長又使土壤中的氧被快速消耗，使土壤氧化還原電位加速下降，為產(chǎn)甲烷菌活動創(chuàng)造適宜的環(huán)境條件（蔡祖聰?shù)龋?009）。但本研究秸稈還田條件下的CH4排放量增加幅度沒有前人的研究所增加的幅度大（Zou等，2005；Ma等，2007），主要是因為超高產(chǎn)生產(chǎn)技術和減肥生產(chǎn)技術，在實施秸稈還田的同時，采用了耕翻措施（張岳芳等，2009）。此外，本研究同樣實施秸稈還田的超高產(chǎn)生產(chǎn)技術甲烷排放量要明顯大于減肥生產(chǎn)技術，主要是因為其農(nóng)田肥料的投入量較高（代光照等，2009）。

本研究表明，不同栽培技術下稻季N2O排放通量總體均呈單峰曲線的變化規(guī)律。主要是因為在水稻生育前期由于稻田處于淹水狀態(tài)，土壤缺氧，Eh降低，N2O的排放很少，而在水稻生育中期，由于采取擱田落干形成了有氧環(huán)境，提高了Eh導致N2O的排放增加，與前人（李香蘭等，2008；張岳芳等，2013）的研究結(jié)果基本一致。本研究，不同栽培技術稻季N2O排放總量具體表現(xiàn)為常規(guī)生產(chǎn)技術>超高產(chǎn)生產(chǎn)技術>減肥生產(chǎn)技術，與常規(guī)生產(chǎn)技術比，超高產(chǎn)生產(chǎn)技術顯著減少稻季N2O排放總量，下降幅度為31%，減肥生產(chǎn)技術也顯著減少稻季N2O排放總量，下降幅度為43%。本研究秸稈還田的超高產(chǎn)生產(chǎn)技術和減肥生產(chǎn)技術與秸稈不還田的常規(guī)生產(chǎn)技術相比，其N2O的排放量下降，主要由于秸稈還田會導致土壤礦質(zhì)氮的微生物固定，使硝化和反硝化作用的底物減少，從而減少稻季N2O的排放（張岳芳等，2009；Zou等，2005；Ma等，2007）。本研究秸稈不還田的常規(guī)生產(chǎn)技術采用了旋耕措施，減少了N2O的排放（代光照等，2009），而秸稈還田的超高產(chǎn)生產(chǎn)技術和減肥生產(chǎn)技術采用了耕翻措施，增加了N2O的排放（張岳芳等，2009），因此實施秸稈還田超高產(chǎn)生產(chǎn)技術和減肥生產(chǎn)技術，與秸稈不還田的常規(guī)技術比較，N2O排放的下降幅度要小于前人的研究結(jié)果（張岳芳等，2009）。此外，本研究超高產(chǎn)生產(chǎn)技術N2O的排放量要明顯大于同樣實施秸稈還田的減肥生產(chǎn)技術，主要是增加了農(nóng)田肥料的投入量較高（代光照等，2009）。

本研究對太湖地區(qū)不同栽培技術條件下稻田CH4和N2O的綜合溫室效應——全球增溫潛勢（GWP）的分析結(jié)果表明，各處理稻季排放的CH4和N2O所產(chǎn)生的GWP以超高產(chǎn)生產(chǎn)技術最高，比常規(guī)生產(chǎn)技術增加89%，比減肥生產(chǎn)技術增加4.3%，處理間的差異均達到顯著水平。高產(chǎn)高效是現(xiàn)階段稻麥生產(chǎn)的主要目標，因此，一項好的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術，必須能夠在提高水稻產(chǎn)量同時，減少農(nóng)田溫室氣體的排放，使保障國家糧食安全和保護農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。本研究采用“單位產(chǎn)量的GWP”這一指標來評價不同栽培技術對CH4和N2O排放的綜合影響。研究表明，不同栽培技術“單位產(chǎn)量的GWP”表現(xiàn)為減肥生產(chǎn)技術>超高產(chǎn)生產(chǎn)技術>常規(guī)生產(chǎn)技術，處理間的差異均達到顯著水平。說明超高產(chǎn)生產(chǎn)技術雖然增加了稻田全球增溫潛勢（GWP），但是其單位產(chǎn)量的全球增溫潛勢低于同樣實施秸稈還田減肥生產(chǎn)技術。無論采用何種栽培技術，CH4排放均在稻季溫室效應中起著決定性作用，因而CH4減排是太湖地區(qū)水稻生產(chǎn)過程中減少溫室效應的關鍵。而麥秸稈還田雖然有利于培肥地力，提高作物產(chǎn)量，但也使稻田CH4排放量成倍增加，因此在實施秸稈還田進行超高產(chǎn)水稻栽培時，必須采用耕翻措施、適當減少化肥投入以及科學的水漿管理等配套技術來減少農(nóng)田的CH4排放量。具體超高產(chǎn)生產(chǎn)技術相關集成減排措施值得進一步深入研究。

4　結(jié)論

不同栽培技術稻季農(nóng)田CH4排放總量具體表現(xiàn)為超高產(chǎn)生產(chǎn)技術>減肥生產(chǎn)技術>常規(guī)生產(chǎn)技術，超高產(chǎn)生產(chǎn)技術和減肥生產(chǎn)技術由于實施了秸稈還田，顯著增加了稻季CH4排放總量，秸稈還田條件下采用耕翻措施有利于降低稻季CH4排放總量，增施農(nóng)用肥料可導致稻季CH4增排。不同栽培技術稻季農(nóng)田N2O排放總量具體表現(xiàn)為常規(guī)生產(chǎn)技術>超高產(chǎn)生產(chǎn)技術>減肥生產(chǎn)技術，超高產(chǎn)生產(chǎn)技術和減肥生產(chǎn)技術由于實施了秸稈還田，顯著降低了稻季N2O排放總量，無論秸稈還田與否，旋耕措施有利于降低稻季N2O排放總量，增施肥料可導致稻季N2O增排。為了保障國家糧食安全，推廣水稻超高產(chǎn)栽培技術，在實施秸稈還田的同時，應當輔以耕翻、化肥減投、節(jié)水灌溉等栽培技術措施，以減少水稻生長季排放的CH4和N2O所產(chǎn)生的全球增溫潛勢。

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Effect of Different Cultivation Techniques on CH4and N2O Emissions in Paddy Season

LIU Hongjiang, GUO Zhi, ZHENG Jianchu*, CHEN Liugen, ZHANG Yuefang, ZHOU Wei
Institute of Agricultural Resources and Environments, Jiangsu Academy of Agriculture Sciences, Nangjing 210014, China

Abstract:A field experiment was conducted in 2014 to investigate the effects of different cultivation techniques on CH4and N2O emissions in paddy season in a wheat-rice double cropping system by using the method of static chamber-gas chromatographic techniques. The rice cultivar of Su 101 was field-grown. Three treatments such as super high production technology (SP), conventional production technology (CP), and reducing fertilizer of production technology were conducted (RP). The results showed that, (1) The characteristics seasonal variations of CH4emissions initially increased, but it eventually declined in the rice growth season under different cultivation techniques. Peak CH4flux was during the early growth stage of rice, CH4cumulative emission from transplanting to the critical stage of productive tillering accounted for 79.1%～84.5% of the total emission during the rice growth season. Peak N2O flux was only observed during midseason drainage period. (2) Total CH4and N2O emissions during rice growth season were significantly affected by different cultivation techniques. The order of total CH4emissions under different cultivation techniques was SP (423.68 kg·hm-2) > RP (407.51 kg·hm-2) > CP (195.96 kg·hm-2), and the order of total N2O emissions was CP (3.88 kg·hm-2) > SP (2.96 kg·hm-2) > RP (2.72 kg·hm-2). (3) Combined global warming potential (GWP) of CH4and N2O under SP was 11 473.6 kg·hm-2calculated as CO2, significantly higher than CP and RP. SP increased GWP by 89% and 4.3% respectively compared with CP (6 055.7 kg·hm-2) and RP (10 998.4 kg·hm-2) calculated also as CO2. (4) SP significantly increased rice yield at the same time intensified greenhouse effects during rice growth season in the Taihu lake region, but the GWP of per unit rice yield under SP was lower than RP.

Key words:different cultivation techniques; paddy field; CH4; N2O; global warming potential

收稿日期：2015-03-13

*通信作者：鄭建初，E-mail: zjc@jaas.ac.cn

作者簡介：劉紅江（1979年生），男，副研究員，博士，主要從事農(nóng)業(yè)生態(tài)和水稻栽培生理生態(tài)研究。E-mail: Liuhongjiang2004@sohu.com

基金項目：國家科技支撐計劃項目（2012BAD14B12）；江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金項目[編號：CX(14)2050]

中圖分類號：X144

文獻標志碼：A

文章編號：1674-5906（2015）06-1022-06

DOI:10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.06.017