秸稈還田對北方稻田甲烷排放的影響研究

陳佳廣

摘要：秸稈還田可促進農(nóng)作物增產(chǎn)，但同時會造成農(nóng)田溫室氣體排放增加。通過田間試驗，研究不同秸稈還田量與施氮量下稻田CH4的排放規(guī)律，探討在保證水稻產(chǎn)量的前提下有效減少稻田CH4排放的施肥方式，為我國農(nóng)田溫室氣體減排研究提供資料。

關(guān)鍵詞：稻田；秸稈還田；溫室效應(yīng)；甲烷；排放

中圖分類號：X511 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2015）06-0008-03

農(nóng)作物秸稈是一種寶貴的可再生資源，含有豐富的氮、磷、鉀及微量元素，可作為有機肥還田施入土壤中。秸稈還田后有效提高了土壤固碳量，可增加作物產(chǎn)量，但同時也促進了農(nóng)田溫室氣體的排放。為此，研究秸稈還田對稻田甲烷（CH4）排放的影響，以探尋在保證水稻穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的前提下減少稻田CH4排放的施肥方式。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗材料為超級稻沈農(nóng)265，由沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所育成，2001年通過遼寧省農(nóng)作物品種審定委員會審定。該品種株高100～105 cm，生育期156 d左右，葉片數(shù)15～16片，株型緊湊，分蘗力較強，穗型直立，適宜在開原南部、鐵嶺、沈陽、遼陽、鞍山、營口等地區(qū)種植。

1.2 試驗設(shè)計

試驗在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所試驗田進行。試驗田為棕壤土，質(zhì)地偏輕，地力中等，井水澆灌。4月18日育秧，5月27日移栽。

氮肥統(tǒng)一用46%的尿素，分基肥、分蘗肥（6葉齡期）、促花肥（倒4葉期）、保花肥（倒2葉期）4次施用?；Y肥與穗粒肥比例為6∶4，基蘗肥中60%作基肥、40%作蘗肥，穗粒肥中70%作穗肥、30%作粒肥。所有處理的磷、鉀肥均施用17%的過磷酸鈣610

kg/hm2和51%的硫酸鉀200 kg/hm2，氮、磷、鉀比例為N∶P2O5∶K2O=2∶1∶1，其中P，K含量按N2處理計算。過磷酸鈣作基肥，一次施用100%；硫酸鉀作基肥和穗肥，各施用50%。

試驗采用二因素隨機區(qū)組設(shè)計，分別設(shè)置3個秸稈還田量處理：S0秸稈還田量為0 t/hm2，S1秸稈還田量為1.68 t/hm2（留茬20 cm），S3秸稈還田量為5.02 t/hm2（留茬60 cm）；3個N肥處理：N0為不施氮，N1為純氮168 kg/hm2，N3為純氮252 kg/hm2。試驗9個處理，3次重復(fù)，共計27個小區(qū)。小區(qū)面積11.56 m2（長3.4 m×寬3.4 m），插秧行穴距為30.0 cm×13.3 cm（9寸×4寸），每穴3苗。還田用稻草秸稈曬干后打碎成5 cm左右的小段，均勻翻埋到各小區(qū)20 cm左右深度的土層。小區(qū)間采用聚四氟乙烯（PVC）板隔離。除草、病蟲害防治等栽培措施同一般生產(chǎn)田。

1.3 分析方法

6月5日—9月30日進行氣體樣品采集，采用靜態(tài)箱—氣相色譜法測定稻田CH4排放量。水稻整個生育期內(nèi)每隔10 d左右采集1次氣體，時間為上午9∶00—11∶00，每次采樣時間間隔為10 min，分別為0，10，20，30 min，用注射器抽取60 mL箱內(nèi)混合均勻的氣體于預(yù)先抽真空的采氣袋內(nèi)，每次采樣前用箱內(nèi)氣體洗氣3次。采集到的氣體用Agilent 7890A氣相色譜儀分析測定。

CH4排放通量計算公式為：F=ρh×。

式中：F為排放通量，mg/m2·h；ρ為CH4在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下密度，kg/m3；h為采樣箱高度，m；dc/dt為采樣過程中采樣箱內(nèi)CH4的濃度變化率；T為采樣箱內(nèi)的平均溫度，℃。

1.4 統(tǒng)計方法

利用Excel進行數(shù)據(jù)處理，DPS 3.0進行統(tǒng)計分析，Excel進行圖表繪制。各處理的比較采用最小顯著差法（LSD），凡超過LSD 0.05水平的視為顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 稻田CH4排放通量的季節(jié)變化

稻田CH4排放通量季節(jié)變化情況如圖1所示。

由圖1可知：各處理生長季CH4排放量總體呈雙峰型，分別出現(xiàn)在水稻生長的分蘗盛期和灌漿中后期。CH4排放主要集中在水稻生長前期，第一個峰值較大，集中出現(xiàn)在水稻移栽后第4周左右，此時期為水稻分蘗盛期。雖然7月6日開始曬田，但是之后持續(xù)降雨，小區(qū)滲水緩慢，導(dǎo)致田間始終存在薄水層，因此CH4排放峰之后并無驟減現(xiàn)象產(chǎn)生，而是呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢，稻田CH4在水稻生長中期的排放量較低；第二個峰值集中在水稻灌漿中后期，此后由于田間土壤逐漸落干，土壤含氧量增高，產(chǎn)生的CH4大部分被氧化，導(dǎo)致CH4排放量維持在較低水平，排放通量已接近于零或呈負值，即土壤表現(xiàn)為 CH4的凈吸收匯。

不同施氮量與秸稈還田量處理的水稻生長季CH4平均排放通量的大小順序表現(xiàn)為N3S3>N0S3>N1S3>N0S1>N3S1>N1S1>N1S0>N0S0>N3S0，各處理平均CH4排放通量依次為17.45，16.59，15.70，7.58，

6.79，6.31，4.28，4.22，4.12 mg/（m2·h）。

2.2 稻田CH4累積排放量

秸稈還田后向土壤中輸入了大量的有機碳，為CH4的產(chǎn)生提供了更多的前體基質(zhì)，使得CH4排放量增加。不同施肥處理CH4累積排放通量如圖2所示。

由圖2可知：秸稈還田對稻田CH4累積排放有明顯的促進作用，而氮肥用量對CH4累積排放的影響則不明顯。在同一施氮量下，CH4排放量均隨著秸稈還田量的增加而增加，N0水平下各秸稈還田量處理間CH4排放量差異顯著（P<0.05），N1和N3水平下S3處理與S0，S1處理差異顯著，S0，S1處理差異不顯著。N0，N1，N3水平下S3處理CH4排放量分別是對照處理（無秸稈還田）的2.9，2.7，3.2倍。不同施氮量與秸稈還田量處理水稻生長季CH4累積排放通量的大小順序表現(xiàn)為N3S3>N0S3>N1S3>N0S1>N3S1>N1S1>N1S0>N0S0>N3S0，各處理稻田生長季CH4累積排放通量依次為565.24，537.51，508.65，245.72，

220.15，204.35，138.69，136.89，133.40 kg/hm2。

3 結(jié)論

試驗結(jié)果顯示：稻田CH4排放整體呈雙峰型，兩個排放高峰分別出現(xiàn)在水稻的分蘗盛期與灌漿中后期。第一個排放峰在水稻移栽后第四周左右出現(xiàn)，此排放峰值較大。可能由于移栽前的耕翻和移栽等活動擾動加速了土壤中有機質(zhì)、肥料的分解轉(zhuǎn)化，為CH4的產(chǎn)生提供了充足的反應(yīng)底物；進入分蘗盛期后氣溫較高，水稻植株的通氣組織比較發(fā)達，傳輸CH4的凈效應(yīng)比較大；移栽后的淹水環(huán)境使土壤氧化還原電位逐漸降低，為CH4的產(chǎn)生提供了有利條件。隨著水稻生育期的推進，土壤中易于利用的有機質(zhì)被逐漸分解，產(chǎn)CH4菌可利用的底物減少，因此稻田CH4在水稻生長中期排放量較低。第二個峰值集中在水稻灌漿中后期，此峰值的出現(xiàn)可能由于此時期水稻根系的脫落分泌物腐解徹底，為產(chǎn)CH4菌提供了較多的底物。水稻生長后期氣溫下降，導(dǎo)致產(chǎn)CH4菌的活性受到抑制，且田間土壤逐漸落干，土壤含氧量增高，產(chǎn)生的CH4大部分被氧化，導(dǎo)致后期稻田CH4排放量維持在較低水平（已接近于零或呈負值），即土壤表現(xiàn)為CH4的凈吸收匯。

Research on the Influence of Straw Returning on the Emission

of Methane in the North

CHEN Jiaguang

（Yi County Plant Protection Station， Jinzhou Liaoning 121100， China）

Abstract： Straw returning can promote the yield increasing of crops； meanwhile it can cause the growth of greenhouse gas emission in farmlands. In the article， it studied the emission rule of CH4 in different amount of returning straw and nitrogen fertilizer in rice field， and on the basis of assuring rice yield， it discussed the way of fertilizer application which can effectively reduce the emission of CH4， provided related data for the research of greenhouse gas emission reduction in farmland in China.

Key words： rice field； straw returning； greenhouse effect； methane； emission

參考文獻

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