秸秆还田对北方稻田甲烷排放的影响研究

陈佳广

摘要：秸秆还田可促进农作物增产，但同时会造成农田温室气体排放增加。通过田间试验，研究不同秸秆还田量与施氮量下稻田CH4的排放规律，探讨在保证水稻产量的前提下有效减少稻田CH4排放的施肥方式，为我国农田温室气体减排研究提供资料。

关键词：稻田；秸秆还田；温室效应；甲烷；排放

中图分类号：X511 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2015）06-0008-03

农作物秸秆是一种宝贵的可再生资源，含有丰富的氮、磷、钾及微量元素，可作为有机肥还田施入土壤中。秸秆还田后有效提高了土壤固碳量，可增加作物产量，但同时也促进了农田温室气体的排放。为此，研究秸秆还田对稻田甲烷（CH4）排放的影响，以探寻在保证水稻稳产高产的前提下减少稻田CH4排放的施肥方式。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验材料为超级稻沈农265，由沈阳农业大学水稻研究所育成，2001年通过辽宁省农作物品种审定委员会审定。该品种株高100～105 cm，生育期156 d左右，叶片数15～16片，株型紧凑，分蘖力较强，穗型直立，适宜在开原南部、铁岭、沈阳、辽阳、鞍山、营口等地区种植。

1.2 试验设计

试验在沈阳农业大学水稻研究所试验田进行。试验田为棕壤土，质地偏轻，地力中等，井水浇灌。4月18日育秧，5月27日移栽。

氮肥统一用46%的尿素，分基肥、分蘖肥（6叶龄期）、促花肥（倒4叶期）、保花肥（倒2叶期）4次施用。基蘖肥与穗粒肥比例为6∶4，基蘖肥中60%作基肥、40%作蘖肥，穗粒肥中70%作穗肥、30%作粒肥。所有处理的磷、钾肥均施用17%的过磷酸钙610

kg/hm2和51%的硫酸钾200 kg/hm2，氮、磷、钾比例为N∶P2O5∶K2O=2∶1∶1，其中P，K含量按N2处理计算。过磷酸钙作基肥，一次施用100%；硫酸钾作基肥和穗肥，各施用50%。

试验采用二因素随机区组设计，分别设置3个秸秆还田量处理：S0秸秆还田量为0 t/hm2，S1秸秆还田量为1.68 t/hm2（留茬20 cm），S3秸秆还田量为5.02 t/hm2（留茬60 cm）；3个N肥处理：N0为不施氮，N1为纯氮168 kg/hm2，N3为纯氮252 kg/hm2。试验9个处理，3次重复，共计27个小区。小区面积11.56 m2（长3.4 m×宽3.4 m），插秧行穴距为30.0 cm×13.3 cm（9寸×4寸），每穴3苗。还田用稻草秸秆晒干后打碎成5 cm左右的小段，均匀翻埋到各小区20 cm左右深度的土层。小区间采用聚四氟乙烯（PVC）板隔离。除草、病虫害防治等栽培措施同一般生产田。

1.3 分析方法

6月5日—9月30日进行气体样品采集，采用静态箱—气相色谱法测定稻田CH4排放量。水稻整个生育期内每隔10 d左右采集1次气体，时间为上午9∶00—11∶00，每次采样时间间隔为10 min，分别为0，10，20，30 min，用注射器抽取60 mL箱内混合均匀的气体于预先抽真空的采气袋内，每次采样前用箱内气体洗气3次。采集到的气体用Agilent 7890A气相色谱仪分析测定。

CH4排放通量计算公式为：F=ρh×。

式中：F为排放通量，mg/m2·h；ρ为CH4在标准状态下密度，kg/m3；h为采样箱高度，m；dc/dt为采样过程中采样箱内CH4的浓度变化率；T为采样箱内的平均温度，℃。

1.4 统计方法

利用Excel进行数据处理，DPS 3.0进行统计分析，Excel进行图表绘制。各处理的比较采用最小显著差法（LSD），凡超过LSD 0.05水平的视为显著。

2 结果与分析

2.1 稻田CH4排放通量的季节变化

稻田CH4排放通量季节变化情况如图1所示。

由图1可知：各处理生长季CH4排放量总体呈双峰型，分别出现在水稻生长的分蘖盛期和灌浆中后期。CH4排放主要集中在水稻生长前期，第一个峰值较大，集中出现在水稻移栽后第4周左右，此时期为水稻分蘖盛期。虽然7月6日开始晒田，但是之后持续降雨，小区渗水缓慢，导致田间始终存在薄水层，因此CH4排放峰之后并无骤减现象产生，而是呈现缓慢下降的趋势，稻田CH4在水稻生长中期的排放量较低；第二个峰值集中在水稻灌浆中后期，此后由于田间土壤逐渐落干，土壤含氧量增高，产生的CH4大部分被氧化，导致CH4排放量维持在较低水平，排放通量已接近于零或呈负值，即土壤表现为 CH4的净吸收汇。

不同施氮量与秸秆还田量处理的水稻生长季CH4平均排放通量的大小顺序表现为N3S3>N0S3>N1S3>N0S1>N3S1>N1S1>N1S0>N0S0>N3S0，各处理平均CH4排放通量依次为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累积排放量

秸秆还田后向土壤中输入了大量的有机碳，为CH4的产生提供了更多的前体基质，使得CH4排放量增加。不同施肥处理CH4累积排放通量如图2所示。

由图2可知：秸秆还田对稻田CH4累积排放有明显的促进作用，而氮肥用量对CH4累积排放的影响则不明显。在同一施氮量下，CH4排放量均随着秸秆还田量的增加而增加，N0水平下各秸秆还田量处理间CH4排放量差异显著（P<0.05），N1和N3水平下S3处理与S0，S1处理差异显著，S0，S1处理差异不显著。N0，N1，N3水平下S3处理CH4排放量分别是对照处理（无秸秆还田）的2.9，2.7，3.2倍。不同施氮量与秸秆还田量处理水稻生长季CH4累积排放通量的大小顺序表现为N3S3>N0S3>N1S3>N0S1>N3S1>N1S1>N1S0>N0S0>N3S0，各处理稻田生长季CH4累积排放通量依次为565.24，537.51，508.65，245.72，

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

3 结论

试验结果显示：稻田CH4排放整体呈双峰型，两个排放高峰分别出现在水稻的分蘖盛期与灌浆中后期。第一个排放峰在水稻移栽后第四周左右出现，此排放峰值较大。可能由于移栽前的耕翻和移栽等活动扰动加速了土壤中有机质、肥料的分解转化，为CH4的产生提供了充足的反应底物；进入分蘖盛期后气温较高，水稻植株的通气组织比较发达，传输CH4的净效应比较大；移栽后的淹水环境使土壤氧化还原电位逐渐降低，为CH4的产生提供了有利条件。随着水稻生育期的推进，土壤中易于利用的有机质被逐渐分解，产CH4菌可利用的底物减少，因此稻田CH4在水稻生长中期排放量较低。第二个峰值集中在水稻灌浆中后期，此峰值的出现可能由于此时期水稻根系的脱落分泌物腐解彻底，为产CH4菌提供了较多的底物。水稻生长后期气温下降，导致产CH4菌的活性受到抑制，且田间土壤逐渐落干，土壤含氧量增高，产生的CH4大部分被氧化，导致后期稻田CH4排放量维持在较低水平（已接近于零或呈负值），即土壤表现为CH4的净吸收汇。

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

参考文献

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