張明鑫孫振濤劉興遠(yuǎn)楊 皓孫秀英

(1.遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，遼寧 沈陽 110161； 2.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)土地與環(huán)境學(xué)院，遼寧 沈陽110161； 3.遼寧農(nóng)業(yè)博物館，遼寧 沈陽 110161)

大氣中溫室氣體含量增加而引起的全球氣溫升高，嚴(yán)重影響了生態(tài)環(huán)境。這一結(jié)果引起了世界各國(guó)的關(guān)注。在溫室氣體引起的溫室效應(yīng)中，CH4的貢獻(xiàn)較為顯著[1]。植物體的腐爛、動(dòng)物的糞便等有機(jī)肥能增加稻田甲烷的排放[2]，但施用化肥能夠降低土壤中CH4的排放[3]。因此，合理的將有機(jī)肥料與化肥混合使用對(duì)稻田間CH4的排放起到控制作用。水稻的生長(zhǎng)需要充足的養(yǎng)分，在水稻生長(zhǎng)過程中使用緩控/釋肥，能夠緩解重施氮肥、肥料浪費(fèi)和施肥不平衡等問題[4]，但施用化肥的同時(shí)會(huì)使土壤呼吸量增加[5]。CH4是稻田溫室氣體排放源的構(gòu)成之一，而氮肥是稻田溫室氣體排放的主要影響因素[6]。新型緩釋化肥在提高化肥利用效率方面發(fā)揮著重要作用[7]，研究其在減少溫室氣體的排放方面有著重要意義。溫室氣體的排放帶來的環(huán)境問題日益突出，其中化肥的施用是農(nóng)業(yè)溫室氣體排放的重要來源之一[8]。新型緩控釋肥在提高化肥利用效率方面發(fā)揮重要作用[9]，研究其對(duì)溫室氣體的排放的影響有著重要意義[10]。因此，2018年在瓦房店地區(qū)開展了緩釋氮肥對(duì)水稻土壤中的溫室氣體CH4排放影響的初步研究。

1 材料與方法

1.1 供試材料及試驗(yàn)地概況

供試水稻品種為港優(yōu)3，由東港市示范繁殖農(nóng)場(chǎng)提供。試驗(yàn)地設(shè)置于遼寧省瓦房店市三臺(tái)子村。

2018 年試驗(yàn)插秧前測(cè)定了供試水稻田的基本肥力情況，結(jié)果為全氮0.11%，全磷0.108 g/kg，全鉀191 g/kg，堿解氮98 mg/kg，速效磷12 mg/kg，速效鉀506 mg/kg，有機(jī)質(zhì)1.02%，pH 6.91。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)置4個(gè)處理，3次重復(fù)。分別為：全生育期不施氮肥(CK)；氮肥用常規(guī)的尿素(N1)；氮肥采用緩控釋肥：聚醚聚氨酯包膜尿素(N2)；氮肥采用緩控釋肥60%和普通尿素40%的混合(N6)。所有處理采用等量的氮磷鉀肥(CK處理無氮肥)，都在插秧時(shí)一次性施入。

1.3 田間取樣與測(cè)定方法

本試驗(yàn)采用靜態(tài)暗箱—?dú)庀嗌V法測(cè)定CH4排放。采樣箱和底座由不銹鋼板制成，采樣箱長(zhǎng)×寬×高為50 cm×50 cm×50 cm(生育中期水稻株高增加之后使用2個(gè)采樣箱)，箱體表面依次用2～3 cm厚的海綿和鋁箔玻纖布粘好，以保持采樣期間箱內(nèi)溫度穩(wěn)定，減少因陽光照射而引起的箱內(nèi)溫度變化。在箱體側(cè)面打孔，放置溫度計(jì)和采氣用的硅膠管。硅膠管一端插入采樣箱內(nèi)部，另一端置于箱外與三通閥相連，三通閥的另一頭連接注射器，用于采集氣體樣品。采樣箱內(nèi)部安裝風(fēng)扇，保證箱內(nèi)空氣流分布均勻。底座規(guī)格為50 cm×50 cm×20 cm，底座下端埋入土壤中，只留U型凹槽在地表。水稻移栽前將采樣底座插入土層，每個(gè)小區(qū)埋一個(gè)底座。底座埋好并穩(wěn)定7 d后，選擇晴朗天氣(上午9：00到11：00)進(jìn)行取樣，施肥后的1、3、5、7 d連續(xù)采樣，之后每7 d采集兩次氣體樣品，再采集14 d，共計(jì)采樣8次。采樣時(shí)向底座凹槽注水以密封土壤與采樣箱的連接，然后扣上采樣箱，密封后用50 ml注射器每隔7 min采集氣體樣品，分別于扣箱后0、7、14、21、28 min采集氣體，同時(shí)記錄箱體內(nèi)溫度。使用氣相色譜儀測(cè)定氣體樣品中的CH4含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

CH4排放通量采用直線回歸法計(jì)算，并采用線性插值法估算累積排放量。氣體排放通量的計(jì)算公式為：

式中，F(xiàn)為CH4排放通量，單位為mg/(m2·h)；ρ為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下CH4-C的密度，為0.54 mg/L；V為采樣箱內(nèi)有效體積(m3)；A為采樣箱所覆蓋的土壤表面積(m2)；dC/dt為CH4的排放速率，單位為μl/(L·h)；T為采樣過程中靜態(tài)箱內(nèi)的平均溫度(℃)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)CH4排放通量的影響

本試驗(yàn)共采集氣體8次，在水稻生育的苗期，分別是在水稻施肥后1 d，3 d，5 d，7 d，10 d，14 d，17 d，21 d。 在不同采樣時(shí)期的不同處理上得到的CH4排放通量結(jié)果如圖1。從圖1中我們可以看出，在施肥后7 d，各處理的CH4排放通量降到了最低點(diǎn)，而處理N6的CH4排放通量最高值在施肥后14 d，也就是施肥后14 d左右，在施肥后17 d又明顯下降，而在施肥后7 d左右，各處理的CH4排放通量降到了最低值。7 d后因水稻生育苗期生長(zhǎng)發(fā)育的需要，呼吸比較旺盛，CH4的排放通量又升高。在水稻施肥后的苗期，各處理CH4排放通量的大小為：N6＞N2＞N1＞CK。

2.2 不同處理對(duì)CH4累積排放量的影響

在水稻的整個(gè)苗期，對(duì)于CH4的累積排放量，得出的結(jié)果如圖2。由圖2可以認(rèn)為，在水稻生育苗期，CH4的累積排放量處理N6最高，而處理N1最低。處理CK略高于處理N1，而N2的CH4累積排放量高于CK處理，低于處理N6。處理N6的苗期生長(zhǎng)發(fā)育好于其他處理。

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，在水稻田的生育苗期，由于不同處理施肥和種類不同，CH4的排放通量和CH4的累積排放量不同。在土壤淹水條件下，會(huì)加快土壤中的氧氣消耗，同時(shí)其分解有機(jī)物使土壤中的還原性物質(zhì)增多，最終導(dǎo)致了CH4的產(chǎn)生速率加快。在水稻生長(zhǎng)發(fā)育的初期，因?yàn)樗旧L(zhǎng)發(fā)育較慢，有機(jī)物分解的較少，因此，CH4的排放通量比較低，隨著氮肥的釋放，分解有機(jī)物的能力加強(qiáng)，作物生長(zhǎng)發(fā)育加快，呼吸的能力更旺盛，CH4的排放通量也達(dá)到了最大值。而施用緩控釋肥的處理N2和N6由于前期氮肥釋放的較少，而有益于其它微生物菌群的生長(zhǎng)，使有機(jī)物質(zhì)分解的較多，水稻苗期的生長(zhǎng)發(fā)育更好，CH4的排放通量高于其它處理。隨著溫度的升高，水稻的生長(zhǎng)發(fā)育加快，在厭氧條件下，施用緩控釋氮肥處理的CH4排放通量一直高于普通施肥處理和對(duì)照。

在水稻的整個(gè)苗期，施用緩控釋氮肥處理的CH4累計(jì)排放量高于不施用緩控釋氮肥的處理，而緩控釋氮肥和尿素混合施用的處理(N6)最高，這表明緩控釋氮肥和尿素混合施用能夠增強(qiáng)水稻苗期的生長(zhǎng)發(fā)育，有利于水稻苗期的分蘗，和水稻后期產(chǎn)量的提高。緩控釋氮肥是根據(jù)水稻生長(zhǎng)發(fā)育的需求釋放氮肥，這樣不僅能夠滿足作物整個(gè)生育期對(duì)于氮肥的需求，增加有機(jī)質(zhì)分解的速率，而且增加了水稻苗期CH4的農(nóng)田排放量，有益于作物整個(gè)苗期的生長(zhǎng)育期，為后期產(chǎn)量的提高儲(chǔ)備了充足的養(yǎng)分。