不同有机肥对稻田温室气体排放及产量的影响

吴家梅，纪雄辉，彭 华，谢运河，官 迪，田发祥，朱 坚，霍莲杰



不同有机肥对稻田温室气体排放及产量的影响

吴家梅1,2,3，纪雄辉1,2,3※，彭 华1,2，谢运河1,2，官 迪1,2，田发祥1,2，朱 坚1,2，霍莲杰4

（1. 湖南省农业环境生态研究所，长沙 410125； 2. 农业部长江中游平原农业环境重点实验室，长沙 410125；3. 南方粮油作物协同创新中心，长沙 410125； 4. 河南省新悦环境科学技术研究发展有限公司，洛阳 471000）

为研究有机肥施入稻田对温室气体排放的影响，设置猪粪、鸡粪和稻草分别与化肥混施处理，利用静态箱法-气相色谱仪监测稻田甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）排放通量并进行分析。研究结果表明，化肥处理（CF）CH4季节排放为202.1、279.9和332.5 kg/hm2，与猪粪（PM）无显性差异，明显低于鸡粪（CM）和稻草（RS）处理；CF处理N2O排放总量最高，与有机肥处理无显著性差异；CH4季节排放通量与土壤值呈极显著负相关关系，与土壤温度呈极显著正相关关系；肥料中不同活性有机碳质量分数为18.4～114.5 g/kg，肥料中被167 mmol/L高锰酸钾氧化的有机碳（ROC167）与稻田CH4排放总量呈显著正相关关系（相关系数为0.872，<0.05）；施有机肥第三年水稻平均产量比CF处理增加14.3%（<0.05）；不同有机肥中，以PM处理的增温潜势和温室气体排放强度最小，与不施肥和CF处理无显著性差异，猪粪的ROC167含量低，能较好的协调环境与产量之间关系，是值得推荐的有机肥种类。

土壤；温室气体；甲烷；有机肥；稻田；氧化亚氮；值

0 引 言

甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）是重要的温室气体之一[1]。自工业革命以来，大气中CH4和N2O的浓度持续增加，据IPCC报告，CH4和N2O浓度自工业革命前的715和270L/m3增加到2011年的1 803和324L/m3[2]。农业是重要温室气体排放源，2005年CH4和N2O占全球人为温室气体排放的10%～12%。

大气中大约有50%～65%的CH4排放由人类活动产生[2]，而稻田CH4是一个重要人为排放源，年排放量占全球CH4总排放的5%～19%[1]。中国是世界上最大的水稻生产国，2012年水稻种植面积为30.14×106hm2，约占世界水稻种植面积的28%，稻田CH4排放在中国农业温室气体排放总量中占有重要的份额，占世界稻田CH4排放的25%左右[3]，而稻田排放的N2O约占中国农田氮肥直接排放N2O总量的7.0%～11.0%[4]，研究不同施肥条件下，稻田CH4和N2O排放动态，对通过施肥措施减缓温室气体具有重要意义。

许多研究表明，施入不同有机肥的稻田CH4排放明显增加，但不同有机肥等碳施入稻田对CH4排放的影响研究较少。湖南省是中国双季稻种植的主产区，但由于农村劳动力的减少和双季稻收种时间间隔短，致使湖南省双季稻面积逐渐减少，2010－2014年的统计年鉴可知一季稻种植面积已经占湖南省水稻总播种面积的30%左右，近年来，湖南省双季稻田CH4和N2O排放特征研究颇多，而一季稻稻田CH4和N2O排放通量监测报道较少，较多的研究证实不同有机物料对稻田CH4和N2O排放影响的研究结果也不尽相同，因此，本研究选用生产中常用的几种有机物料，探讨等量外源碳输入在常规的水分管理条件下对一季稻CH4和N2O排放的影响，评估其综合温室效应，为准确估算一季稻田CH4和N2O排放量提供地区观测数据，对保障粮食生产提高土壤质量和温室气体减排具有重要的现实意义。

1 材料与方法

1.1 试验设计

不同施肥处理定位试验于2010年在湖南省长沙县干杉乡大屋组进行（28°08′18″N，113°12′0″E），该地区海拔42 m，年平均温度为17.1 ℃，年降水量1 500 mm，年≥10 ℃积温5 300～6 500 ℃，为南方典型的水稻生产区。土壤类型为第四纪红壤发育的红黄泥水稻土，土壤pH值6.0，有机碳19.3 g/kg、全氮2.04 g/kg、全磷0.85 g/kg、全钾9.2 g/kg、碱解氮212.0 mg/kg、有效磷11.1 mg/kg、交换性钾97.0 mg/kg。

试验于2010−2012年进行，设置5个处理分别为：1）无肥（NF）；2）化肥氮磷钾（CF）；3）猪粪+化肥氮磷钾（PM）；4）鸡粪+化肥氮磷钾（CM）；5）稻草+化肥氮磷钾（RS）。每个处理3个重复，采用单因素随机区组设计。小区面积为8.4 m2，每个小区田埂和区组之间的排灌水沟田埂均用塑料膜包裹隔开。插秧前期田间保持淹水状态。氮肥为尿素，磷肥为过磷酸钙，钾肥为氯化钾，有机肥为风干腐熟肥料，不同有机肥处理所施入土壤中有机碳总量保持一致，均为2 850 kg/hm2，同时利用尿素调控施入的总氮量保持一致，为270 kg/hm2。有机肥为风干腐熟肥料，为防止有机肥一次性大量施用而烧苗，2010年和2012年移栽前20和23天提前施用，而2011年6月上旬由于不间断下雨，仅移栽前6天施用。有机肥、化肥施用后与耕作层土壤充分混合。稻草施用前剪成20 cm小段，与有机肥同一时间施入稻田与15 cm土层混匀。有机肥和化肥均一次性施入，有机肥的性质和不同处理的肥料施用量见表1。水分管理和病虫草害防治与当地大面积生产相一致。2010－2012年试验点气象要素变化趋势见图1。

表1 不同处理的有机肥和化肥养分

图1 2010―2012年试验点水稻生长期气温和降水日变化

水稻品种为准两优608，2010年6月1日播种，2日犁田，覆水，施用有机肥，8日开始采集气体样品，21日施用化肥，22日移栽，8月2日至8月31日为烤田期，9月9日至9月25日干湿交替，10月30日以后落干，10月9日收获，其余时间田间处于淹水状态。

2011年6月1日播种，17日施有机肥，20日施化肥，21日开始采集气体样品，23日移栽。水稻的返青期、分蘖期水稻保持淹水状态。7月19日水稻进入分蘖盛期开始排水，持续到8月25日。8月26日开始灌水，从8月26日到9月25日水稻土壤保持干湿交替状态，10月30日排干水，持续到水稻成熟，10月9日收获。

2012年5月28日播种，6月3日施有机肥，5日开始采集气体样品，22日施化肥，26日移栽。水稻的返青期、分蘖期水稻保持淹水状态，之后土壤保持干湿交替，但田面无水。直到10月9日收获。

水稻成熟时人工收获，每个小区单独测定籽粒产量。

1.2 测定项目

2010―2012年CH4和N2O的开始采样时间分别为2010年6月8日、2011年6月21日和2012年6月5日，结束时间均为每年的10月9日，在此期间每周采样1次，收集气体的同时测定土壤5 cm处的温度和土壤值。

气体采用密闭静态箱测定，每次采样时间固定在上午09:00―10:00，采样时间分别为罩箱后的0，10，20，30 min，每次抽取45 mL气体样品。气体样品采用Agilent7890A气相色谱仪分析，检测CH4的检测器FID，检测温度250 ℃，柱温50 ℃，检测N2O的检测器ECD，检测温度300 ℃，柱温50 ℃，标准气体由国家标准物质中心提供。稻田CH4和N2O排放通量的计算方法见王迎红的文献[5]。稻田气体季节排放总量的计算方法见王聪的文献[6]。

以100 a为时间尺度，单位质量的CH4和N2O全球增温潜势（global warming potential, GWP）分别为二氧化碳的25和298倍，计算温室气体排放二氧化碳当量[1]，GWP=CH4季节排放总量×25+N2O季节排放总量×298。

根据Timothy等计算温室气体排放强度（greenhouse gas intensity，GHGI）[7]，GHGI=GWP/水稻产量。

肥料样品中水溶性有机碳（dissolved organic carbon，DOC）的测定采用土壤中水溶性有机碳的方法[8]，用肥料样品替代土壤样品测定。肥料中易氧化有机碳（readily oxidized organic carbon，ROC）测定采用不同浓度的高锰酸钾氧化法[9]，用肥料样品替代土壤样品测定。利用不同浓度的高锰酸钾氧化肥料测定的活性有机碳分为如下5级，ROC33，ROC167，ROC333，ROC167-33和ROC333-167。肥料中ROC33，ROC167和ROC333是指肥料分别被33，167和333 mmol/L的高锰酸钾溶液氧化的有机碳；ROC167-33= ROC167―ROC33；ROC333-167=ROC333-ROC167。

1.3 统计分析

最终的数据采用3次重复测定结果的平均值±标准偏差，文中的数据统计采用Microsoft Office 2003/Excel和SPSS 13.0统计，按照随机区组设计，比较不同处理间的差异显著性，LSD多重比较进行分析。

2 结果与分析

2.1 稻田CH4季节排放通量和累积排放量

2010―2012年3a不同施肥处理稻田CH4排放通量具有明显一致的季节变化和年际变化规律（图2），不同处理间的差异表现为峰值大小和相对应移栽时间的细微差别。2010和2012年有机肥在移栽前20～23 d施肥，分别在施有机肥后第10和16天达到排放的小高峰，由于2011年6月一直降雨，有机肥仅移栽前6 d施入，施有机肥排放也较高，达到23.9～35.7 mg/(m2·h)。3 a不同施肥处理CH4的排放主要集中在水稻生育前期（苗期到拔节期），有2个排放峰，一个排放峰为水稻移栽后12 d（2010年）和13 d（2010年和2011年），另一排放峰为水稻移栽26 d（2010年）、29 d（2011年）和29 d（2012年）。不同处理水稻苗期到拔节期均表现为RS处理的CH4排放通量最高，3 a RS处理的排放高峰分别为125.43，142.72和97.27 mg/(m2·h)。NF，CF和PM处理水稻生育期CH4排放模式一致，RS和CM处理水稻生育期排放模式保持一致。生育前期，RS处理的CH4排放高于CM处理，CM处理的CH4排放高于NF，CF和PM处理，水稻生育后期，CH4排放明显下降，不同处理间无明显差异。

图2 不同处理稻田2010－2012年甲烷排放通量

2010―2012年不同处理稻田CH4排放总量均表现RS处理高于其他处理（<0.05）（表2）。

表2 不同处理温室气体排放量

注： 同一列标注不同字母的处理间差异显著（<0.05），下同。

Note: Different small letters following the value mean significant difference among treatments at 5% level. The same as below.

RS处理CH4排放总量比其他处理高41.2%～344.0%（<0.05），3 a RS处理CH4的排放总量分别比化肥处理高344.0%（<0.05），169.5%（<0.05）和192.1%（<0.05），RS处理排放总量比CM处理高83.3%（<0.05），80.6%（<0.05）和41.2%（<0.05），CM处理排放总量分别比化肥处理高142.2%（<0.05），49.3%（<0.05）和106.9%（<0.05）。PM处理的CH4排放与NF和CF处理无显著性差异。除了2010年NF处理的CH4排放总量稍高CF处理外，其他年份均为NF处理CH4排放比CF处理小，但NF和CF 2个处理间无显著性差异。

2.2 稻田N2O排放通量和累积排放量

不同施肥处理水稻生育期N2O排放有一个排放高峰（图3），即在水稻晒田期，其他时期N2O排放均维持在较低水平，CF处理的N2O在晒田期的排放峰最高，2010―2012年排放高峰分别为131.85，137.80和152.11g/(m2·h)。高于其他处理，NF处理的排放通量一直处于较低水平，除晒田期外，其他时期的N2O排放无显著性差异。

不同处理的N2O排放总量0.54～1.29 kg/hm2（表2）。不同处理均为CF处理排放最高，2010年，显著高于其他处理，其次是施用有机肥处理，不同有机肥处理间无明显差异，NF处理排放最少，明显低于其他处理。2010年CF处理分别比其他处理高44.1%~106.8%（<0.05），3 a CF处理的N2O排放总量分别比NF处理高106.8%（<0.05），113.6%（<0.05）和93.9%（<0.05）；4种施肥处理的N2O的平均排放总量是NF处理的1.7倍。3 a相同处理的N2O排放总量差别不大。

图3 不同处理稻田2010－2012年氧化亚氮排放通量

2.3 环境因子对CH4和N2O排放的影响

不同年份水稻生长季节土壤5 cm处值均为前低后高，同一季节不同处理土壤值保持相同的变化趋势（图4）。淹水稻田土壤为负值，水稻在分蘖末期排干水分晒田，土壤值缓慢上升，直到水稻成熟期土壤逐渐变为正值。2010年稻田生育期的土壤值在−269.5～+206.3 mV之间。水稻的生育前期一直为负值，到移栽52 d后，土壤值变为正值。2011年不同施肥处理土壤值在−238.0～+118.0 mV之间。稻田土壤值在移栽33 d之后变为正值，此时晒田，之后覆水，导致又有下降，水稻接近灌浆期排干水分，土壤上升至正值持续到水稻成熟。2012年土壤值在−156.5～+115.0 mV之间。水稻土壤在移栽36 d变为正值，此时土壤晒田，值一直上升，水稻移栽50 d后值保持平稳持续到成熟期。

3 a水稻生长季土壤温度变幅为20.5～31.4，20.6～31.6和24.4～30.0 ℃。3 a水稻生长季土壤5 cm处平均温度为27.1，27.2和27.4 ℃。

图4 不同施肥处理稻田土壤Eh值季节变化

不同处理CH4排放通量的季节变化趋势基本相同，综合分析水稻生长期的土壤和温度对其排放通量的影响，不同处理的水稻生长期CH4排放通量与土壤值和温度均呈相关关系（表3）。3 a所有处理的稻田CH4通量与土壤值呈极显著负相关（<0.01），与土壤温度呈极显著正相关关系（<0.01）。不同处理的CH4排放通量与土壤值和土壤温度做回归分析，其回归方程为=5.164−0.084+0.272（2=0.281，<0.01）。CH4排放通量随着土壤温度的增加而增加，随着土壤值的增加而降低，可见，土壤温度和值影响了稻田CH4的排放。不同处理土壤值和温度与稻田N2O通量无相关性。

表3 不同处理土壤Eh、温度与CH4相关分析

2.4 稻田温室气体排放强度和产量

不同施肥处理中，CH4是主要的温室气体，CH4产生的温室效应占到总GWP的94%以上。2010―2012年不同处理的GWP均为RS处理明显高于其他处理（表4），CM高于NF和CF处理，PM，CF和NF处理间无显著性差异。3 a RS处理的GWP分别比CF处理高320.5%（<0.05），159.8%（<0.05）和183.0%（<0.05），CM处理的GWP分别比CF处理增加131.5%（<0.05），45.4%（<0.05）和101.5%（<0.05）。

不同施肥处理一季稻产量为7 770～11 762 kg/hm2。2010年不同施肥处理间水稻产量没有明显差异。2011和2012年施肥明显增加水稻产量，比不施肥处理增加591～3 992 kg/hm2。2012年，有机肥处理明显高于CF处理，CF处理明显高于NF处理，施有机肥处理的水稻平均产量比CF处理高14.3%（<0.05）。

3 a RS和CM处理的GHGI明显高于其他处理，RM，CF和NF的GHGI无显著性差异。3 a RS的GHGI是化肥处理的3.9，2.6和2.5倍，CM处理的GHGI是CF处理的2.3，1.4和1.7倍。

表4 不同处理水稻产量及温室气体排放强度

2.5 有机肥的特性与甲烷关系

被高锰酸钾氧化的ROC质量分数为18.4~114.5 g/kg（表5），ROC333含量最高，ROC167-33的含量最小。除了ROC167-33外，不同种类的ROC均表现为稻草中的含量最高，其次是鸡粪，猪粪最小。稻草中C33，C167，C167-33，C333-167和C333含量分别比鸡粪增加11.8%，28.9%（<0.05），57.8%（<0.05），1.0%和13.4%（<0.05），比猪粪增加44.2%（<0.05），43.9%（<0.05），43.6%（0.05），57.7%（<0.05）和50.4%（<0.05）。不同肥料中DOC含量间有显著性差异。鸡粪的DOC含量最高，分别比稻草和猪粪高35.8%（<0.05）和532.5%（<0.05）。

表5 肥料中的活性有机碳含量

注： ROC为易氧化有机碳，DOC为水溶性有机碳。

Note: ROC, readily oxidized organic carbon; DOC, dissolve organic carbon.

不同种类活性有机碳与稻田CH4排放总量进行相关性分析，除了DOC外，其他有机碳均与稻田CH4排放总量呈正相关，尤其是ROC167和ROC333与CH4排放总量呈极显著正相关，ROC167与CH4排放总量的相关系数最大，达到0.872。肥料中活性有机碳组分与CH4排放总量采用逐步回归方法进行多元线性回归分析，建立回归方程=−696.039+26.675(2=0.760,<0.01)，其中为CH4排放通量，为ROC167含量。可见肥料中的ROC167含量显著影响CH4排放总量。

3 讨 论

3.1 稻田CH4排放

王聪等[6]监测双季早晚稻田CH4排放总量136.56～211.48 kg/hm2，Yang等[10]研究证实湖南省早晚稻两季CH4排放659～1 212 kg/hm2，魏海苹等[11]研究证实，中国单季稻的CH4季节排放总量为383.5 kg/hm2，本研究中水稻施CF处理平均排放量为271.47 kg hm2，施肥处理平均排放量为382.05 kg/hm2，其研究结果与魏海苹等结果接近，处于不同研究中双季早晚稻排放总量的中间。

与化肥相比，邹建文等研究[10]猪厩肥施入稻田后的CH4排放与化肥处理几乎无差异，其他研究者证实双季稻田添加猪粪处理CH4排放增加43.3%（<0.05）[6]和22.1%[11]。本研究中，PM处理的CH4排放比CF处理高，但无显著性差异。造成PM处理差异的原因可能是不同研究者使用的猪粪不同，猪粪发酵时间和腐熟程度也不一致，发酵过程中易分解的有机碳可能部分或者全部分解，剩下的多为难分解的有机碳，施到土壤中的易分解有机碳越多CH4排放越高[12]，导致不同的研究者施猪粪的处理与CF处理有差异。

大量的研究表明，有机物还田可促进稻田CH4的排放[8,13-15]，本研究中稻田总碳施入量相同，但CH4排放不一致，与付薇薇等[16]研究证实外源有机碳的输入量是田间土壤CH4年排放量的决定性因素，外源有机碳输入量与土壤有机碳CH4年累计排放量之间呈直线相关关系的研究结果不同，可能的原因为，许多研究表明稻田土壤中CH4产生的基质为稻田土壤的易分解有机碳，而有机质中活性有机碳的多少决定了土壤产CH4潜能的强弱和CH4产量的高低[17]，本研究中施入稻田的3种有机物的活性有机碳含量不同，尤其是ROC167含量的高低显著影响稻田CH4排放的多少；此外外源有机物质激发土壤原来的有机质产生CH4[18]，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[19]，土壤中同时存在几种有机质，微生物首先分解可利用率最高的有机质[20]，本研究所采用的有机物中，其纤维素含量为稻草（31.8%）>鸡粪（7.7%）>猪粪（4.8%），稻草更容易激发土壤有机质的分解，产生可多供微生物分解的有机质，而有机质的分解给产甲烷菌提供丰富的产CH4机制，因而产生更多的CH4。

稻田土壤温度影响土壤中微生物的活性，从而影响稻田CH4的产生和排放。许多研究证实稻田CH4排放与土壤温度呈显著正相关关系[6,21-22]，本研究也得到相同的结论。CH4产生需要厌氧环境，一般用土壤值表达土壤通气状况。大量研究表明，土壤CH4排放与值呈负相关关系[6,21]，本研究中，无论是不同处理的CH4排放还是所有处理稻田CH4排放均与土壤值呈极显著负相关关系。Anna等研究证实CH4产生的土壤值范围低于240 mV[23]，本研究中土壤的值最高值为206.3 mV时有少量CH4排放，与Anna等研究结果相符。

在稻田总碳施入量保持一致的条件下，由于猪粪和鸡粪中的磷和钾含量较高，导致2种肥料施入稻田的磷和钾比CF和RS处理中相应的含量高。研究证实有机肥施用对CH4排放的影响大于化肥[6,13]，高量磷肥对CH4排放影响不明显[24]，可见PM和CM处理的施入磷钾肥较高，但对CH4排放的影响可能不大。

3.2 N2O排放

不同有机肥施入稻田后N2O的排放有不同的研究结果。与化肥相比，王聪等[6]研究显示，猪粪处理稻田的N2O排放减少67.5%，Zou等[25]认为施入小麦秸秆N2O排放减少19%，石生伟等[21]研究稻草还田早晚稻N2O的排放分别减少61.6%和25.4%，马义虎等[26]认为施用秸秆处理N2O排放增加17.9%，秦晓波等[22]研究早稻施入稻草处理降低30.0%（<0.05），晚稻施稻草处理增加69.5%（<0.05），本研究的PM，CM和RS处理均会减少稻田N2O的排放。有机碳施入稻田后，在土壤中通过吸收或者释放有效态氮，为反硝化细菌提供物质和能量，同时，有机碳降低了土壤氧化还原电位等影响N2O排放[27]。有机物中的含氮量[28]、C/N[29]和碳源的有效性[29]是决定土壤对有效氮吸收或释放的重要因素，稻草的C/N比大，还田后固持土壤中的有效氮，降低水稻生长过程中的土壤矿质氮，从而减少N2O排放，而猪粪和鸡粪的C/N比小，易矿化分解，释放有效氮。此外，增加的有机碳为反硝化细菌提供能量，又促使N2O进一步还原为N2[30]。3种有机物，猪粪和鸡粪氮的存在形式与稻草有差异，而且有机肥的含氮量为鸡粪>猪粪>稻草，不同的氮含量和存在形式也影响土壤中氮的吸收与释放，因此很难判定有机物料产生的N2O能力的强弱。

与不施肥相比，稻田施肥明显增加稻田N2O排放[6,21]，本研究也表明，CF处理N2O的排放明显高于比NF处理。一般认为，施氮肥可以促进氧化亚氮的形成与产生，其主要原因是氮肥分解为硝化和反硝化过程提供了反应底物。

已有研究发现施用磷肥会增加或降低N2O排放[31-32]，结果不一致，本研究中3种有机肥施入稻田N2O排放无显著性差异，可见本研究中，稻田施用磷肥和钾肥对N2O排放无影响。

3.3 温室气体排放强度

温室气体GHGI是平衡农田温室效益与经济效益的综合指标。由CH4和N2O的全球综合GWP可见，稻田中CH4的温室效应在100 a时间尺度上其值远大于N2O产生的值，因此，缓解稻田CH4的排放能有效减少稻田温室气体排放强度[19,33]。

由于有机肥增加稻田温室气体排放，与CF相比，稻田施有机肥处理的GWP和GHGI均增加，由此可知稻田施有机肥可能不是缓解水稻生产中CH4和N2O综合气候影响的有效途径[34]，而合理的施肥方式应该是基于环境效应和生产效应的综合考虑，有机肥在减缓气候变化方面无优势，但在维持稻田地力和稳定水稻产量方面优于单施CF处理。PM处理的GWP和GHGI仅比CF处理增加16.7%和11.3%，显著低于其他处理，因此，在建议施入相同量有机碳时，优先考虑施用猪粪，是一种平衡经济产量、温室气体排放和提高土壤肥力的有效方式。

4 结 论

本研究探讨了等碳施用有机肥对稻田温室气体排放的影响，可得如下结论：

1）施有机肥处理比CF处理CH4排放增加，等碳有机肥施入稻田，CH4排放不同。2010－2012年稻田添加鸡粪的CH4排放分别比CF处理增加142.2%（<0.05），49.3%（<0.05）和106.9%（<0.05），添加稻草的CH4排放分别比CF处理增加344.0%（<0.05），169.5%（<0.05）和192.1%（<0.05）。

2）3 a化肥处理的N2O排放最高，分别为1.12，1.26和1.29 kg/hm2，显著高于无肥处理，与有机肥处理的N2O排放无显著性差异。

3）肥料中的活性有机碳影响稻田CH4排放，尤其是ROC166含量显著影响稻田CH4排放。

4）稻田CH4排放与土壤呈显著负相关关系（<0.01），与土壤温度呈正相关关系（<0.01）。氧化亚氮排放与土壤和土壤温度无相关性。

5）施有机肥第3年的水稻产量明显高于CF和NF处理，稻田施有机肥的增温潜势（GWP）和温室气体排放强度（GHGI）分别比CF处理增加12.1%～320.5%和1.5%～289.1%，PM处理的GWP和GHGI分别与CF处理无显著性差异，考虑经济产量、温室气体排放和土壤肥力等因素，稻田施用猪粪是值得推荐的施肥种类。

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Effects of different organic fertilizers on greenhouse gas emissions and yield in paddy soils

Wu Jiamei1,2,3, Ji Xionghui1,2,3※, Peng Hua1,2, Xie Yunhe1,2, Guan Di1,2, Tian Faxiang1,2, Zhu Jian1,2, Huo Lianjie4

(1.410125; 2.410125; 3.,410125; 4.,471000,a)

Methane (CH4) and nitrous oxide (N2O) are two of the most important greenhouse gases. The concentrations of CH4and N2O in the atmosphere have been increasing since the industrial revolution. The paddy field N2O emissions account for 7%-11% of the farmland N2O emissions. Therefore, it is important to research the origin and dynamic of CH4and N2O emissions under which different fertilization conditions are applied. To investigate the effects of the same carbon level of organic fertilizer applications on methane and nitrous oxide emissions in paddy soils, various organic manures were used in a three-year (2010-2012) study. They were: chemicals fertilizer (CF), pig manure +chemicals fertilizer (PM), chicken manure + chemicals fertilizer (CM), and rice straw + chemicals fertilizer (RS). Control was paddy field without fertilizer (NF). The greenhouse gas emission was measured by using the static chamber-gas chromatography method. The results showed that the CH4seasonal emission of CF treatment was 202.1, 279.9 and 332.5 kg/hm2. There was no significant difference (>0.05) between CF and NF in CH4seasonal emission, and significant difference (<0.05) between CF and CM, RS. N2O emission from CF treatment was 1.12, 1.26 and 1.29 kg/hm2. There were no significant differences (>0.05) among CF and the other three organic manures in N2O seasonal emission. Furthermore, the CH4emission was effected by paddy soilvalue, temperature, and organic carbon contents, such as the readily oxidizable organic carbon. The CH4emissions had a negative correlation with soilvalue, but a positive correlation with soil temperature at 5 cm soil depth. The liable carbon contents in the organic manures ranged from 18.4 to 114.5 g/kg. ROC167(ROC167is defined as carbon that can be readily oxidized by 167 mmol/L of potassium permanganate in manures) had a significant impact on CH4emission and showed a positive correlations between CH4emission and ROC167content with a correlation coefficient of 0.872 (<0.05). The average yields of rice production were increased by 14.3% (<0.05) in fields applied with organic fertilizers for the third years than those applied with CF only. Among the three different organic manure treatments, global warming potential (GWP) and greenhouse gas intensity (GHGI) are the lowest in the PM treatment, which may be due to low content of ROC167in the PM. There were no significant differences among PM, CF and NF in GWP and GHGI. In summary, PM could balance the relationship between environmental concerns of CH4and N2O emissions and rice production concern of increasing yield. Treatment of PM could be recommended as a valuable CH4-limiting organic fertilizer for future use in rice paddy fields.

soils; greenhouse gases; methane; organic manure; paddy soil; nitrous oxide;value

2017-08-01

2018-01-03

国家自然科学基金（31300413）；国家科技支撑计划（2013BAD11B02）；湖南省自然科学基金（2017JJ2146）

吴家梅，副研究员，主要从事农田温室气体监测与减排方面的研究。Email：waloe@163.com

纪雄辉，研究员，博士生导师，主要从事农田温室气体减排和农田重金属污染治理方面的研究。Email：1546861600@qq.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.04.019

X511; S511.4+1

A

1002-6819(2018)-04-0162-08

吴家梅，纪雄辉，彭 华，谢运河，官 迪，田发祥，朱 坚，霍莲杰. 不同有机肥对稻田温室气体排放及产量的影响[J]. 农业工程学报，2018，34(4)：162－169.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.04.019 http://www.tcsae.org

Wu Jiamei, Ji Xionghui, Peng Hua, Xie Yunhe, Guan Di, Tian Faxiang, Zhu Jian, Huo Lianjie. Effects of different organic fertilizers on greenhouse gas emissions and yield in paddy soils[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(4): 162－169. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.04.019 http://www.tcsae.org