張作合 李鐵成 張忠學 李 凱 李浩宇 孔凡丹

(1.綏化學院農業(yè)與水利工程學院， 綏化 152061； 2.東北農業(yè)大學水利與土木工程學院， 哈爾濱 150030；3.東北農業(yè)大學農業(yè)農村部農業(yè)水資源高效利用重點實驗室， 哈爾濱 150030)

0 引言

全球氣候變暖問題已經受到世界各國的高度關注，農業(yè)生產活動是甲烷、氧化亞氮等非二氧化碳溫室氣體排放最主要途徑之一，其中稻田是甲烷、氧化亞氮的主要排放源[1]。研究表明，甲烷和氧化亞氮總排放量中分別有10%～27%、12%～17.9%來自稻田[2-3]，甲烷和氧化亞氮在大氣中的濃度雖遠低于二氧化碳，但在100年尺度上甲烷和氧化亞氮的GWP分別是二氧化碳的28、265倍，對溫室效應的貢獻率分別為15%和5%[4]。因此，減少稻田溫室氣體排放量是緩解全球氣候變暖最為有效的方法之一。近些年來，節(jié)水灌溉技術在各國的廣泛應用，使水資源供需矛盾問題得到了有效地緩解。該技術的應用能夠顯著減少稻田甲烷排放量，但增加了稻田氧化亞氮排放量[5]，同時使稻田有機質分解加速，長期應用會導致土壤肥力降低，迫切需要開展與之相適應的碳管理方式，來實現土壤資源的可持續(xù)利用。傳統(tǒng)的土壤碳管理措施如秸稈還田等，在顯著增加土壤中有機碳及土壤肥力的同時，導致土壤碳排放的激增。同時由于東北地區(qū)受低溫冷涼氣候的影響，秸稈還田技術面臨許多技術問題，如還田的秸稈當年難以腐爛，影響下年出苗率，病害增加等[6]。而新型生物質炭施用技術能夠提高土壤有機質含量[7]，有利于土壤營養(yǎng)的釋放和氮素的保留[8]，增加水稻的產量[9]，同時減少甲烷和氧化亞氮的排放[10]。

生物質炭對稻田甲烷、氧化亞氮排放的影響已得到廣泛研究[11-14]。劉玉學等[11]在稻田中施加生物質炭，發(fā)現甲烷和氧化亞氮的累積排放量較對照處理顯著降低(P<0.05)，分別降低64.2%～78.5%和16.3%～18.4%。蔣晨等[12]研究表明，施用生物質炭可有效減少甲烷排放，且甲烷的排放通量隨著生物質炭用量的增加逐漸減少。李松等[13]發(fā)現生物質炭施用可以使稻田甲烷和氧化亞氮累積排放量減少，但過量生物質炭(超過20 t/hm2)對甲烷減排效果下降。祁樂等[14]研究紫色水稻土中施加生物質炭對稻田甲烷和氧化亞氮排放的影響，發(fā)現甲烷排放通量顯著減小(P<0.05)，而對氧化亞氮無明顯減排作用。上述研究對生物質炭是否可以減少稻田甲烷和氧化亞氮排放得到的結論較為一致，但不同地域的作用效果差別很大。另外，文獻[15]研究了不同水炭運籌下稻田氧化亞氮排放規(guī)律，但只分析了氧化亞氮排放量與氮肥利用率之間的關系，關于甲烷排放與氮肥利用率之間的關系尚未進行研究。

本文以傳統(tǒng)淹水灌溉作為對比，應用15N示蹤技術，研究水炭運籌下稻田甲烷和氧化亞氮排放規(guī)律，以及稻作水氮利用對稻田痕量溫室氣體排放的影響，并計算稻田痕量溫室氣體的全球增溫潛勢(GWP)、排放強度(GHGI)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗在慶安國家灌溉試驗重點站(127°40′45″E，46°57′28″N)進行，該站位于黑龍江省綏化市慶安縣和平鎮(zhèn)，是典型的寒地黑土水稻種植區(qū)。多年平均氣溫約為2.9℃，多年平均降水量約為550 mm，多年平均水面蒸發(fā)量約為750 mm。作物水熱生長期為156～171 d，全年無霜期128 d左右。水稻生長期氣溫和降雨量日變化曲線如圖1所示。

圖1 水稻生長期氣溫和降雨量日變化曲線Fig.1 Daily variation curves of air temperature and precipitation

水稻秸稈制成生物質炭的轉化率為1/3，即每公頃稻草可制成2.5 t的秸稈生物質炭。生物質炭的碳、氮含量分別為42.72%、1.26%，pH值為8.86。供試土壤pH值為6.40，其他主要理化性質(質量比計)：有機質為41.80 g/kg，全氮為1.51 g/kg，堿解氮為148.27 mg/kg，全磷為15.61 g/kg，速效磷為24.22 mg/kg，全鉀為19.86 g/kg，速效鉀為156.13 mg/kg。供試水稻品種為綏粳18，插秧密度為25 穴/m2。

1.2 試驗設計

設置傳統(tǒng)淹水灌溉(F)和干濕交替灌溉(C)兩種水分管理模式(表1)。生物質炭施用量設4個水平，即0 t/hm2(B0)、2.5 t/hm2(B1)、12.5 t/hm2(B2)、25 t/hm2(B3)。共計8個處理，每個處理3次重復，共24個方形試驗小區(qū)(10 m×10 m)。秸稈生物質炭在表層土壤中施入，并均勻混合；純氮施入量110 kg/hm2，分為基肥(50%)、蘗肥(20%)、穗肥(30%)3個階段施入；K2O施入量80 kg/hm2，分基肥(50%)和穗肥(50%)2個階段施入；P2O5施入量45 kg/hm2，作為基肥一次性全部施入，并根據各階段的施入比例計算尿素、過磷酸鈣和硫酸鉀的實際施入量。試驗小區(qū)內設置15N示蹤微區(qū)，在每個小區(qū)內預埋4 m2無底鋼制方形框，微區(qū)內施用豐度為10.22%的15N標記尿素(上?；ぱ芯吭荷a)，其他條件與所在小區(qū)相同。

表1 稻田各生育期水分管理Tab.1 Water management during each growth period of rice field

1.3 樣品采集與測定

1.3.1肥料吸收利用率

根據文獻[16]的方法分別計算各期氮肥的吸收利用率(NUE)。

1.3.2耗水量

水稻階段耗水量計算式為

ETi=ΔWi+Ii+Pi-Ri

(1)

式中ETi——生育期階段耗水量，mm

ΔWi——生育期階段儲水量差值，mm

Ii——生育期階段灌水量，mm

Pi——生育期階段降雨量，mm

Ri——生育期階段排水量，mm

i表示生育階段，i為1、2、3、4、5分別代表分蘗期、拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期、灌漿期和成熟期。

水稻生育期總耗水量計算式為

ETtotal=∑ETi

(2)

式中ETtotal——生育期總耗水量，mm

水分利用效率WUE計算式為

(3)

式中Y——水稻經濟產量，kg/hm2

1.3.3甲烷、氧化亞氮樣品采集

甲烷、氧化亞氮的排放通量采用人工靜態(tài)暗箱-氣象色譜法定位觀測。靜態(tài)箱結構如圖2所示，靜態(tài)箱由上部箱體(材料為5 mm透明有機玻璃，根據株高變化選用60 cm和120 cm高度的箱體)和下部不銹鋼底座(頂端密封槽寬2 cm、深5 cm，底部設置通水通氣孔)構成，預埋底座和溫度傳感器。按照靜態(tài)箱結構示意圖安裝采氣管(入箱20 cm)、三通閥和注射器(60 mL)，三通閥另一個孔與采氣袋連接。采氣時，將水注入不銹鋼底座的密封槽中來避免箱體中的氣體與外界發(fā)生交換。田間氣體采樣按照生育期劃分時段，采集氣樣的時間為當日的10:00—14:00之間[15,17]。每隔7～10 d采樣一次，特殊情況增加氣樣采集次數。采樣時，箱密封放置后靜止2～3 min，使箱內氣體混合均勻。每個處理分別在第0、10、20、30分鐘各采集1次氣體，一個氣體樣品為前后連續(xù)采集的兩個氣袋，并同步記錄氣溫、地溫和箱內溫度。

圖2 靜態(tài)箱結構示意圖Fig.2 Static box structure diagram1.底座 2.密封水槽 3.箱體 4.風扇 5.箱內溫度傳感器 6.采氣管 7.三通閥 8.注射器 9.測溫表 10.地表溫度傳感器 11.10 cm土壤濕度傳感器 12.通水通氣孔

1.3.4氣體樣品測定

甲烷、氧化亞氮樣品采用氣相色譜(島津GC-17A型，日本)檢測甲烷、氧化亞氮濃度。

稻田甲烷、氧化亞氮排放通量計算式為

(4)

式中F——甲烷的排放通量(mg/(m2·h))或氧化亞氮的排放通量(μg/(m2·h))

ρ——標準狀態(tài)下甲烷、氧化亞氮的密度，分別為0.714、1.964 g/m3

H——箱體有效高度，m

dc/dt——采樣過程中采樣箱內甲烷或氧化亞氮濃度變化率，mL/(m3·h)

T——采樣箱內的平均溫度，℃

P0——標準大氣壓

P——采樣箱內氣壓，取P=P0

甲烷、氧化亞氮總排放量(kg/hm2)[18]計算式為

(5)

式中n——生育期觀測次數

Fi——第i次采樣時甲烷、氧化亞氮排放通量，mg/(m2·h)

Fi+1——第i+1次采樣時甲烷、氧化亞氮排放通量，mg/(m2·h)

其中ti+1-ti為第i次到i+1次采樣的時間間隔，d。

1.3.5GWP和GHGI

全球增溫潛勢GWP(二氧化碳的GWP為1)以100 a為時間尺度，單位質量的甲烷和氧化亞氮氣體的GWP分別為二氧化碳的28、265倍，計算式為

GWP=28fCH4+265fN2O

(6)

式中fCH4、fN2O——稻田生態(tài)系統(tǒng)在水稻本田期甲烷、氧化亞氮的排放量

溫室氣體排放強度GHGI，即單位產量的全球增溫潛勢(kg/kg)，計算式為

GHGI=GWP/Y

(7)

1.3.6產量

水稻成熟期進行測產。

1.3.7氣象數據

由DZZ2型自動氣象站自動記錄。氣體采樣時用溫度計測定土表溫度、5 cm土層溫度和10 cm土層溫度。

2 結果與分析

2.1 不同水炭運籌下稻田甲烷、氧化亞氮排放規(guī)律

圖3為水炭運籌下相同灌溉模式不同處理的甲烷排放通量變化曲線。比較干濕交替灌溉和傳統(tǒng)淹水灌溉模式甲烷排放通量的變化曲線得到，干濕交替灌溉模式甲烷排放通量有3次峰值出現，而傳統(tǒng)淹水灌溉模式只出現2次排放峰值。兩種灌溉模式所有處理中甲烷的排放通量最高峰值均出現在插秧后第65天的拔節(jié)孕穗期。干濕交替灌溉模式水稻本田生長期甲烷排放通量最大值為23.51 mg/(m2·h)，而傳統(tǒng)淹水灌溉模式甲烷排放通量最大值為45.13 mg/(m2·h)；干濕交替灌溉模式甲烷排放通量最小值為0.50 mg/(m2·h)，而傳統(tǒng)淹水灌溉模式甲烷排放通量最小值為0.86 mg/(m2·h)。生物質炭施用量相同時，傳統(tǒng)淹水灌溉模式各處理甲烷的排放通量較大，而干濕交替灌溉模式較小。

圖3 水稻本田生長期各處理甲烷排放通量變化曲線Fig.3 Changes of methane emission flux of different treatments in rice growth period

圖4為水炭運籌下相同灌溉模式不同處理的氧化亞氮排放通量變化曲線。比較干濕交替灌溉和傳統(tǒng)淹水灌溉模式氧化亞氮排放通量的變化曲線得到，干濕交替灌溉模式各處理氧化亞氮排放通量在整個生育期劇烈波動，而常規(guī)灌溉模式各處理氧化亞氮排放通量波動較為和緩。干濕交替灌溉和傳統(tǒng)淹水灌溉模式氧化亞氮排放通量最高峰值出現時間和數值都不同，傳統(tǒng)淹水灌溉模式氧化亞氮的排放通量最高峰值在分蘗期曬田時出現，而干濕交替灌溉模式氧化亞氮的排放通量最高峰值則在拔節(jié)孕穗期出現。干濕交替灌溉模式水稻本田生長期氧化亞氮排放通量最大值為58.37 μg/(m2·h)，而傳統(tǒng)淹水灌溉模式氧化亞氮排放通量最大值為41.03 μg/(m2·h)；干濕交替灌溉模式氧化亞氮排放通量最小值為0.62 μg/(m2·h)，而傳統(tǒng)淹水灌溉模式氧化亞氮排放通量最小值為-7.75 μg/(m2·h)。生物質炭施用量相同時，干濕交替灌溉模式各處理氧化亞氮的排放通量均高于傳統(tǒng)淹水灌溉模式。

圖4 水稻本田生長期各處理氧化亞氮排放通量變化曲線Fig.4 Changes of nitrous oxide emission flux of different treatments in rice growth period

2.2 不同水炭運籌下稻田甲烷、氧化亞氮排放總量、GWP和GHGI

由表2可知，生物質炭施用量相同時，稻作傳統(tǒng)淹水灌溉模式的甲烷總排放量顯著高于干濕交替灌溉模式(P<0.05)，施加生物質炭可以明顯減少稻田甲烷排放量。生物質炭施用量相同時，稻作干濕交替灌溉模式氧化亞氮總排放量高于傳統(tǒng)淹水灌溉模式，施加生物質炭可以明顯減少稻田氧化亞氮排放量。雖然單位氧化亞氮排放所產生的GWP遠大于甲烷，但氧化亞氮排放所產生的GWP僅為甲烷的1%左右。干濕交替灌溉模式產生的GWP小于傳統(tǒng)淹水灌溉模式，且氧化亞氮排放產生的GWP在二者所產生GWP總量中所占的比例較小，因此各處理GWP的變化趨勢與單位產量甲烷排放量的變化趨勢基本一致。生物質炭施用量相同時，稻作干濕交替灌溉模式所產生的GWP顯著低于傳統(tǒng)淹水灌溉模式(P<0.05)，施加生物質炭可以明顯減少稻田GWP。干濕交替灌溉模式和傳統(tǒng)淹水灌溉模式水稻本田生長期的GHGI分別在0.58～1.04 kg/kg 和0.86～2.23 kg/kg范圍內變化。干濕交替灌溉和傳統(tǒng)淹水灌溉模式的GHGI最大值的處理是DB0和FB0，而GHGI最小值的處理是DB2和FB3。比較干濕交替灌溉和傳統(tǒng)淹水灌溉模式之間稻田GHGI可知，生物質炭施用量相同時，稻作干濕交替灌溉模式的GHGI顯著低于傳統(tǒng)淹水灌溉模式(P<0.05)，分別降低53.47%、54.04%、59.86%和30.19%。施加生物質炭可以明顯減少水稻本田生長期的GHGI，稻作干濕交替灌溉模式下DB1、DB2、DB3處理的GHGI較DB0處理分別降低6.75%、43.54%、42.31%，稻作傳統(tǒng)淹水灌溉模式下FB1、FB2、FB3處理的GHGI較FB0處理分別降低5.58%、34.56%、61.55%。試驗結果表明，生物質炭施用量相同時，稻作干濕交替灌溉模式所產生的GWP、GHGI顯著低于傳統(tǒng)淹水灌溉模式(P<0.05)，施加生物質炭可以明顯減少稻田痕量溫室氣體甲烷、氧化亞氮的GWP、GHGI。

表2 各處理的GWP和GHGITab.2 GWP and GHGI for each treatment

2.3 不同水炭運籌下稻作的水分利用效率和氮肥利用率

由表3可知，兩種灌溉模式各處理水稻的耗水量分別在5 024.47～6 037.99 m3/hm2和6 946.37～7 740.81 m3/hm2范圍內變化。生物質炭施用量相同時，干濕交替灌溉模式各處理水稻的耗水量顯著低于傳統(tǒng)淹水灌溉模式(P<0.05)。生物質炭施用量相同時，稻作干濕交替灌溉模式的WUE顯著高于傳統(tǒng)淹水灌溉模式(P<0.05)，分別提高30.77%、27.52%、40.65%和28.35%。稻作干濕交替灌溉模式下DB1、DB2、DB3處理的WUE較DB0處理分別提高2.21%、27.21%、19.85%。稻作傳統(tǒng)淹水灌溉模式下FB1、FB2、FB3處理的WUE較FB0處理分別提高4.81%、18.27%、22.12%。試驗結果表明，生物質炭施用量相同時，稻作干濕交替灌溉模式的WUE顯著高于傳統(tǒng)淹水灌溉模式(P<0.05)，施加生物質炭能夠提高WUE。

表3 各處理的水分利用效率Tab.3 Water use efficiency of different treatments

由表4可知，干濕交替灌溉模式下31.07%～40.56%的肥料-15N被稻株吸收，生物質炭施用量相同時，較傳統(tǒng)淹水灌溉提高了5.20%～11.91%；當生物質炭施加量為0～12.5 t/hm2時，兩種灌溉模式稻株對肥料-15N的NUE均隨著生物質炭施入量的增加而增大。干濕交替灌溉模式有15.55%～20.45%的基肥-15N被稻株吸收，且對基肥-15N的NUE低于傳統(tǒng)淹水灌溉模式，適量的施入生物質炭可以增加稻株對基肥-15N的NUE；傳統(tǒng)淹水灌溉模式稻株對基肥-15N的NUE隨著生物質炭施入量的增加而增大。干濕交替灌溉模式適量施入生物質炭可以增加稻株對蘗肥-15N的NUE，且在生物質炭施用量相同時高于傳統(tǒng)淹水灌溉，分別提高了13.92%、18.12%、19.32%和2.08%；傳統(tǒng)淹水灌溉模式稻株對蘗肥-15N的NUE隨著生物質炭施入量的增加而增大。施加適量的生物質炭可以增加稻株對穗肥-15N的NUE，生物質炭施用量相同時干濕交替灌溉模式高于傳統(tǒng)淹水灌溉模式；傳統(tǒng)淹水灌溉模式稻株對穗肥-15N的NUE隨著生物質炭施入量的增加而增大。

表4 稻田整體及各期肥料氮素的吸收利用率Tab.4 Nitrogen absorption and utilization efficiency of fertilizer in whole and each stage of paddy field %

2.4 稻田GWP和GHGI與氮肥吸收利用率的相關性分析

表5為兩種灌溉模式稻田痕量溫室氣體的GWP和GHGI與NUE之間的相關性。干濕交替灌溉模式下稻田痕量溫室氣體的GWP與WUE、以及GWP與氮肥整體、基肥、蘗肥、穗肥的NUE呈顯著負相關(P<0.05)；稻田痕量溫室氣體的GHGI與WUE呈顯著負相關(P<0.05)，與氮肥整體、基肥、蘗肥、穗肥的NUE呈極顯著負相關(P<0.01)。傳統(tǒng)淹水灌溉模式下稻田痕量溫室氣體的GWP與WUE、以及GWP與氮肥整體、蘗肥、穗肥的NUE呈顯著負相關(P<0.05)，與基肥的NUE呈極顯著負相關(P<0.01)；稻田痕量溫室氣體的GHGI與WUE、以及GHGI與氮肥整體、蘗肥的NUE呈顯著負相關(P<0.05)，與基肥、穗肥的NUE呈極顯著負相關(P<0.01)。

表5 稻田痕量溫室氣體的GWP和GHGI與水氮利用率的相關系數Tab.5 Correlation coefficients between GWP and GHGI of trace greenhouse gases and water and nitrogen utilization in paddy fields

3 討論

在東北寒地黑土水稻種植區(qū)，節(jié)水灌溉技術被廣泛應用。生物質炭施用量相同時，稻作干濕交替灌溉模式甲烷總排放量顯著高于傳統(tǒng)淹水灌溉模式(P<0.05)。水稻分蘗末期，為了鞏固水稻有效分蘗，會通過曬田措施來改善土壤環(huán)境，增強根系活力，控制稻株的無效分蘗，減少肥料浪費。短時間內稻田土壤含水量迅速下降，土壤的通氣性增強，迅速增加了耕層土壤O2含量，致使耕層土壤處于強氧化狀態(tài)，導致產甲烷菌活性降低和數量減少，因此，本研究在曬田期兩種灌溉模式各處理的甲烷排放均急劇減小。生物質炭影響稻田甲烷排放的主要原因包括：生物質炭影響土壤水分含量、提高土壤O2含量及氧化還原電位(Eh)數值、改變微生物所需碳源供應量。土壤水分是影響稻田甲烷排放的關鍵因素之一[19]。通常情況下，土壤O2含量、甲烷擴散、產甲烷菌和甲烷氧化菌的活性均受土壤含水量的影響。稻田土壤水分較少時，產生的甲烷被甲烷氧化菌氧化導致排放量減少；水分較多時，有機物會進行厭氧分解，導致甲烷大量排放?？偟膩砜?，生物質炭對稻田土壤含水量的調節(jié)受生物質炭施入量及自身保水性、土壤類型及性質等因素的影響。水稻土在厭氧培養(yǎng)和好氧培養(yǎng)下甲烷排放量分別為1.18～118 g/g和0.41～136 μg/g[20]，二者之間的甲烷排放量差異顯著(P<0.05)。施入稻田的生物質炭與土壤黏粒的結合，提高了土壤總孔度，增加了稻田土壤O2含量[21-23]，極大地提高了甲烷被甲烷氧化菌氧化的幾率，從而減少甲烷排放。低氧化還原電位(小于-150 mV)是甲烷產生的必要條件[24]，Eh越低，產甲烷量越大。只有稻田土壤Eh低于-150 mV時才能生成甲烷，當Eh從-200 mV降到-300 mV時，甲烷生成量增加了10倍左右，而排放量卻增加了17倍以上[25]。稻田施加生物質炭可以增加土壤O2含量，提高土壤的Eh，抑制甲烷生成[21-23]。同時生物質炭中含有大量K元素，K元素也有增加Eh的作用[26]，也可以抑制甲烷生成。另外，生物質炭會吸附土壤活性有機質，導致產甲烷菌的碳源減少[12]。施用生物質炭改善了農田土壤理化性質[27]，縮短了稻株根系形態(tài)建成時間，促進了前期根系生長，延緩后期根系衰老，有利于根系對水分和氮素的吸收，從而促進根系組織結構發(fā)育[28]。施加適量生物質炭提高了根系生理活性，促進根系對水分和礦物質元素的吸收，提高了稻作的水分利用效率和肥料的氮素吸收利用率[29]。

IPCC報告(2013年)顯示，單位產量氧化亞氮產生的溫室氣體效應是CO2的265倍，而單位產量甲烷產生的溫室氣體效應是CO2的28倍[4]。兩種灌溉模式相比，干濕交替灌溉模式雖然增加了單位產量氧化亞氮的排放量，但卻降低了單位產量甲烷的排放量，而單位產量氧化亞氮排放量只有甲烷排放量的1%左右，所以稻田痕量溫室氣體的GWP、GHGI主要由甲烷排放量決定。相同生物質炭施用量下干濕交替灌溉模式稻田痕量溫室氣體的GWP、GHGI顯著低于傳統(tǒng)淹水灌溉模式(P<0.05)，施加生物質炭可以有效地減少GWP、GHGI。GHGI是一項重要的指標，它將溫室效應與作物產量相結合進行綜合溫室效應評價[30-31]。前人的研究大多側重于相關指標對溫室氣體排放總量和GWP影響分析[11-14]，而關于GHGI的相關評價研究不多。本研究中，水炭運籌下稻作水氮利用率與稻田甲烷、氧化亞氮的GWP和GHGI有著密切的關系，相關分析結果表明：兩種灌溉模式稻田痕量溫室氣體的GWP和GHGI與WUE均呈顯著負相關(P<0.05)；兩種灌溉模式稻田痕量溫室氣體的GWP、GHGI與氮肥整體、基肥、蘗肥和穗肥的NUE均呈顯著或極顯著負相關。

在高肥力的寒地黑土區(qū)，關于水氮利用對甲烷、氧化亞氮排放的影響研究較少。本試驗基于15N示蹤技術研究稻田甲烷和氧化亞氮排放規(guī)律，以及稻作水氮利用對稻田痕量溫室氣體排放的影響，但對生物質炭的長期效應缺乏系統(tǒng)研究。

4 結論

(1)干濕交替灌溉和傳統(tǒng)淹水灌溉模式所有處理中甲烷排放通量最高峰值均出現在插秧后第65天的拔節(jié)孕穗期，生物質炭施用量相同時，傳統(tǒng)淹水灌溉模式各處理甲烷排放通量較大，而干濕交替灌溉模式較小。傳統(tǒng)淹水灌溉模式氧化亞氮排放通量最高峰值在分蘗期曬田時出現，而干濕交替灌溉模式氧化亞氮排放通量最高峰值則在拔節(jié)孕穗期出現，生物質炭施用量相同時，稻作干濕交替灌溉模式各處理氧化亞氮排放通量均明顯高于傳統(tǒng)淹水灌溉模式。

(2)生物質炭施用量相同時，稻作干濕交替灌溉模式的甲烷總排放量較傳統(tǒng)淹水灌溉顯著降低(P<0.05)，生物質炭施用量相同時，稻作干濕交替灌溉模式氧化亞氮總排放量高于傳統(tǒng)淹水灌溉模式，施加生物質炭可以明顯減少稻田甲烷、氧化亞氮排放量。生物質炭施用量相同時，稻作干濕交替灌溉模式所產生的GWP、GHGI顯著低于傳統(tǒng)淹水灌溉模式(P<0.05)，施加生物質炭可以明顯減少稻田痕量溫室氣體甲烷、氧化亞氮的GWP、GHGI。

(3)生物質炭施用量相同時，稻作干濕交替灌溉模式的WUE顯著高于傳統(tǒng)淹水灌溉模式(P<0.05)，施加生物質炭可以提高WUE。傳統(tǒng)淹水灌溉模式稻作對基肥-15N、蘗肥-15N、穗肥-15N的NUE隨著生物質炭施入量的增加而增大。干濕交替灌溉模式對基肥-15N的NUE低于傳統(tǒng)淹水灌溉模式，適量施入生物質炭可以增加稻株對基肥-15N的NUE；干濕交替灌溉模式適量施入生物質炭可以增加稻株對蘗肥-15N和穗肥-15N的NUE，且相同生物質炭施用水平下高于傳統(tǒng)淹水灌溉。

(4)干濕交替灌溉模式下稻田痕量溫室氣體的GWP與WUE、以及GWP與氮肥整體、基肥、蘗肥、穗肥的NUE呈顯著負相關(P<0.05)；稻田痕量溫室氣體的GHGI與WUE呈顯著負相關(P<0.05)，與氮肥整體、基肥、蘗肥、穗肥的NUE呈極顯著負相關(P<0.01)。傳統(tǒng)淹水灌溉模式下稻田痕量溫室氣體的GWP與WUE、以及GWP與氮肥整體、蘗肥、穗肥的NUE呈顯著負相關(P<0.05)，與基肥的NUE呈極顯著負相關(P<0.01)；稻田痕量溫室氣體的GHGI與WUE、以及GHGI與氮肥整體、蘗肥的NUE呈顯著負相關(P<0.05)，與基肥、穗肥的NUE呈極顯著負相關(P<0.01)。