雙季稻田不同種植模式對(duì)CH4和N2O排放的影響研究

彭華，紀(jì)雄輝*，吳家梅，朱堅(jiān)，黃涓

1. 中南大學(xué)隆平分院，湖南 長(zhǎng)沙410125；2. 湖南省土壤肥料研究所，湖南 長(zhǎng)沙410125；3. 農(nóng)業(yè)部長(zhǎng)江中游平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410125

雙季稻田不同種植模式對(duì)CH4和N2O排放的影響研究

彭華1,2,3，紀(jì)雄輝2,3*，吳家梅1,2,3，朱堅(jiān)1,2,3，黃涓1,3

1. 中南大學(xué)隆平分院，湖南 長(zhǎng)沙410125；2. 湖南省土壤肥料研究所，湖南 長(zhǎng)沙410125；3. 農(nóng)業(yè)部長(zhǎng)江中游平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410125

以南方典型雙季稻種植制度（早稻-晚稻R-R）為對(duì)照，采用靜態(tài)箱-氣相色譜法，研究了雙季稻田早、晚稻（Oryza sativa L.）改種玉米（Zea mays L.），包括早稻-玉米（R-C）和玉米-早稻（C-R）兩種種植模式下周年溫室氣體排放及其綜合增溫潛勢(shì)（GWP），旨在探索出適合雙季稻區(qū)的低碳農(nóng)業(yè)種植模式，對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)應(yīng)對(duì)氣候變化溫室氣體減排具有重大意義。結(jié)果表明：不同種植制中水稻種植CH4排放占主導(dǎo)地位，改制玉米N2O排放量顯著增加；其中，早稻改制玉米（C-R）的CH4排放比晚稻改制玉米（R-C）顯著降低68.5%（P<0.05），N2O排放量有所降低，但沒有達(dá)到顯著水平；R-C和C-R模式CH4周年排放總量較R-R模式顯著降低53.6%（P<0.01）和183.9%（P<0.01），但N2O排放分別顯著增加257.0%（P<0.01）和245.2%（P<0.01）；不同種植制度增溫潛勢(shì)（按CO2當(dāng)量計(jì)）大小順序?yàn)椋篟-R（8855.3 kg·hm-2）>R-C（4881.4 kg·hm-2）>C-R（2116.4 kg·hm-2），且差異達(dá)顯著水平，結(jié)合南方晚稻季溫光資源的優(yōu)勢(shì)，認(rèn)為玉米替代晚稻種植（早稻-玉米模式）是一可行的減緩溫室效應(yīng)的途徑。

雙季稻；CH4；N2O

大氣中溫室氣體濃度不斷增加導(dǎo)致全球變暖是人類共同面臨的問題，農(nóng)業(yè)溫室氣體CH4和N2O的排放一直受到國(guó)際社會(huì)的普遍關(guān)注。在100年時(shí)間尺度上，CH4和N2O單位分子的增溫潛勢(shì)分別是CO2的25倍和298倍（Bhatia等，2005），其氣體體積分?jǐn)?shù)分別以每年約 1.0%和 0.2%～0.3%的速度增長(zhǎng)（Verge等，2007）。稻田在溫室氣體中占有重要份額，稻田是大氣CH4主要生物排放源之一，年排放量約為 31～112 Tg，占全球總排放量的5%～19%（IPCC. Climate change，2007），稻田N2O的排放量小于旱地，但在水稻生長(zhǎng)期間采用烤田措施會(huì)明顯促進(jìn)N2O的排放（Cai等，1997；李香蘭等，2008）。中國(guó)稻田面積約占世界水稻種植面積的20%，研究稻田溫室氣體的排放特征及稻田減排CH4和N2O措施，是目前我國(guó)農(nóng)業(yè)環(huán)境領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

前人對(duì)稻田溫室氣體排放做了大量的研究工作，研究稻田CH4和N2O排放多集中在施肥、水分管理、作物類型和品種以及不同耕作制度等方面，除氣候條件和土壤特性外，農(nóng)業(yè)管理措施中種植制度也是影響稻田CH4和N2O排放的重要因素（Smith等，2008；汪婧等，2011）。有研究表明，水旱輪作方式有效減少稻田甲烷排放（廖宗文和張建國(guó)，1999），陳書濤等（2005）對(duì)大豆-小麥、玉米-小麥和水稻-小麥等3種輪作制度的研究得出，輪作制度對(duì)農(nóng)田N2O排放有極顯著影響。江長(zhǎng)勝等（2006）研究耕作制度對(duì)川中丘陵區(qū)冬灌田CH4和N2O排放的影響表明采用水旱輪作制后，冬灌田CH4排放量大大降低而N2O排放量顯著增大，最終大大減少排放CH4和N2O產(chǎn)生的綜合GWP。目前雙季稻區(qū)有關(guān)水稻改種旱作的輪作方式下對(duì)CH4和N2O排放的研究相對(duì)較少，以及前茬或后茬作物類型和施肥對(duì)后季作物CH4和N2O排放的影響研究不多，雙季稻地區(qū)采取何種輪作方式最有利于減少農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放還有待深入研究。為此，筆者采用田間試驗(yàn)，研究了雙季稻地區(qū)水稻改種玉米種植制度下對(duì)CH4和N2O排放及其溫室效應(yīng)，旨在為南方稻田溫室氣體減排種植模式的建立提供科技支撐，為農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體合理減排措施的制定提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

田間試驗(yàn)地點(diǎn)位于湖南省長(zhǎng)沙縣北山鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站實(shí)驗(yàn)基地，屬于中亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，是南方典型的雙季稻產(chǎn)區(qū)。試驗(yàn)基地氣候四季分明，具有熱量豐富、降水充沛、日照充足的特點(diǎn)。春季 15～25 ℃，夏季秋初 18～36 ℃，秋末至冬季5～15 ℃。常年降雨量1000～1200 mL。供試土壤類型為花崗巖發(fā)育的麻沙泥，其基本理化性質(zhì)為：土壤pH 5.1，有機(jī)質(zhì)54 g·kg-1，堿解氮為152 mg·kg-1，有效磷為47.2 mg·kg-1，速效鉀為111 mg·kg-1。主要?dú)庀筇卣鲾?shù)據(jù)如圖1。

圖1 水稻、玉米生長(zhǎng)季內(nèi)氣溫和降水變化Fig. 1 Dynamic change of air temperature and precipitation in rice and maize growing period

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)和田間管理

試驗(yàn)采用田間小區(qū)試驗(yàn)，設(shè)置3種種植模式：雙季稻（對(duì)照，R-R），玉米-晚稻（C-R）以及早稻-玉米（R-C），每個(gè)處理重復(fù)3次，小區(qū)面積為20 m2，在水稻生長(zhǎng)季，為了避免小區(qū)相互串水，小區(qū)田埂采用薄膜覆蓋。化學(xué)肥料于作物移栽前 1 d施入并與土壤混合均勻。早、晚稻及玉米基肥均為45%（15-15-15）復(fù)合肥，水稻分蘗期追施尿素 1次，而玉米苗期和花期各追施尿素1次，尿素純氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)46%，折算出早、晚稻及玉米季節(jié)施純氮分別為136.5、172.8和250.5 kg·hm-2。試驗(yàn)各處理具體施肥情況見表1。

表1 不同處理施肥量Table 1 Fertilizer application rates of different treatments

作物品種：早、晚稻品種分別為中早 39和五豐優(yōu)569，玉米品種均為湘康玉2號(hào)。早、晚稻分別于4月5日和6月23日育秧，4月27日和7月21日移栽，于水稻分蘗高峰期和乳熟期分別烤田一次，7月15日和10月24日收割；玉米于4月5日和7月12日育苗，移栽時(shí)間為4月12日和7月22日，玉米每穴種1株，每小區(qū)120株，7月15日和10月24日收獲。生產(chǎn)中病蟲害防治與當(dāng)?shù)亓?xí)慣保持一致。

1.3 氣體采集與測(cè)定

采用靜態(tài)箱-氣相色譜法。采樣箱采用聚碳酸酯材料制成，直徑55 cm，高120 cm，箱體外表粘貼雙層波音片材料，用來隔絕光線和避免箱體吸收太陽(yáng)輻射而引起的箱內(nèi)溫度升高。采樣底座由不銹鋼材料制成，底面積 0.25 m2，水稻移栽前插入土壤10 cm，底座插入土壤部分開有小孔便于采樣底座內(nèi)外聯(lián)通，保證底座內(nèi)外水分狀態(tài)一致。采樣時(shí)間為09:00—11:00，罩箱后分0、10、20、30 min抽取4次氣樣（50 mL），然后用氣相色譜儀（Agilent 7890a，美國(guó)）測(cè)定CH4和N2O，其中，CH4檢測(cè)器FID（氫火焰離子化檢測(cè)器），檢測(cè)溫度為200 ℃，柱溫55 ℃，N2O檢測(cè)器ECD（電子捕獲檢測(cè)器），檢測(cè)器溫度為330 ℃，柱溫55 ℃。最后的CH4和N2O測(cè)定值以4點(diǎn)作氣體濃度-時(shí)間直線，并計(jì)算其斜率作為被測(cè)氣體的濃度變化率（dc/dt）。

1.4 計(jì)算方法與數(shù)據(jù)分析

甲烷、氧化亞氮排放通量計(jì)算公式見彭華等（2011）。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel和SPSS13.0軟件進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析并作圖，多重比較的顯著性檢驗(yàn)均采用LSD法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植制度CH4和N2O排放通量季節(jié)變化規(guī)律

不同種植制度下 CH4季節(jié)排放變化情況如圖2。總體而言，水稻季CH4排放顯著大于玉米季CH4排放，不論早、晚稻，其CH4排放均呈單峰型。水稻移栽后，R-R和R-C處理CH4早稻季排放通量逐漸增加，移栽后的40 d左右達(dá)到峰值（19.46和19.31 mg·m-2·h-1），兩者差異不顯著，但顯著高于C-R處理春玉米季CH4排放，隨后開始烤田，CH4排放通量逐漸減小直至成熟期。晚稻各處理CH4排放規(guī)律同早稻一致。與R-R處理相比，C-R處理在移栽后10 d左右即達(dá)到排放高峰（9.71 mg·m-2·h-1），而水稻移栽后 20 d左右，CH4幾乎不再大量排放，而R-R處理CH4才出現(xiàn)排放高峰（20.79 mg·m-2·h-1）其峰值是C-R處理峰值的2.1倍，并且R-R處理CH4排放持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)50 d左右。C-R處理其晚稻季CH4排放降低可能原因是第1季種植玉米旱作栽培使土壤Eh升高，玉米收獲后覆水種植水稻，其氧化還原電位下降，可能仍高于冬季休閑后直接種植早稻模式（姜軍等，2012），后續(xù)對(duì)水稻進(jìn)行曬田更是抑制了CH4的排放，因此C-R處理CH4持續(xù)排放強(qiáng)度減弱，排放持續(xù)時(shí)間也大大縮短。

圖2 不同處理下CH4和N2O季節(jié)排放通量季節(jié)變化Fig. 2 Seasonal variation of CH4and N2O in different treatments

由圖2可見，稻田改種玉米后是N2O的排放源。春玉米 N2O排放主要是出現(xiàn)在玉米施肥后和追肥時(shí)期，后期排放較低，而R-C處理秋玉米在施肥移栽后N2O排放經(jīng)歷了先降低-升高-降低的過程，移栽后的30 d左右排放至高峰，可能原因：1）前茬種植水稻，田間水分含量較高，早稻收獲后種植玉米，田間高水分狀況將持續(xù)，因而不利于硝化反應(yīng)，導(dǎo)致移栽后N2O排放通量呈降低趨勢(shì)；2）追尿素態(tài)N肥為N2O的排放提供了豐富的N素基質(zhì)；3）玉米移栽后，田間逐漸落干，使田間水分狀況出現(xiàn)一個(gè)劇烈變化的過程，濕潤(rùn)的土壤環(huán)境增加了硝化和反硝化強(qiáng)度。早、晚稻施肥后，水稻生長(zhǎng)前期均出現(xiàn)一個(gè)N2O排放小高峰，隨后排放降低，直至成熟期N2O排放出現(xiàn)波動(dòng)。移栽后20 d左右，C-R處理與R-R處理晚稻季N2O排放均達(dá)到最大，但兩者峰值相差2.6倍，表明前茬種植玉米將顯著增加后季水稻N2O排放通量。

2.2 不同種植制度對(duì)CH4和N2O排放通量及累積排放量的影響

不同種植制度下CH4和N2O平均排放通量及累積排放量見表2。總體而言，稻田CH4排放占主導(dǎo)地位，玉米地N2O排放量大。早稻季CH4平均排放通量較春玉米顯著增加27.7倍（P<0.01），R-R處理晚稻季CH4平均排放通量較C-R處理顯著增加425.8%（P<0.01），其晚稻季CH4排放總量較C-R處理和R-C處理秋玉米季分別增加4.2倍和53.7倍，可以看出，早、晚稻改種玉米能夠顯著CH4排放量，對(duì)降低后季水稻CH4排放量效果明顯。改種玉米的種植制度下，C-R處理玉米季CH4排放量較R-C處理玉米季顯著增加78.0%（P<0.01），而C-R處理稻季 CH4排放量較 R-C處理稻季則顯著降低254.0%（P<0.01），表明改種玉米使不同種植制度CH4排放差異顯著，并且前茬作物對(duì)后季作用CH4排放影響顯著。

表2 不同處理CH4和N2O平均排放通量及累積排放量Table 2 The cumulative flux and average flux of CH4and N2O in different treatments

對(duì)N2O排放而言，C-R處理春玉米N2O排放通量較R-R和R-C處理早稻季顯著增加，分別顯著增加 261.6%（P<0.01）和 250.9%（P<0.01），春玉米N2O排放量較早稻顯著增加近4倍，R-C處理秋玉米N2O排放通量較R-R和C-R處理晚稻季分別顯著增加1143.7%（P<0.01）和235.2%（P<0.01），其N2O排放量較R-R和C-R處理晚稻季分別顯著增加711.8%（P<0.01）和228.2%（P<0.01）。C-R處理較 R-R處理晚稻季 N2O排放量顯著增加147.3%（P<0.01），可以看出，前季旱作玉米顯著增加后季水稻季的N2O排放。R-C處理玉米季N2O排放量較 C-R處理有所升高，但差異沒有達(dá)到顯著水平，而其稻季 N2O排放顯著降低 34.0%（P<0.05），表明R-C處理較C-R處理更有利于降低N2O排放。

2.3 不同處理CH4和N2O周年排放量及綜合增溫潛勢(shì)

不同種植制度周年CH4和N2O排放總量及其綜合增溫潛勢(shì)見表3。雙季稻模式是主要的CH4排放源，不同種植制度CH4周年排放總量大小順序?yàn)椋篟-R>R-C>C-R。與R-R處理相比，R-C和C-R處理CH4周年排放總量顯著降低 53.6%（P<0.01）和183.9%（P<0.01）。N2O周年排放總量大小順序?yàn)椋篟-C>C-R>R-R，R-C和C-R處理較R-R處理顯著增加 N2O排放，增加 257.0%（P<0.01）和 245.2%（P<0.01），表明雙季稻改種玉米能夠顯著降低CH4排放量，但顯著增加了N2O排放總量。比較3種種植制度綜合增溫潛勢(shì)表明，不同種植制度稻季對(duì)綜合增溫潛勢(shì)的貢獻(xiàn)為59.5%～97.2%，其中以R-R種植模式綜合增溫潛勢(shì)最大，其次為R-C種植模式，最小為C-R種植模式，早稻改種玉米和晚稻改種玉米綜合增溫潛勢(shì)較雙季稻田分別顯著降低 318.4%（P<0.01）和81.4%（P<0.01），表明雙季稻改種玉米能夠顯著減少綜合增溫潛勢(shì)。

表3 不同處理CH4和N2O周年排放總量及增溫潛勢(shì)Table 3 Green Warming Potential of CH4and N2O during crop growing season in whole year

3 討論

3.1 作物種類對(duì)CH4和N2O排放的差異

對(duì)不同作物類型CH4和N2O排放的研究（傅志強(qiáng)等，2012；胡小康等，2011；裴淑瑋等，2012）顯示，種植不同作物因其自身肥水利用效率以及相依配套栽培措施的差異，其農(nóng)田土壤-作物系統(tǒng)碳氮循環(huán)的影響有所差異，使種植不同作物的農(nóng)田CH4和N2O產(chǎn)生和排放規(guī)律存在差異，影響到農(nóng)田溫室氣體的最終排放。本研究表明，種植玉米和水稻溫室氣體排放差異顯著，主要體現(xiàn)在旱作玉米較水田顯著增加N2O排放，稻田是CH4的排放源。前人研究表明，稻田旱作季的CH4排放量較低（Groot等，2003），甚至表現(xiàn)為大氣CH4的弱匯（黃太慶等，2010；Shang等，2011）。而本研究中玉米替代早稻或晚稻是CH4排放弱源，可能原因是玉米季施氮量較高，且尿素氮肥施用可能減少了稻田旱作季土壤氧化CH4的量，間接增加了旱作季CH4排放，另外，CH4排放量晚稻季較早稻季高，這與石生偉等（2011）研究一致，與伍芬琳等（2008）研究的結(jié)果相悖，產(chǎn)生差異的原因可能是研究區(qū)域早稻季氣溫相對(duì)較低，甲烷細(xì)菌的活性受抑制，產(chǎn)CH4能力減弱。

作物種類影響 N2O排放主要是通過改變土壤的理化性質(zhì)，間接影響N2O排放，同時(shí)農(nóng)作物本身也產(chǎn)生N2O，其釋放N2O的速率和作物種類、部位、所處的生理階段以及所處土壤環(huán)境的氧濃度有關(guān)（陳冠雄等，2003）。玉米作為C4作物，C4作物光合效率高，通過根系分泌物提供給土壤微生物的營(yíng)養(yǎng)較多（Hunt等，1996），且旱作土壤環(huán)境呈好氣狀態(tài)，有利于硝化過程，因而N2O排放較水稻高。因此，在考慮減緩溫室效應(yīng)的低碳種植模式中，可以因地制宜選擇改變作物種植類型或品種而達(dá)到減排溫室氣體排放的效果。

3.2 水旱輪作對(duì)CH4和N2O排放的影響

除氣候條件和土壤特性外，農(nóng)業(yè)管理措施如種植制度也是影響農(nóng)田CH4和N2O排放的重要因素。本試驗(yàn)結(jié)果表明，水旱輪作種植制度較雙季稻種植制度能夠顯著降低周年CH4排放，雙季稻改種玉米CH4排放較少，平均排放總量占周年CH4排放總量?jī)H 7.3%，但旱作玉米任是大氣 CH4排放弱源，并沒有觀測(cè)到CH4吸收的現(xiàn)象，這與前人研究結(jié)論一致（裴淑瑋等，2012），而與胡小康等（2011）、肖玉等（2011）研究認(rèn)為玉米季是大氣CH4凈吸收庫(kù)結(jié)論不一致。可能是由于研究對(duì)象的土壤特性（水分狀況）、作物類型、施肥水平以及氣候等因子綜合影響的結(jié)果。

前人的研究（熊正琴等，2003）證實(shí)了，不同輪作制度極大影響稻田N2O的排放。本研究輪作制度中玉米季顯著增加N2O排放，同時(shí)前茬作物對(duì)后季作物CH4和N2O也差生較大影響。晚稻種植前旱作玉米，可能影響耕層土壤的物理、化學(xué)和生物狀況，進(jìn)而對(duì)下茬水稻生長(zhǎng)季的CH4和N2O排放產(chǎn)生影響，導(dǎo)致不同水旱輪作方式溫室氣體排放量存在顯著差異，另外，前茬作物為玉米時(shí)，其施氮量較高，玉米收獲后殘留于土壤中的氮可能會(huì)增加后季水稻生長(zhǎng)季N2O排放。氮肥的施入對(duì)稻田N2O產(chǎn)生排放提供了可能，但這種可能能否成為現(xiàn)實(shí)很大程度上取決于土壤水分狀況和水分變化情況，且反硝化速率與土壤含水量變化的歷史有關(guān)，不管當(dāng)季水分狀況如何，先前的土壤水分狀況影響到還原酶的濃度和合成能力，從而影響硝化過程（Dendooven等，1996）。本試驗(yàn)結(jié)果表明，與R-R處理相比，C-R處理水稻季N2O排放量顯著增加，王連峰和蔡祖聰（2009）研究結(jié)果解釋了這種輪作水分狀況對(duì)N2O排放的影響，即前期為淹水土壤和干土，在后期田間持水量（WHC）為100%時(shí)，N2O排放量為干土>淹水土壤。但R-C模式第2季N2O排放量較R-R模式顯著增大，與其結(jié)論相反，主要是因?yàn)楹蠹痉N植玉米，施肥量較大、高溫天氣持續(xù)、水田改為旱地，土壤通透性良好，硝化作用強(qiáng)度、田間持水量等差異導(dǎo)致。

雙季稻區(qū)稻田改種玉米，單季玉米地N2O平均排放量為2.28 kg·hm-2（N250），與胡小康等（2011）（N250）在華北地區(qū)觀測(cè)的玉米N2O排放量差異不大，可能是因?yàn)槭┑讲町愝^小，而結(jié)果比劉運(yùn)通等（2011）（N180）在山西、丁洪等（2004）（N150）在河南以及肖玉等（2011）（N400）在華北平原等觀測(cè)的N2O排放總量偏高，可能原因稻田改種玉米需翻耕起壟，土壤水分變化劇烈，稻田犁底層常年沉積的豐富氮素經(jīng)硝化或反硝化增加了土壤表層N2O的排放量，但結(jié)果顯著低于裴淑瑋等（2012）（N176）在河北、項(xiàng)虹艷等（2007）（N250）在四川觀測(cè)結(jié)果偏低，輪作模式差異可能導(dǎo)致不同觀測(cè)地點(diǎn)的土壤理化性狀、施肥量、種植模式、作物品種及氣候差異等。綜上，水稻改種玉米后，主要需控制N2O排放的增加，而稻田犁底層沉積的N素轉(zhuǎn)化貢獻(xiàn)了N2O排放增加部分，貢獻(xiàn)率是多少需進(jìn)一步研究探討。

3.3 不同種植制度對(duì)綜合增溫潛勢(shì)的影響

本研究不同種植制度中，C-R和R-C能夠顯著降低R-R綜合溫室效應(yīng)，表明玉米替代早稻或晚稻顯著降低雙季稻CH4和N2O綜合溫室效應(yīng)，不同種植制度下稻季排放的CH4對(duì)總增溫潛勢(shì)的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)高于N2O，因此雙季稻區(qū)CH4是減排的主要對(duì)象，而旱作玉米季N2O排放的增溫潛勢(shì)也需考慮。不同種植模式下綜合增溫潛勢(shì)存在極顯著差異，可能與各種模式耕作、作物殘茬、肥料用量等因素相關(guān)。南方雙季稻區(qū)早稻季 CH4排放較晚稻季排放顯著降低，結(jié)合南方氣候條件，合理利用晚稻季的溫光資源，玉米替代晚稻種植（早稻-玉米模式）是一可行的減緩溫室效應(yīng)的途徑，而輪作模式對(duì)土壤固碳、作物固碳以及綜合生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)效益的影響情況有待進(jìn)一步深入探討。

4 結(jié)論

1）不同種植模式下不同作物CH4和N2O排放差異較大，稻田CH4排放占主導(dǎo)地位，玉米地N2O排放量大。

2）輪作模式及作物種植季節(jié)對(duì)CH4和N2O排放影響較大。春玉米-晚稻（C-R）較早稻-秋玉米（R-C）種植模式的玉米季顯著CH4排放增加78.0%（P<0.01），其稻季CH4排放量則顯著降低254.0%（P<0.01）；R-C模式玉米季N2O排放量較C-R模式有所升高，但差異沒有達(dá)到顯著水平，而稻季N2O排放顯著降低34.0%（P<0.05），表明R-C模式較C-R模式更有利于降低N2O排放。

3）不同種植模式 CH4周年排放總量大小順序?yàn)椋弘p季稻（R-R）>早稻-秋玉米（R-C）>春玉米-晚稻（C-R），R-C和C-R處理CH4周年排放總量顯著降低53.6%（P<0.01）和183.9%（P<0.01），而顯著增加N2O排放，分別增加257.0%（P<0.01）和245.2%（P <0.01）。

4）不同輪作模式稻季CH4對(duì)綜合增溫潛勢(shì)的貢獻(xiàn)為59.5%～97.2%，其中以雙季稻種植模式綜合增溫潛勢(shì)最大，其次為早稻-秋玉米種植模式，然后為春玉米-晚稻種植模式。南方雙季稻區(qū)早稻季CH4排放較晚稻季排放顯著降低，結(jié)合南方氣候條件，合理利用晚稻季的溫光資源，玉米替代晚稻種植（早稻-玉米模式）是一可行的減緩溫室效應(yīng)的途徑。

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CH4and N2O Emission Reduction under Different Cropping Systems in Double-cropping Paddy Fields

PENG Hua1,2,3, JI Xionghui2,3*, WU Jiamei1,2,3, ZHU Jian1,2,3, HUANG Juan1,3
1. Longping Branch of Graduate School of Central South University, Changsha 410125, China; 2. Institute of Soil and Fertilizer, Hunan Academy of Agricultural Sciences, Changsha 410125, China; 3. Ministry of Agriculture Key Laboratory of Agriculture Environment in Middle Reach Plain of Yangtze River, Changsha 410125, China

CH4and N2O emissions under three crop rotation systems were measured using static chamber/gas chromatographic techniques to study the anniversary of greenhouse gas emissions and the Global Warming Potential(GWP). The three systems included double-cropping paddy(R-R) (Oryza sativa L.), corn(Zea mays L.)-later rice system(C-R) and early rice-corn system(R-C). The results showed that paddy field cropping pattern took a dominated role in CH4emission. The N2O emission was increased significantly in maize season; The emissions of CH4and N2O were decreased while the former was reduced significantly by 68.5%(P<0.05) compared with the R-C treatment. The anniversary total emission of CH4in R-C and C-R treatment were reduced by 53.6%(P<0.01) and 183.9%(P<0.01) but increased by 257.0%(P<0.01) and 245.2%(P<0.01) of N2O respectively compared with R-R treatment. The order of GWPS under different crop rotation system was in following: R-R(8855.3 kg CO2·hm-2)>R-C(4881.4 kg CO2·hm-2)>C-R(2116.4 kg CO2·hm-2). Combining the advantages of temperature and light resources in this southern area, the cropping pattern of corn replacing late rice(R-C)is a feasible way to mitigate the greenhouse effect.

Double-cropping paddy fields; CH4; N2O

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.02.002

X14

A

1674-5906（2015）02-0190-06

彭華，紀(jì)雄輝，吳家梅，朱堅(jiān)，黃涓. 雙季稻田不同種植模式對(duì)CH4和N2O排放的影響研究[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2015, 24(2): 190-195.

PENG Hua, JI Xionghui, WU Jiamei, ZHU Jian, HUANG Juan. CH4and N2O Emission Reduction under Different Cropping Systems in Double-cropping Paddy Fields [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(2): 190-195.

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31300413）；國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2013BAD11B02）

彭華（1982年生），男（土家族），助理研究員，博士研究生，研究方向?yàn)檗r(nóng)田固碳及溫室氣體減排。E-mail：phlove10@163.com *通信作者：紀(jì)雄輝，研究員，研究方向農(nóng)業(yè)環(huán)境。E-mail：jixionghui@sohu.com

2014-10-17