稻田種養結合循環農業溫室氣體排放的調控與機制

張文靜

(太原學院環境科學與工程系，山西 太原 030032)

引 言

我國是一個農業大國，其中水稻的種植一直是促進我國經濟發展的主要農作物之一。但是溫室效應當中的氣體甲烷和氧化亞氮兩種都是由水稻排放出來的，為了促進生態的平衡，如何對這一源頭進行治理已經成為農業面臨的主要問題。而稻田種養結合循環這種農業模式在我國的迅速發展已經在增產增值上獲得了很大的成效，這對于實行我國綠色農業發展戰略措施有著極其重要的意義，同時也是未來稻田種植的發展重要方向。稻田種養指的是在水稻養殖的區域內養殖一些蝦類、魚類以及水禽類等，這樣既可以提高水稻的生長率，也能促進產業的增值，這也是目前我國發展綠色農業的主要產業計劃。

但是近些年每次對我國的環境進行檢測都會發現，溫室效應所產生的氣體濃度有不斷的上升趨勢，這其中最多的就是甲烷與氧化亞氮。而農業當中這兩種氣體排放量最高的就是水稻，我國的水稻產量位居世界第二，大約占了全球水稻面積的20%，這也導致我國甲烷與氧化亞氮產出的主要因素，如果不及時的治理，就會嚴重的影響到我國整體環境，甚至會讓自然災害情況頻發。

1 稻田種養的甲烷排放途徑及影響因素

1.1 甲烷排放的途徑

稻田當中的甲烷是在厭氧的條件下產生的，這是因為土壤當中有甲烷分解有機物質的產生，然后當稻田被掩埋以后，土壤當中的一些氧氣和氧化鐵等物質就會被消耗，這樣二氧化氮就會迅速的產生和累計，土壤便會呈現出中性，而且其中的電位也會迅速的下降，這就為甲烷的產生制造了有利的空間。而土壤當中有很多的營養物質，包括肥料、動物的尸體等在細菌的作用下，這些都會分解成二氧化碳或者乙酸。當甲烷飄到空氣當中的時候就會被氧化，所以可以判定出的是甲烷的氧化反應需要在有氧氣的地方，或者是在厭氧的環境下也能進行，在土壤當中也會與土壤當中所包含的一些氧氣發生反應，但是會受到氧氣濃度的限制。甲烷在植物的體內是通過通氣組織或者是氣泡以及分子的擴散來實現輸送的，所以它在土壤當中在向空氣當中傳播的時候會比較慢。

1.2 稻田種養結合的甲烷排放影響因素

水分的管理是制約著甲烷排放的重要因素，它可以影響到土壤當中或者植物當中的氧氣、微生物等，一般情況下如果水稻長時間在水中浸泡的話就會產生大量的甲烷，而且在長期的灌溉條件下也會使稻田當中有大量的甲烷氣體排放出來。當冬天的時候如果有水分的持續灌溉也會造成非產期的甲烷排出。而在水稻的循環農業模式當中，所要養殖的生物和水稻所需的水分都有所不同，所以需要進行一個深淺的管理模式，這樣能夠破壞田地當中的厭氧，從而降低甲烷的排放量，對于治理甲烷減少排放至關重要。稻鴨工作指是目前我國水稻種養結合最為常用的一種方式，已經有了20多年的經驗可借鑒，并且在不斷的實踐過程當中基本完善，這種模式是在水稻的種植時將田間的水深度保持在3 cm左右，當水稻活棵后再投入鴨子，將水深放置在8 cm左右，然后在逐漸加深，最后到10 cm左右。當插穗以后，將鴨子都趕出去，然后讓水稻干濕。在鴨子的放養條件下，他們會在田地間來回的走動，這樣就會將土壤踩松，達到水稻根系泌氧的效果，而且也能有效的增加土壤和二氧化碳之間的接觸，這樣就能降低水體表面的酸堿度，從而減少甲烷的出現。而且鴨子也會在天地之間尋找一些浮游生物或者是植物的爛根，這樣可以有效的控制田地間的氧氣消耗，從而降低甲烷的排放[1]。

2 稻田種養的N2O排放途徑及影響因素

2.1 N2O排放的途徑

土壤當中出現硝化和反硝化的作用是產生二氧化碳的主要原因，一般土地當中的通氣比較好，土壤當中的一些微生物就會轉化成硝酸鹽，而且在轉化的這一過程當中會釋放N2O，這就是硝化的過程。如果通氣效果不好土壤當中的微生物就會將硝酸鹽生成氮氣，這就是反硝化的作用。而稻田當中的土壤環境從總體上來說是比較復雜的，這些硝化和反硝化的過程交替出現。而稻田當中的N2O的釋放一般都在這兩種現象的反應速度來體現。在硝化的過程中氫氮氧化速度比它的產生速度還要快，如果說氧氣供應不足的話，就會讓N2O的量迅速增加。

2.2 稻田種養結合的N2O 排放影響因素

在水分的管理過程中，會影響到稻田土壤通氣情況和氧化還原的電位，同時也會影響到硝化的現象。稻田因為長期都在水中浸泡，所以就會形成厭氧的環境，而且如果水太深的話就會阻礙N2O向空氣當中的擴散，這樣就在它停留的過程當中發生一些其它的反應而產生氮氣，所以這時再去檢測N2O的話就無法檢測到。但是如果稻田的通風性比較好，就會讓其中氧氣的成分增加，這樣很多細菌就會被激活，為N2O的產生提供有利的空間。而稻鴨工作這種模式在對水分進行管理的時候它們在行走時腳可以伸入土壤之中，這樣可以發揮出防治的作用。相關學者認為這種合作的模式能夠增加N2O的產生，比一般情況下的多出10%左右。這是因為和正常的種植相比而言，它需要滿足鴨子和水稻共同的生長條件，所以在它們生長的不同階段當中就需要所適應的水深度，這其中滿足于鴨子的生長條件以后，就能讓它們啃食一些雜草和害蟲，從而為水稻的生長創造有力的條件，而且在它們啃食了大量的浮游生物以后，水里的好氧生物就會減少，從增加了N2O的排放。稻魚工作的活水就要比稻鴨工作的水更深，這樣就會讓N2O的產生量減少，調查分析會比平常少7%左右。稻蝦工作和稻魚工作相類似，也可以減少N2O的排放，可以比平常的稻田少排放8%左右。另外，在進行種養結合的稻田種植模式當中它所適合的施肥也有所不同，一般情況下施肥是為了增加產物的產量和質量，但是在工作當中很多動植物的殘渣和糞便也能作為營養物質，為水稻的生長提供有利條件，而N2O的排放也與肥料的使用有著極為密切的聯系。

3 稻田種養結合循環農業的溫室氣體排放機制分析

在全球溫室效應逐漸呈現出嚴重性的背景下，這與氣候系統有著很大的影響，在稻田的工作模式當中，農業種養的不同類型都能實現甲烷的減輕排放，這樣就可以減少對環境的污染。種養結合大部分都是用動物和水稻結合，然后動態的對水位進行管理，而且這些動物的排泄物可以作為稻田的營養物質，這樣便會減少氮肥的使用，而且甲烷和N2O的排放也能有效減少。就比方說鴨子和水稻共生，就會促進硝化，對于不同水深度而產生的影響也各不相同。在比方說龍蝦在水中會打洞，這樣就能讓土壤當中的氧成分增加，以此來減少甲烷的排放[2]。

4 結語

綜上所述，稻田種養結合這一模式可以在水稻田當中放入一些動物或者水產品，這樣首先能夠將水中的一些污染物自行清理，比方說魚和鴨子會食用大量的害蟲。其次是這些共生生物的糞便可以作為營養物質作用于水稻，能夠促進水稻的生長。最后是對于水稻工作的過程中再去飼養一些其它的生物也能給種植業主提供額外的經濟收入。但是最大的作用就是無論是從事任何的工作模式，都能夠有效的減少土壤和農作物當中的甲烷產生量，不僅可以改善水稻田的環境，也能防止其傳到大氣當中從而造成大氣的污染。并且在這種種植模式的不斷發展當中，對溫室效應有著良好的控制效果，從而改善生態環境。