劉紅江，郭智，張麗萍，朱興連，孫國峰，陳留根，鄭建初*. 江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，江蘇 南京 004；. 江蘇太湖地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇 蘇州555

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有機-無機肥不同配施比例對稻季CH4和N2O排放的影響

劉紅江1，郭智1，張麗萍1，朱興連2，孫國峰1，陳留根1，鄭建初1*
1. 江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，江蘇 南京 210014；2. 江蘇太湖地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇 蘇州215155

摘要：2015年通過大田小區(qū)試驗，以粳稻品種武運粳29號為供試材料，在等氮量有機肥替代化肥條件下，設(shè)置5個不同有機-無機肥配施比例處理，采用靜態(tài)箱暗箱-氣相色譜法，對水稻生長季稻田 CH4和N2O排放通量進行觀測，并運用全球增溫潛勢（global warming potentials，GWP）對稻田CH4和N2O排放的溫室效應(yīng)進行測算。結(jié)果表明：（1）不同處理稻季CH4排放的季節(jié)性變化趨勢基本一致，但排放量大小差異顯著，單施化肥（M1）、25%有機肥（M2）、50%有機肥（M3）、75%有機肥（M4）、100%有機肥（M5）替代化肥處理稻季CH4累積排放量分別為203.37、242.06、255.04、288.06、334.46 kg·hm-2；不同處理稻季N2O排放的季節(jié)性變化趨勢也基本一致，但排放量大小差異顯著，M1、M2、M3、M4、M5處理稻季N2O累積排放量分別為3.96、3.43、3.27、2.97、2.60 kg·hm-2；（2）不同處理稻季排放CH4和N2O產(chǎn)生的增溫潛勢高低順序為：M5＞M4＞M3＞M2＞M1，M5處理的增溫潛勢為9 136.8 kg·hm-2；（3）有機肥替代化肥與單施化肥比較，增加了太湖地區(qū)的稻田溫室效應(yīng)，但是，50%有機肥替代化肥的M3處理在獲得較高水稻產(chǎn)量的同時，其單位產(chǎn)量的全球增溫潛勢在配施有機肥的各處理中表現(xiàn)為最低，是相對適宜的有機肥替代化肥的替代比例。

關(guān)鍵詞：有機-無機肥；配施比例；稻田；CH4；N2O；增溫潛勢

引用格式：劉紅江， 郭智， 張麗萍， 朱興連， 孫國峰， 陳留根， 鄭建初. 有機-無機肥不同配施比例對稻季CH4和N2O排放的影響［J］. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報， 2016， 25（5）: 808-814.

LIU Hongjiang， GUO Zhi， ZHANG Liping， ZHU Xinglian， SUN Guofeng， CHEN Liugen， ZHENG Jianchu. Effects of Different Combined Application Ratio of Organic-Inorganic Fertilization on CH4and N2O Emissions in Paddy Season ［J］. Ecology and Environmental Sciences， 2016， 25（5）: 808-814.

我國是水稻種植大國，常年種植面積約3.0×107hm2，占全世界的 20%左右（中華人民共和國國家統(tǒng)計局，2014），稻田是大氣中溫室氣體CH4和N2O的重要排放源之一（李香蘭等，2008a）。Sass et al. （1991）認為中國稻田排入大氣中的 CH4占全世界水田土壤CH4排放總量的37.6%。我國稻田在水稻生長期排放的 N2O占所有農(nóng)田 N2O排放總量的7%～11%（intergovernmental panel on climate change，IPCC，2007；Zou et al.，2007）。稻田CH4和N2O的排放規(guī)律以及減排措施已經(jīng)成為各國科學(xué)家研究的熱點問題。稻田施肥和水漿管理是影響CH4和N2O排放的兩大主控因子，特別是稻田氮肥的施用，不僅增加稻田土壤 N2O排放的潛在風(fēng)險（李方敏等，2004），同時對CH4的排放產(chǎn)生重要影響（Cai et al.，1997）。關(guān)于施肥對稻田溫室氣體排放的影響以及減排措施，前人的研究主要集中在單純化肥、有機肥（鄒建文等，2003；羅良國等，2010； Zou et al.，2009；秦曉波等，2006；劉金劍等，2008）、控釋肥（李方敏等，2004；李方敏等，2005）、控失肥（賀非等，2013）、脲酶抑制劑（李香蘭等，2008a；賀非等，2013；Boeckx et al.，2005）等的施用對稻田溫室氣體排放的影響方面。已有研究表明，有機肥-化肥配施能夠促進作物的生長發(fā)育，增加作物產(chǎn)量，并可以提高土壤肥力水平（馬俊永等，2007），50%有機肥等氮量替代化肥處理能夠減少稻田地表徑流總氮流失量（郭智等，2013），有機-無機肥配施還可以提高氮素利用效率（Song et al.，2007）。而有機-無機肥不同配施比例對稻田CH4和N2O排放的綜合影響報道較少。為此，本研究于2015年采用大田小區(qū)試驗，在上季小麥秸稈全量還田、等氮量替代條件下，設(shè)計5個不同有機-無機肥配施比例，定量研究不同有機-無機肥配施比例對稻田CH4和N2O排放的綜合影響，探索有機-無機肥適宜的配施比例，以期為我國水稻生產(chǎn)合理施肥和稻田溫室氣體減排提供科學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1 試驗地點

本試驗于2015年6月—2015年11月在江蘇省蘇州市相城區(qū)御亭現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園試驗田（31°27′N，120°25′E）進行，該地區(qū)屬北亞熱帶季風(fēng)氣候，年降水量1100 mm左右，年平均溫度約15.7 ℃，年日照時間≥2000 h，年無霜期≥230 d，輪作制度為冬小麥-水稻輪作。試驗田土壤為黃泥土，其基本理化性狀為：有機質(zhì)24.38 g·kg-1，全氮1.76 g·kg-1，總磷0.411 g·kg-1，速效氮44.37 mg·kg-1，速效磷16.23 mg·kg-1，速效鉀169.06 mg·kg-1，容重1.24 g·cm-3，pH 6.9。

1.2 試驗處理

試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，上季小麥秸稈全量耕翻還田，設(shè)單施化肥（M1）為對照，以及 25%有機肥（M2）、50%有機肥（M3）、75%有機肥（M4）、100%有機肥（M5）替代化肥，共5個處理，每個處理3次重復(fù)，小區(qū)面積為8 m×10 m，小區(qū)間田埂寬約0.5 m，高約0.2 m，田埂用薄膜覆蓋。以單施化肥（化學(xué)氮、磷、鉀肥施用量分別為300、150、150 kg·hm-2）為對照，腐熟的豬糞有機肥替代化肥處理均使用等量氮。經(jīng)測定，豬糞有機肥中N、P2O5、K2O的含量分別為1.67%、1.40%、2.07%，不同處理肥料施用量以有機肥中測定出的氮含量為基準進行計算。施肥品種：施用含氮、磷、鉀的15-15-15復(fù)合肥，氮、磷、鉀肥不足部分用有效含氮量46%的尿素、有效磷含量15%的過磷酸鈣和有效含鉀量60%的KCL補齊，氮肥按基蘗肥60%、穗肥40%的比例施用，豬糞有機肥和磷、鉀肥于耕作前作基肥一次性施用。

供試水稻品種為：武運粳29號。機插秧，2015 年6月20日插秧，移栽密度行距為30 cm，株距為13.3 cm，每穴3苗，11月5日收獲；水分管理為6 月20日—7月23日采用淺水濕潤灌溉（約5 cm），7月24日—8月12日進行兩次脫水烤田，8月13日到收割前 12日進行間隙灌溉。其他田間管理，按照水稻高產(chǎn)栽培技術(shù)措施進行。

1.3 氣樣采集與分析

采用靜態(tài)暗箱-氣相色譜法，以手動采樣的方式采集稻田CH4和N2O氣體，靜態(tài)箱底橫截面積為50 cm×50 cm，采樣箱用PVC材質(zhì)制成，箱頂打孔安裝溫度計測定箱內(nèi)溫度，箱體高度隨水稻高度而增加（拔節(jié)前50 cm、拔節(jié)后120 cm），采樣箱外部包有海綿和鋁箔紙，防止太陽照射導(dǎo)致箱內(nèi)溫度變化過大。采集氣樣時，將采樣箱垂直安放在5 cm深凹槽的回型底座上，并加水密封，每隔10 min采 1次樣，共3次。自水稻移栽后第3天起，每周采氣2次，抽穗后每周1次，采樣時間在上午9:00—11: 00。采樣前打開采樣箱內(nèi)頂部兩個12 V小風(fēng)扇以充分混勻箱內(nèi)氣體。氣樣中的CH4和N2O濃度采用經(jīng)改裝的Agilent 7890 A氣相色譜測定，分離柱為Porapak填充柱（80/100目），CH4檢測器為FID，檢測溫度300 ℃，柱溫60 ℃，載氣為99.999%高純N2，流速30 mL·min-1；N2O檢測器為ECD，檢測溫度300 ℃，柱溫60 ℃，載氣為99.999%高純氬甲烷氣（95% Ar+5% CH4），流速40 mL·min-1，氣體排放通量由 3個氣樣濃度經(jīng)線性回歸分析得出。氣體排放通量采用下式計算：

式中，F(xiàn)為氣體排放通量（mg·m-2·h-1或μg·m-2·h-1），ρ為標準狀態(tài)下氣體的密度（kg·m-3），h是采樣箱的凈高度（m），dc/dt為單位時間內(nèi)采樣箱內(nèi)氣體的濃度變化率，273為氣態(tài)方程常數(shù)，T為采樣過程中采樣箱內(nèi)的平均溫度（℃）。

式中，F(xiàn)a為稻田溫室氣體CH4和N2O累積排放量，F(xiàn)i為各采樣期內(nèi)CH4和N2O的平均排放通量，Dn為采樣期的天數(shù)。

根據(jù)CH4和N2O在100 a尺度上的全球增溫潛勢（GWP），分別為CO2的25和298倍，計算不同處理排放 CH4和 N2O產(chǎn)生的綜合溫室效應(yīng)（IPCC，2007）。公式如下：

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

采用Excel軟件作圖，SPSS 13.0統(tǒng)計軟件進行差異顯著性檢驗，各處理的比較采用最小顯著差數(shù)（LSD）法，超過LSD0.05（或LSD0.01）水平的視為顯著（或極顯著）。CH4和N2O排放通量用每次觀測3個重復(fù)的平均值季標準偏差來表示，季節(jié)平均排放通量是將3個重復(fù)的觀測值按時間間隔加權(quán)平均后再平均。

2　結(jié)果與分析

2.1 稻季CH4排放通量的變化特征

由圖1可知，不同處理稻季CH4排放均主要集中在水稻移栽后的40 d以內(nèi)。水稻移栽后CH4排放通量逐漸增加，到3周后出現(xiàn)CH4排放通量高峰值。其中，M5處理 CH4排放通量高峰值最大，達到104.30 mg·m-2·h-1。此后，CH4排放通量出現(xiàn)先減后增的變化過程，這可能與田間出現(xiàn)了1次自然落干有關(guān)，到移栽后32 d CH4排放通量出現(xiàn)又一峰值，此后開始不斷下降，這與7月下旬水稻開始烤田，而CH4需要在厭氧條件下產(chǎn)生有關(guān)。8月中旬烤田結(jié)束后，田間復(fù)水，但是CH4排放通量始終保持在較低水平，直至水稻成熟，各處理排放通量均低于2.0 mg·m-2·h-1。說明水漿管理方式直接影響稻田CH4排放通量。就不同處理而言，在等氮量替代條件下，隨著有機肥替代化肥比例的增加，從M1處理到M5處理，CH4排放通量明顯增加，從M1到M5處理CH4平均排放通量依次為8.13、9.71、10.25、11.60、13.52 mg·m-2·h-1。

2.2 稻季N2O排放通量的變化特征

圖2　稻季不同處理N2O排放通量的季節(jié)變化Fig. 2　The seasonal variation of N2O fluxes during rice growth season under different treatments （n=3）

由圖2可知，不同處理稻季N2O排放通量的季節(jié)性變化基本相同，均呈單峰曲線趨勢。水稻移栽后30 d，稻田處于淹水狀態(tài)，各處理N2O排放通量均維持在較低水平，不同處理間差異不大；到7月下旬水稻進入生長中期，開始脫水烤田，不同處理稻季N2O排放通量均迅速增加，并出現(xiàn)N2O排放通量峰值，其中，M1處理N2O排放通量高峰值最大，達到1293.3 μg·m-2·h-1；到8月中旬烤田結(jié)束后復(fù)水，N2O排放通量又急劇下降；直至水稻收獲前15 d田間自然落干，稻田N2O排放通量略有增加。說明水漿管理方式也是稻田 N2O排放通量的主要影響因素。就不同處理而言，在等氮量替代條件下，從M1處理到M5處理，隨著有機肥替代化肥比例的增加，N2O排放通量逐漸減小， N2O平均排放通量依次為 157.8、136.7、129.6、117.4、102.7 μg·m-2·h-1。

2.3 稻季不同生育階段CH4和N2O累積排放量

將水稻大田生長期劃分為移栽至有效分蘗臨界葉齡期、有效分蘗臨界葉齡期至拔節(jié)期、拔節(jié)期至抽穗期、抽穗期至成熟期等4個生育階段。比較不同生育階段不同處理間CH4和N2O排放的差異，進一步明確不同處理對稻田CH4和N2O排放量的影響。從圖3可以看出，不同處理CH4累積排放均集中在水稻移栽至有效分蘗臨界葉齡期，占水稻全生育期的比例為70.9%～73.6%，其次是水稻有效分蘗臨界葉齡期至拔節(jié)期，占水稻全生育期的比例為17.9%～19.4%，而水稻拔節(jié)期至抽穗期和抽穗期至成熟期CH4累積排放量則相對較小，合計占水稻全生育期的10.0%左右，不同處理、不同生育階段CH4累積排放量的差異達到顯著水平。不同處理水稻移栽至有效分蘗臨界葉齡期CH4累積排放量高低順序為：M5＞M4＞M3＞M2＞M1，其中M5處理CH4累積排放量達到 246.06 kg·hm-2，比 M1處理增加了70.8%，不同處理間的差異均達到顯著水平；不同處理水稻有效分蘗臨界葉齡期至拔節(jié)期CH4累積排放量高低順序為：M5＞M4＞M3＞M2＞M1，其中M5處理CH4累積排放量達到64.21 kg·hm-2，比M1處理增加了71.8%，不同處理間的差異均達到顯著水平；不同處理水稻拔節(jié)期至抽穗期CH4累積排放量高低順序為：M5＞M4＞M3＞M2＞M1，其中M5處理CH4累積排放量為11.59 kg·hm-2，比M1處理增加了23.1%，不同處理間的差異多數(shù)未達到顯著水平；不同處理水稻抽穗期至成熟期CH4累積排放量差異不大，排放量在12.57～12.90 kg·hm-2之間，不同處理間的差異未達到顯著水平。

從圖3可以看出，不同處理N2O累積排放均集中在水稻脫水烤田的有效分蘗臨界葉齡期至拔節(jié)期，占水稻全生育期的比例為58.4%～60.2%，抽穗期至成熟期階段N2O累積排放量最小，占水稻全生育期的比例為5.6%～8.0%（圖3）。不同處理、不同生育階段N2O累積排放量的差異達到顯著水平。不同處理水稻移栽至有效分蘗臨界葉齡期 N2O累積排放量高低順序為：M1＞M2＞M3＞M4＞M5，其中M1處理N2O累積排放量為0.39 kg·hm-2，比M5處理增加了62.6%，不同處理間的差異均達到顯著水平；不同處理水稻有效分蘗臨界葉齡期至拔節(jié)期N2O 累積排放量高低順序為：M1＞M2＞M3＞M4＞M5，其中 M1處理 N2O累積排放量為 2.38 kg·hm-2，比M5處理增加了56.3%，不同處理間的差異均達到顯著水平；不同處理水稻拔節(jié)期至抽穗期 N2O累積排放量高低順序為：M1＞M2＞M3＞M4＞M5，其中 M1處理 N2O累積排放量為 0.97 kg·hm-2，比M5處理增加了49.8%，不同處理間的差異均達到顯著水平；不同處理水稻抽穗期至成熟期N2O累積排放量差異不大，排放量在 0.20～0.26 kg·hm-2之間。

圖3　不同處理水稻不同生育階段CH4 和N2O的累積排放量Fig. 3 CH4and N2O accumulation emissions at different rice growth stages under different treatments （n=3）

2.4 稻季 CH4和 N2O的排放總量及其全球增溫潛勢

就水稻整個生育期CH4累積排放總量而言，不同處理稻田 CH4累積排放量高低順序為：M5＞M4＞M3＞M2＞M1（表 1），這與有機肥投入比例的高低順序一致，M2、M3、M4、M5處理相對單施化肥的M1處理CH4累積排放量分別增加了19.0%、25.4%、41.6%、64.5%，不同處理間的差異均達到顯著水平。就水稻整個生育期N2O累積排放總量而言，不同處理稻田 N2O累積排放量高低順序依次為：M1＞M2＞M3＞M4＞M5（表 1），這與有機肥投入比例的高低順序剛好相反，M2、M3、M4、M5處理相對單施化肥的M1處理N2O累積排放量分別減少了 15.3%、21.0%、33.4%、52.0%，不同處理間的差異均達到顯著水平。

表1　不同處理稻季CH4和N2O排放總量及其全球增溫潛勢（GWP）Table 1　Seasonal amounts of CH4 and N2O emissions during rice growth season and their GWP as affected by different treatments

根據(jù)IPCC（2007）的統(tǒng)計結(jié)果，在100 a尺度上，CH4和N2O的溫室效應(yīng)系數(shù)分別為25和298，按照不同處理CH4和N2O的排放量計算不同處理的全球增溫潛勢（GWP）。由表1可以看出，不同處理水稻季CH4的排放對溫室效應(yīng)起主導(dǎo)作用，各處理占全球增溫潛勢的比例為81.2%～91.5%，是溫室氣體減排的主要控制對象。從全球增溫潛勢來看，不同處理排放的CH4和N2O所產(chǎn)生的GWP高低順序依次為：M5＞M4＞M3＞M2＞M1（表 1），這與有機肥投入比例的高低順序一致，M2、M3、M4、M5處理相對單施化肥的M1處理的GWP分別增加了 13.0%、17.4%、29.1%、45.9%，不同處理間的差異均達到顯著水平。從水稻產(chǎn)量來看，不同處理水稻產(chǎn)量高低順序為：M3＞M1＞ M2＞M4＞M5（表1），50%有機肥替代化肥的M3處理水稻產(chǎn)量最高，M3處理和 M1處理水稻產(chǎn)量差異不大，但均顯著大于其他處理。采用各處理溫室氣體排放的綜合增溫潛勢與經(jīng)濟產(chǎn)量的比值“單位產(chǎn)量的 GWP”來評價不同有機-無機肥配施比例對CH4和N2O排放的綜合影響（Zou et al.，2009；賀非等，2013），由表1可知，不同處理的單位產(chǎn)量GWP高低順序為：M5＞M4＞M2＞M3＞M1（表 1），除單施化肥的 M1處理以外，有機肥-無機肥配施的處理中，以 50%有機肥替代化肥的M3處理單位產(chǎn)量GWP最低，不同處理間的差異達到顯著水平。

3　討論

稻田CH4的產(chǎn)生除需要產(chǎn)甲烷基質(zhì)外，還需要適宜的環(huán)境條件。有研究表明，當土壤產(chǎn)甲烷菌在土壤氧化還原電位低于-150 mV時代謝活躍，有利于CH4的大量產(chǎn)生（展茗等，2008），在稻田處于淹水狀態(tài)時，有機物料的降解加速了土壤氧化還原電位的下降，為CH4的產(chǎn)生提供了良好的厭氧環(huán)境條件，因而促進了稻田CH4的排放（李波等，2013）。為此，在水稻生產(chǎn)過程中，可以通過水漿管理方式的合理應(yīng)用，有效減少稻田溫室氣體CH4的排放（李香蘭等，2008b）。此外，作為產(chǎn)甲烷基質(zhì)的有機物料，其種類、施用量、施用時間、施用方式均會對稻田CH4的排放量產(chǎn)生重要影響（鄒建文等，2003；馬義虎等，2013；謝義琴等，2015）。本研究表明，不同處理稻田CH4排放通量在水稻生育前期表現(xiàn)為“雙峰型”季節(jié)性變化特征，這主要與水稻移栽后，田間需要建立水層，以保證水稻活棵有關(guān)；到水稻移栽后20 d左右，CH4排放通量達到第1個高峰值；此后稻田需要短期脫水露田，CH4排放通量隨之下降，待田間復(fù)水后，CH4排放通量又繼續(xù)上升，并達到第二個高峰值；此后開始烤田，CH4排放通量直線下降，待田間復(fù)水后，可能是由于烤田及以后的干濕交替狀態(tài)殺滅了產(chǎn)甲烷菌或降低了其活性，CH4排放通量一直維持在較低的水平（黃耀，2006），直至水稻收獲。本研究中，有機-無機肥不同配施處理下稻田CH4排放總量高低順序為：M5＞M4＞M3＞M2＞M1，CH4排放總量隨著有機肥施用比例的增加而增加，主要是因為有機肥施用量的增加，為土壤產(chǎn)甲烷菌提供了充足的基質(zhì)，顯著提高了稻田甲烷的排放量（蔡祖聰?shù)龋?009）。但本研究有機肥施用處理CH4排放量與單施化肥處理相比較增加幅度小于前人的研究結(jié)果（鄒建文等，2003），除了與本研究采用了耕翻措施，減少了稻田甲烷的排放量有關(guān)外（張岳芳等，2009），還可能與本研究水稻生育前期，陰雨寡照天氣多，溫度較低，影響了產(chǎn)甲烷菌的生理活性有關(guān)。

稻田 N2O的產(chǎn)生是土壤氮素在微生物的作用下，通過硝化和反硝化作用形成的，是一個復(fù)雜的物理、化學(xué)和生物學(xué)過程。同時，稻田N2O排放量主要受田間水分管理和肥料施用這兩個因素的影響（Schuster et al.，1992）。本研究表明，不同處理稻田N2O排放通量，在7月下旬到8月上旬稻田排水烤田時均出現(xiàn)了先增加后減小的單峰曲線季節(jié)性變化特征，隨著有機肥施用比例的增加，不同處理N2O排放通量的峰值逐漸減小，與前人的研究結(jié)果基本一致（Boeckx et al.，2005；張岳芳等，2013）。其原因是水稻生育前期田間處于淹水狀態(tài)，土壤缺氧，抑制了硝化作用，N2O的排放量很少；水稻生育中期，排水烤田時形成了有氧環(huán)境，促進了土壤的硝化作用，增加了 N2O的排放量（張岳芳等，2013），此外，該時期作為水稻穗肥施用的尿素，在土壤脲酶的作用下轉(zhuǎn)化成 NH4+-N，參與硝化作用，進一步增加稻田N2O的排放量（Boeckx et al.，2005；Xu et al.，2002）。就本研究不同處理稻季N2O排放總量來看，隨著有機肥替代化肥比例的增加，不同處理N2O累積排放量逐漸減小，說明減少農(nóng)田化學(xué)氮肥的投入量，能夠顯著減少稻季N2O排放量（代光照等，2009）。主要是因為有機肥的養(yǎng)分釋放速度較慢，降低了土壤中的速效氮素含量，減弱了土壤微生物的活動，抑制了土壤的硝化和反硝化作用，從而減少了N2O的排放量（Azam et al.，2002）。此外，本研究稻季N2O排放總量絕對值明顯大于前人的研究結(jié)果（賀非等，2013），主要是由于本研究稻季采用了耕翻措施，增加了稻田 N2O的排放（張岳芳等，2013；劉紅江等，2015）。

本研究，增加有機肥的施用量雖然降低了稻田N2O的排放量，卻顯著增加了CH4的排放量，而稻季全球增溫潛勢（GWP）以CH4為主，各處理CH4排放產(chǎn)生的GWP均占總GWP的80%以上。因此，有機-無機肥不同配施比例對稻田CH4和N2O的綜合溫室效應(yīng)——全球增溫潛勢（GWP）的研究結(jié)果表明，隨著有機肥施用比例的增加，不同處理稻田CH4和N2O排放所產(chǎn)生的GWP逐漸增加。說明在等氮量替代條件下，增加有機肥的施用量將增加稻田溫室效應(yīng)。施用有機肥雖然增加了農(nóng)田溫室效應(yīng)，但是能夠大量消納畜禽養(yǎng)殖廢棄物，減輕畜禽養(yǎng)殖對環(huán)境的面源污染（鄭建初等，2010）。長期定位試驗研究表明，有機肥-化肥配施能夠改善土壤質(zhì)量，提高水稻產(chǎn)量（黃晶等，2013）。此外，農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展需要經(jīng)濟效益和環(huán)境效益相協(xié)調(diào)，而稻田“單位產(chǎn)量的 GWP”這一指標能較好地反映經(jīng)濟效益和環(huán)境效益的協(xié)調(diào)性，能夠綜合評價不同有機-無機肥配施比例對稻田CH4和N2O排放的影響。本研究表明，不同處理“單位產(chǎn)量的GWP”高低順序為：M5＞M4＞M2＞M3＞M1，除單施化肥的M1處理以外，有機-無機肥配施的處理中，以50%有機肥替代化肥的M3處理單位產(chǎn)量GWP最低。說明稻田施用有機肥時，在等氮量替代條件下，采用50%有機肥替代化肥，不但能夠培肥地力、改善土壤理化性狀、提高水稻產(chǎn)量，還能獲得較高的生態(tài)環(huán)境效益。

4　結(jié)論

在等氮量替代條件下，有機-無機肥不同配施比例處理，稻田CH4累積排放量隨著有機肥施用比例的增加而增加；稻田N2O累積排放量隨著有機肥施用比例的增加而減小，處理間的差異均達到顯著水平。有機-無機肥不同配施比例稻田CH4和N2O排放的綜合溫室效應(yīng)——全球增溫潛勢（GWP），隨著有機肥施用比例的增加而增加。就“單位產(chǎn)量的GWP”而言，50%有機肥替代化肥的M3處理單位產(chǎn)量GWP在配施有機肥的各處理中表現(xiàn)為最低。同時，M3處理水稻產(chǎn)量也表現(xiàn)為最高。因此，水稻生產(chǎn)中，在等氮量替代條件下，建議將50%有機肥替代化肥農(nóng)田施用，在保證水稻產(chǎn)量的前提下，提高稻作的生態(tài)效益。

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DOI：10.16258/j.cnki.1674-5906.2016.05.012

中圖分類號：X144

文獻標志碼：A

文章編號：1674-5906（2016）05-0808-07

基金項目：國家科技支撐計劃項目（2012BAD14B12）；中央財政農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣資金項目［TG（14）049］

作者簡介：劉紅江（1979年生），男，副研究員，博士，主要從事農(nóng)業(yè)生態(tài)和水稻栽培生理生態(tài)研究。E-mail: Liuhongjiang2004@sohu.com

*通信作者。鄭建初，E-mail: zjc@jaas.ac.cn

收稿日期：2016-03-07

Effects of Different Combined Application Ratio of Organic-Inorganic Fertilization on CH4and N2O Emissions in Paddy Season

LIU Hongjiang1， GUO Zhi1， ZHANG Liping1， ZHU Xinglian2， SUN Guofeng1，CHEN Liugen1， ZHENG Jianchu1*
1. Institute of Agricultural Resources and Environments， Jiangsu Academy of Agriculture Sciences， Nangjing 210014， China；2. Suzhou City Academy of Agricultural Sciences， Suzhou 215155， China

Abstract：A field plot experiment was conducted to investigate the effects of different combined application ratio of organic-inorganic fertilization on CH4and N2O emissions in paddy season in a wheat-rice double cropping system by using the method of static chamber gas chromatographic-box techniques in 2015. The rice cultivar of Wuyunjing 29 was field-grown. Under the condition of equivalent nitrogen substitution， five treatments such as single chemical fertilization application （M1）， and 25% organic fertilizer （M2）， 50% organic fertilizer （M3）， 75% organic fertilizer （M4）， 100% organic fertilizer （M5） instead of chemical fertilizer were designed. And the greenhouse effect of CH4and N2O emissions from paddy field was calculated by using global warming potentials （GWP）. The results showed that: （1） the seasonal variation in CH4emissions was consistent in different treatments， but there was significant difference for CH4emissions amount， which was 203.37， 242.06， 255.04， 288.06， 334.46 kg·hm-2from M1 to M5 treatments， respectively. The seasonal variations in N2O emissions was consistent in different treatments， but there was significant difference for N2O emissions amount， which was 3.96， 3.43， 3.27， 2.97， 2.60 kg·hm-2from M1 to M5 treatments，respectively. （2） Turns of global warming potentials （GWP） of CH4and N2O emissions was M5 ＞ M4 ＞ M3 ＞ M2 ＞ M1 in different treatments of rice season， and M5 treatment significantly increased GWP （9 136.8 kg·hm-2）. （3） Comparison with M1 treatment of single chemical fertilization application， organic fertilizer instead of chemical fertilizer increased greenhouse effect in rice field in the Taihu area. However， M3 treatment of 50% organic fertilizer instead of chemical fertilizer ensured rice yield， and the GWP of per unit rice yield was the lowest in different treatments， so it was a relatively suitable replacement ratio of organic fertilizer instead of chemical fertilizer.

Key words：organic-inorganic fertilization； combined application ratio； CH4； N2O； global warming potential