王天宇，樊迪，宋開付，張廣斌，徐華，馬靜*

（1.土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點實驗室，中國科學(xué)院南京土壤研究所，南京 210008；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

甲烷（CH4）和氧化亞氮（N2O）是兩種重要的溫室氣體，百年尺度上單位質(zhì)量CH4和N2O 的全球增溫潛勢分別為CO2的34 倍和298 倍[1]。稻田處于淹水還原狀態(tài)時，土壤中大量的有機物轉(zhuǎn)化為CH4，因此稻田被認為是大氣中CH4的重要來源之一[2]。由于氮肥的大量施用以及干濕交替的水分管理，稻田的N2O 排放也相當(dāng)可觀[3]。

中國是世界上最大的水稻（Oryza sativaL.）生產(chǎn)國，2019 年播種總面積為2 970 萬hm2。長期以來，我國耕地開發(fā)利用強度過大，造成了土壤退化、農(nóng)業(yè)面源污染等環(huán)境問題，成為了農(nóng)業(yè)可持續(xù)性發(fā)展的限制因素。自“十三五”以來，我國對耕地輪休制度展開了試點探索，將長江流域的小麥（Triticum aestivumL.）、稻谷低質(zhì)低效區(qū)納入試點范圍，實行稻油、稻菜、稻肥等輪作，以改良土壤、提高地力。

再生稻，即種一茬收獲兩次的水稻。頭季水稻收割后，水稻植株利用稻樁重新發(fā)苗、長穗，再收一季。再生季水稻收割后通常種植綠肥進行養(yǎng)地。再生稻栽培模式是一種經(jīng)濟高效、增產(chǎn)增收的水稻管理措施[4]。在溫、光、熱資源充足的稻麥輪作區(qū)和雙季稻區(qū)改種再生稻既能響應(yīng)耕地輪休的國家政策、減輕土地耕作強度、緩解土壤退化，還能增加水稻產(chǎn)量、提升稻米品質(zhì)，因此近年來得到了大面積的推廣應(yīng)用[5-6]。巢湖流域是典型的稻麥輪作區(qū)，氣候溫和、雨量適中、光照充分、熱量條件較好，流域內(nèi)多個縣市已進行了5～7 a 的再生稻種植試點示范，且推廣面積有望進一步增加[7]。

目前已有部分再生稻栽培模式和輪作方式影響溫室氣體排放的報道。張浪等[8]在湖南的研究發(fā)現(xiàn)，相比于雙季稻，再生稻的CH4排放量降低33.89%，單位產(chǎn)量CH4排放量降低23.23%。SONG 等[9]在四川的研究發(fā)現(xiàn)，相比于覆膜單季稻，覆膜再生稻的CH4和N2O 排放量分別增加了8.01%和109.92%。鄧橋江等[10]和呂澤芳等[11]在湖北的研究中比較了不同的再生稻栽培模式和輪作方式，發(fā)現(xiàn)通過對綠肥、肥料運籌、水分管理與稻樁留樁高度等方面進行優(yōu)化可降低再生稻田CH4排放，從而降低總溫室氣體排放量，同時還可提高水稻產(chǎn)量。FIROUZI 等[12]通過模型估算得出，相比于單季稻農(nóng)作系統(tǒng)，再生稻農(nóng)作系統(tǒng)降低了每功能單位（100 kg 蛋白質(zhì)）下CH4和N2O 的排放量。而有關(guān)稻麥輪作轉(zhuǎn)變?yōu)樵偕镜臏厥覛怏w排放規(guī)律變化未見報道。

本研究進行了大田試驗以及實驗室試驗，觀測了巢湖圩區(qū)兩種輪作方式（稻麥輪作和再生稻）下全年的CH4和N2O 排放通量，測定了土壤氧化還原電位（Eh）、土壤溶解性有機碳（DOC）、土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的含量及其季節(jié)變化，以期揭示稻麥輪作轉(zhuǎn)變?yōu)樵偕竞鬁厥覛怏w排放規(guī)律的變化及其影響因素。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

大田試驗于2019 年10 月至2020 年10 月在安徽省合肥市廬江縣白湖農(nóng)場（117°26′47″E，31°18′05″N）開展。該地區(qū)屬于北亞熱帶濕潤性季風(fēng)氣候，年平均氣溫16 ℃，多年平均降水量為1 215 mm，活動積溫在4 500 ℃以上，無霜期超過200 d，傳統(tǒng)種植制度為冬小麥-水稻輪作。供試土壤類型為底潛鐵聚水耕人為土，由湖相沉積物發(fā)育而成。土壤有機碳含量為17.38 g·kg-1，全氮含量為1.69 g·kg-1，土壤pH 為4.81，陽離子交換量為12.2 cmol·kg-1，黏粒、粉粒、砂粒含量分別為23.75%、66.65%、9.70%。

試驗共設(shè)置稻麥輪作（SW）和再生稻（RR）2 個處理，試驗小區(qū)面積為25 m2（5 m×5 m），每個處理3 次重復(fù)。水稻生長季，兩處理田間水分管理均為間歇灌溉，即前期淹水，中期烤田，后期干濕交替，最后排水落干；小麥生長季或紫云英季，兩處理田間不進行人工灌溉，所有水分均來自降水。SW 處理由冬小麥與單季稻輪作構(gòu)成，水稻收獲后秸稈不還田，小麥收獲后秸稈翻耕還田，還田量為5.63 t·hm-2，麥稈碳氮比為77.65。RR 處理由紫云英（Astragalus sinicusL.）、中稻和再生稻輪作構(gòu)成，紫云英于水稻移栽前15 d翻耕還田，還田量為3.28 t·hm-2，植株碳氮比為11.35，RR處理中稻季收割時，收割部分秸稈表面還田，還田量為6.19 t·hm-2，稻稈碳氮比為19.43。

SW 處理小麥供試品種為蘇麥11，于2019 年10月27 日播種，2020 年5 月22 日收獲，全生育期共208 d。麥季氮肥施用量為154 kg·hm-2（以N 計），磷肥施用量為98 kg·hm-2（以P2O5計），鉀肥施用量為98 kg·hm-2（以K2O 計）。水稻供試品種為皖墾糯2 號，于2020 年6 月5 日移栽，2020 年10 月24 日收獲，全生育期共141 d。稻季氮肥施用量為194 kg·hm-2（以N計），磷肥施用量為90 kg·hm-2（以P2O5計），鉀肥施用量為90 kg·hm-2（以K2O計）。

RR 處理紫云英于2019 年11 月5 日播種，2020 年4 月4 日收獲，全生育期共151 d。紫云英季的氮肥施用量為17 kg·hm-2（以N 計），磷肥施用量為17 kg·hm-2（以P2O5計），鉀肥施用量為17 kg·hm-2（以K2O計）。水稻供試品種為豐兩優(yōu)香一號，于2020 年4 月17 日移栽，2020 年8 月14 日中稻季收獲，2020 年10月26 日再生季收獲，全生育期共192 d。稻季氮肥施用量為252 kg·hm-2（以N 計），磷肥施用量為79 kg·hm-2（以P2O5計），鉀肥施用量為79 kg·hm-2（以K2O計）。具體的農(nóng)田管理情況如表1所示。

表1 農(nóng)田管理情況Table1 Management practice of different treatments from 2019 to 2020

1.2 田間樣品采集

人工靜態(tài)箱-氣相色譜法測定CH4和N2O 排放通量：靜態(tài)箱高0.6 m，水稻或小麥生長后期加高至1.2 m以保證其正常生長，長×寬為0.5 m×0.5 m，靜態(tài)箱底座規(guī)格為0.5 m×0.5 m×0.15 m，底座上部有3 cm 深的凹槽，采樣時先向槽內(nèi)注入適量的水以保證采樣時箱體內(nèi)部的密封性。底座于2019年10月水稻收獲后埋入各試驗小區(qū)，底座頂端與小區(qū)土壤表面齊平，底座內(nèi)小麥或紫云英播種量、水稻移栽密度、水分與施肥管理與底座外保持一致。采樣時，將靜態(tài)箱放置在底座加滿水的凹槽上，用兩通針將靜態(tài)箱內(nèi)氣體導(dǎo)入20 mL 真空玻璃瓶中，各采樣點以10 min 為間隔進行采樣，共采集4 次。水稻生長季采樣頻率為2～4 d·次-1，非水稻生長季采樣頻率為4～7 d·次-1，采樣時間為上午9：00—11：00。

采集氣樣的同時，用DMP-2 數(shù)字式mV/pH/溫度計測定10 cm 深處土壤氧化還原電位（Eh），用數(shù)字溫度計（Model 2455，Yokogawa，Japan）記錄箱溫。此外，每8～12 d 采集一次土壤樣品并測定土壤中DOC、的含量。在植株的成熟期，隨機選取小區(qū)內(nèi)3 處樣點，取1 m2內(nèi)植株的全部地上部分，測定谷物產(chǎn)量和植株生物量。

1.3 樣品分析

1.3.1 氣體樣品分析

CH4和N2O 濃度使用安捷倫氣相色譜（Agilent 7890B）測定。色譜柱為80/100 目的Porapak Q 填充柱，柱箱溫度60 ℃。CH4濃度使用氫火焰離子化檢測器（FID）檢測，檢測器溫度300 ℃，載氣為氮氣，流量5 mL·min-1，空氣為助燃氣，流量400 mL·min-1，氫氣為燃氣，流量45 mL·min-1；N2O 濃度使用63Ni 電子捕獲檢測器（ECD）檢測，檢測器溫度300 ℃，載氣為95%氬氣+5%甲烷，流量5 mL·min-1。

1.3.2 土壤樣品分析

用土鉆采集0～20 cm 表層土壤樣品，每小區(qū)分點采集4 份土壤樣品后均勻混合，存儲在冰盒中，盡快運送至實驗室進行理化性質(zhì)分析。稱取20 g 新鮮土樣，加入0.5 mol·L-1的K2SO4浸提液（土水比為1∶4），300 r·min-1振蕩1 h 提取土壤DOC，然后通過自動TOC 分析儀（Multi N/C 3000，Jena，Germany）進行分析。稱取20 g 新鮮土樣，加入2 mol·L-1的KCl 浸提液（土水比為1∶5），300 r·min-1振蕩1 h 提取土壤中的，然后通過連續(xù)流動分析儀（Skalar，Netherlands）進行測定。土樣在105 ℃下烘干8 h測定土壤含水量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

CH4和N2O排放通量的計算公式為：

式中：F為CH4或N2O 排放通量，mg·m-2·h-1（CH4）或μg·m-2·h-1（N2O）；ρ為標(biāo)準狀態(tài)下CH4或N2O 密度，0.71 kg·m-3（CH4）或1.96 kg·m-3（N2O）；V為采樣箱內(nèi)有效體積，m3；A為采樣箱所覆蓋的土壤面積，m2；dc/dt為單位時間內(nèi)采樣箱內(nèi)CH4或N2O 濃度的變化，μL·L-1·h-1（CH4）或nL·L-1·h-1（N2O）；T為采樣箱內(nèi)溫度，K；P為采樣箱內(nèi)大氣壓，kPa；P0為標(biāo)準狀態(tài)下大氣壓力，kPa。由于試驗田地區(qū)氣壓與標(biāo)準大氣壓相當(dāng)，因此P/P0值等于1。

CH4和N2O 季節(jié)排放量或總排放量的計算公式為：

式中：T總為CH4或N2O 季節(jié)總排放量，kg·hm-2；Fi和Fi+1分別為第i次和第i+1 次采樣時CH4或N2O 平均排放通量，mg·m-2·h-1；Di和Di+1分別為第i次和第i+1 次的采樣時間，d。CH4和N2O季節(jié)排放總量是將每次的觀測值按時間間隔加權(quán)求和后再平均，用3 個重復(fù)的平均值進行處理間的方差分析和多重比較。

根據(jù)單位質(zhì)量的CH4和N2O 在100年時間尺度上的全球增溫潛勢（Global warming potential，GWP）分別是CO2的34 倍和298 倍[1]，計算出不同處理排放CH4和N2O產(chǎn)生的總溫室氣體排放量（TGHG），公式如下：

式中：TGHG為總溫室氣體排放量，t CO2e·hm-2；TCH4和TN2O分別為CH4和N2O的排放量，t·hm-2。

溫室氣體排放強度（GHGI）是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)溫室效應(yīng)的綜合評價指標(biāo)[13]，計算公式為：

式中：GHGI為溫室氣體排放強度，t·t-1；Y為農(nóng)作物產(chǎn)量，t·hm-2。

2 結(jié)果與分析

2.1 CH4和N2O排放

兩處理的CH4排放均集中在水稻生長季，且排放通量變化幅度較大（圖1）。RR 處理的CH4排放峰出現(xiàn)在中稻季返青期、分蘗期、成熟期以及再生季前期，中稻季和再生季CH4排放通量分別為0～268 mg·m-2·h-1和0～36 mg·m-2·h-1，中稻季平均CH4排放通量為32.19 mg·m-2·h-1，是再生季的3.96 倍。SW 處理的CH4排放峰則出現(xiàn)在水稻返青期、分蘗期，其稻季CH4排放通量為0～217 mg·m-2·h-1，水稻生長季平均CH4排放通量為39.06 mg·m-2·h-1，高于RR 處理兩季平均CH4排放通量23.08 mg·m-2·h-1。

RR 和SW 處理在非水稻生長季的CH4排放均較少（表2），其累積排放量僅占全年總排放量的0.05%和0.04%。水稻生長期間，RR處理中稻季CH4排放量占全年總排放量的86.30%，是再生季的6.32 倍。輪作方式顯著影響了CH4排放量，RR 處理全年、中稻季CH4累積排放量分別顯著低于SW 處理22.30%和32.92%（P＜0.05）。

兩處理N2O 排放的季節(jié)變化規(guī)律并不一致（圖1）。RR 處理紫云英季、中稻季和再生季的N2O 排放通量分別為0～390、0～517 μg·m-2·h-1和0～1 526 μg·m-2·h-1，N2O 排放峰主要出現(xiàn)在促苗肥施用后；RR 處理紫云英季、中稻季和再生稻季平均N2O 排放通量分別為49.02、45.48 μg·m-2·h-1和143.46 μg·m-2·h-1。SW 處理的麥季和稻季N2O 排放通量分別為0～4 004μg·m-2·h-1和0～3 019 μg·m-2·h-1，N2O 排放峰主要出現(xiàn)在麥季降雨后、稻季烤田及排水落干時；SW處理麥季平均N2O 排放通量為683.44 μg·m-2·h-1，是其稻季的2.86 倍。RR 處理全年平均N2O 排放通量為64.76μg·m-2·h-1，低于SW 處理的497.70 μg·m-2·h-1（P＜0.05）。

兩處理的土壤N2O 累積排放量分布也并不一致（表2）。RR處理N2O排放主要集中在水稻生長季，其中再生季的N2O 累積排放量最大，占全年排放的41.54%，是中稻季的1.84 倍，紫云英季的1.16 倍；SW處理N2O 排放主要集中在小麥生長季，占全年排放的80.43%，是中稻季的4.11 倍。輪作方式顯著影響N2O累計排放量，RR處理N2O全年總排放量僅為SW 處理的13.51%。

表2 2019—2020年各處理CH4和N2O季節(jié)排放量及年排放總量（kg·hm-2）Table2 Total seasonal CH4 and N2O emission throughout the experimental period of 2019—2020（kg·hm-2）

2.2 水稻產(chǎn)量、總溫室氣體排放量和溫室氣體排放強度

由表3 可知，RR 處理在非水稻生長季的TGHG較小，僅占全年的1.71%。RR 處理全年、稻季TGHG分別顯著低于SW 處理36.31%和24.05%（P＜0.05）。RR 處理的水稻產(chǎn)量比SW 處理高16.19%（P＜0.05），但全年總谷物產(chǎn)量比SW 處理低24.33%（P＜0.05）。與SW 處理相比，RR 處理全年、稻季GHGI 降低15.85%和35.51%（P＜0.05）。

表3 2019—2020年各處理CH4和N2O的總溫室氣體排放量、產(chǎn)量及溫室氣體排放強度Table3 Total greenhouse gas emissions，grain yield and GHGI throughout the experimental period of 2019—2020

2.3 水稻生長季環(huán)境因素

輪作方式顯著影響了土壤Eh（圖2a）。RR 處理在淹水期間平均土壤Eh為-164 mV，在干濕交替時期及再生季平均土壤Eh 為-21 mV。SW 處理在淹水期間平均土壤Eh 為-182 mV，干濕交替時期平均土壤Eh為101 mV。

水稻生長季，RR 處理土壤DOC 含量為44.41～64.61 mg·kg-1，平均值為52.44 mg·kg-1，其中中稻季平均值為50.44 mg·kg-1，再生季平均值為56.04 mg·kg-1。SW 處理土壤DOC 為45.39～76.50 mg·kg-1，平均值為57.15 mg·kg-1（圖2b）。

2.4 稻季CH4和N2O排放通量與環(huán)境因素相關(guān)性分析

相關(guān)性分析（表4）表明，兩處理的稻季CH4排放通量均與土壤Eh 呈顯著負相關(guān)（P＜0.01），但與土壤DOC 濃度無顯著相關(guān)性（P＞0.05）；SW 處理的稻季CH4排放通量還與土壤含量呈顯著正相關(guān)（P＜0.01）。RR 處理的稻季N2O 排放通量與土壤

表4 稻季CH4和N2O排放通量與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)關(guān)系Table4 Correlation coefficients of CH4 and N2O flux with soil properties in rice paddies under different ecosystems

含量呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）；SW 處理的稻季N2O 排放通量與土壤Eh 呈顯著正相關(guān)（P＜0.01）。除SW 處理N2O 排放通量與箱溫呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）外，其他溫室氣體排放通量與箱溫?zé)o顯著相關(guān)性。

3 討論

本試驗中，再生稻再生季生育期共73 d（表1），占水稻生長季的38.02%，而再生季CH4排放量僅占稻季CH4總排放量的13.66%。本研究發(fā)現(xiàn)，兩處理CH4排放通量與土壤DOC無顯著相關(guān)性，這與鄧橋江等[10]的研究結(jié)果一致，說明土壤DOC的供應(yīng)不是限制CH4排放的主要因素。不同地區(qū)的再生稻研究結(jié)果（表5）顯示，再生季的CH4排放量占稻季CH4總排放量的2.02%～35.24%。SONG 等[9]認為再生季CH4排放量較少可能與土壤溫度和水稻植株的生物量有關(guān)。再生稻是利用頭季稻收割后稻樁上存活的休眠芽再生形成的一季水稻，再萌發(fā)的水稻矮于頭季稻[4，14]，植株生物量明顯減少，進而植株排放的CH4減少[15-16]。同時，再生季較低的土壤溫度，降低了土壤產(chǎn)甲烷菌的活性、土壤有機質(zhì)分解速率及土壤CH4產(chǎn)生和向大氣傳輸?shù)乃俾蔥17]。本研究兩處理稻季CH4排放通量與箱溫?zé)o顯著相關(guān)性，可能是由于水分管理對土壤溫度有

表5 不同地區(qū)種植再生稻對稻季CH4和N2O排放量、總溫室氣體排放量、產(chǎn)量和溫室氣體排放強度的影響Table5 Effects of different rotation systems on CH4and N2O emissions，total greenhouse gas emissions，yield and GHGI during rice growing season

注：a列出數(shù)據(jù)為3年平均值。

Note：aThe data listed is a three-year average.較強影響，因此箱溫未能很好地反映實際的土壤溫度。張浪等[8]認為，再生季期間水稻植株從收割部位重新抽穗，進而減少了由水稻分蘗造成的CH4排放；此外，水稻生長后期生理活性下降，從而降低了對CH4的傳輸力。與再生季不同，中稻季氮肥施用量大，較高的土壤抑制了甲烷氧化菌的活性，導(dǎo)致了較高的CH4排放[11]。另外，中稻季分蘗盛期水稻生長旺盛，通氣組織發(fā)達[17]，此時較高的氣溫和較大的降水量促進了產(chǎn)甲烷菌的活性[18-19]，進而增大了中稻季的CH4排放量。

本研究結(jié)果顯示，稻麥輪作改為再生稻種植，其稻季CH4排放量可降低22.31%（表2）。兩處理CH4排放主要集中在水稻生長季，占全年總排放的99.95%～99.96%，再生稻處理中稻季CH4排放占稻季CH4排放的86.30%（表2）。因此，中稻季CH4排放量的差異是全年CH4排放總量差異的主要原因。稻麥輪作制度下，小麥收割后實施秸稈全量還田，大量還田的麥稈為土壤產(chǎn)甲烷菌提供了豐富的產(chǎn)甲烷基質(zhì)，同時加速土壤Eh 的下降（圖2a），為產(chǎn)甲烷菌的生長提供適宜的環(huán)境條件，從而顯著促進稻田CH4的產(chǎn)生和排放[20-21]。而再生稻處理冬季栽種的是紫云英，與麥稈相比，紫云英還田量小，碳氮比也小，其還田后土壤Eh 下降幅度低于麥稈還田（圖2a），因而其CH4排放量也相應(yīng)較小（表2）。添加高生物量、高碳氮比的秸稈比添加低生物量、低碳氮比的綠肥產(chǎn)生了更多的CH4排放，在其他研究中也有報道[22-25]。不同輪作方式下，種植再生稻對CH4排放的影響不同，CH4排放量為37.13～1 034.18 kg·hm-2（表5）。呂澤芳等[11]通過對比3 種不同冬半年覆蓋植被的再生稻田發(fā)現(xiàn)，與冬季休閑相比，冬半年種植紫云英降低再生稻CH4排放量61.87%。鄧橋江等[10]發(fā)現(xiàn)，在優(yōu)化栽培模式下，再生稻減少了CH4排放量的34.93%。本研究輪作方式和再生稻栽培模式與上述兩研究試驗設(shè)置相似，結(jié)果一致。

本研究中，再生季N2O 排放量占稻季N2O 總排放量的64.8%，略高于文獻報道[8-11]。施用氮肥是保障再生稻高產(chǎn)的關(guān)鍵措施，其中，施用促芽肥可促進再生稻休眠芽的萌發(fā)，施用促苗肥可改善再生稻株碳氮代謝，提高結(jié)實率和穗實粒數(shù)[26]。促芽肥和促苗肥的施用為土壤硝化和反硝化作用提供了充足的底物，進而促進N2O 的產(chǎn)生和排放[9]。另外，再生季期間稻田僅保持淺水或無水層，此時的土壤水分狀況有利于硝化和反硝化作用的進行，從而促進N2O 的產(chǎn)生和排放[27]。冬作紫云英還田對中稻季N2O 排放有明顯抑制作用，一方面，紫云英腐解消耗土壤中的氧氣，較低的土壤氧氣分壓不利于硝化作用的進行，從而減少N2O 產(chǎn)生；另一方面，紫云英還田后稻田長期處于淹水狀態(tài)，使N2O 進一步還原為N2，進而減少反硝化過程所產(chǎn)生的N2O[11]。本研究中，紫云英在中稻移栽前還田，導(dǎo)致中稻季N2O 排放量較小，再生季N2O 排放量在整個稻季N2O 排放量中的占比較高。不同地區(qū)的再生稻研究結(jié)果（表5）顯示，再生季的N2O 排放量占水稻生長季N2O總排放量的28.94%～49.09%。

本研究結(jié)果顯示，稻麥輪作制度下非水稻生長季N2O 排放量占全年總排放量的80.43%，對全年N2O 排放量有決定性影響，稻麥輪作改為再生稻種植，非水稻生長季的N2O 排放量顯著降低93.96%（表2），這是造成兩處理全年N2O排放總量差異的主要原因。盡管由于氮肥施用和水分管理使水稻生長季觀測到相當(dāng)數(shù)量的N2O排放，但稻田大部分時間處于淹水狀態(tài)，N2O閉蓄于土壤中被進一步還原為N2，因而稻田稻季的N2O 排放量顯著低于其旱作季節(jié)的N2O 排放量[28-29]。旱作種植冬小麥，其N2O 排放量遠高于旱作種植紫云英處理（表2），這與前人研究結(jié)果相同[30]。除小麥和紫云英植株之間存在差異可能影響N2O 排放外，冬小麥的施氮量明顯高于紫云英，也有利于N2O 的產(chǎn)生與排放[30-33]。稻麥輪作改為再生稻種植，稻季N2O 排放量降低（表2），這可能與再生稻中稻季未施穗肥有關(guān)，觀測到的再生稻田土壤含量的平均值也低于單季稻田（圖2c、圖2d）。輪作方式也影響稻田N2O排放（表5）。呂澤芳等[11]的研究結(jié)果表明：與再生稻-休閑和再生稻-紫云英輪作方式相比，再生稻-油菜處理冬半年和全年的N2O排放量最高。氮肥施用量的不同必然導(dǎo)致溫室氣體排放的差異，而再生稻和稻麥輪作這兩種制度的氮肥施用量存在天然差異。本研究稻麥輪作處理非水稻生長季總施氮量為154 kg·hm2，水稻生長季為194 kg·hm2；再生稻處理非水稻生長季總施氮量為17 kg·hm2，水稻生長季為252 kg·hm2，總體上符合安徽省農(nóng)田氮肥施用量水平[34-35]，兩處理在施肥設(shè)置方面具有一定代表性，可在一定程度上代表安徽省這兩種輪作制度的溫室氣體排放。

據(jù)報道，安徽省適宜發(fā)展再生稻的面積為4.0×105～6.0×105hm2[7]。以本試驗得到的研究結(jié)果進行初步估算，安徽省全部適宜面積種上再生稻，可減少農(nóng)田排放CH4和N2O 的總溫室氣體排放量8.41×106～1.26×107t CO2e。此外，冬季種植紫云英代替小麥，還可以降低土壤耕作強度、改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤肥力。因此，在安徽省推廣種植再生稻具有良好的應(yīng)用前景。

種植再生稻對稻田溫室氣體排放的影響可能是一個長期過程，未來研究應(yīng)對再生稻制度下的CH4和N2O 排放進行長期觀測，確定種植再生稻對稻田CH4和N2O 排放的長期影響、年際變化以及影響因素。目前，再生稻田溫室氣體排放相關(guān)微生物的研究仍然較少，從分子生物學(xué)水平上揭示溫室氣體排放規(guī)律的變化也是值得研究的方向。

4 結(jié)論

（1）再生稻的種植改變了稻田的CH4和N2O 排放規(guī)律，稻麥輪作處理與再生稻處理全年CH4排放均集中在水稻生長季，與稻麥輪作處理相比，再生稻處理降低了全年CH4排放量；兩處理N2O 排放集中在不同作物生長季，再生稻處理的N2O 排放主要集中在再生季，而稻麥輪作處理的N2O 排放主要集中在小麥生長季，與稻麥輪作處理相比，再生稻處理降低了全年N2O排放量。

（2）與稻麥輪作處理相比，再生稻處理減少了全年總谷物產(chǎn)量，但同時降低了全年溫室氣體排放強度。

致謝：

感謝白湖農(nóng)場為本研究提供的試驗場地以及幫助。感謝中國科學(xué)院南京土壤研究所分析測試中心為本研究部分指標(biāo)測定提供的科研設(shè)施儀器。