楊通 吳俊男 鮑婷 李鳳博 馮金飛 周錫躍 方福平

（中國(guó)水稻研究所，杭州 311401；*通信聯(lián)系人，E-mail: fangfuping@caas.cn）

近年來(lái)，由溫室氣體引起的全球變暖正逐漸加劇，極端氣候現(xiàn)象頻發(fā)，人類生產(chǎn)環(huán)境和安全遭受重大考驗(yàn)[1-2]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生的溫室氣體排放問(wèn)題引起人們的廣泛關(guān)注。水稻是我國(guó)重要的糧食作物，占全國(guó)三大主糧總產(chǎn)的 34.7%[3]。然而，稻田也是主要的農(nóng)業(yè)溫室氣體排放源之一。我國(guó)稻田CH4和 N2O排放量分別占全國(guó)農(nóng)業(yè)源總排放量的37.7%和2.05%[4,5]。稻田排放的CH4和N2O主要來(lái)源于土壤。其中，CH4主要由產(chǎn)甲烷菌在厭氧條件下通過(guò) CO2還原和乙酸發(fā)酵兩種途徑產(chǎn)生[6]；而N2O主要由土壤中微生物的硝化作用和反硝化作用產(chǎn)生[7]。土壤耕作、施肥、灌溉等農(nóng)藝措施是影響水稻田土壤CH4和N2O產(chǎn)生和排放過(guò)程的重要因素[8,9]。探明農(nóng)藝措施對(duì)稻田土壤CH4和N2O產(chǎn)生和排放過(guò)程的影響，可為稻田溫室氣體減排和農(nóng)藝措施革新提供理論依據(jù)。

土壤剖面中CH4和 N2O的分布特征會(huì)直接影響其地-氣交換過(guò)程[10]。探明土壤剖面 CH4和 N2O分布時(shí)空變異特征，有利于進(jìn)一步揭示稻田土壤CH4和N2O產(chǎn)生的熱點(diǎn)區(qū)域和地下擴(kuò)散過(guò)程。以往研究表明，施肥、生物碳添加、大氣CO2濃度升高等生產(chǎn)措施或氣候條件對(duì)稻麥、稻油輪作稻田土壤CH4和N2O的剖面分布特征、擴(kuò)散通量等具有顯著影響[11-14]。土壤耕作是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要整地措施，其作用主要通過(guò)物理外力來(lái)打破土壤結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)土壤三相比例以及作物秸稈、無(wú)機(jī)肥料等在土壤中的分布。不同耕作方式會(huì)顯著影響土壤結(jié)構(gòu)和土壤剖面中碳、氮分布，進(jìn)而影響土壤中CH4和N2O的產(chǎn)生和排放過(guò)程。近 20年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)不同耕作方式下稻田 CH4和 N2O排放特征開展了大量的田間測(cè)量工作[15-20]，但耕作方式究竟會(huì)對(duì)稻田土壤剖面CH4和N2O分布產(chǎn)生怎樣的影響，目前尚不清楚。

雙季稻是我國(guó)南方重要的稻作模式，2018年全國(guó)雙季稻面積占水稻總播種面積的33.3%，產(chǎn)量占總產(chǎn)的 28.3%[3]。然而，雙季稻田的單位面積溫室氣體排放量也顯著高于其他稻作模式。研究雙季稻田土壤剖面中溫室氣體時(shí)空變化規(guī)律及其影響因素，對(duì)我國(guó)稻田溫室氣體減排具有重要意義。以往對(duì)稻田土壤剖面CH4和 N2O分布特征的研究主要集中在水旱輪作稻田，而對(duì)雙季稻稻田研究較少。為此，本研究以雙季稻模式為對(duì)象，通過(guò)小區(qū)實(shí)驗(yàn)，研究了不同耕作與培肥處理對(duì)雙季稻田CH4和N2O的土壤剖面分布和排放特征的影響，以期探明雙季稻田土壤剖面CH4和N2O時(shí)空變化規(guī)律及其關(guān)鍵影響因素，為其減排提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地點(diǎn)位于浙江省杭州市富陽(yáng)區(qū)中國(guó)水稻研究所試驗(yàn)基地(30°05′N, 119°55′E)。該地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均降水量1454 mm，氣溫17.8℃，是我國(guó)南方典型雙季稻種植區(qū)。試驗(yàn)小區(qū)土壤pH值為5.82，土壤養(yǎng)分含量分別為：有機(jī)碳17.85 g/kg，全氮1.787 g/kg，全磷0.427 g/kg和全鉀15.76 g/kg。

采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以耕作方式[旋耕(rotary tillage，RT)和免耕(no tillage, NT)]為主區(qū)，培肥處理[不施肥(CK)，常規(guī)化肥(F)和常規(guī)化肥+秸稈還田(FS)]為副區(qū)，共有旋耕不施肥(RT-CK)、旋耕+常規(guī)化肥(RT-F)、旋耕+秸稈還田(RT-FS)、免耕不施肥(NT-CK)、免耕+常規(guī)化肥(NT-F)和免耕+秸稈還田(NT-FS) 6個(gè)處理。每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，共計(jì)18個(gè)小區(qū)。每個(gè)小區(qū)面積為28 m2（4 m×7 m）。每個(gè)小區(qū)之間用黑色塑料薄膜覆蓋田?。?0 cm高和30cm寬）以防水分和養(yǎng)分側(cè)滲。對(duì)常規(guī)耕作處理，用小型旋耕機(jī)于水稻移栽前在每個(gè)小區(qū)進(jìn)行旋耕，深度為10 cm左右。對(duì)秸稈還田處理，將每個(gè)小區(qū)的水稻地上植株全部收集起來(lái)，脫粒后用切草機(jī)切割成5 cm左右的碎段，進(jìn)行全量還田；而非秸稈還田處理的小區(qū)水稻地上部分全部移出。早稻季秸稈還田于前一年（2017年）晚稻收獲后進(jìn)行還田，還田量為5.17 t/hm2；晚稻季秸稈還田于2018年早稻收獲后進(jìn)行還田，還田量為5.82 t/hm2。

早、晚稻分別于5月2日和8月2日移栽，7月25和11月1日收割，插秧密度分別為15 cm×25 cm和20 cm×30 cm。N、P、K肥分別為尿素、過(guò)磷酸鈣和氯化鉀，早稻折合N、P2O5、K2O施用量為120、65和90 kg/hm2，其中P肥和K肥作基肥施用，N 肥分基肥(50%)、分蘗肥(25%)和穗肥(25%)三次施用。旋耕處理下，基肥經(jīng)旋耕混勻在耕層中，蘗肥和穗肥采用拋灑表施方式；免耕條件下，均采用拋灑表施方式。晚稻折合N、P2O5、K2O施用量分別為150、75和112.5 kg/hm2，施肥方式同早稻。其余操作管理依據(jù)當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)種植方式進(jìn)行。

1.2 樣品采集與測(cè)定

采用靜態(tài)箱法連續(xù)監(jiān)測(cè)稻田 CH4和N2O的排放通量。箱體材質(zhì)為不銹鋼，尺寸為50 cm×50 cm×50 cm，外覆保溫、反光材料，避免外界溫度和太陽(yáng)光的干擾。水稻移栽后，立即在小區(qū)內(nèi)固定不銹鋼底座，保持不動(dòng)直至下一次水稻移栽。為了避免對(duì)土壤的干擾，鋪設(shè)可移動(dòng)棧橋來(lái)收集樣本。此外，從抽穗期到收獲期，水稻植株較高，為避免損傷水稻植株，對(duì)靜態(tài)箱進(jìn)行加高。水稻生長(zhǎng)期氣體樣品采集間隔為一周左右，施肥后增加取樣次數(shù)，采樣間隔為 2～3 d，一周后恢復(fù)正常采樣。取樣時(shí)間為早上8:00至10:00，每次采樣時(shí)間為30 min，固定好靜態(tài)箱后，分別在0、10、20、30 min用60 mL注射器收集4個(gè)樣本。在實(shí)驗(yàn)室使用氣相色譜儀(GC 2010，島津)對(duì)氣體樣品進(jìn)行分析。田間CH4和N2O的排放通量(F)計(jì)算公式如下:

其中，F(xiàn)代表CH4排放通量[mg/(m2·h)]或N2O排放通量[μg/(m2·h)]，ρ代表 CH4密度（0.714 kg/m3）或N2O密度（1.964 kg/m3），V和A分別代表靜態(tài)箱的體積（m3）和面積（m2），dc/dt代表 CH4或N2O在單位時(shí)間內(nèi)的濃度變化[μL/(L·h)]，T代表靜態(tài)箱內(nèi)的空氣溫度(℃)。

在水稻移栽后，為采集0-5 cm、5-10 cm、10-15 cm和15-20 cm土層土壤溶液，在土深2.5 cm、7.5 cm、12.5 cm和17.5 cm處垂直土壤剖面插入直徑0.5 cm、長(zhǎng)度5 cm的陶瓷土壤溶液采集器。分別在早、晚稻的返青期、分蘗期、抽穗期和灌漿期用20mL注射器采集田面水和各土層土壤溶液10 mL貯存于20 mL真空瓶中，帶回實(shí)驗(yàn)室采用頂空-平衡法測(cè)量土壤溶液中 CH4和N2O濃度。土壤溶液中CH4和N2O濃度計(jì)算公式如下[21]：

在公式2）中，Cgreenhousegas代表土壤溶液中CH4濃度（μmol/L）或N2O濃度（nmol/L），m代表真空瓶頂空內(nèi)的氣體濃度（μL/L），Gv和GL分別代表真空瓶中氣體和液體的體積，MV代表常溫常壓下CH4和N2O摩爾體積（CH4為24.78 L/mol，N2O為24.60 L/mol）。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行Pearson相關(guān)性和雙因素方差分析；采用Origin 9.0軟件進(jìn)行制圖。

圖1 早稻季各處理不同生育期土壤剖面CH4濃度Fig. 1. CH4 concentration in soil profile at different growth stages in the early rice growing season.

2 結(jié)果與分析

2.1 田面水和土壤剖面CH4濃度

早稻季不同生育期土壤剖面CH4濃度如圖1所示。在苗期，各處理田面水CH4濃度均低于表層0－5 cm土壤中CH4濃度，但與10－15 cm和15－20 cm土層中CH4濃度相近。土壤剖面中CH4濃度整體上呈現(xiàn)隨深度增加而下降的趨勢(shì)。與免耕相比，旋耕對(duì)田面水中CH4濃度沒(méi)有顯著影響，但是顯著增加了土壤剖面中CH4濃度，尤其是在CK和施肥+秸稈還田（FS）處理。在化肥處理下，旋耕僅顯著增加了0－5 cm土層CH4濃度。在分蘗期，從田面水到土壤剖面CH4濃度的縱向變化趨勢(shì)與苗期基本一致。與免耕相比，旋耕顯著增加了0-5 cm和5－10 cm土層中CH4濃度。在抽穗期，田面水CH4濃度（0.29 μmol/L）和土壤剖面CH4濃度（2.82 μmol/L）均低于分蘗期（田面水，0.88 μmol/L；土壤，10.49 μmol/L）和苗期（田面水，2.05 μmol/L；土壤，17.66 μmol/L）。旋耕-CK和旋耕-F處理CH4濃度縱向分布呈不斷增加趨勢(shì)。與免耕相比，旋耕在CK和FS處理下具有較強(qiáng)的效應(yīng)，顯著增加了0－5 cm、5－10 cm、10－15 cm和15－20 cm土層CH4濃度；在化肥處理下，僅增加了10－15 cm和15－20 cm土層中CH4濃度。在灌漿期，除了免耕-化肥和旋耕-化肥處理外，其他處理田面水和土壤剖面中CH4濃度均有回升，其均值分別達(dá)到3.56 μmol/L和9.33 μmol/L。CH4縱向分布與苗期和分蘗期相近。

在晚稻季（圖 2），各處理田面水和土壤剖面中CH4濃度均高于早稻季。晚稻季四個(gè)時(shí)期田面水和土壤剖面中CH4濃度的縱向分布較為一致，田面水中CH4濃度整體低于土壤剖面中CH4濃度，土壤中 CH4濃度整體表現(xiàn)出隨深度增加而降低的趨勢(shì)。旋耕和免耕對(duì)土壤CH4濃度的影響主要表現(xiàn)在耕作層0－10 cm。在苗期和分蘗期，三種肥料處理下，與免耕相比，旋耕均顯著增加了0－5 cm和5－10 cm土層中CH4濃度。在抽穗期和灌漿期，在化肥處理下，旋耕和免耕土壤剖面中CH4濃度沒(méi)有顯著差異。

圖2 晚稻季各處理不同生育期土壤剖面CH4含量Fig. 2. CH4 concentration in soil profile at different growth stages in the late rice growing season.

多因素方差分析結(jié)果顯示（表 1），早稻季耕作措施對(duì)田面水中CH4濃度沒(méi)有顯著效應(yīng)。但是培肥處理對(duì)田面水中 CH4濃度具有顯著效應(yīng)。FS處理早稻季田面水CH4濃度（3.51 μmol/L）顯著高于CK（0.72 μmol/L）和化肥（0.85 μmol/L）處理。耕作和培肥處理對(duì)土壤剖面中CH4濃度具有顯著效應(yīng)，但是對(duì)0-5 cm土層沒(méi)有互作效應(yīng)。同時(shí)，不同生育期田面水和0－5 cm、5－10 cm土層CH4濃度具有顯著差異，均表現(xiàn)為苗期和分蘗期高于抽穗期和灌漿期。早稻季，耕作和培肥處理均與生育期存在互作效應(yīng)。晚稻季耕作和培肥處理的效應(yīng)與早稻季存在差異，耕作和培肥處理對(duì)田面水CH4濃度存在互作效應(yīng)。在CK處理下，旋耕田面水CH4濃度（9.42 μmol/L）顯著高于免耕（3.39 μmol/L）；在化肥處理下，旋耕（3.82 μmol/L）和免耕（3.83 μmol/L）田面水CH4濃度相近；在FS處理下，旋耕田面水CH4濃度（15.27 μmol/L）顯著高于免耕（8.09 μmol/L）。而生育期對(duì)土壤 CH4濃度無(wú)顯著效應(yīng)，對(duì)田面水CH4濃度具有顯著效應(yīng)。在晚稻季，僅培肥處理與生育期存在互作效應(yīng)。CK和化肥處理下田面水 CH4濃度在各生育期間變化較小。FS處理下表現(xiàn)為苗期（20.46 μmol/L）和分蘗期（11.95 μmol/L）顯著高于抽穗期（5.71 μmol/L）和灌漿期（8.58 μmol/L）。

表1 早晚稻季田面水和土壤剖面CH4濃度的耕作方式（T）、培肥措施（F）和生育期（S）多因素方差分析Table 1. Multivariate analysis of variance for tillage (T), fertilization (F) and growth stage (S) on CH4 concentration in the surface water and soil profile in the early and late rice growing seasons.

圖3 早稻季各處理不同生育期土壤剖面N2O含量Fig. 3. N2O concentration in soil profile at different growth stages in the early rice growing season.

2.2 田面水和土壤剖面N2O濃度

如圖3所示，早稻季N2O縱向分布與CH4存在較大差異。整體上，田面水中N2O濃度要高于土壤剖面中N2O濃度。土壤剖面中N2O濃度沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的隨土壤深度變化而增加的趨勢(shì)。在苗期，各處理田面水N2O濃度均值為21.50 nmol/L，而土壤剖面中N2O濃度均值僅為7.55 nmol/L。不同耕作方式下田面水和土壤剖面中 N2O濃度無(wú)顯著差異。在分蘗期，與免耕相比，旋耕在CK處理下顯著降低了田面水和土壤剖面中N2O濃度。在抽穗期和灌漿期，田面水和土壤剖面中N2O濃度與苗期和分蘗期相近。旋耕對(duì)田面水中N2O沒(méi)有顯著影響，但是在CK處理下顯著降低了土壤剖面中N2O濃度。

在晚稻季（圖4），苗期田面水中N2O濃度與土壤剖面中N2O濃度無(wú)顯著差異。土壤剖面中不同深度土層N2O濃度沒(méi)有明顯的變化趨勢(shì)。免耕和旋耕處理田面水和土壤剖面 N2O濃度均沒(méi)有顯著差異。在分蘗期，在不施肥CK處理下，旋耕處理田面水和5－10 cm土層N2O濃度顯著低于免耕。在FS處理下，旋耕顯著增加了0－5 cm土層N2O濃度。而在化肥處理下，免耕和旋耕土壤剖面N2O濃度沒(méi)有顯著差異。在抽穗期，在CK處理下，旋耕顯著降低了0－5 cm和5－10 cm土層N2O濃度；在化肥處理下，旋耕顯著降低了田面水、0-5 cm、10－15 cm和15－20 cm土層N2O濃度；在FS處理下，旋耕顯著降低了5－10 cm和10－15 cm土層N2O濃度。在灌漿期，在CK處理下，旋耕降低了0－5 cm土層中N2O濃度。而在化肥和FS處理下，旋耕則增加了部分土層中N2O濃度。

對(duì)N2O的方差分析結(jié)果顯示（表2），在早稻季，耕作和施肥處理對(duì)田面水N2O濃度無(wú)顯著效應(yīng)，而生育期之間存在顯著差異，表現(xiàn)為苗期（21.50 nmol/L）和分蘗期（15.63 nmol/L）顯著高于抽穗期（11.32 nmol/L）和灌漿期（10.31 nmol/L）。對(duì)于土壤N2O濃度，耕作措施僅對(duì)10－15 cm和15－20 cm土層N2O濃度存在顯著效應(yīng)，培肥處理僅對(duì)5-10 cm和10－15 cm土層N2O濃度存在顯著效應(yīng)，0－5 cm、5－10 cm和15－20 cm土層N2O濃度在不同生育期存在顯著差異。在晚稻季，耕作、培肥和生育期對(duì)田面水N2O的效應(yīng)與早稻相近。但不同生育期N2O濃度表現(xiàn)為灌漿期（12.97 nmol/L）和抽穗期（10.71 nmol/L）高于苗期（9.15 nmol/L）和分蘗期（8.24 nmol/L）。對(duì)于晚稻季土壤N2O濃度，耕作措施沒(méi)有顯著效應(yīng)。培肥處理對(duì) 0－5 cm和5－10 cm土層N2O濃度存在顯著效應(yīng)。耕作和培肥處理僅對(duì)0－5 cm土層N2O存在互作效應(yīng)。生育期對(duì)10－15 cm和15－20 cm土層土壤N2O濃度具有顯著效應(yīng)。

圖4 晚稻季各處理不同生育期土壤剖面N2O含量Fig. 4. N2O concentration in soil profile at different growth stages in the late rice growing season.

2.3 CH4和N2O凈排放通量

雙季稻生育期內(nèi)各處理的CH4排放通量變化趨勢(shì)一致，呈明顯的季節(jié)性變化；早稻生長(zhǎng)季排放通量較低，晚稻生長(zhǎng)季排放量較高（圖5-A）。在早稻季，CH4排放通量在移栽后逐漸增加，在分蘗末期（5月27日）達(dá)到排放峰值，其后，隨著曬田的影響，CH4排放通量逐漸降低。復(fù)水后，旋耕-FS處理出現(xiàn)排放峰值，此后逐漸下降。在晚稻生長(zhǎng)季，CH4排放趨勢(shì)與早稻相近，各處理在插秧后的 2～3周內(nèi)迅速達(dá)到峰值，其排放峰要顯著高于早稻，此后CH4排放通量逐漸降低。

表2 早晚稻季田面水和土壤剖面N2O濃度的耕作方式（T）、培肥措施（F）和生育期（S）多因素方差分析Table 2. Multivariate analysis for tillage practice (T), fertilization method (F) and growth stage (S) on N2O concentration in the surface water and soil profile in the early and late rice growing seasons.

圖5 雙季稻田CH4和N2O排放通量季節(jié)變化特征Fig. 5. Seasonal changes of CH4 and N2O fluxes from the double-cropping rice field.

早晚稻季 N2O排放通量受田間淹水情況影響（圖 5-B）。在淹水期，無(wú)論早稻還是晚稻，各處理的N2O排放通量均保持在較低水平。早稻變化范圍為-4.19 μg/(m2·h)至 31.46 μg/(m2·h)；晚稻變化范圍為-5.52 μg/(m2·h)至 39.67 μg/(m2·h)。而在早晚稻排水期，N2O排放出現(xiàn)顯著的峰值，最高達(dá)到1308.36 μg/(m2·h)。

表3 雙季稻CH4和N2O凈排放通量與田面水和土壤剖面濃度的相關(guān)性Table 3. Correlation between the net flux rates of CH4 and N2O and the concentrations of CH4 and N2O in the surface water and soil profile of early and late rice.

早晚稻季CH4和N2O凈排放通量與田面水和土壤剖面中 CH4和N2O濃度相關(guān)性分析結(jié)果顯示（表4），早稻季CH4凈排放通量與田面水和土壤剖面 CH4濃度具有顯著正相關(guān)關(guān)系。晚稻季 CH4凈排放通量與田面水和0－5 cm、5－10 cm和10－15 cm土層CH4濃度具有顯著正相關(guān)關(guān)系，而與15－20 cm土層CH4濃度相關(guān)未達(dá)顯著水平。這說(shuō)明在早稻季整個(gè)耕層對(duì) CH4的產(chǎn)生和排放具有重要影響，而在晚稻季，中、淺層土壤是影響CH4產(chǎn)生和排放的主要區(qū)域，而深層土壤（15－20 cm）對(duì)CH4的排放影響很小。相反，N2O凈排放通量在早稻季僅與表層土壤（0－5 cm）顯著正相關(guān)；但晚稻季N2O排放通量與0－5 cm土層無(wú)顯著相關(guān)，而與其他土層顯著和極顯著正相關(guān)。這說(shuō)明，表層土壤是影響早稻季N2O排放的主要因素，而中下層土壤是影響晚稻季N2O排放的主要因素。

3 討論

3.1 田面水和土壤剖面CH4濃度

本研究采用 Rhizon土壤溶液取樣器采集測(cè)定了雙季稻田主要生育期土壤剖面CH4濃度。各處理早晚稻季不同深度土壤溶液中 CH4濃度范圍為0.12～233.85 μmol/L，高于稻麥輪作稻田[22]。這可能主要是因?yàn)殡p季稻田CH4凈排放通量高于稻麥輪作稻田，因此雙季稻田土壤剖面中CH4產(chǎn)生量可能高于稻麥輪作稻田。在多數(shù)采樣期上層土壤（0－5 cm和5－10 cm）CH4濃度顯著高于下層土壤（10－15 cm和15－20 cm）（圖1和圖2），0－5 cm和5－10 cm土層是主要的產(chǎn)甲烷區(qū)。一方面，上層土壤溫度高于下層土壤，這有利于產(chǎn)甲烷菌活性和微生物分解活動(dòng)[23]；另一方面，水稻根系主要分布于上層土壤，其根系分泌物提高碳氮基質(zhì)，從而促進(jìn)了甲烷的產(chǎn)生[24]。從分布特征來(lái)看，早晚稻季土壤中CH4濃度整體表現(xiàn)出隨深度增加而降低的趨勢(shì)。這與Elberling等[25]對(duì)濕地CH4剖面分布的研究結(jié)果相同，但是與旱地的研究結(jié)果不同。劉平麗[14]對(duì)稻麥和稻油輪作稻田的研究結(jié)果顯示，小麥季或油菜季土壤剖面CH4濃度隨土壤深度增加有提高趨勢(shì)。周自強(qiáng)等[22]對(duì)稻麥輪作稻田水稻季土壤剖面 CH4分布的研究結(jié)果顯示，不同肥料處理下土壤剖面CH4濃度分布表現(xiàn)出較大變異，既存在隨土壤深度增加而增加的趨勢(shì)，也存在隨土壤深度增加而降低的趨勢(shì)。由此可見(jiàn)，農(nóng)田土壤剖面CH4濃度分布受到農(nóng)作制度、水分和養(yǎng)分管理措施的影響，在不同農(nóng)藝措施下可能存在較大差異。本研究中田面水CH4濃度顯著低于上層土壤（0－5 cm和5－10 cm）（圖1和圖2）。一方面，土壤中 CH4的擴(kuò)散存在多種途徑，僅有部分 CH4直接擴(kuò)散到田面水中，大部分 CH4可能通過(guò)水稻的通氣組織直接排放到空氣中[26]；另一方面，水中 CH4溶解度較低，田面水中的 CH4可能通過(guò)水-氣界面迅速擴(kuò)散到大氣中，從而導(dǎo)致田面水中觀測(cè)到CH4濃度較低。

晚稻季各處理田面水和土壤剖面中CH4濃度均高于早稻季（圖 2）。主要是因?yàn)橥淼疽圃院髿鉁剌^高，且大量早稻殘茬提供了豐富的碳源，從而導(dǎo)致CH4的大量產(chǎn)生[27,28]。培肥處理對(duì)田面水和土壤剖面CH4濃度均存在顯著效應(yīng)（表1）。不施肥（CK）和僅施化肥處理的田面水和土壤剖面中CH4濃度相近，而化肥+秸稈（FS）處理下田面水和土壤剖面CH4濃度顯著高于CK和化肥。僅施化肥（NPK）會(huì)同時(shí)影響土壤中CH4的產(chǎn)生和氧化過(guò)程，其綜合效應(yīng)可能不顯著[29]。而秸稈還田不僅會(huì)提供大量碳源，還能降低土壤氧化還原電位，極大地促進(jìn)土壤中CH4的產(chǎn)生[30,31]。耕作措施對(duì)田面水中CH4沒(méi)有顯著影響；而對(duì)土壤剖面CH4濃度存在顯著效應(yīng)（表1）。與免耕相比，旋耕顯著增加土壤剖面中 CH4濃度，尤其是在0－5 cm和5－10 cm土層。這主要是因?yàn)樾鲗⒈韺油寥镭S富的碳氮底物混入整個(gè)耕作層，同時(shí)粉碎了較大的土壤空隙，降低了土壤通氣性，形成了有利于CH4產(chǎn)生的環(huán)境條件[32,33]。

3.2 田面水和土壤剖面N2O濃度

早晚稻季土壤剖面中 N2O濃度范圍為5.79～21.76 nmol/L，與稻麥輪作下稻田的監(jiān)測(cè)結(jié)果相近[13,22]。水稻土壤剖面中N2O濃度沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的隨土壤深度變化而增加的趨勢(shì)，這與水旱輪作稻田研究結(jié)果一致。受施肥、水分管理等農(nóng)藝措施的影響，土壤剖面N2O空間分布表現(xiàn)出較大變異，可能會(huì)隨土壤深度增加、降低或沒(méi)有顯著變化[22,34]。與 CH4不同，田面水中 N2O濃度高于土壤剖面中N2O濃度（圖3），尤其是在早稻季。其原因可能主要有兩方面：一方面，對(duì)于施肥處理，由于N肥表施（NT）或淺施（旋耕），導(dǎo)致大量銨態(tài)氮釋放到田面水中，并經(jīng)硝化和反硝化作用在田面水中直接產(chǎn)生較多N2O[35]。另一方面，有研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)土壤氮素濃度較低時(shí)反硝化細(xì)菌可以利用 N2O代替NO3-作為電子受體被還原為 N2[36]。在稻田、濕地等淹水條件下，土壤可以吸收氮素轉(zhuǎn)化過(guò)程中產(chǎn)生的N2O[37,38]。因此，對(duì)于不施肥處理，可能主要是由于土壤對(duì)N2O的吸收作用導(dǎo)致土層N2O濃度低于田面水。

耕作和培肥措施對(duì)田面水和土壤剖面 N2O的效應(yīng)較弱。僅在部分生育期觀測(cè)到顯著效應(yīng)。在不施肥條件下，旋耕相比免耕顯著降低了早稻季分蘗期、抽穗期以及灌漿期土壤剖面中N2O濃度。其原因主要有兩方面：一方面，RT有利于水稻根系下伸和生長(zhǎng)，在不施肥的條件下會(huì)加劇對(duì)土壤有效氮的消耗，降低N2O產(chǎn)生的N源；另一方面，厭氧條件下土壤大團(tuán)聚體是土壤反硝化作用的主要區(qū)域[39-40]，而旋耕與免耕相比能夠降低土壤大團(tuán)聚體的數(shù)量[41]，進(jìn)而降低了土壤反硝化作用。

4 結(jié)論

雙季稻土壤剖面 CH4濃度顯著高于田面水，同時(shí)隨土壤深度呈下降趨勢(shì)。相反，土壤剖面N2O濃度低于田面水，且不隨土壤深度發(fā)生顯著改變。耕作方式對(duì)土壤剖面 CH4和N2O濃度存在顯著效應(yīng)，與免耕相比，旋耕顯著增加了土壤剖面CH4濃度，尤其是上層土壤（0-10 cm）；但僅在CK條件下顯著降低土壤剖面 N2O濃度。早晚稻土壤 CH4和 N2O的空間分布對(duì)其凈排放通量的影響具有差異性：上層土壤是影響早晚稻CH4凈排放通量的主要因素；表層土壤對(duì)早稻季N2O排放通量影響較大，而中下層土壤對(duì)晚稻季N2O排放通量影響較大。