水旱轮作系统中土壤CH4和N2O排放研究进展.pdf

A r e v i e w o n s o i l C H 4 a n d N 2 O e m i s s i o n s f r o m p a d d y u p l a n d r o t a t i o n s y s t e m s X I O N G L i p i n g 1 W U J i a m e i 2 3 4 J I X i o n g h u i 1 2 3 4 P E N G H u a 2 3 4 L I C h a n g j u n 2 3 4 1 L o n g p i n g B r a n c h o f G r a d u a t e S c h o o l o f H u n a n U n i v e r s i t y C h a n g s h a 4 1 0 1 2 5 C h i n a 2 H u n a n I n s t i t u t e o f A g r i E n v i r o n m e n t a n d E c o l o g y C h a n g s h a 4 1 0 1 2 5 C h i n a 3 M i n i s t r y o f A g r i c u l t u r e K e y L a b o r a t o r y o f A g r i E n v i r o n m e n t i n t h e M i d d l e R e a c h P l a i n o f Y a n g t z e R i v e r C h a n g s h a 4 1 0 1 2 5 C h i n a 4 H u n a n P r o v i n c e K e y L a b o r a t o r y o f P r e v e n t i o n C o n t r o l a n d R e m e d i a t i o n o f S o i l H e a v y M e t a l P o l l u t i o n C h a n g s h a 4 1 0 1 2 5 C h i n a A b s t r a c t F a r m l a n d s a r e o n e o f t h e m o s t i m p o r t a n t s o u r c e s o f g r e e n h o u s e g a s e m i s s i o n s P a d d y u p l a n d r o t a t i o n i s s i g n i f i c a n t f a c t o r a f f e c t i n g g r e e n h o u s e g a s e m i s s i o n s i n p a d d y s o i l s T h i s p a p e r d i s c u s s e s t h e e f f e c t s o f p a d d y u p l a n d r o t a t i o n o n e m i s s i o n s o f t w o m a i n g r e e n h o u s e g a s e s m e t h a n e C H 4 a n d n i t r o u s o x i d e N 2 O i n c l u d i n g t h e i m p a c t o f w a t e r s a v i n g i r r i g a t i o n f e r t i l i z e r m a n a g e m e n t a n d r o t a t i o n m e t h o d o n s o i l C H 4 a n d N 2 O e m i s s i o n s f r o m p a d d y u p l a n d r o t a t i o n s y s t e m T h r e e k i n d s o f g r e e n h o u s e e m i s s i o n r e d u c t i o n m e a s u r e s a r e a l s o p r o p o s e d i n c l u d i n g r i c e s e a s o n w a t e r s a v i n g i r r i g a t i o n c r o p f e r t i l i z a t i o n m a n a g e m e n t a n d r o t a t i o n m o d e o p t i m i z a t i o n K e y w o r d s p a d d y u p l a n d r o t a t i o n m e t h a n e n i t r o u s o x i d e 2 0 2 0 3 9 4 8 6 3 8 7 1 2 0 2 0 年 4 月 农 业 环 境 科 学 学 报 J o u r n a l o f A g r o E n v i r o n m e n t S c i e n c e 熊 丽 萍 吴 家 梅 纪 雄 辉 等 水 旱 轮 作 系 统 中 土 壤 C H 4 和 N 2 O 排 放 研 究 进 展 J 农 业 环 境 科 学 学 报 2 0 2 0 3 9 4 8 6 3 8 7 1 X I O N G L i p i n g W U J i a m e i J I X i o n g h u i e t a l A r e v i e w o n s o i l C H 4 a n d N 2 O e m i s s i o n s f r o m p a d d y u p l a n d r o t a t i o n s y s t e m s J J o u r n a l o f A g r o E n v i r o n m e n t S c i e n c e 2 0 2 0 3 9 4 8 6 3 8 7 1 水 旱 轮 作 系 统 中 土 壤 C H 4 和 N 2 O 排 放 研 究 进 展 熊 丽 萍 1 吴 家 梅 2 3 4 纪 雄 辉 1 2 3 4 彭 华 2 3 4 李 尝 君 2 3 4 1 湖 南 大 学 研 究 生 院 隆 平 分 院 长 沙 4 1 0 1 2 5 2 湖 南 省 农 业 环 境 生 态 研 究 所 长 沙 4 1 0 1 2 5 3 农 业 部 长 江 中 游 平 原 农 业 环 境 重 点 实 验 室 长 沙 4 1 0 1 2 5 4 农 田 土 壤 重 金 属 污 染 防 控 与 修 复 湖 南 省 重 点 实 验 室 长 沙 4 1 0 1 2 5 收 稿 日 期 2 0 2 0 0 1 2 9 录 用 日 期 2 0 2 0 0 3 1 7 作 者 简 介 熊 丽 萍 1 9 9 6 女 湖 南 益 阳 人 硕 士 研 究 生 从 事 污 染 与 恢 复 生 态 学 研 究 E m a i l 1 2 1 7 4 3 2 6 6 2 q q c o m 通 信 作 者 纪 雄 辉 E m a i l 1 5 4 6 8 6 1 6 0 0 q q c o m 基 金 项 目 国 家 水 稻 产 业 技 术 体 系 项 目 C A R S 0 1 2 8 国 家 重 点 研 发 计 划 项 目 2 0 1 6 Y F D 0 8 0 0 7 0 5 P r o j e c t s u p p o r t e d T h e A g r i c u l t u r e R e s e a r c h S y s t e m o f C h i n a C A R S 0 1 2 8 T h e N a t i o n a l K e y R D P r o g r a m o f C h i n a 2 0 1 6 Y F D 0 8 0 0 7 0 5 摘 要 农 田 是 温 室 气 体 的 重 要 排 放 源 之 一 而 水 旱 轮 作 是 显 著 影 响 稻 田 温 室 气 体 排 放 的 重 要 因 素 之 一 本 文 分 析 了 水 旱 轮 作 对 甲 烷 C H 4 和 氧 化 亚 氮 N 2 O 两 种 主 要 温 室 气 体 产 排 的 影 响 从 水 肥 管 理 和 不 同 轮 作 方 式 等 方 面 论 述 其 对 水 旱 轮 作 系 统 中 土 壤 C H 4 和 N 2 O 排 放 的 影 响 并 根 据 温 室 效 应 等 因 素 综 合 性 地 提 出 了 推 行 稻 季 节 水 灌 溉 规 范 作 物 施 肥 管 理 和 优 化 轮 作 模 式 3 种 减 排 措 施 以 期 为 水 旱 轮 作 稻 田 温 室 气 体 减 排 提 供 参 考 关 键 词 水 旱 轮 作 甲 烷 氧 化 亚 氮 中 图 分 类 号 X 5 1 1 文 献 标 志 码 A 文 章 编 号 1 6 7 2 2 0 4 3 2 0 2 0 0 4 0 8 6 3 0 9 d o i 1 0 1 1 6 5 4 j a e s 2 0 2 0 0 1 0 1 开 放 科 学 O S I D 温 室 气 体 排 放 导 致 全 球 气 候 变 暖 等 一 系 列 生 态 环 境 问 题 引 起 了 当 今 社 会 的 广 泛 关 注 甲 烷 C H 4 和 氧 化 亚 氮 N 2 O 是 两 种 重 要 温 室 气 体 其 单 位 分 子 的 增 温 潜 能 分 别 是 二 氧 化 碳 C O 2 的 2 5 倍 和 2 9 8 倍 1 3 据 I P C C 第 五 次 评 估 报 告 全 球 大 气 中 C H 4 和 N 2 O 浓 度 已 由 工 业 革 命 前 的 7 1 5 L m 3 和 2 7 0 L m 3 农 业 环 境 科 学 学 报 第 3 9 卷 第 4 期 增 至 2 0 1 1 年 的 1 8 0 3 L m 3 和 3 2 4 L m 3 4 农 业 源 是 大 气 C H 4 和 N 2 O 的 主 要 排 放 源 分 别 占 全 球 人 为 排 放 C H 4 和 N 2 O 的 5 0 和 4 3 以 上 我 国 农 业 源 释 放 的 温 室 气 体 总 量 占 中 国 总 温 室 气 体 的 比 例 已 超 过 1 7 0 5 8 因 此 采 用 有 效 的 农 田 管 理 措 施 缓 解 农 田 温 室 气 体 排 放 具 有 十 分 重 要 的 意 义 水 旱 轮 作 是 我 国 的 重 要 耕 作 模 式 之 一 指 在 同 一 田 块 上 按 季 节 有 序 地 交 替 种 植 水 稻 和 旱 地 作 物 小 麦 油 菜 蔬 菜 蚕 豆 棉 花 等 的 一 种 种 植 模 式 主 要 分 布 在 长 江 和 淮 海 流 域 种 植 面 积 约 4 7 0 万 h m 2 9 水 旱 轮 作 系 统 农 田 温 室 气 体 排 放 受 水 肥 管 理 耕 作 栽 培 等 农 艺 措 施 的 影 响 1 0 1 2 因 此 采 用 合 适 的 农 田 管 理 措 施 对 减 缓 农 田 温 室 气 体 排 放 具 有 重 要 的 现 实 意 义 本 文 通 过 探 讨 水 稻 小 麦 水 稻 油 菜 水 稻 紫 云 英 等 水 旱 轮 作 模 式 下 农 田 C H 4 和 N 2 O 的 排 放 差 异 分 析 其 影 响 因 素 并 提 出 相 应 的 减 排 对 策 旨 在 为 水 旱 轮 作 模 式 下 土 壤 温 室 气 体 减 排 提 供 科 学 参 考 1 水 旱 轮 作 对 农 田 C H 4 和 N 2 O 排 放 的 影 响 1 1 C H 4 排 放 与 水 稻 冬 水 休 闲 相 比 水 稻 干 旱 休 闲 更 有 利 于 降 低 C H 4 排 放 张 广 斌 等 1 3 研 究 发 现 水 稻 冬 水 休 闲 系 统 的 稻 季 C H 4 排 放 通 量 比 水 稻 干 旱 休 闲 高 1 1 8 5 相 比 稻 闲 稻 稻 农 田 采 取 稻 油 稻 麦 或 玉 米 水 稻 等 水 旱 轮 作 模 式 能 有 效 减 少 C H 4 排 放 6 1 4 1 6 稻 麦 轮 作 的 C H 4 平 均 排 放 通 量 仅 为 水 稻 冬 水 田 的 1 3 1 7 稻 麦 和 稻 油 菜 轮 作 周 年 C H 4 排 放 量 比 稻 淹 水 休 闲 显 著 降 低 2 4 0 9 0 5 和 8 9 4 1 8 1 9 双 季 稻 田 改 为 水 旱 轮 作 土 壤 C H 4 排 放 量 明 显 降 低 2 0 2 2 与 双 季 稻 种 植 模 式 相 比 早 稻 玉 米 玉 米 晚 稻 C H 4 排 放 量 分 别 降 低 5 3 6 8 8 0 和 5 4 6 8 5 4 2 1 2 3 油 菜 早 稻 甘 薯 晚 大 豆 相 比 油 菜 双 季 稻 C H 4 周 年 排 放 显 著 降 低 4 7 0 紫 云 英 早 稻 甘 薯 晚 大 豆 相 比 紫 云 英 双 季 稻 C H 4 周 年 排 放 显 著 降 低 9 4 0 2 4 1 2 N 2 O 排 放 水 旱 轮 作 系 统 的 N 2 O 排 放 量 显 著 高 于 持 续 淹 水 农 田 系 统 与 冬 闲 水 田 相 比 冬 季 旱 作 处 理 的 土 壤 N 2 O 的 排 放 量 明 显 升 高 与 水 稻 冬 水 田 相 比 江 长 胜 等 1 9 研 究 中 稻 麦 轮 作 增 加 3 7 倍 莫 永 亮 等 2 5 研 究 中 增 加 6 2 倍 宿 敏 敏 2 6 研 究 中 增 加 4 8 7 5 6 5 稻 油 增 加 4 5 倍 1 9 与 双 季 稻 相 比 稻 玉 玉 稻 分 别 增 加 5 0 6 和 2 1 9 8 6 1 1 6 2 1 2 3 稻 紫 云 英 N 2 O 平 均 排 放 通 量 比 冬 闲 土 壤 的 N 2 O 排 放 通 量 低 主 要 与 紫 云 英 利 用 土 壤 氮 素 转 变 为 有 机 氮 有 关 2 7 1 3 综 合 温 室 效 应 水 旱 轮 作 虽 增 加 农 田 土 壤 N 2 O 排 放 但 显 著 降 低 了 C H 4 的 排 放 降 低 了 农 田 系 统 的 综 合 净 增 温 潜 势 表 1 与 双 季 稻 种 植 相 比 稻 玉 米 玉 米 稻 均 显 著 降 低 农 田 系 统 综 合 增 温 潜 势 稻 麦 轮 作 稻 油 轮 作 和 稻 儿 菜 轮 作 比 稻 冬 水 休 闲 综 合 增 温 潜 势 分 别 减 少 7 3 1 2 4 7 和 4 0 7 2 水 旱 轮 作 系 统 C H 4 和 N 2 O 排 放 影 响 因 素 2 1 水 分 管 理 2 1 1 水 分 管 理 对 C H 4 排 放 的 影 响 水 旱 轮 作 模 式 下 C H 4 排 放 通 量 和 排 放 量 随 灌 水 量 的 减 少 而 降 低 2 9 3 0 由 于 稻 季 节 水 灌 溉 增 加 了 土 轮 作 模 式 R o t a t i o n p a t t e r n 双 季 稻 水 稻 玉 米 玉 米 水 稻 双 季 稻 玉 米 水 稻 水 稻 冬 水 休 闲 水 稻 小 麦 水 稻 冬 水 田 水 稻 油 菜 水 稻 儿 菜 增 温 潜 势 G W P k g C O 2 h m 2 C H 4 8 6 0 7 2 3 9 9 6 0 1 2 6 0 1 1 1 8 4 0 0 3 7 0 0 0 1 4 2 0 0 N 2 O 2 4 8 0 8 8 5 5 8 5 6 2 1 2 0 0 5 3 0 0 0 5 6 7 0 0 C H 4 N 2 O 8 8 5 5 2 4 8 8 1 5 2 1 1 6 3 1 7 8 4 8 0 1 1 1 2 3 0 7 8 0 0 0 2 1 0 0 0 1 1 9 6 0 0 9 0 0 0 0 7 0 9 0 0 增 温 潜 势 减 少 D e c r e a s e i n G W P 8 1 4 3 1 8 4 3 7 7 7 3 1 2 4 7 4 0 7 参 考 文 献 R e f e r e n c e 2 2 2 3 2 6 2 8 表 1 不 同 轮 作 模 式 C H 4 和 N 2 O 周 年 排 放 总 量 及 增 温 潜 势 T a b l e 1 G r e e n w a r m i n g p o t e n t i a l o f C H 4 a n d N 2 O d u r i n g c r o p g r o w i n g s e a s o n i n w h o l e y e a r 8 6 4 熊 丽 萍 等 水 旱 轮 作 系 统 中 土 壤 C H 4 和 N 2 O 排 放 研 究 进 展 2 0 2 0 年 4 月 壤 通 透 性 破 坏 了 产 C H 4 菌 生 命 活 动 所 需 要 的 极 严 格 厌 氧 条 件 导 致 C H 4 排 放 量 降 低 3 1 3 4 因 此 稻 季 节 水 灌 溉 对 稻 季 和 旱 作 季 C H 4 排 放 均 有 抑 制 作 用 3 3 3 4 徐 莹 3 5 研 究 表 明 稻 油 模 式 下 稻 季 实 行 湿 润 式 间 歇 灌 溉 干 旱 式 间 歇 灌 溉 和 旱 作 栽 培 的 C H 4 周 年 累 积 排 放 量 比 常 规 灌 溉 分 别 减 少 了 1 7 0 6 6 0 3 9 0 8 5 0 和 6 0 0 9 1 0 杭 玉 浩 等 3 6 采 用 水 稻 季 控 制 灌 溉 的 稻 季 和 小 麦 季 C H 4 排 放 通 量 较 传 统 灌 溉 分 别 减 少 了 7 9 9 和 2 6 5 2 1 2 水 分 管 理 对 N 2 O 排 放 的 影 响 稻 季 水 分 管 理 对 稻 季 和 非 稻 季 N 2 O 排 放 均 有 影 响 持 续 淹 水 稻 田 N 2 O 排 放 量 很 低 3 7 3 8 稻 季 晒 田 及 干 湿 交 替 可 以 促 进 水 旱 轮 作 系 统 稻 季 和 非 稻 季 周 年 N 2 O 排 放 3 9 4 0 邹 建 文 4 1 研 究 表 明 持 续 淹 水 处 理 的 N 2 O N 季 节 排 放 总 量 相 当 于 0 0 1 0 0 2 化 肥 氮 而 淹 水 烤 田 淹 水 处 理 的 为 0 1 1 0 5 6 杭 玉 浩 等 3 6 研 究 表 明 在 稻 麦 轮 作 系 统 中 水 稻 季 控 制 灌 溉 的 N 2 O 排 放 比 传 统 灌 溉 增 加 2 2 0 3 5 5 小 麦 季 增 加 1 1 3 2 5 0 徐 莹 3 5 监 测 稻 油 模 式 下 稻 季 湿 润 式 干 旱 式 间 歇 灌 溉 和 旱 作 栽 培 油 菜 季 N 2 O 累 积 排 放 量 比 传 统 灌 溉 分 别 增 加 了 7 6 1 7 5 1 8 5 1 9 3 和 2 3 6 3 6 2 由 于 淹 水 灌 溉 降 低 了 土 壤 E h 反 硝 化 过 程 彻 底 将 N O 3 还 原 为 N 2 减 少 了 N 2 O 的 产 生 而 稻 季 干 湿 交 替 为 氮 素 硝 化 与 反 硝 化 反 应 创 造 了 良 好 环 境 促 进 了 土 壤 N 2 O 的 产 生 与 排 放 3 7 4 2 4 3 2 2 施 肥 管 理 2 2 1 施 肥 管 理 对 C H 4 排 放 的 影 响 化 肥 施 用 对 水 旱 轮 作 系 统 中 C H 4 排 放 量 的 影 响 尚 未 明 确 普 遍 认 为 适 当 增 施 氮 磷 等 肥 料 有 利 于 产 C H 4 菌 生 命 体 的 构 建 但 随 着 施 肥 量 的 增 加 加 快 了 根 际 C H 4 的 氧 化 从 而 降 低 C H 4 排 放 4 4 左 怀 峰 4 5 和 杨 波 4 6 研 究 发 现 稻 麦 轮 作 施 用 2 0 5 1 k g N h m 2 和 2 4 0 0 k g N h m 2 的 C H 4 累 积 排 放 量 比 不 施 肥 分 别 增 加 4 1 1 和 2 9 5 有 研 究 表 明 随 着 施 肥 量 增 加 早 稻 马 铃 薯 和 水 稻 蚕 豆 轮 作 的 C H 4 周 年 累 计 排 放 量 分 别 增 加 2 3 3 8 倍 和 1 3 1 4 倍 4 5 4 6 宿 敏 敏 等 1 8 2 6 研 究 表 明 低 于 传 统 施 肥 量 的 水 稻 小 麦 轮 作 系 统 C H 4 排 放 比 不 施 肥 增 加 1 1 3 而 传 统 施 肥 处 理 减 少 4 8 9 刘 少 文 等 4 7 和 胡 安 永 等 4 8 也 表 明 紫 云 英 水 稻 轮 作 模 式 下 施 用 化 肥 比 不 施 肥 对 照 较 大 幅 度 减 少 C H 4 排 放 水 旱 轮 作 系 统 施 用 缓 释 化 肥 C H 4 排 放 量 明 显 低 于 普 通 化 肥 主 要 由 于 缓 释 肥 含 复 合 增 效 剂 铵 态 氮 始 终 处 于 较 高 的 水 平 加 剧 了 C H 4 在 土 壤 大 气 界 面 的 氧 化 使 C H 4 排 放 降 低 4 9 左 怀 峰 4 5 研 究 发 现 施 用 脲 酶 抑 制 剂 和 控 释 肥 农 田 C H 4 排 放 总 量 比 化 肥 处 理 分 别 减 少 了 1 3 0 和 4 5 5 胡 玉 麟 等 5 0 研 究 缓 控 肥 替 代 化 肥 对 水 稻 豇 豆 轮 作 系 统 温 室 气 体 减 排 效 果 显 著 不 同 有 机 肥 影 响 水 旱 轮 作 系 统 C H 4 排 放 郭 腾 飞 等 5 1 研 究 显 示 稻 麦 轮 作 施 用 秸 秆 比 单 施 尿 素 的 C H 4 周 年 排 放 量 分 别 增 加 1 4 0 和 9 8 7 单 季 稻 小 麦 和 双 季 稻 油 菜 轮 作 模 式 随 着 秸 秆 施 入 量 增 加 C H 4 周 年 累 计 排 放 量 分 别 增 加 1 4 6 0 倍 6 1 4 5 2 和 2 1 3 3 倍 6 1 4 邹 建 文 4 1 研 究 表 明 稻 麦 轮 作 施 用 菜 饼 秸 秆 或 牛 粪 与 化 肥 配 施 处 理 比 单 施 化 肥 C H 4 季 节 排 放 总 量 分 别 增 加 2 5 2 3 2 4 9 7 和 4 5 0 一 方 面 有 机 物 质 是 生 成 产 C H 4 前 体 的 基 质 来 源 另 一 方 面 有 机 物 质 的 分 解 降 低 土 壤 E h 从 而 促 进 C H 4 产 排 5 3 5 4 施 用 的 有 机 肥 中 沼 渣 肥 菌 肥 等 腐 熟 的 有 机 肥 C H 4 排 放 量 最 低 有 研 究 表 明 猪 厩 肥 处 理 与 化 肥 处 理 几 乎 无 差 异 主 要 是 腐 熟 后 的 有 机 肥 可 供 利 用 的 有 机 质 前 体 被 消 耗 因 而 对 C H 4 排 放 的 促 进 作 用 不 明 显 2 2 2 施 肥 管 理 对 N 2 O 排 放 的 影 响 施 用 化 肥 显 著 增 加 水 旱 轮 作 系 统 N 2 O 的 排 放 化 肥 氮 是 N 2 O 产 生 的 主 要 前 体 为 N 2 O 的 产 生 提 供 了 基 质 因 此 化 肥 施 用 通 常 会 促 进 N 2 O 排 放 5 5 6 0 邹 建 文 4 1 认 为 稻 麦 轮 作 系 统 中 随 着 氮 肥 施 用 量 的 增 加 N 2 O 排 放 量 增 加 徐 鹏 等 6 1 也 证 实 稻 油 轮 作 模 式 下 施 化 肥 处 理 N 2 O 排 放 量 显 著 高 于 不 施 氮 肥 处 理 与 不 施 肥 相 比 稻 麦 轮 作 模 式 下 施 入 化 肥 稻 季 和 旱 季 N 2 O 排 放 通 量 分 别 增 加 7 1 4 1 1 1 5 和 4 1 7 6 1 2 2 6 4 6 周 年 排 放 量 增 加 1 5 2 7 1 倍 6 1 4 6 2 双 季 稻 油 菜 周 年 排 放 量 则 增 加 6 2 1 2 3 倍 6 1 4 缓 控 释 氮 肥 的 氮 素 释 放 速 率 较 慢 释 放 时 间 长 降 低 土 壤 N 2 O 的 排 放 尹 高 飞 6 3 证 实 了 与 化 肥 相 比 等 氮 量 缓 释 肥 料 施 入 后 稻 季 和 蚕 豆 季 N 2 O 累 积 排 放 分 别 减 少 1 3 0 和 2 0 4 施 用 有 机 肥 对 水 旱 轮 作 系 统 N 2 O 排 放 影 响 比 较 复 杂 有 研 究 表 明 在 稻 麦 轮 作 系 统 下 水 稻 季 节 小 麦 秸 秆 还 田 显 著 减 少 了 稻 季 N 2 O 的 排 放 同 时 稻 秆 残 留 对 后 季 非 水 稻 季 节 的 排 放 也 有 抑 制 作 用 6 4 Z o u 等 6 5 和 柴 凯 斌 5 2 研 究 发 现 稻 季 麦 秸 还 田 较 麦 秸 不 还 田 能 显 著 降 低 N 2 O 排 放 达 1 8 0 3 8 0 水 稻 蚕 豆 轮 作 系 统 施 用 1 5 6 k g N h m 2 的 有 机 肥 稻 季 和 蚕 豆 季 N 2 O 排 放 较 不 施 肥 分 别 增 加 8 7 1 和 1 9 1 7 但 其 8 6 5 农 业 环 境 科 学 学 报 第 3 9 卷 第 4 期 增 长 幅 度 小 于 等 量 的 化 肥 施 入 6 3 李 喜 喜 6 6 研 究 表 明 增 施 5 0 0 1 0 0 0 猪 粪 有 机 肥 稻 麦 轮 作 整 个 生 育 期 N 2 O 累 积 排 放 量 升 高 6 6 4 1 2 1 6 牛 厩 肥 猪 厩 肥 和 菜 饼 处 理 稻 麦 生 长 季 N 2 O 排 放 总 量 比 常 规 化 肥 处 理 分 别 增 加 1 7 0 7 0 6 0 而 秸 秆 施 用 稻 季 N 2 O 季 节 排 放 总 量 较 无 秸 秆 处 理 减 少 了 8 0 8 8 0 全 轮 作 周 期 内 N 2 O 减 排 1 6 0 4 1 有 机 肥 对 稻 旱 轮 作 模 式 下 N 2 O 排 放 影 响 不 一 可 能 的 原 因 是 秸 秆 还 田 提 高 了 土 壤 中 C N 降 低 了 N 2 O 排 放 施 用 量 C N 氮 含 量 和 形 态 不 同 影 响 其 在 土 壤 中 氮 形 态 转 化 和 农 作 物 吸 收 利 用 的 差 异 导 致 了 N 2 O 排 放 结 果 的 差 异 6 7 6 8 2 3 轮 作 模 式 2 3 1 不 同 轮 作 模 式 对 C H 4 排 放 的 影 响 不 同 轮 作 模 式 对 C H 4 排 放 的 影 响 不 同 双 季 稻 冬 季 作 物 轮 作 模 式 普 遍 高 于 单 季 稻 旱 作 模 式 黄 太 庆 1 4 研 究 表 明 双 季 稻 油 菜 轮 作 的 C H 4 排 放 量 比 单 季 稻 小 麦 轮 作 系 统 高 出 1 2 7 9 7 7 伍 思 平 等 6 9 显 示 紫 云 英 双 季 稻 和 冬 闲 双 季 稻 模 式 的 C H 4 累 积 排 放 比 油 菜 中 稻 分 别 增 加 了 1 2 7 0 和 1 1 8 0 前 茬 不 同 旱 季 作 物 对 稻 季 C H 4 排 放 影 响 达 极 显 著 水 平 C H 4 排 放 量 表 现 为 紫 云 英 水 稻 休 闲 水 稻 小 麦 水 稻 油 菜 水 稻 黑 麦 草 水 稻 7 0 2 3 2 不 同 轮 作 模 式 对 N 2 O 排 放 的 影 响 水 旱 轮 作 系 统 N 2 O 排 放 因 不 同 作 物 的 轮 作 方 式 而 不 同 有 研 究 表 明 在 不 同 轮 作 系 统 中 N 2 O 周 年 排 放 量 表 现 为 双 季 稻 油 菜 轮 作 单 季 稻 小 麦 轮 作 6 1 4 张 岳 芳 等 7 1 发 现 水 旱 轮 作 系 统 旱 作 季 种 植 不 同 作 物 N 2 O 平 均 排 放 通 量 表 现 为 油 菜 冬 小 麦 黑 麦 草 休 闲 紫 云 英 钟 川 等 2 4 研 究 发 现 不 同 水 旱 轮 作 模 式 的 N 2 O 周 年 排 放 量 为 紫 云 英 早 稻 甘 薯 晚 大 豆 油 菜 早 稻 甘 薯 晚 大 豆 紫 云 英 早 稻 晚 稻 油 菜 早 稻 晚 稻 马 铃 薯 早 稻 晚 稻 由 于 不 同 作 物 的 水 肥 利 用 效 率 和 农 田 管 理 措 施 的 差 异 作 物 对 碳 氮 循 环 的 影 响 各 不 相 同 导 致 N 2 O 的 产 排 不 同 7 2 3 水 旱 轮 作 系 统 C H 4 和 N 2 O 减 排 措 施 建 议 3 1 推 行 稻 季 节 水 灌 溉 减 少 C H 4 排 放 由 于 C H 4 与 N 2 O 两 者 存 在 互 为 消 长 的 关 系 因 此 优 化 农 田 水 分 管 理 应 该 在 考 虑 这 两 种 温 室 气 体 综 合 排 放 的 基 础 上 制 定 合 理 措 施 在 水 旱 轮 作 系 统 内 稻 季 温 室 气 体 主 要 贡 献 因 子 为 C H 4 与 常 规 灌 溉 相 比 节 水 灌 溉 方 式 虽 可 增 加 土 壤 N 2 O 排 放 但 显 著 降 低 了 C H 4 的 排 放 降 低 了 全 球 增 温 潜 势 表 2 因 此 采 用 稻 季 节 水 中 期 烤 田 能 有 效 降 低 综 合 温 室 效 应 3 2 规 范 施 肥 管 理 减 少 N 2 O 排 放 化 肥 施 用 量 增 加 N 2 O 排 放 增 加 因 此 在 不 影 响 水 稻 产 量 的 前 提 下 考 虑 减 少 氮 肥 的 施 用 1 提 倡 测 土 配 方 施 肥 在 实 际 的 田 间 管 理 中 稻 麦 轮 作 系 统 氮 肥 的 施 用 也 可 遵 循 余 庆 福 等 7 3 推 荐 施 氮 量 麦 季 2 1 0 k g h m 2 稻 季 9 0 k g h m 2 降 低 N 2 O 排 放 2 选 用 缓 释 化 肥 替 代 普 通 化 肥 或 分 次 施 肥 方 式 有 利 于 提 高 氮 肥 利 用 效 率 减 少 氮 肥 损 失 抑 制 N 2 O 排 放 随 着 农 业 技 术 的 进 步 通 过 使 用 N 2 O 抑 制 剂 来 减 少 温 室 气 体 的 排 放 也 逐 渐 得 到 了 广 泛 的 认 可 脲 酶 抑 制 剂 和 硝 化 抑 制 剂 等 氮 肥 抑 制 剂 可 在 不 减 少 作 物 产 量 的 前 提 下 有 效 减 少 N 2 O 的 排 放 3 3 优 化 轮 作 模 式 减 少 周 年 增 温 潜 势 加 强 不 同 轮 作 系 统 作 物 搭 配 方 式 对 温 室 气 体 排 放 量 的 对 比 研 究 探 索 合 理 的 轮 作 模 式 在 保 证 作 物 产 量 的 同 时 因 地 制 宜 地 搭 配 选 用 根 系 大 活 力 强 温 室 气 体 排 放 量 低 的 作 物 品 种 稻 麦 轮 作 稻 油 轮 作 和 水 稻 紫 云 英 是 我 国 主 要 的 水 旱 轮 作 种 植 模 式 研 究 表 明 稻 麦 模 式 周 年 平 均 产 量 比 油 稻 模 式 高 4 0 1 8 k g h m 2 经 济 效 益 高 出 6 2 4 6 元 h m 2 7 4 旱 作 季 C H 4 和 N 2 O 的 总 增 温 潜 势 减 少 1 4 2 7 1 单 位 产 量 的 G W P 比 双 季 稻 油 菜 低 0 1 3 0 k g C O 2 k g 1 表 3 轮 作 模 式 R o t a t i o n p a t t e r n 稻 油 轮 作 稻 油 轮 作 稻 油 轮 作 稻 麦 轮 作 水 分 管 理 方 式 W a t e r m a n a g e m e n t 湿 润 式 间 歇 灌 溉 干 旱 式 间 歇 灌 溉 旱 作 栽 培 控 制 灌 溉 C H 4 排 放 量 C H 4 e m i s s i o n s 6 2 0 8 0 0 9 0 0 7 9 6 N 2 O 排 放 量 N 2 O e m i s s i o n s 无 显 著 差 异 无 显 著 差 异 无 显 著 差 异 2 7 0 净 增 温 潜 势 N e t w a r m i n g p o t e n t i a l 2 0 0 1 7 0 2 1 0 6 0 3 参 考 文 献 R e f e r e n c e 3 5 3 5 3 5 3 6 注 表 格 中 表 示 增 加 表 示 减 少 N o t e i n t h e t a b l e i n d i c a t e s i n c r e a s e i n d i c a t e s d e c r e a s e 表 2 与 常 规 灌 溉 相 比 不 同 水 分 管 理 农 田 温 室 气 体 排 放 T a b l e 2 G r e e n h o u s e g a s e m i s s i o n s u n d e r d i f f e r e n t w a t e r m a n a g e m e n t p a t t e r n s c o m p a r e d t o c o n v e n t i o n a l i r r i g a t i o n 8 6 6 熊 丽 萍 等 水 旱 轮 作 系 统 中 土 壤 C H 4 和 N 2 O 排 放 研 究 进 展 2 0 2 0 年 4 月 不 施 氮 的 条 件 下 水 稻 紫 云 英 和 水 稻 休 闲 处 理 间 C H 4 和 N 2 O 总 增 温 潜 势 无 显 著 差 异 但 水 稻 紫 云 英 更 有 利 于 作 物 增 产 7 1 因 此 在 施 氮 条 件 下 选 用 水 稻 冬 小 麦 种 植 模 式 不 施 氮 条 件 下 选 用 水 稻 紫 云 英 种 植 模 式 有 利 于 减 少 水 旱 轮 作 系 统 旱 作 季 的 温 室 效 应 4 展 望 大 量 的 研 究 表 明 农 田 N 2 O 和 C H 4 的 排 放 互 为 消 长 加 强 农 田 水 肥 管 理 是 控 制 C H 4 排 放 的 主 导 因 素 加 大 研 发 和 推 广 C H 4 抑 制 剂 力 度 是 减 缓 水 旱 轮 作 系 统 C H 4 排 放 的 有 力 手 段 对 N 2 O 而 言 提 高 缓 释 肥 控 释 肥 料 的 使 用 对 缓 解 其 大 量 排 放 具 有 更 重 要 的 科 学 意 义 和 实 践 价 值 在 今 后 研 究 过 程 中 应 综 合