張浪，徐華勤，李林林，陳元偉，鄭華斌，唐啟源，唐劍武

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長沙 410128）

0 引言

【研究意義】溫室氣體濃度的增加引發(fā)了全球變暖危機(jī)。目前大氣中最主要的溫室氣體CH4和N2O等具有長久滯留大氣和獨特的輻射吸熱特性，這些氣體在導(dǎo)致全球變暖的貢獻(xiàn)率中占近 80%的主導(dǎo)作用[1]。稻田系統(tǒng)作為人類社會生活主要食物鏈的重要組成部分，它是大氣碳循環(huán)中“源”的扮演者，約占全球人為溫室氣體排放通量的 10%—12%[1]。因此，如何減緩稻田溫室氣體排放對氣候變化的貢獻(xiàn)率一直是各國政府首腦和科學(xué)工作者關(guān)注的重要問題?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】水稻作為世界上第二大糧食作物，稻田CH4排放在氣候變化評估中居功巨偉，其主導(dǎo)了稻田95%以上的栽培模式下的綜合溫室效應(yīng)[2-3]，且CH4增溫效果是CO2的25倍左右。長久以來，政府把雙季稻作為穩(wěn)固糧食安全最主要的種植模式進(jìn)行規(guī)劃。據(jù)統(tǒng)計顯示湖南作為我國水稻生產(chǎn)大省其雙季稻的種植面積達(dá)133.3萬公頃左右[4]。因其低成本的灌溉資源和大量投入化肥農(nóng)藥等使農(nóng)戶種植雙季稻所帶來的產(chǎn)量效益逐年提高[5]。農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)者們研究發(fā)現(xiàn)，稻田土壤長期處于水分過飽和狀態(tài)是影響CH4排放的主要環(huán)境因子[6-7]，而長江中下游地區(qū)典型的雙季稻田采用長期淹水灌溉引發(fā)了大量的CH4排放乃至威脅到了生態(tài)環(huán)境[8]，故而科研工作者在確保糧食安全的前提下將研究重點轉(zhuǎn)移至提高灌水利用率和減緩稻田CH4貢獻(xiàn)率等方面，研究顯示雙季稻田在不影響產(chǎn)量的前提下采用前期淹水，中期烤田，后期干濕交替的灌溉模式能最大限度的減緩 CH4排放[9-13]。盡管如此，此稻作模式依舊存在CH4排放困境和危機(jī)，如早晚稻育秧、翻耕、插秧和返青等前期環(huán)節(jié)[14]必須淹水所造成的無法剔除的弊端，因此，為了彌補這個重大生態(tài)虧缺問題，建立生態(tài)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)的稻田發(fā)展戰(zhàn)略，在確保國家糧食安全的前提下尋求更優(yōu)的稻作模式是稻田減排科研工作者需要攻關(guān)的下一個關(guān)鍵問題?！颈狙芯壳腥朦c】與此同時，隨著國家經(jīng)濟(jì)增長、人口城鎮(zhèn)化和人口老齡化等問題，農(nóng)戶們因雙季稻種植過程中早晚稻育秧、機(jī)插和雙搶等大量勞力難尋且成本高的原因逐漸淡化雙季稻的種植[15]。正此時，“直播中稻蓄留再生”稻作模式作為一種新興的水稻種植模式得到迅猛發(fā)展，據(jù)統(tǒng)計種糧大省湖南省僅僅利用幾年時間到2018年已經(jīng)突破到2.67×105hm2[4]，可見其發(fā)展速度之快。研究報道顯示，此模式相比傳統(tǒng)的雙季稻模式在溫度光照等環(huán)境適應(yīng)性、稻田溫室氣體排放、水資源合理利用和生態(tài)經(jīng)濟(jì)價值等方面[14]有諸多優(yōu)越性。首先，通過直播方式種植機(jī)收再生稻的頭季在兩葉一心之前干水，幼穗分化前必須曬好田，大部分生長階段多以干濕交替灌溉為主，土壤經(jīng)常保持田面無水，研究表明土壤的含水量經(jīng)常處于未飽和狀態(tài)下能有效減少CH4排放[16]，相比傳統(tǒng)的機(jī)插雙季稻模式能輕松逾越其前期淹水環(huán)節(jié)帶來的CH4排放危機(jī)，同時減少了農(nóng)田水氮和土壤有機(jī)碳等養(yǎng)分的徑流損失[17]；再者，水稻頭季機(jī)械收割保留30 cm左右的茬口，第二季水稻直接從茬口腋芽處再生、抽穗，免去了雙季晚稻階段翻耕、泡田、育秧和插秧等雙搶環(huán)節(jié)，其節(jié)本、節(jié)水、省工、省農(nóng)藥等優(yōu)勢明顯[18-19]，從腋芽處萌發(fā)進(jìn)一步減少了晚稻營養(yǎng)生長分蘗期間稻田CH4的排放[20]，研究表明免耕相比翻耕能減少 50%的 CH4排放[21-22]；同時，在面臨全球氣溫升高 2℃左右導(dǎo)致農(nóng)田種植結(jié)構(gòu)逐漸北移的情況下[23]，長江中下游以北地區(qū)將逐漸出現(xiàn)更多的兩季不足一季有余的積溫環(huán)境，再生稻種植模式因其對溫度光照等自然條件的充分利用以及輕簡節(jié)本等方面相比雙季稻具有很好的發(fā)展前景。再者，有關(guān)研究探索表明種植一季中稻蓄留再生模式純收入達(dá)15 990 元/hm2，雙季稻種植模式純收是8 715 元/hm2，其差距主要在于再生稻的成本較低，可見中稻-再生稻種植模式具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益[24]。此外，中稻蓄留再生稻作模式因種植時間差異能夠成功避免長江中下游地區(qū)倒春寒[25]和寒露風(fēng)的脅迫[26]。利用其“中稻蓄留再生”稻作模式的優(yōu)越性配合羅錫文院士團(tuán)隊研制的 2BD-10系列水稻精量穴直播機(jī)[27]將作為一種全新推廣和運用的稻作模式，基于此，筆者提出大膽假設(shè)：“直播中稻蓄留再生”稻作模式將是確保國家糧食安全的前提下減緩稻田CH4排放最重要的舉措之一。而當(dāng)前全國乃至全球還缺乏對“直播中稻蓄留再生”在稻田CH4排放方面的研究。【擬解決的關(guān)鍵問題】本研究選取長江中下游地區(qū)發(fā)展迅猛的再生稻和傳統(tǒng)的雙季稻為研究對象，探究了再生稻種植模式產(chǎn)量潛力和CH4排放的特征，以及評估了其單位產(chǎn)量CH4排放量的優(yōu)越性，對指導(dǎo)實踐和稻田節(jié)能減排具有重要的科學(xué)意義。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料

于 2017—2018年在湖南省益陽市大通湖區(qū)千山紅鎮(zhèn)大西港村宏碩生態(tài)農(nóng)業(yè)農(nóng)機(jī)合作社科研基地（N29°7′5″，E112°25′52″）進(jìn)行，海拔 56 m。該研究區(qū)屬亞熱帶過渡到季風(fēng)濕潤氣候類型，年平均氣溫16—18℃，年降雨量1 200—1 700 mm，年日照時數(shù)1 295.9 h，無霜期260—310 d。試驗區(qū)土地平整一致、養(yǎng)分分布均一，土壤類型為潮土，土壤有機(jī)質(zhì)含量 33.76 g·kg-1，全氮含量 2.05 g·kg-1，活性有機(jī)碳含量1.58 g·kg-1，pH 7.88。再生稻品種為黃華占、雙季稻采用陸兩優(yōu)996（早稻）和H優(yōu)518（晚稻）。

于2017年3月中旬進(jìn)行機(jī)械旋耕和激光平田建立試驗區(qū)。試驗設(shè) 2個模式，即雙季稻模式（doublecropping rice，CK）和再生稻模式（ratoon rice），共2個處理組合，3次重復(fù)，共6個小區(qū)，每小區(qū)面積4.5 m×10 m=45 m2。試驗采用單因素完全隨機(jī)設(shè)計，小區(qū)之間用雙田埂覆膜隔離分開，且雙田埂間安裝了隔水板，每個小區(qū)單排單灌，具體的節(jié)水管理細(xì)節(jié)見表1。

表1 水分管理技術(shù)Table 1 Water management technology

雙季稻模式采用秧盤方式育秧，機(jī)插密度為25 cm×12 cm。早稻于3月26日播種，25 d秧齡，4月19日插秧，7月17日收獲。晚稻于6月27日播種，23 d秧齡，7月19日插秧，11月8日收獲。各處理田間管理保持一致。供試肥料為尿素、過磷酸鈣和氯化鉀。其中早稻施肥量為純N 119.94 kg·hm-2、P2O559.97 kg·hm 、K2O 為 119.94 kg·hm ；晚稻施N 為 149.93 kg·hm-2、P2O574.96 kg·hm-2、K2O 119.94 kg·hm-2。氮肥按基肥∶分蘗肥∶穗肥=5∶3∶2的比例施用，磷肥全部當(dāng)基肥施用，鉀肥按基肥∶穗肥=5∶5的比例施用。再生稻模式采用機(jī)直播（機(jī)械精量穴直播[27]），4月15日播種，播種量為52.47 kg·hm-2，頭季8月22日收獲，再生季10月26日收獲。各處理田間管理保持一致，頭季施肥管理：施肥量為純N 179.91 kg·hm-2、P2O589.96 kg·hm-2、K2O 為 179.91 kg·hm-2，氮肥按基肥∶分蘗肥∶穗肥=6∶3∶1的比例施用，磷肥全部當(dāng)基肥施用，鉀肥按基肥∶穗肥=5∶5的比例施用。再生季：在頭季齊穗后 20 d施尿素折合純氮 69.57 kg·hm-2左右作再生苗促芽肥，頭季收割后 3 d再施尿素折合純氮 69.57 kg·hm-2、氯化鉀折合 K2O 26.99 kg·hm-2作發(fā)苗肥。其他管理按當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)栽培進(jìn)行。

1.2 分析方法

采用LGR（915-0011-CUSTOM，Los Gatos Research，SF，USA）公司生產(chǎn)的便攜式溫室氣體激光分析儀搭配箱式法形成閉路環(huán)境進(jìn)行田間實時測量 CH4的濃度。循環(huán)透明采氣箱體規(guī)格為50 cm×50 cm×120 cm透光性較好的有機(jī)塑料薄板制成長方體。在采氣箱內(nèi)配制有風(fēng)扇、溫濕度記錄儀、兩根6 mm進(jìn)氣管和出氣管。雙季稻早晚稻移栽或再生稻頭季直播后第二天安裝田間測氣設(shè)備，包括單邊橋（5 cm×30 cm×300 cm的木板）、底座（5 cm×50 cm×50 cm的U型凹槽）和田間PVC水位指示筒（內(nèi)壁直徑10 cm，高度30 cm），單邊橋的目的在于測定過程中減少對土壤的擾動。測氣時將箱體輕放入底座凹槽內(nèi)，并加水密封，嚴(yán)防箱內(nèi)外氣體相互流通。整個測定裝置如圖1所示。每隔10 d左右采集一次氣樣，整個水稻生育期共采集了 24次（晚稻插秧后因降雨等原因缺少一次測定次數(shù)），采集時間時上午9：00—11：00。

圖1 LGR稻田測定裝置Fig. 1 LGR rice field measuring device

1.3 數(shù)據(jù)分析

1.3.1 CH4排放通量

式中，F(xiàn)為 CH4排放通量，單位為 μmol·m-2·s-1，正值表示排放，負(fù)值表示吸收；dc/dt為采樣箱內(nèi)CH4濃度隨時間t（s）的變化率；P為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下大氣壓力為101.2237×103Pa；V為箱體內(nèi)有效體積（m3），即透明箱體積減去底座內(nèi)植株總體積和透明箱體內(nèi)壁風(fēng)扇和溫度記錄儀體積；R為氣體常數(shù)8.3144 J·mol-1·k-1；A為透明箱覆蓋面積（m2）；T為測定時箱體內(nèi)平均氣溫（=273.15+℃）。

1.3.2 累積排放量Ec（kg·hm-2）

計算式[29]為：

式中，n為稻田水稻生育期觀測次數(shù)；Fi、Fi+1為第i、i+1 次測定時的 CH4通量（μmol·m-2·s-1）；ti、ti+1為第i、i+1次測定的時間（d）；a為水稻生育期轉(zhuǎn)換系數(shù)（由于采氣天數(shù)少于水稻生育期總天數(shù)（播種到收獲）天數(shù),此系數(shù)將轉(zhuǎn)換為水稻生育期天數(shù)），此處取再生稻頭季122/107，再生季71/59；早稻109/74，晚稻130/88。

1.4 統(tǒng)計分析

采用Excel 2007和SPSS 18.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析。用Sigmaplot 12.5進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果

2.1 水稻產(chǎn)量

由圖2可知，雙季稻和再生稻產(chǎn)量差異響應(yīng)不一。雙季稻早稻產(chǎn)量為7.37 t·hm-2，再生稻頭季產(chǎn)量為8.84 t·hm-2。相比雙季稻早稻產(chǎn)量，頭季增產(chǎn)19.95 %；雙季稻晚稻產(chǎn)量為6.82 t·hm-2，再生稻再生季產(chǎn)量為3.39 t·hm-2。相比雙季稻晚稻，再生稻再生季減產(chǎn)50.29%；綜合兩季產(chǎn)量，雙季稻早晚稻總產(chǎn)量為14.19 t·hm-2。再生稻頭季和再生季的總產(chǎn)量為12.22 t·hm-2。相比對照雙季稻產(chǎn)量而言，再生稻產(chǎn)量降低了13.88%。綜上說明，雙季稻總產(chǎn)量高于再生稻總產(chǎn)量，且其相比雙季稻早晚稻，再生稻減產(chǎn)主要是再生季的產(chǎn)量較低的緣故。

圖2 不同處理對水稻產(chǎn)量的影響Fig. 2 Effects of different treatments on rice yield

2.2 CH4排放通量

由圖3可看得，雙季稻和再生稻田生育期內(nèi)CH4排放通量變化趨勢有一定差異，主要表現(xiàn)為各生育前期 CH4排放通量較高，生育后期低而平緩，雙季稻CH4排放范圍為 - 0.06—1.30 μmol·m-2·s-1，再生稻 CH4排放范圍-0.01—0.70 μmol·m-2·s-1。且從圖 3 中看出頭季（全年第120—227天）CH4排放通量差異明顯高于再生季（第227—298天）的CH4排放通量，主要頭季在分蘗期和齊穗前后CH4排放通量較高，且在頭季齊穗后20 d左右出現(xiàn)短暫的峰值是因為施用了促芽肥的原因，即出現(xiàn)了3個峰值。而再生季為單峰曲線，因從腋芽處萌發(fā)不存在明顯的分蘗期或分蘗期很短暫，只有在再生季齊穗期前后存在短暫差異。同樣，雙季稻模式中呈現(xiàn)早稻稻田 CH4排放通量高于晚稻CH4排放通量，早稻在分蘗期和齊穗前后表征為典型的排放雙峰。但是晚稻呈現(xiàn)“下降-上升-下降-平緩”的趨勢，只監(jiān)測到齊穗期左右排放峰值，晚稻生育后期排放量較低，且在齊穗期左右達(dá)到最大值，而在晚稻分蘗期未監(jiān)測到峰值的主要原因是早稻收割后需要重新安裝田間測氣設(shè)備，加之后面的幾十天內(nèi)連續(xù)降雨，未能連續(xù)監(jiān)測。由此說明，雙季稻和再生稻種植模式都表征為生育前期（分蘗期和齊穗期前后）的CH4排放要強烈，生育后期排放較低，且再生稻頭季直播后至分蘗中期呈J型增加，與雙季稻插秧后有所不同。相對來講，雙季稻CH4排放的整體曲線走向高于再生稻。

2.3 CH4的累積排放量

稻田 CH4累積排放如圖 4所示?？傮w上，A-B（水稻兩葉一心至分蘗后期之間）和 B-C（分蘗后期至齊穗期之間）時間段造成稻田CH4累積排放量高于C-D（齊穗期至成熟期之間）段CH4累積排放。由圖 4可知，再生稻頭季累積排放范圍在 23.90—266.56 kg·hm-2，早稻累積排放范圍為 35.57—251.29 kg·hm-2。其中早稻 A-B 段累積排放為 251.29 kg·hm-2，B-C段累積排放為219.15 kg·hm-2，C-D段累積排放為 35.56 kg·hm-2。頭季 A-B 段累積排放為 266.56 kg·hm-2，B-C 段累積排放為 259.88 kg·hm-2，C-D 段累積排放為 23.90 kg·hm-2。故再生稻頭季 CH4累積排放高于早稻CH4累積排放；由圖4可知，再生稻再生季累積排放范圍在0.00—46.14 kg·hm-2，晚稻累積排放范圍在為 10.74—321.59 kg·hm-2。其中晚稻A-B段累積排放為321.59 kg·hm-2，B-C段累積排放為 84.01 kg·hm-2，C-D 段累積排放為 10.74 kg·hm-2。再生季A-B段累積排放為0 kg·hm-2，B-C段累積排放為 46.14 kg·hm-2，C-D 段累積排放為 13.26 kg·hm-2?？蛇M(jìn)一步看出再生稻再生季因前期短暫的分蘗時間導(dǎo)致稻田 CH4總體累積排放量都較頭季、早稻和晚稻的排放量要小。綜合兩季，雙季稻 CH4累積排放A-B段＞B-C段＞C-D段，且全生育期累積排放達(dá)922.35 kg·hm-2。再生稻CH4累積排放B-C段＞A-B段＞C-D段，且全生育期 CH4累積排放為 609.74 kg·hm-2。綜上說明，相比雙季稻而言，再生稻 CH4累積排放減少了33.89 %。

圖3 不同處理稻田生態(tài)系統(tǒng)CH4排放通量動態(tài)變化Fig. 3 Dynamic change of methane fluxes under different treatments in paddy field ecosystem

2.4 評估單位產(chǎn)量下雙季稻和再生稻田CH4排放

由圖5可知，單位產(chǎn)量雙季稻和再生稻田CH4排放量有所不同。對于第一季，早稻單位產(chǎn)量CH4排放為 0.069 kg·kg-1，頭季單位產(chǎn)量 CH4排放為 0.062 kg·kg-1，頭季相比早稻減少了10.14%；對于第二季，晚稻單位產(chǎn)量CH4排放為0.061 kg·kg-1，再生季單位產(chǎn)量CH4排放為0.018 kg·kg-1，再生季比晚稻降低了70.49%。綜合兩季，雙季稻單位產(chǎn)量CH4排放為0.065 kg·kg-1，再生稻單位產(chǎn)量 CH4排放為 0.050 kg·kg-1，再生稻相比雙季稻降低了23.08%?？梢娫偕締挝划a(chǎn)量CH4排放最低。由此說明，再生稻模式在穩(wěn)固產(chǎn)量的同時能最大限度的降低CH4排放量。

圖4 不同處理稻田生態(tài)系統(tǒng)CH4累積排放量Fig. 4 Cumulative emissions of CH4 in paddy field ecosystem under different treatments

圖5 單位產(chǎn)量下雙季稻和再生稻田CH4排放Fig. 5 Methane emissions from double-cropping rice and ratoon rice per yield

3 討論

3.1 雙季稻和再生稻田稻米產(chǎn)量效益對比

適宜的稻田種植方式具有增加土壤的孔隙度、提高土壤固水持水能力及促進(jìn)水稻根系延伸等優(yōu)勢，從而實現(xiàn)水肥資源高效利用達(dá)到稻谷增產(chǎn)的目的[30]。本研究中雙季稻和再生稻兩種種植模式的區(qū)別在于：一方面，雙季稻采用機(jī)插秧種植，水分管理采用間歇灌溉，即前期淹水，中期烤田和后期干濕交替的灌溉方式；再生稻采用機(jī)直播種植，水分灌溉采用一葉一心期保持田面無水層，一葉一心至分蘗盛期采取水層淹灌，中期曬田，后期干濕交替。另一方面，雙季稻分早稻和晚稻，再生稻分頭季和再生季，再生季是從頭季的腋芽處萌發(fā)產(chǎn)生[31]，減少了雙搶、翻耕、泡田和機(jī)插秧的環(huán)節(jié)。本研究通過對比分析雙季稻和再生稻的產(chǎn)量，研究發(fā)現(xiàn)，雙季稻早稻產(chǎn)量為 7.37 t·hm-2，再生稻頭季產(chǎn)量為8.84 t·hm-2，相比雙季稻早稻產(chǎn)量，頭季增產(chǎn) 19.95%，其主要原因是再生稻頭季采用直播，水稻根系更發(fā)達(dá)，生育時期長，成功避開了2017年湖南大通湖地區(qū)早稻齊穗期左右因長達(dá)約一周的大規(guī)模降雨引發(fā)的植株倒伏和不良授粉的影響，可見南方的氣候條件非常適宜再生稻頭季的生長發(fā)育。通過觀察和分析整個生長季發(fā)現(xiàn)晚稻7月下旬移栽，正好趕上 8月份高溫對晚稻孕穗期的危害，且又在 9月中旬晚稻齊穗期左右遭遇寒露風(fēng)的突襲，大量的研究發(fā)現(xiàn)高溫和寒露風(fēng)的危害對晚稻產(chǎn)量的損失影響巨大[32-33]，相比晚稻，再生稻頭季于8月中旬左右收割后，再生季直接從腋芽或根部萌發(fā)而形成，成功避開了高溫的影響，且可依據(jù)留茬高度的改變調(diào)控再生季的抽穗時間[34]，對于預(yù)防惡劣天氣極為重要，尤其是寒露風(fēng)的脅迫[19]，由此可見，相比雙季晚稻而言，其再生稻的再生季對于規(guī)避惡劣天氣的危害有一定的優(yōu)勢。但相比雙季稻晚稻，再生稻再生季減產(chǎn)50.29%。其主要是因為再生季直接從茬口萌發(fā)，其再生季萌發(fā)芽的多少受品種、收割機(jī)、水稻根系活力和養(yǎng)分等多方面的限制[34]，因此，關(guān)于進(jìn)一步設(shè)計新型實用的再生稻收割機(jī)械減少機(jī)械對稻樁碾壓的損傷[35]、選育強再生力的優(yōu)質(zhì)雜交品種[36]和合理的施用促芽肥和發(fā)苗肥[37]將是科研工作者研究的重點。本研究中，雙季稻早晚稻總產(chǎn)量為14.19 t·hm-2。再生稻頭季和再生季的總產(chǎn)量為12.22 t·hm 。相比對照雙季稻產(chǎn)量而言，再生稻產(chǎn)量降低了13.88%?？傮w而言頭季的較高產(chǎn)量能彌補一部分再生稻再生季產(chǎn)量不足的缺陷，但再生季的產(chǎn)量提升依舊有待進(jìn)一步的研究。但從農(nóng)民增產(chǎn)增收的角度來看，再生季的稻米堊白粒率、堊白度、長寬比等外觀品質(zhì)，蒸煮及營養(yǎng)品質(zhì)均優(yōu)于早晚稻和頭季[38-39]，市場價與稻米品質(zhì)評分呈顯著正相關(guān)[40]，若按照市場價[41]雙季稻早稻稻谷單價為2.50元/kg，晚稻稻谷單價為2.60元/kg，頭季谷單價為2.50元/kg，而再生季稻谷單價為3.60元/kg，可看出再生季的谷價要比晚稻高出0.6元/kg。依據(jù)本試驗稻谷產(chǎn)量折算成經(jīng)濟(jì)效益為雙季稻36 157.00元/hm2，再生稻為 33 304.00元/hm2，同時通過估算減去雙季稻施肥量、勞動力、翻耕和插秧等環(huán)節(jié)多余的成本值 6 000元/hm2左右，可見農(nóng)民種植再生稻能增加更多的經(jīng)濟(jì)收入。朱校奇等[42]研究指出，再生稻相比雙季稻在同等投入條件下農(nóng)民每公頃可增收近7 000元左右，劉建光等[43]的研究結(jié)果與之一致。此外，本研究中雙季稻采用雜交品種，再生稻采用常規(guī)品種，若再生稻采用雜交品種增產(chǎn)效益更高[44-45]。

3.2 雙季稻和再生稻田CH4的排放特征

稻田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體減排在我國生態(tài)環(huán)境的建設(shè)毋庸置疑。本研究中，通過對比雙季稻和再生稻系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)整個水稻生育期內(nèi)雙季稻 CH4排放范圍為-0.06—1.30 μmol·m-2·s-1，再生稻 CH4排放范圍-0.01—0.70 μmol·m-2·s-1。其雙季稻模式 CH4排放值最大，釋放CH4能力最強，且在分蘗盛期和齊穗期前后排放最高，這與周玲紅等[20]的研究一致。究其原因，首先，雙季稻插秧前后至分蘗盛期淹灌的水稻土一直處于厭氧階段，土壤的氧化還原電位降低，為土壤微生物菌類（產(chǎn)CH4菌）提供了適宜生長的環(huán)境，造成了CH4的大量釋放。再生稻直播后一心一葉生育期內(nèi)保持田面無水狀態(tài)，對CH4的釋放具有一定的抑制作用，之后到分蘗盛期采用淹灌方式致使產(chǎn)CH4能力增強，但相對早稻而言，再生稻因穴直播方式對稻田土地平整的要求，前期需要合理的激光平田機(jī)進(jìn)行壓田和平田處理，且需保持田面無水的狀態(tài)便于直播后水稻種子通過有氧呼吸的方式萌發(fā)扎根和固定[46]，這一系列措施恰巧使得稻田土壤緊實和孔隙度收縮，導(dǎo)致土壤顆粒容納水分子的空間變小，所以再生稻CH4排放相比雙季稻要低很多，同樣再生季從茬口萌發(fā)，較少了晚稻翻耕、泡田和插秧的環(huán)節(jié)[34]，相對來講土壤更緊實，孔隙度更小，且土壤處于不飽和狀態(tài)，對CH4的減排更明顯；其次，雙季稻早晚稻兩次追肥都發(fā)生在分蘗期和齊穗期前，而氮肥施入土壤會導(dǎo)致短時間內(nèi)CH4的大量排放[47]，再生季相比晚稻的3次施肥方式只施入了促芽肥和發(fā)苗肥，對CH4的減排起到一定的作用[48]；同樣，通過田間觀察發(fā)現(xiàn)機(jī)插雙季稻的水稻根系分布密而淺，且表土層較蓬松，隨著分蘗期和齊穗期間根系活力的增強，根際土壤周圍的微生物活躍程度增加，對土壤有機(jī)質(zhì)的分解更快，利于產(chǎn)CH4菌的活躍。而直播再生稻的根系分布較廣而深，同時表土層較緊實，相比來講不存在嚴(yán)格的根際和非根際區(qū)，從而有所限制土壤微生物數(shù)量和種類的集中活躍，與機(jī)插雙季稻相比，直播再生稻有所限制產(chǎn)CH4菌的活動，赫兵等[46]也研究發(fā)現(xiàn)直播稻的根系根量大而廣，移栽稻根系淺而密。再者，在雙季稻抽穗揚花期間必須灌水，且對于再生稻頭季7月下旬至8月上旬的高溫更需深灌水，而淹水環(huán)境必定產(chǎn)CH4。周玲紅等[20]在研究冬季種草養(yǎng)雞對雙季稻田CH4的影響時表明，早稻生育階段的CH4排放量大于晚稻季，而本研究中第一季（早稻或頭季）CH4排放量同樣高于第二季（晚稻或再生季），這極有可能與溫度因子的變化有關(guān)[49]，因隨著季節(jié)的變化，溫度也在發(fā)生改變，其機(jī)理還有待進(jìn)一步探究。本研究中再生稻再生季的CH4排放相比晚稻，頭季收割后到齊穗期前后的CH4排放量低，而晚稻在插秧后到齊穗期前后CH4排放量較高。其原因一方面可能是再生稻頭季收割后再生季是從茬口重新抽穗，減少了水稻分蘗造成的CH4排放[50]，另一方面，晚稻種植階段還需要土壤耕作、平田和機(jī)插，而水稻耕作層的機(jī)械翻耕對土壤的擾動比較大，破壞了土壤結(jié)構(gòu)，改變了CH4氧化菌的生存環(huán)境，降低了其活性，減弱了土壤的氧化。除此以外，上下翻耕土壤，增強了土壤傳熱能力，加速了有機(jī)物質(zhì)的分解，為土壤產(chǎn)CH4菌短時間內(nèi)提供了更多的基質(zhì)，造成CH4短期的大量排放[51]，而這種影響會隨著土壤的硬實程度緩慢降低。本研究發(fā)現(xiàn)水分脅迫的制約性對水稻第二季中后期（再生季或者晚稻）的CH4排放影響不大，無論是淹灌之后還是大面積降雨以及田間的間歇灌溉處理后，CH4排放量都很低，尤其是對再生稻再生季更為顯著。其可能原因可能是水稻生長后期生理活性下降，減低對CH4的傳輸力[52]。因此，根據(jù)長江中下游常年的降雨特征，在水稻再生季或晚稻生長階段有可能以雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)為主來滿足水稻植株對水分的需求，若遇寒露風(fēng)或水稻需水臨界期則需要人工灌水。

研究稻田生態(tài)系統(tǒng)不同稻作模式單位產(chǎn)量CH4排放具有重要意義。本研究中，雙季稻早稻產(chǎn)量為7.37 t·hm-2，再生稻頭季產(chǎn)量為 8.84 t·hm-2，相比雙季稻早稻，頭季增產(chǎn)19.9%。而早稻CH4累積排放為506.01 kg·hm-2，頭季 CH4累積排放為 550.33 kg·hm-2，頭季相比早稻CH4累積排放增加了8.76%。通過折算發(fā)現(xiàn)，早稻單位產(chǎn)量CH4排放為0.069 kg·kg-1，頭季單位產(chǎn)量 CH4排放為 0.062 kg·kg-1，頭季相比早稻減少了10.14%。說明頭季單位產(chǎn)量CH4排放量更低。其主要原因為：頭季的生長時間相比早稻要長一個月左右，其整個頭季階段產(chǎn)量和CH4排放都相對增加，但CH4的增加率要慢于產(chǎn)量的增加，故頭季的單位產(chǎn)量CH4排放量更低。對于第二季，雙季稻晚稻產(chǎn)量為 6.82 t·hm-2，再生稻再生季產(chǎn)量為 3.39 t·hm-2。相比雙季稻晚稻，再生稻再生季減產(chǎn)50.3 %。而晚稻CH4累積排放為 416.34 kg·hm-2，再生季累積排放為 59.40 kg·hm-2，再生季相比晚稻CH4累積排放減少了85.73%。進(jìn)一步折算后，研究發(fā)現(xiàn)晚稻單位產(chǎn)量 CH4排放為 0.061 kg·kg-1，再生季單位產(chǎn)量 CH4排放為 0.018 kg·kg-1，再生季相比晚稻顯著降低了70.49%。說明再生季單位產(chǎn)量CH4排放量更低。綜合兩季，由圖2可知，雙季稻早晚稻總產(chǎn)量為14.19 t·hm-2。再生稻頭季和再生季的總產(chǎn)量為 12.22 t·hm-2。而雙季稻 CH4累積排放為922.35 kg·hm-2，再生稻 CH4累積排放為 609.74 kg·hm-2。通過折算發(fā)現(xiàn)，雙季稻單位產(chǎn)量CH4排放為0.065 kg·kg-1，再生稻單位產(chǎn)量 CH4排放為 0.050 kg·kg-1，再生稻相比雙季稻降低了23.08%?？梢娫偕締挝划a(chǎn)量CH4排放最低。由此說明，再生稻模式在穩(wěn)固產(chǎn)量的同時能最大限度的降低CH4排放量。綜上，直播+中稻蓄留再生將是一種較好的稻作方式，在穩(wěn)固國家糧食產(chǎn)量的同時，具有減緩稻田CH4增溫的效應(yīng)。

4 結(jié)論

選取長江中下游地區(qū)傳統(tǒng)雙季稻和新興再生稻為研究對象，通過對比研究，雙季稻兩季總產(chǎn)量為14.19 t·hm-2，CH4累積總排放達(dá) 922.35 kg·hm-2；再生稻兩茬總產(chǎn)量為 12.22 t·hm-2，CH4累積總排放為 609.74 kg·hm-2。雙季稻在分蘗期和齊穗期左右出現(xiàn)2個CH4排放峰值，再生稻與之相似，但排放量相對較低。此外，再生稻還在頭季后期施促芽肥時呈現(xiàn)小峰值。綜合評估，雙季稻和再生稻單位產(chǎn)量 CH4排放分別為0.065 kg·kg-1和 0.050 kg·kg-1，再生稻相比雙季稻降低了23.08%。故在長江中下游雙季稻的主產(chǎn)區(qū)擴(kuò)大種植再生稻是為良策。