稻秸的不同组分对水稻土甲烷和二氧化碳排放的影响

汤宏，沈健林刘杰云王聪吴金水∗，张杨珠*

稻秸的不同组分对水稻土甲烷和二氧化碳排放的影响

汤宏1，2，3，沈健林2，刘杰云2，王聪2，吴金水2∗，张杨珠3*

1. 凯里学院环境与生命科学学院，贵州 凯里 556011；2. 中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室，湖南 长沙 410125；3. 湖南农业大学资源环境学院，湖南 长沙 410128

在水稻土中添加稻秸（稻草）的不同组分后对其甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2）的排放特征及土壤的微生物量碳（MBC）和可溶性有机碳（DOC）进行了观测，并分析其相关关系，以探讨稻秸的不同组分对CH4和CO2排放的影响，揭示秸秆还田稻田温室气体排放的机制和来源机理，以期为合理进行秸秆还田，减少温室气体排放提供科学依据。采用室内恒温培养试验，向水稻土中添加稻秸的4种不同组分（原稻秸、腐解稻秸、可溶性有机物和去活稻秸），培养期间定期采样分析CH4和CO2的浓度及MBC和DOC的动态变化。结果表明：添加稻秸各组分后，在培养的前20 d各处理CO2排放速率较高并出现排放高峰，在20 d后基本趋于稳定。整个培养期间，CO2排放量高低顺序为：稻秸处理（2.82 g·kg-1）＞可溶性有机物处理（2.24 g·kg-1）＞去活稻秸处理（1.97 g·kg-1）＞腐解稻秸处理（1.86 g·kg-1）；整个培养期间，各处理CH4排放速率呈现波动变化，CH4排放量高低顺序为：原稻秸处理（83.58 mg·kg-1）＞去活稻秸处理（75.94 mg·kg-1）＞腐解稻秸处理（57.66 mg·kg-1）＞可溶性有机物处理（20.08 mg·kg-1）。CO2排放速率与DOC、稻秸组分C/N呈显著相关；CH4排放速率与MBC呈显著相关。稻秸组分施入水稻土后均能显著提高土壤CH4的排放速率和排放量，对土壤原有有机碳存在激发效应，以原稻秸激发效应最大；不同外源有机物对土壤有机碳的激发效应不同；CO2的排放主要集中在稻秸中易分解物质的快速分解阶段；在稻秸的易分解物质的快速分解阶段和难分解物质的缓慢分解阶段，均有CH4产生，缓慢分解阶段产生的CH4不容忽视。

稻秸组分；水稻土；甲烷；二氧化碳；激发效应

引用格式：汤宏， 沈健林， 刘杰云， 王聪， 吴金水， 张杨珠. 稻秸的不同组分对水稻土甲烷和二氧化碳排放的影响［J］. 生态环境学报， 2016， 25（7）： 1125-1133.

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秸秆作为一种宝贵的自然资源，是物质、能量和养分的载体。将秸秆直接还田是当前秸秆的一个重要用途。据有关资料统计，目前我国每年生产作物秸秆总量达8×108t（汪海波等，2008；毕于运等，2010），且随着农作物单产的提高，秸秆的数量还将进一步增加，如何利用好作物秸秆资源，是当前一个非常重要而又亟待解决的问题。大量研究表明，秸秆还田一方面可有效增加土壤有机质等养分的含量（黄金花等，2015；李玮等，2014；彭华等，2016；王胜楠等，2015），另一方面将促进生态系统CH4和CO2的排放（Bossio et al.，1999；Kemm itt et al.，2008；刘红江等，2016；刘田，2013；M a et al.，2009；徐娜娜等，2014）。关于不同C/N有机物料施用到农田后对温室气体排放的影响，已有不少研究报道（董玉红等，2005；顾道健，2015；马义虎等，2013；West et al.，1999；邹建文等，2003）。用玉米秸秆及由玉米秸秆制成的不同C/N的堆肥、沼渣和黑炭还田，马义虎等（2013）研究发现，CH4和CO2的累积排放量存在如下关系：秸秆还田＞堆肥还田＞沼渣还田＞黑炭还田；而顾道健（2015）的研究结果与马义虎等的研究结果存在差异。有研究表明，秸秆、菜饼、牛厩肥和猪厩肥4种不同C/N的有机物料对稻田综合温室效应的影响存在差异（邹建文等，2003）；在夏玉米季施用不同种类和不同量的有机肥，将对温室气体排放通量产生不同的影响（董玉红等，2005）。尽管上述研究表明施用秸秆等不同C/N有机物影响温室气体的排放，但关于秸秆的不同组分施入水稻土后对温室气体排放影响的研究，还鲜见报道，且温室气体产生的特征和机制如何等尚不清楚。本研究拟通过室内恒温培养试验，研究添加秸秆的不同组分后水稻土温室气体排放所产生的影响，以揭示秸秆还田后稻田温室气体排放的机制和来源机理，旨在为合理进行秸秆还田，减少温室气体排放提供科学依据。

1　材料与方法

1.1供试土壤和稻秸

供试土壤采集于湖南省长沙县金井镇的中国科学院亚热带农业生态研究所长沙农业环境观测研究站内的水稻田中（麻沙泥，Hemp sandy soil），采样深度为0～20 cm，采样前该地的种植作物为水稻，土壤质地为黏壤土。土样采集回实验室后置于室内自然风干，风干后盛于盛土盘内用木棍滚压，并分别过10目、20目和100目土壤筛，用于测定其基本理化性质，其中过20目筛的土壤主要用于培养试验。供试稻秸（用来制备稻秸的不同组分）采自于与土壤相同的田块，所采稻秸在70 ℃下烘干至恒重，粉碎过20目筛孔后，装入广口瓶内备用。供试土壤的基本理化性质见表1，稻秸不同组分的性质及制备方法见表2。

表1　供试土壤的基本理化性质Table 1　Basic physical and chemical properties of the tested soil

表2　供试稻秸组分的基本性质及制备方法Table 2　Basic properties of rice straw fraction and preparing method

1.2试验设计与方法

称取经过预培养的相当于干重400 g（装于各处理采土培养瓶中）或80 g（装于各处理采气培养瓶中）的上述土壤（仅加土壤处理不加稻秸，仅加稻秸处理不加土壤），平铺于塑料薄膜上，将各处理的添加物按表3所述的量均匀撒在土壤上，除仅加土壤处理和可溶性有机物+土壤处理外，其他各处理以原稻秸+土壤处理添加稻秸的量（每1千克土添加2.5 g原稻秸，即每1千克土添加1.013 g有机碳）为标准，按稻秸中的有机碳含量以等碳量来计算其他几种稻秸组分的质量（具体计算方法参考表2）；可溶性有机物以溶液的形式加入，用玻璃棒充分搅拌混匀后待装瓶。采集气样的培养瓶装样方法：将上述土壤和添加物的混合物加入容积为120 m L的塑料瓶中，并加水至土面以上2 cm。将塑料瓶置于容积为1.0 L的广口瓶中，瓶底加少量蒸馏水，盖塞。采集土样的培养瓶装样方法：将土样与添加物的混合物直接加入到容积为1.0 L的广口瓶中，再向培养瓶中加入适量去离子水，使土壤处于淹水状态，且使土面以上保持2 cm深水层。在25 ℃恒温和黑暗条件下培养180 d。试验处理见表3。

1.3样品采集及分析方法

采集气样培养瓶的培养及采样方法：将各处理采气培养瓶置于25 ℃恒温和黑暗条件下培养，每处理4次重复。分别在培养的第0、2、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170和180 d采集气样。每次采完气样后开塞30分钟，并打开恒温培养室的换气扇，以保证充分换气，换气后再塞上橡皮塞继续培养。

所采集气体样品中CO2和CH4的含量利用气相色谱仪（Agilent GC6890，美国）测定。CH4和CO2检测器为FID，载气为高纯氮气，流速30 m L·m in-1；燃气为氢气，流速30 mL·m in-1；助燃气为空气，流速400 m L·m in-1。测定温度为200 ℃，柱温为55 ℃。测定CO2的转化器为镍触媒，转化温度为375 ℃，CO2和CH4的保留时间分别为1.40 min和1.75 m in。

采集土样培样瓶的培养及采样方法：将各处理采土培养瓶置于25 ℃恒温和黑暗条件下密闭培养，每处理12次重复。分别在培养的第0、10、20、40、70和180 d按破坏式采样法采集土样，每次采集12次重复中的4次重复（4个培养瓶），每个培养瓶采集样品2次后即弃去，整个培养期内共采集土样6次。

培样瓶中所采集的土壤样品的测定指标为土壤MBC和DOC。土壤MBC的测定采用“氯仿熏蒸-0.5 mol·L-1K2SO4”直接提取法（Wu et al.，1990）。土壤溶液中的DOC含量和稻秸提取的可溶性有机物溶液中的可溶性有机碳用TOC自动分析仪（Phoenix-8000）紫外-过硫酸钾氧化法测定。稻秸组分中的碳元素含量采用元素分析仪（Vario MAX CN，德国）测定。供试土壤基本理化性质的分析参考《土壤农化分析》（鲍士旦，2005）。土壤全氮含量先采用硒粉-硫酸铜-硫酸消化法得到消煮液，转移至100 m L容量瓶定容，使用FIAstar5000流动注射分析仪测定；土壤有机碳含量测定采用重铬酸钾外加热法测定；阳离子交换量采用乙酸铵交换法测定；土壤pH测定采用蒸馏水（土水比为1∶2.5）浸提30 m in，用Mettler-Toledo 320 pH计测定；土壤机械组成采用比重计法测定。

1.4数据处理与统计分析

试验数据经Excel 2003整理后，应用SPSS 20.0统计软件进行数据统计分析。单因素方差分析多重比较采用最小显著差异法（LSD法，Least significant difference）。

表3　培养试验处理设置及稻秸组分添加量Table 3　Incubation experiment treatments establishment and adding rate of organic carbon and rice straw fraction

2　结果与分析

2.1添加稻秸不同组分后水稻土中CH4排放特征

在整个培养期内，S和RS处理CH4的排放速率一直维持在较低水平，排放速率没有出现峰值（图1）。RS+S和DRS+S处理CH4排放速率分别在培养的第35、50、70、90、140和160天出现峰值，而DOM+S处理在培养的第20和100天出现峰值，NARS+S处理在培养的第35、75、120和160天出现峰值。各处理在培养的前期排放速率较小，而在中期和后期排放速率较大。各处理排放速率的均值分别为（以下数值均以每千克干土计）：0.035、0.055、0.39、0.27、0.096、0.33 mg·kg-1·d-1。

在整个培养期内，添加原稻秸的RS+S处理的CH4累积排放量最高（表4），添加去活稻秸的NARS+S处理的CH4累积排放量次之，仅加土壤的S处理CH4累积排放量最低。在添加腐解稻秸、可溶性有机物和去活稻秸的3个处理中以添加去活稻秸的累积排放量最高。S、RS、RS+S、DRS+S、DOM+S和NARS+S处理的CH4累积排放量分别为：7.41、10.81、83.58、57.66、20.08、75.94 mg。RS+S处理的CH4累积排放量分别为S、RS、DRS+S、DOM+S和NARS+S处理的11.3、7.7、1.4、4.2、1.1倍。

图1　培养时间内甲烷排放速率动态变化Fig. 1　Dynam ics of CH4em ission rate of soil during incubation time

表4　培养期内甲烷和二氧化碳的累积排放量Table 4　Cumulative emission of CH4and CO2during the whole incubation time

图2　培养时间内二氧化碳排放速率动态变化Fig. 2　Dynamics of CO2emission rate of soil during incubation time

2.2添加稻秸不同组分后水稻土中CO2排放特征

添加稻秸不同组分后，水稻土中CO2排放速率随培养时间的动态变化如图2。在培养的前20 d内，CO2的排放速率逐渐增大。在培养的第20天，处理RS、RS+S和DOM+S处理的CO2排放速率均出现第1个排放高峰，且远高于其他处理，DOM+S处理的CO2排放速率最高，为70.76 mg·kg-1·d-1，其次是RS+S处理，为63.90 mg·kg-1·d-1。随着培养时间的延长，CO2的排放速率逐渐下降，并呈现出比较明显的阶段性。在20 d后基本趋于稳定，各处理CO2的排放速率波动不大。在培养前期，有外源可溶性含碳有机物加入的处理（RS、RS+S和DOM+S处理）的CO2排放速率显著高于其它处理。在相同培养条件下，添加稻秸不同组分后CO2排放速率存在差异，在培养后期，各处理CO2排放速率基本稳定在3.87～7.90 mg·kg·d。

在180 d培养期结束后，各处理中以RS+S处理CO2累积排放量最高，和其它处理相比均达显著性差异（表4）。其次为DOM+S处理，但和S、RS、DRS+S和NARS+S 4个处理的CO2累积排放量相比未达显著性差异。添加原稻秸的RS+S处理土壤CO2-C的累积排放量为0.77 g·kg-1，分别是对照S处理和RS处理的1.49倍和1.51倍；添加低分子有机物的DOM+S处理土壤CO2-C的累积排放量为0.61 g·kg-1，分别是对照S处理和RS处理的1.18倍和1.20倍；其它4个处理S、RS、DRS+S和NARS+S土壤CO2-C的累积排放量分别为0.52、0.51、0.51、0.54 g·kg-1。

2.3添加稻秸不同组分后土壤中微生物量碳和可

溶性有机碳的动态变化特征

2.3.1土壤微生物量碳

图3（a）显示了添加几种稻秸组分后土壤微生物量碳的动态变化。在整个培养时间内，各处理SMBC含量相差不大且变化趋势基本一致，随着培养时间的后推呈现先增加后降低再增加的变化过程。各处理SMBC的最大值均出现在培养的第40天，最小值均出现在培养的第70天，而CO2排放速率最大值却出现在第20天，各处理CH4-C的排放高峰出现的时间不一致，有的出现在培养的第40天前，有的出现在第40天后，这说明在培养过程中，同一处理土壤的微生物量变化超前于或落后于土壤CH4和CO2排放速率变化，两者在时间上没有明显的一致性。培养期结束时，NARS+S处理SMBC含量（936.4 mg·kg-1）最高，和培养初期含量（919.8 mg·kg-1）相比差异不大；其次是DOM+S处理（882.7 mg·kg-1），比培养初期含量降低了9.4%；RS+S（847.4 mg·kg-1）和DRS+S（871.2 mg·kg-1）处理比培养初期含量分别降低了12.4%和6.2%；对照（855.6 mg·kg-1）降幅最大，比培养初期降低了16.8%。

图3　添加几种稻秸组分土壤MBC（a）和DOC（b）含量的动态变化Fig. 3　Dynamics of MBC （a） and DOC （b） in the soil after application of several rice straw fractions

2.3.2土壤可溶性有机碳

图3（b）显示了添加几种稻秸组分后土壤可溶性碳的动态变化。整个培养阶段，各处理土壤可溶性碳变化趋势较为一致，和张旭博等（2011）的研究结果较一致。在培养前期，呈缓慢增加趋势，到培养20 d时，各处理DOC含量达到最大，而后又逐渐下降。DOC最大值出现在RS+S处理的第20天，含量达75.7 mg·kg-1，是对照的1.1倍。在培养的第20、40和70天，添加稻秸组分提高了土壤DOC的含量。RS+S和DRS+S处理DOC含量最高，其次为DOM+S处理，NARS+S处理最低。相比培养初期，各处理土壤DOC的含量均有一定程度的降低，以DOM+S处理DOC含量降低最多，达23.5 mg·kg-1。

2.4土壤MBC、DOC及稻秸不同组分C/N与CH4和CO2排放速率的关系

相关性分析结果表明（表5），添加稻秸不同组分后，MBC含量与土壤CH4排放速率呈显著相关（P=0.023，n=4），但与CO2排放速率的相关性不显著，DOC浓度和稻秸组分C/N与CH4排放速率相关性不显著（P=0.052，n=4；P=0.071，n=4），DOC浓度与土壤CO2排放速率呈显著相关（P=0.024，n=4），稻秸组分C/N与土壤CO2排放速率呈极显著负相关（P=0.007，n=4）。说明MBC直接影响CH4排放速率，DOC和稻秸组分C/N直接影响CO2排放速率。稻秸组分C/N与MBC含量极显著负相关（P=0.008，n=4），与DOC浓度显著正相关，MBC含量与DOC浓度有极显著正相关关系。

3　讨论

表5　投入稻秸组分后土壤MBC、DOC及稻秸组分C/N与土壤CH4和CO2排放量之间相关性分析Table 5　The correlations between MBC， DOC and C/N of organic materials and CH4and CO2em issions rate after application of organic materials

3.1添加稻秸不同组分对CH4排放的影响

稻秸等有机物添加到土壤中后，使土壤中微生物种类和数量发生变化（Baumann et al.，2009；Blagodatskaya et al.，2009；Matsuyama et al.，2007；Moorhead et al.，2013；Rui et al.，2009；王晓玥等，2012；伍玉鹏等，2014），同时增加了可供微生物利用的碳源、氮源，有利于微生物的生长和繁殖，提高了微生物活性，从而影响CH4的排放。以往的研究表明，秸秆等有机物还田可促进稻田甲烷排放（Bossio et al.，1999；Habib et al.，2007；Huang et al.，2014；李英臣等，2012；Suvendu et al.，2014；Watanabe et al.，1993）。本培养试验也得出类似的研究结果，添加稻秸的各组分均显著提高了水稻土CH4的累积排放量，尤以土壤中添加原稻秸的RS+S处理最为明显，对照S处理和RS处理在培养期内CH4的累积排放量均低于RS+S处理、DRS+S处理、DOM+S处理和NARS+S处理。

有研究表明，添加外源有机物质可激发土壤原有有机质产生CH4（Chidtha et al.，1997；Ye et al.， 2015）。在本研究中，RS+S处理、DRS+S处理、DOM+S处理和NARS+S处理CH4的累积排放量均高于对照S处理和对照RS处理的累积排放量之和，说明稻秸组分可促进土壤原有有机碳转化产生CH4。然而，不同的稻秸组分对土壤原有有机碳向CH4转化的促进程度不一。De Nobili et al.（2001）发现在培养的初期，复合有机外源物质的加入比单一物质的加入产生的激发效应大。Kuzyakov et al.（2006）发现如果土壤中同时存在几种有机质，微生物会优先分解可利用率最高的有机质。因此，当土壤中的易分解碳库被分解完后，微生物就会利用土壤中半腐殖化、腐殖化的有机质。本研究中添加原稻秸产生的激发效应大于添加其它几种稻秸组分，这与稻秸中既含有易被微生物利用的低分子有机物，也含有难被微生物利用的一些高分子化合物有关。DOM+S处理添加的可溶性有机物为易被微生物利用的低分子有机物，产生激发效应所需的时间可能比较短，DOM+S处理甲烷排放主要集中在培养前期，后期甲烷排放速率小，加之加入的碳量也较其他几个处理少，故其CH4累积排放量比添加其它物料的几个处理少。吕殿青等（2007）的研究表明，外加易分解的有机质比外加难分解的有机质更能促进土壤有机质矿化的激发效应。Fontaine et al.（2004）发现仅加入纤维素酶对土壤有机质矿化的影响很小。相比之下，加入纤维素极大地促进了土壤有机质的分解，表明纤维素的加入提高了能分解土壤有机质的微生物的数量和活性，说明纤维素等难分解的有机物质能诱发土壤有机质的分解，更易引发激发效应（Fontaine et al.，2003），本研究也显示出相似的结果。在本培养试验的后期，DRS+S处理和NARS+S处理土壤中残存的有机物主要是一些半纤维、纤维素和木质素，对土壤有机碳向甲烷的转变也产生了持久而不可忽视的激发效应，对甲烷累积排放量的贡献率较大。但也有研究表明纯纤维素不但不能促进土壤有机质的分解甚至可能出现负激发效应，王志明等（1998）在研究秸秆C在淹水土壤中的转化与平衡时，观察到土壤中加入新鲜有机C后土壤原有有机C分解速率发生改变的现象，土壤中加入秸秆后最初几天出现正激发，之后既出现微弱的正激发，又出现负激发。

3.2添加稻秸不同组分对CO2排放的影响

180 d的培养试验表明，添加原稻秸能显著提高土壤中CO2的累积排放量，添加腐解稻秸、可溶性有机物和去活稻秸的各处理和对照相比均没有显著差异。相关分析显示，在本试验中施用稻秸组分的C/N和可溶性有机碳均与CO2排放量具有很好的相关性，但和土壤的微生物量碳相关性不显著。说明添加稻秸较其它几种组分更能增加土壤中可供微生物直接利用的有机碳源，从而增加CO2累积排放量，可溶性有机碳含量的增加是导致CO2累积排放量增加的重要原因（戴万宏等，2002；李梦雅等，2009）。

众多研究表明（Bell et al.，2003；Kuzyakov et al.，2000；苗淑杰等，2014），外源有机物质加入土壤促进了土壤原有有机C的矿化，这一现象被称之为“激发效应”。但外加有机物对土壤原有有机C矿化的激发效应强度和持续时间因有机物的C/N等化学性质不同而不同（刘四义等，2015；王若梦等，2013；袁淑芬等，2015）。本研究中，各处理CO2的排放主要集中在培养的前中期，在培养的后期CO2排放较少，也说明稻秸不同组分对水稻土原有有机C矿化的激发效应强度和持续时间存在差异。

DRS+S处理和NARS+S处理CO2的累积排放量和S处理相比无明显差异，表明腐解稻秸和去活稻秸对土壤原有有机碳分解有微弱的正激发效应或微弱的负激发效应。DOM+S处理CO2的累积排放量稍高于对照S处理，表明可溶性有机物对土壤原有有机碳分解产生了激发效应。Bingemann et al.（1953）的研究也表明，新鲜的低分子有机C的加入为微生物提供了能量和营养元素，提高了微生物活性，从而加速了土壤有机C的矿化，产生了激发效应。Vanlauw et al.（1994）以玉米叶中的纤维素部分和未经处理的玉米叶作为有机物料，按等纤维量添加到土壤中，比较植物可溶部分对纤维部分分解的影响，发现含有可溶部分的原玉米叶能诱发更激烈的激发效应，其活性部分在2 d内就几乎被分解完，而纤维部分最大分解速率有明显的滞后期，结果表明植物体中的活性部分既能促进植物纤维素部分分解，同时也可对土壤有机质的分解产生激发效应。本研究各处理中以RS+S处理CO2的累积排放量最高，原秸秆既能促进秸秆中纤维素部分分解，又能激发土壤原有有机碳分解。可见，只有当有机物料中含有可溶性组分时才能对土壤有机质的分解产生激发效应，纤维素等难分解组分对土壤有机质的分解无明显的激发效应。

4　结论

（1）添加秸秆处理CH4累积释放量最高，对土壤原有有机碳向CH4的转化产生的激发效应最大；添加腐熟秸秆、去活稻秸和可溶性有机物各处理CH4的累积排放量明显高于S处理，对土壤原有有机碳向CH4的转化都存在一定的激发效应。

（2）添加原稻秸处理CO2累积排放最高，稻秸对土壤原有有机碳分解的激发效应大；添加可溶性有机物处理CO2的累积排放量高于S处理，对土壤原有有机碳的分解产生一定的激发效应；添加腐熟稻秸和去活稻秸处理CO2的累积排放量和S处理无显著差异，对土壤原有有机碳分解的激发效应不明显。

（3）土壤有机碳激发效应对不同外源有机物的响应不同；CO2的排放主要集中在稻秸中易分解物质的快速分解阶段；在稻秸中易分解物质的快速分解阶段和难分解物质的缓慢分解阶段，均有CH4产生，缓慢分解阶段产生的甲烷不容忽视。可溶性有机物是产CH4菌最直接的底物，但难腐解组分在其腐解过程中也能为产CH4菌提供底物而产生CH4。

综上所述，在农业生产中稻秸直接还田会增加CO2和CH4的排放，把稻秸腐解后再还田可有效减少CO2和CH4的排放。因此，选择合理的秸秆还田方式是缓解大气CO2和CH4浓度升高的重要途径，稻秸腐解后还田是稻秸较好的还田方式且简单易行。

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Effects of Rice Straw Fraction on M ethane and Carbon Dioxide Em ission from Rice Paddy Soil

TANG Hong1，2，3， SHEN Jianlin2， LIU Jieyun2， WANG Cong2， WU Jinshui2， ZHANG Yangzhu3
1. College of Environment and Life Science， Kaili University， Kaili 556011， China；2. Key Laboratory of Agro-ecology Processes in Subtropical Region， Institute of Subtropical Agriculture， Chinese Academy of Sciences，Changsha 410125， China；3. College of Resources and Environment， Hunan Agricultural University， Changsha 410128， China

The effects of different fraction of rice straw app lication on the em ission of methane （CH4） and carbon dioxide （CO2） and the change of soil microbial biomass carbon （MBC） and soil dissolvable organic carbon （DOC） were studied in an incubation experiment. Their relationships were analyzed， in order to reveal the effects of rice straw fraction on CH4and CO2em ission， to reveal the mechanism of the greenhouse gas em ission and the source of greenhouse gas ， to provide scientific basis for reasonable applying rice straw and reducing greenhouse gas em ission.An incubation experiment was designed to study the dynam ics of MBC， DOC， CH4and CO2concentration after application of four rice straw fraction（original rice straw， decomposed rice straw， dissolvable organic material， non-active ingredient rice straw）. Results showed that CO2em ission rate of all treatments increased and occurred peak after application of the rice straw fraction， and then （after 20 days） tended to be stabilized. During the incubation， cumulative em ission rate of CO2was followed the following order： rice straw （2.82 g·kg-1） ＞ dissolvable organic material （2.24 g·kg-1） ＞ non-active ingredient rice straw （1.97 g·kg-1） ＞ decomposed rice straw （1.86 g·kg-1）. CH4em ission rate of all treatments varied w ith time. During the incubation， cumulative em ission rate of CH4was followed the follow ing order： rice straw （83.58 mg·kg-1） ＞ non-active ingredient rice straw （75.94 mg·kg-1） ＞ decomposed rice straw （57.66 mg·kg-1） ＞ dissolvable organic material （20.08 mg·kg-1）. There were significant correlations among DOC， organic materials C/N and CO2em ission rate， and significant correlations among MBC and CH4emission rate. CH4em ission rate and amount were significantly enhanced due to application of rice straw fraction. Addition of organic materials may accelerate soil native organic carbon decomposition and produce prim ing effect， and the prim ing effect of rice straw was higher than that of other rice straw fraction. There were existing different priming effects of exogenous organic materials；CO2em issions were mainly concentrated at the stage of rapid decomposition of readily decomposable materials in rice straw； There are CH4emissions at the fast decomposition stage of readily decomposable materials and slow decomposition stage of decay-resistant materials. CH4em ission at the slow decom position stage cannot be neglected.

rice straw fraction； paddy soil； methane； carbon dioxide； priming effect

10.16258/j.cnki.1674-5906.2016.07.005

S152.6； X144

A

1674-5906（2016）07-1125-09

国家自然科学基金青年基金项目（41101247）；凯里学院获得博士学位（引进教授）教师专项课题（BS201334）

汤宏（1974年生），男，副教授，博士，主要从事土壤化学与生态环境，土壤肥力方面的研究工作。E-mail： 13077315255@126.com *通信作者

2016-04-05