張怡彬，徐洋，王洪媛，王紹蓬，翟麗梅，劉宏斌

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所∕農(nóng)業(yè)農(nóng)村部面源污染控制重點實驗室，北京 100081）

由溫室氣體排放引起的全球變暖已成為當(dāng)今全球性的環(huán)境問題。氧化亞氮（N2O）和甲烷（CH4）是兩類主要的溫室氣體，其增溫潛勢分別是CO2的265 倍和28 倍[1-2]。農(nóng)業(yè)活動產(chǎn)生的N2O 和CH4分別約占人類活動排放的50%和60%[3]。稻田生態(tài)系統(tǒng)不僅在保證我國糧食安全上發(fā)揮著重要作用，同時也是N2O和CH4的重要排放源[4-5]。稻田N2O 排放量占氮肥總輸入的2.3%[6]，且全球11%的人為CH4產(chǎn)生量來自稻田[7]。因此，降低稻田溫室氣體排放對減緩全球溫室效應(yīng)具有重要貢獻(xiàn)。

稻田綜合種養(yǎng)是一種稻田生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)的高效養(yǎng)殖模式，一般采用水稻+水產(chǎn)∕水禽互利共生[8]，實現(xiàn)“一水兩用、一田雙收、穩(wěn)糧增效”[9-10]。近年來在國家的大力支持和推廣下稻田綜合種類模式得到迅速發(fā)展，2019年底全國稻田種養(yǎng)面積達(dá)到233萬hm2[11]。目前，稻田綜合種養(yǎng)模式對溫室氣體排放的影響研究主要集中在稻鴨、稻魚以及稻蝦等共生系統(tǒng)[12-17]。與水稻單作相比，稻鴨共生表現(xiàn)出對N2O排放的促進(jìn)作用和對CH4排放的抑制作用[13，18]；稻魚共生系統(tǒng)表現(xiàn)出對N2O的抑制作用和對CH4排放的促進(jìn)作用[15，19]；而稻蝦輪作系統(tǒng)對溫室氣體排放的影響則存在較大爭議，有研究認(rèn)為，稻蝦輪作系統(tǒng)會增加N2O排放，降低CH4排放[14]，但也有研究表明，稻蝦輪作對N2O 和CH4均具有減排效果[16]。稻蟹共生是我國東北地區(qū)的典型綜合種養(yǎng)模式，占我國稻田綜合種養(yǎng)面積的5.94%[11]。然而，目前關(guān)于稻蟹共生系統(tǒng)對稻田溫室氣體排放的影響研究還較少。

因此，本研究選擇我國東北地區(qū)典型的稻蟹共生模式，以遼寧省鹽堿地利用研究所實驗基地為依托，設(shè)置持續(xù)淹水水稻單作、曬田水稻單作和稻蟹共生3種模式，開展不同稻田生態(tài)系統(tǒng)下N2O 和CH4排放特征研究，對比分析稻蟹共生與不同水分管理措施水稻單作系統(tǒng)之間的溫室氣體排放差異性特征及關(guān)鍵環(huán)境因子，以期為闡明稻蟹共生模式對稻田系統(tǒng)溫室氣體排放的影響特征提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

本研究田間試驗在遼寧省鹽堿地利用研究所實驗基地開展。該基地位于遼寧省盤錦市大洼區(qū)唐家鎮(zhèn)劉家村（122°10′ E，41°02′ N），屬北溫帶亞濕潤區(qū)大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，雨量充沛，無霜期約175 d，年平均氣溫8.3 ℃，年平均降水量645 mm，降雨多集中在7—8 月。試驗地土壤類型為鹽堿土，土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)：有機質(zhì)含量10.16 g·kg-1，全氮含量0.51 g·kg-1，全磷含量9.23 g·kg-1，全鉀含量25.61 g·kg-1，土壤容重1.34 g·cm-3，pH為7.93。

1.2 試驗設(shè)計

采用微區(qū)試驗的方法，共設(shè)置持續(xù)淹水水稻單作（RM-F）、曬田水稻單作（RM-D）和稻蟹共生（RC）3個處理。其中，RM-F 和RM-D 處理均設(shè)置3 個重復(fù)（2個處理共6個小區(qū)），RC處理設(shè)置4個重復(fù)，試驗共10 個小區(qū)，完全隨機排列。所有小區(qū)試驗開始前進(jìn)行統(tǒng)一的常規(guī)田間操作，基礎(chǔ)土壤一致，小區(qū)面積為24 m（26 m×4 m）。

所有處理化肥用量相等，均為N 210 kg·hm-2、P2O596.4 kg·hm-2、K2O 77.1 kg·hm-2。肥料類型為復(fù)合肥（28-15-12）和尿素（N 46%）。根據(jù)當(dāng)?shù)厥┓柿?xí)慣，水稻單作處理（RM-F和RM-D）復(fù)合肥（642.9 kg·hm-2）作為基肥一次性投入，尿素（65.2 kg·hm-2）作為蘗肥投入，基肥∶蘗肥為8∶2；稻蟹共生處理所有肥料作為基肥一次性投入；所有處理灌水深度一致，苗期田面水位為5～10 cm，分蘗期為10～15 cm。RM-D 處理曬田7～10 d，其余處理無曬田過程。水稻的插秧與收獲時間分別為2019 年5 月31 日和2019 年10 月14日。水稻品種為鹽豐47，河蟹品種為中華絨螯蟹，投入蟹苗為大眼幼體，每個小區(qū)的蟹苗投入量為1 800只，投入時間為2019 年6 月1 日，收獲時間為2019 年10月8日。整個生育期，每個小區(qū)的螃蟹飼料投入量為2.33 kg，飼料含氮量為3.7%。田面水的取樣頻率與氣體采集時間一致，土壤樣品的采集時間分別為試驗前和試驗結(jié)束后。

1.3 溫室氣體的采集與測定

溫室氣體（N2O、CH4）采用密閉靜態(tài)箱原位采集，用氣相色譜法測定排放通量[20]。取氣裝置是由PVC管制成的方箱，方箱尺寸為長60 cm、寬40 cm、高120 cm。方箱外面用錫箔紙包裹一層海綿，以避免陽光照射造成箱體內(nèi)溫度的變化。采樣前用方箱直接罩住4株水稻植株，底部插入土壤中固定，利用田面水密封作用形成密閉環(huán)境。在施肥后的1、2、3、4、5、7 d取樣，以后每隔7 d 采集1 次氣體。需要說明的是，由于基地管理問題，8 月24 日—9 月24 日期間未能按計劃進(jìn)行氣體樣品采集，可能會對CH4和N2O 排放總量有一定的影響，但不會影響各處理間的差異性。采樣口位于箱體頂部，每次取樣在上午9：00—11：00進(jìn)行，蓋上箱后分別在0、10、20、30 min 采集氣體100 mL 于錫箔采氣袋中，每次采氣均記錄溫度和大氣壓，采集的氣體用氣相色譜儀（Agilent 7890A）測定N2O和CH4的濃度，氣體濃度通過標(biāo)準(zhǔn)氣體和待測氣體峰面積進(jìn)行計算。具體計算公式[21]如下：

（1）氣體排放通量：

式中：F為氣體排放通量，N2O 的單位為μg·m-2·h-1，CH4的單位為mg·m-2·h-1；ρ為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體密度，kg·m-3；V為采樣箱體積，m3；A為采樣箱覆蓋面積，m2；Δc∕Δt為單位時間內(nèi)采樣箱內(nèi)氣體濃度變化率；T為采樣過程中箱內(nèi)的平均溫度，℃。

（2）氣體累積排放量：

式中：M為氣體累積排放量，kg·hm-2；i為采樣次數(shù)；t為采樣時間，d；100為單位轉(zhuǎn)換系數(shù)。

（3）全球溫室氣體增溫潛勢（GWP）：

式中：GWP為全球增溫潛勢，t·hm-（2以CO2當(dāng)量計）；為總N2O 排放量，kg·hm-2（以N2O 計）為總CH4排放量，kg·hm-（2以CH4計）；265 指N2O 的增溫潛勢是CO2的265 倍；28 指CH4的增溫潛勢是CO2的28倍。

1.4 田面水指標(biāo)的測定

每次測定溫室氣體排放通量的同時進(jìn)行田面水樣品采集，并進(jìn)行田面水水深（SD）、水溫（ST）、溶解氧（DO）、氧化還原電位（Eh）、pH 等指標(biāo)的測定。含量：田面水首先用濾紙過濾，然后用流動分析儀（AA3）測定；ST、DO、Eh 及pH：采用水質(zhì)多功能參數(shù)分析儀（Professional plus YSI）測定。

1.5 土壤樣品的測定

分別在水稻插秧前和收獲后，取樣測定土壤理化指標(biāo)[22]。其中，有機質(zhì)（SOM）采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定；全氮（TN）采用凱氏定氮法測定；全磷（TP）采用NaOH 熔融-鉬銻抗比色法測定；全鉀（TP）采用NaOH熔融-火焰光度法測定采用0.01mol·L-1CaCl2浸提-流動分析儀測定；微生物量碳（MBC）、微生物量氮（MBN）采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提，Vario-TOC自動分析儀測定[23]。

1.6 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)均采用Microsoft Excel 2016、Canoco 5和AI 軟件處理并制圖，并采用SPSS 19.0 軟件中單因素方差分析（One-way ANOVA）的Duncan 檢驗統(tǒng)計處理之間的差異，顯著水平為P＜0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 監(jiān)測期自然條件

監(jiān)測期間，采樣時間段的最高溫度為30.3 ℃，最低溫度為10.8 ℃（圖1）。降雨主要集中在7 月底和8月初，最大降雨量達(dá)到79.5 mm；生育期累積降雨量為539.7 mm，占全年降水量的87.6%。其間，由于長時間未下雨，田面水深下降，分別在6月1日（插秧期，灌水量0.5 m3）、6 月18 日（追肥期，灌水量0.8 m3）和7月24日（抽穗期，灌水量1.0 m3）進(jìn)行灌溉以補充水位。

圖1 監(jiān)測期的降雨與日平均氣溫Figure 1 Rainfall and daily mean temperature during monitoring period

2.2 N2O排放特征

水稻全生育期3 個不同處理稻田N2O 排放表現(xiàn)出相同的變化趨勢，RM-F 處理的排放通量在追肥期相對較高（圖2）?；势?，三個處理都沒有出現(xiàn)明顯峰值，排放量均較低，N2O 排放通量基本處于15.2～35.0 μg·m-2·h-1。追肥后，水稻單作和稻蟹共生處理均出現(xiàn)了一個波峰，RM-F 處理和RC 處理的最大峰值均出現(xiàn)在追肥后的第2 天，分別為99.5 μg·m-2·h-1和55.1 μg·m-2·h-1，RM-D 處理的最大峰值則出現(xiàn)在追肥后的第3天，為50.8 μg·m-2·h-1。值得注意的是，從追肥到7月24日（灌水），稻田N2O 排放一直處于較高的波動狀態(tài)，N2O 排放量占總排放量的57.6%～59.9%。較高排放水平的維持與田面水深的持續(xù)下降密切相關(guān)。之后N2O 排放基本穩(wěn)定在較低水平，這一方面可能是由于前期投入的氮肥和飼料已被大量消耗；另一方面主要是因為后期為保證螃蟹的快速生長，田面水維持了較深的狀態(tài)，抑制了N2O 排放。綜上，研究區(qū)域水稻生長前期是稻田N2O 排放的主要排放時期。

圖2 稻田N2O排放通量特征Figure 2 Characteristics of N2O emission from paddy field

2.3 CH4排放特征

水稻全生育期3個不同處理稻田CH4排放亦表現(xiàn)出相同的變化趨勢，并在排放高峰期表現(xiàn)出顯著差異（圖3）。在水稻生長前期（抽穗期之前），3 個處理的CH4排放量均較低，CH4排放通量基本處于0.26～24.5 mg·m-2·h-1。在水稻生長進(jìn)入抽穗期后，CH4排放量占水稻整個生育期排放量的88.4%～94.3%，CH4排放出現(xiàn)了2 個高峰。RM-D 處理在第一個排放高峰期CH4排放通量最高，為87.1 mg·m-2·h-1；RM-F 處理的略低，為73.5 mg·m-2·h-1；RC 處理的最低，僅為15.7 mg·m-2·h-1。CH4排放通量第二個高峰期出現(xiàn)在8 月21 日（進(jìn)入雨季），此時RC 處理最高，為37.9 mg·m-2·h-1，而RM-D處理最低，僅為10.8 mg·m-2·h-1。

圖3 稻田CH4排放通量特征Figure 3 Characteristics of CH4 emission flux from paddy field

2.4 溫室氣體累積排放量及增溫潛勢

不同稻田系統(tǒng)水稻全生育期的溫室氣體排放結(jié)果（表1）表明，RC 處理的N2O 累積排放量顯著低于RM-F 處理23.9%（P＜0.05），低于RM-D 處理16.7%（P＞0.05）。RC 處理的CH4累積排放量低于RM-F 處理13.5%（P＞0.05），卻顯著高于RM-D 處理34.0%（P＜0.05）。這表明稻蟹共生模式能夠降低稻田生態(tài)系統(tǒng)N2O 排放，與持續(xù)淹水水稻單作模式相比，其CH4累積排放量降低，但相比于曬田模式，CH4累積排放量增加。不同處理的增溫潛勢表現(xiàn)為RM-F＞RC＞RM-D，與持續(xù)淹水單作模式相比，稻蟹共生模式增溫潛勢降低13.6%；而與曬田單作模式相比，稻蟹共生模式增溫潛勢增加32.6%，但差異不顯著?？梢?，相比于種養(yǎng)模式的改變，水分管理對增溫潛勢的調(diào)控作用更強。

表1 稻田系統(tǒng)溫室氣體累積排放量及增溫潛勢Table 1 Cumulative greenhouse gas emissions and warming potential of rice field system

2.5 環(huán)境因子與溫室氣體排放的相關(guān)性

Pearson 相關(guān)性分析（表2）表明，N2O 排放與田面水水深和水溫呈顯著負(fù)相關(guān)，與pH呈顯著正相關(guān)；而CH4排放與田面水水深和水溫呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與NO-3-N 含量和pH 呈顯著負(fù)相關(guān)?？梢?，田面水水深、水溫以及pH 等環(huán)境因子對N2O 和CH4排放的影響作用相反，這可能是水稻生長期N2O 和CH4排放表現(xiàn)出此消彼長關(guān)系的主要原因。

表2 溫室氣體排放與環(huán)境因子的相關(guān)性Table 2 Correlation between greenhouse gases emission and environmental factors

稻田土壤理化指標(biāo)與溫室氣體排放之間的冗余分析（圖4）表明，土壤NH+4-N、NO-3-N、SOM、MBC、MBN、TN、TP、TK、pH 等土壤生物化學(xué)指標(biāo)對水稻生長期溫室氣體排放影響的解釋率可達(dá)83.10%。第一主成分和第二主成分的貢獻(xiàn)率分別達(dá)52.38%和30.72%。其中，pH（33.3%，F(xiàn)=4.0，P=0.01）和NO-3-N（20.0%，F(xiàn)=3.0，P=0.042）對溫室氣體排放的影響最大。

圖4 土壤生物化學(xué)特征與溫室氣體累積排放量的冗余分析Figure 4 Redundancy analysis of soil biochemical characteristics and cumulative greenhouse gas emissions

稻田田面水理化指標(biāo)與溫室氣體排放之間的冗余分析（圖5）表明，田面水NH4+-N、NO3--N、DO、SD、ST、Eh 和pH 等環(huán)境因子對水稻生長期溫室氣體排放影響的解釋率可達(dá)87.25%，第一主成分和第二主成分的貢獻(xiàn)率分別達(dá)54.88% 和32.37%。其中，DO（35.6%，F(xiàn)=4.4，P=0.012）和pH（26.7%，F(xiàn)=5.0，P=0.014）對溫室氣體排放的影響最大。

圖5 田面水理化性質(zhì)與溫室氣體排放通量的冗余分析Figure 5 Redundancy analysis of physical and chemical properties of field surface water and greenhouse gas emission flux

3 討論

3.1 共生系統(tǒng)對N2O排放的影響

稻田N2O 排放受外源碳氮供應(yīng)水平的影響[24]，N2O 排放峰值主要發(fā)生在施肥后[25]。本研究結(jié)果表明稻田系統(tǒng)N2O 排放主要發(fā)生在追肥前期，基肥期和追肥后期N2O 排放一直處于較低水平。基肥期N2O排放處于較低水平的主要原因是稻田系統(tǒng)淹水狀態(tài)下87%的N2O 通過水稻植株排放[26]?；势谘砻缫圃郧?，N2O 排放只能通過土壤向水體擴散，再向空氣排放；而移栽初期，秧苗還未深入扎根，根系和通氣組織尚未生長成熟，對N2O 的輸出作用較小[3]。追肥期前期，水稻植株已生長良好，開始分蘗，通氣組織發(fā)達(dá)，為N2O 提供了良好的排放通道，導(dǎo)致N2O 排放量急劇增加，形成N2O 排放峰。追肥后期，特別是7 月底之后，N2O 排放量一直呈現(xiàn)較低水平，主要原因可能是此時試驗基地進(jìn)入高溫多雨季節(jié)，大暴雨造成田面水位的急劇上升，形成嚴(yán)格厭氧環(huán)境，抑制了稻田N2O 的產(chǎn)生。并且，追肥前期稻田田面水及土壤中的含量較高，能夠為N2O的產(chǎn)生提供充足的物質(zhì)基礎(chǔ)，而追肥后期田面水及土壤中養(yǎng)分含量較低，減少了N2O 的產(chǎn)生。侯玉蘭[3]和黃樹輝等[27]的研究也得到了相似的結(jié)果。值得注意的是，稻蟹共生處理在整個水稻生長周期出現(xiàn)了多個峰值，這些峰值主要發(fā)生在飼料投喂后。據(jù)此推測，N2O 排放峰值出現(xiàn)的原因可能是螃蟹飼料的投入增加了土壤中易利用碳氮養(yǎng)分的含量，增強了土壤微生物硝化反硝化過程N2O的產(chǎn)生，從而促進(jìn)了N2O的排放[14]。

與水稻單作處理相比，稻蟹共生處理能夠有效降低稻田系統(tǒng)N2O 排放，減排量可達(dá)16.7%～23.9%。稻蟹共生模式下稻田N2O 排放降低的原因主要有兩方面：一是螃蟹捕食水中雜草和浮萍綠藻等生物，雜草減少限制了淹水稻田N2O 通過植株通氣組織向大氣排放，而浮萍綠藻的減少會抑制光合作用，降低水中DO 含量，強還原環(huán)境有利于N2的產(chǎn)生，從而降低N2O排放[13]；另一方面，隨著螃蟹個體的生長，為保證螃蟹的生存空間，維持了較高的水位，同時，螃蟹通過呼吸作用大量消耗田面水中的氧氣，使土壤處于嚴(yán)格厭氧環(huán)境，促進(jìn)了N2O 向N2的轉(zhuǎn)化，進(jìn)而抑制了N2O 的產(chǎn)生與排放[3，27]。

不同處理的水分管理方式和種養(yǎng)模式不同，其對稻田系統(tǒng)田面水∕土壤養(yǎng)分含量、pH、DO 等關(guān)鍵環(huán)境因子的作用強度也不同，導(dǎo)致各處理N2O 排放量具有差異。水分管理措施是影響農(nóng)田N2O 和CH4排放的重要因素之一[28]。本研究表明，水稻單作系統(tǒng)曬田過程能夠降低8.7%的N2O 排放量，而且水稻生長過程中水位高度與N2O 排放通量之間呈極顯著負(fù)相關(guān)。這主要是由于土壤水分變化會直接影響農(nóng)田系統(tǒng)中硝化、反硝化和N2O 還原之間的平衡，從而影響N2O排放[29]。土壤pH 可通過影響反硝化和硝化微生物的活性及相應(yīng)的氮素轉(zhuǎn)化過程間接影響N2O 的釋放[30-31]。本研究表明稻田N2O排放與pH呈正相關(guān)，黃耀等[32]和LI 等[33]的研究也得出類似結(jié)論。LI 等[33]認(rèn)為，淹水期N2O 排放量與pH 呈顯著的相關(guān)性，排水后則無相關(guān)性；黃耀等[32]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)pH 在5.6～8.6 之間時，pH和N2O排放呈顯著正相關(guān)。

已有研究表明，N2O的排放會受到田面水中和含量的顯著影響[21]，然而在本研究中卻未表現(xiàn)出顯著相關(guān)性。這可能是由于本研究所處的東北稻區(qū)在施入基肥后會泡田7～10 d，然后再開始插秧，此時田面水中含量在經(jīng)歷過施肥后的高峰后，回歸到相對較低的平穩(wěn)期；而水田87%的N2O 通過水稻植株排放[26]。因此，雖然田面水和含量較高，但是由于缺少水稻植株通氣組織的傳輸，基肥期的N2O 排放量較低，最終導(dǎo)致田面水中與N2O 排放之間無顯著的線性相關(guān)。

3.2 共生系統(tǒng)對CH4排放的影響

稻田CH4排放是產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生CH4和甲烷氧化菌最終氧化為CO2的凈效應(yīng)[34]。本研究結(jié)果表明稻田系統(tǒng)CH4排放主要發(fā)生在水稻追肥后期，基肥期和追肥前期CH4排放一直處于較低水平。已有研究表明稻田系統(tǒng)CH4從產(chǎn)生到排放，主要通過水稻植株的運輸、擴散和蒸騰作用這3 個途徑[35-36]。因此，稻田CH4排放的整個過程均受到水稻生長狀況、溫度、土壤特性等生物和非生物因素的影響。在基肥期和追肥前期，稻田未進(jìn)行水稻移栽或處于移栽初期，秧苗尚未深入扎根，根系和通氣組織尚不發(fā)達(dá)，且這段時期溫度較低，植株生長緩慢，土壤微生物活性較低，這些都可能抑制稻田CH4的排放。另外，在追肥前期，田面水位較低，未形成嚴(yán)格的厭氧環(huán)境，也不利于CH4的產(chǎn)生。水分對稻田CH4排放起到?jīng)Q定性的作用[37]。水分通過影響土壤氧化還原電位、氧氣供給、土壤微生物（最主要的是產(chǎn)甲烷菌）活性及CH4擴散速率來實現(xiàn)對稻田CH4排放的調(diào)控[38]。追肥后期，試驗地進(jìn)入雨季，稻田系統(tǒng)CH4排放的兩個峰值分別出現(xiàn)在7 月和8 月，上述現(xiàn)象產(chǎn)生的原因可能是試驗區(qū)CH4排放受降雨影響較大，兩次峰值均出現(xiàn)在強降雨之后，田間水深隨著降雨量的增大而升高，從而促進(jìn)了CH4的排放。這也與Pearson 相關(guān)性分析得到的田面水深與CH4排放極顯著相關(guān)的結(jié)果一致。同時，試驗地的雨季伴隨著高溫天氣，溫度的升高有利于CH4的排放。已有研究表明，CH4排放與大氣溫度呈正相關(guān)[39]。水稻進(jìn)入抽穗期后，植株生命力最旺盛，CH4主要通過植株通氣組織向大氣排放，故此時CH4排放量較高[40]。綜上，在本研究區(qū)域，水稻生長中期是稻田CH4排放的主要排放時期，同時降雨引起的水位上升和DO 降低可能是造成CH4排放通量劇增的重要原因。

水分管理是影響種養(yǎng)結(jié)合稻田CH4排放的重要因素之一。與持續(xù)淹水水稻單作處理相比，稻蟹共生處理能夠有效降低稻田系統(tǒng)CH4排放，減排量可達(dá)13.5%。以往關(guān)于稻鴨共生和稻蝦輪作的研究也得出相似的結(jié)論[21]，稻鴨共生可以降低稻田系統(tǒng)18%～25%的CH4排放[21]；稻蝦輪作可降低18%～41%的CH4排放[14，16]。共生系統(tǒng)CH4排放量降低的原因，可能是動物活動促進(jìn)了田面水和稻田土壤的交換，提高了甲烷氧化菌的活性，增強了CH4氧化速率。而與曬田水稻單作處理相比，本研究的稻蟹共生系統(tǒng)增加了34.0%的CH4排放。主要原因是，相比曬田處理，稻蟹共生稻田一直處于持續(xù)淹水的嚴(yán)格厭氧環(huán)境，產(chǎn)甲烷菌的活性更強，從而增加了CH4排放。BHATTACHARYYA 等[15]和DATTA 等[19]在稻魚共生模式的研究中也得到了相同的結(jié)論。本研究表明，田面水水深、水溫、pH 以及NO-3-N 含量是影響CH4排放的主要因素。這些因素主要受水分管理的影響，不同水分管理措施會改變土壤含氧量，影響產(chǎn)甲烷菌活性，調(diào)控稻田CH4排放。相比于持續(xù)淹水，干濕交替可顯著降低季節(jié)性CH4排放[7，41-42]。

目前，關(guān)于稻蟹共生模式對稻田系統(tǒng)溫室氣體排放的影響研究較少。WANG 等[43]的研究表明，與常規(guī)水稻單作相比，稻蟹共生可以降低19.7%～28.2%的N2O排放，增加29.2%～36.8%的CH4排放量，這與本研究結(jié)果一致。本研究結(jié)果表明，與曬田水稻單作處理相比，稻蟹共生模式能夠降低稻田系統(tǒng)16.7%的N2O排放，增加34.0%的CH4排放。而與持續(xù)淹水水稻單作處理相比，稻蟹共生模式能夠降低稻田系統(tǒng)23.9%的N2O 排放和13.5%的CH4排放?？梢姡谕瑯拥乃止芾矸绞较?，稻蟹共生能夠有效降低稻田系統(tǒng)N2O和CH4排放。同時，整個水稻生長期N2O 和CH4排放表現(xiàn)出互為消長的關(guān)系。有研究認(rèn)為導(dǎo)致稻田N2O和CH4排放互為消長的關(guān)鍵因素是土壤水分狀況[44-45]。追肥前期，田面水位較低，N2O 排放通量高，而CH4排放通量低；進(jìn)入高溫雨季，稻田水位明顯升高，此時N2O 排放通量降低，而CH4排放通量明顯增加。田面水水深、水溫和pH 以及土壤NO-3-N 含量和pH 是導(dǎo)致N2O 與CH4排放互為消長的主要因素。Pearson 相關(guān)性分析表明田面水深和水溫的升高會抑制N2O排放，但會促進(jìn)CH4排放；土壤NO-3-N含量、pH是田間溫室氣體排放的主要影響因子。

4 結(jié)論

（1）在相同的水分管理方式下，稻蟹共生能夠降低稻田系統(tǒng)N2O 和CH4排放；而相比于曬田水稻單作處理，持續(xù)淹水的稻蟹共生模式會降低N2O 排放、促進(jìn)CH4排放。整體而言，與持續(xù)淹水處理相比，稻蟹共生模式可降低13.6%的增溫潛勢；與曬田水稻單作處理相比，稻蟹共生模式則會增加32.6%的增溫潛勢。這表明相比于種養(yǎng)模式的改變，水分管理方式對增溫潛勢的影響作用更大。

（2）稻田系統(tǒng)N2O 和CH4的排放呈互為消長關(guān)系，主要受田面水水深、水溫和pH 以及土壤NO-3-N含量和pH的影響。田面水水深和水溫的增加會抑制N2O 排放，但會促進(jìn)CH4排放；土壤NO-3-N 含量和pH是田間溫室氣體排放的主要影響因素。