基于冬种不同作物的水旱轮作模式对水稻产量及稻田CH4、N2 O 排放的影响

钟 川 杨滨娟 张 鹏 李 萍 黄国勤

(江西农业大学生态科学研究中心,江西南昌 330045)

全球变暖是当前世界环境的热点问题,也是当今全球面临的诸多严峻挑战之一[1]。 目前,农业生产所排放的CH4和N2O 已经成为影响全球变暖的主要温室气体[2]。 据联合国政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)报告,全球大气中CH4、N2O 浓度已由工业革命前的715、270 μL·m-3增至2016年的1 853、329 μL·m-3[3]。农田是大气CH4和N2O 的重要排放源[4]。 据统计,全球每年由农业生产活动排放的温室气体量为5.1～6.1 Pg·a-1(以CO2当量计),占全球人为活动产生的温室气体排放总量的10%～12%[5]。 我国是农业大国,也是全球水稻播种面积第二的国家,2014年水稻种植面积达到30.31×106hm2,占全球水稻种植面积的18.57%[6],因此我国农业生产已成为主要的温室气体排放源。

冬种绿肥可以提高土壤有机质含量,改善土壤理化性状[7],提高作物产量,是一种优质的生物肥料[8]。前人研究发现绿肥还田能够显著提高稻田温室气体排放量[9-10],但关于不同种类绿肥对温室气体排放影响的研究尚鲜见报道。 农业管理措施如种植制度也是影响稻田CH4和N2O 排放的重要因素[11]。 卢维盛等[12]研究表明,双季稻改为早稻-小白菜、早稻-茄瓜模式能明显降低稻田CH4排放;陈书涛等[13]研究大豆-小麦、玉米-小麦和水稻-小麦3 种轮作制度,发现不同轮作制度对稻田N2O 排放影响显著;江长胜等[14]研究表明,水旱轮作模式能显著降低冬灌田CH4排放量,而N2O 排放量则显著增加,且综合增温潜势显著降低。 随着世界人口持续增长,人们对粮食产品的需求日益增加,在评价农田生态系统综合增温潜势的同时,结合考虑其产量要素尤显必要。 Van Groenigen等[15]研究表明,温室气体排放强度(greenhouse gas intensity,GHGI) 相较于全球增温潜势(global warming potential,GWP)更能够全面体现农业生产对作物产量、农田土壤温室气体排放的双重影响。 孙丹平[16]研究表明,稻田冬种绿肥及水旱轮作复种模式可以提高作物产量,提高土壤有机质含量,同时干湿交替的种植模式也有利于减缓稻田温室气体排放。 目前,基于不同绿肥下水旱轮作种植模式的研究尚鲜见报道,且何种种植模式的产量和环境效益双优还有待进一步明确。 本研究通过大田试验,设置冬种不同作物及水旱轮作改良措施,研究5 种不同种植模式对水稻产量及全年稻田CH4、N2O 排放的影响,并通过分析5 不同种植模式的GWP 和GHGI,明确产量、环境效益双优的可持续生产模式,以期为长江中游双季稻区稻田丰产及温室气体减排提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2016年10月-2017年10月,在江西农业大学科技园水稻试验田(28°46′N、 115°55′E) 进行。试验地属亚热带季风性湿润气候,年均太阳总辐射量为4.79 ×1013J·hm-2,年均日照时数为1 852 h,7、8月最多、2、3月最少,光照分布与水稻生长旺季基本同步,对水稻生产有利。年≥0℃日积温达6 450℃,年降水量1 665.7 mm,年平均气温19.4℃。

供试土壤为发育于第四纪的红粘土,为亚热带典型红壤分布区。 试验田土壤基本理化性质为有机质28.56 g·kg-1、 全 氮1.79 g·kg-1、 有 效 磷27.48 mg·kg-1、速 效 钾160.74 mg·kg-1、 碱 解 氮171.5 mg·kg-1、pH 值5.15。

1.2 试验材料

供试材料:紫云英(余江大叶子),由邓家埠水稻原种场提供;油菜(中油821)、马铃薯(东农303)、甘薯(广薯87)、大豆(丰源一号),均由科源种业公司提供;早稻(中嘉早17)、晚稻(天优华占),由泗溪镇农情种业公司提供。

1.3 试验设计与田间管理

本试验共设计5 个处理(表1),即紫云英-早稻-晚稻(记作CRR,对照)、紫云英-早稻-甘薯‖晚大豆(记作CRI)、油菜-早稻-晚稻(记作RRR)、油菜-早稻-甘薯‖晚大豆(记作RRI)、马铃薯-早稻-晚稻(记作PRR)。 每个处理3 次重复,共15 个试验小区。 每个小区面积为33 m2(11 m×3 m),小区间用高30 cm的水泥田埂隔开。

表1 试验设计Table 1 Experimental design

甘薯大豆采用开沟起垄的方式种植,垄宽1.2 m,垄高0.35 m,每垄种4 行大豆1 行甘薯,甘薯两边各2行大豆,甘薯大豆间行距0.3 m,甘薯株距0.2 m,大豆间行距0.2 m,株距0.15 m。 紫云英播种量为37.5 kg·hm-2,播种时用钙镁磷肥(P2O512%)拌种均匀撒播,P2O5用量45 kg·hm-2,所用磷肥在水稻施肥总量中扣除,油菜播种量为15 kg·hm-2,播种时用沙质土拌种均匀撒播;马铃薯种植密度为73 000 株·hm-2。 所有冬季作物秸秆均在水稻移栽前15 d 翻压还田。 冬季作物秸秆还田量:CRR(CK)、CRI 处理的紫云英还田量均为4.3×104±3.7×103kg·hm-2;RRR、RRI 处理的油菜秸秆鲜重均为2.8×104±2.5×103kg·hm-2;PRR处理的马铃薯秸秆鲜重为2.0×104±2.3×103kg·hm-2。

化肥种类及用量参照当地常规施肥:所有作物施用化肥均为尿素(N 46%),钙镁磷肥(P2O512%),氯化钾(K2O 60%)。 水稻当地施肥常规用量为N 180 kg·hm-2、P2O590 kg·hm-2、 K2O 120 kg·hm-2。 N 肥按基肥∶分蘖肥∶穗肥=3 ∶4 ∶3 施用;P 肥全部作基肥,一次性施入;K 肥按分蘖肥∶穗肥=7 ∶3 施用。 N、P 基肥在插秧前1 d 施入并与土壤混合均匀,分蘖肥在水稻移栽后5～7 d 时施用,穗肥在主茎幼穗长1 ～2 cm 时施用。 其他田间管理措施同一般大田栽培。 大豆当地施肥常规用量为N 150 kg·hm-2、P2O5375 kg·hm-2、K2O 150 kg·hm-2。 N 肥和P 肥按基肥∶花肥=2 ∶3施用;K 肥按基肥∶花肥=1 ∶1施用。 甘薯当地施肥常规用量 为N 80 kg·hm-2、P2O5375 kg·hm-2、K2O 80 kg·hm-2,其中P、K 肥作为基肥一次性施入,N 肥按基肥∶追肥= 1 ∶2 施用。 其他田间管理措施同一般大田栽培。

紫云英播种时间为2016年10月2日,油菜播种时间为2016年11月12日,马铃薯播种时间为2016年11月28日,所有冬作物均在4月13日收获并秸秆翻压还田。 早稻播种时间为2017年3月27日,4月28日移栽,7月22日收获。 晚稻于2017年6月27日播种,7月29日移栽,10月29日收获;甘薯,大豆种植时间为8月1日,11月1日收获。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 作物测产 于水稻成熟期,各小区普查50 蔸作为有效穗计算的依据,用平均法在各小区随机选取有代表性的水稻植株5 蔸,风干后作为考种材料。 用清水漂洗,去空秕粒晾干后,用百分之一分析天平测千粒重,考种项目包括有效穗数、穗长、每穗粒数、千粒重。 水稻、旱作物每小区实收作为实际产量,其中油菜、马铃薯、甘薯、大豆产量按所形成的经济产量,以原粮折算标准计算产量进行比较分析。

1.4.2 温室气体采集与测定 采用静态暗箱-气相色谱法测定田间小区温室气体排放。 静态箱底横截面积为0.5 m×0.5 m,采样箱体由304 不锈钢材质制成,箱体高度随水稻高度而增加(拔节期前放置一层0.5 m,拔节期后放置两层共1 m)。 采样箱箱内安有一小电扇用于混匀箱内气体,箱子顶部设有3 个松紧阀,分别为风扇电池接口、温度计插口、采气孔,外部包有白色海绵绵罩,防止太阳照射导致箱内温度变化过大。采样时间为上午9:00-11:00,采样前将采样箱体置于事先埋好的底座上,采样时用100 mL 注射器来回抽5～10 次以混匀气体,随后抽取50 mL 气体样品到气袋中,4 个连续样品分别在箱体密闭后0、10、20 和30 min 采集,3 d 内利用A7890b 安捷伦气相色谱(美国安捷伦科技有限公司)完成CH4、N2O 浓度测定,其中,CH4检测器FID 检测温度为250℃,柱温60℃;N2O 检测器ECD 检测温度为300℃,柱温60℃。

1.5 计算方法与数据分析

1.5.1 计算方法

按照公式计算温室气体排放通量(F,单位kg·m-2·h-1):

式中,ρ:标准状态下温室气体的密度,kg·m-3;H:密闭箱高度,m;ΔC/Δt:单位时间(h)密闭箱内温室气体浓度的变化率;T:密闭箱内平均温度,℃[17]。

全球增温效应:采用IPCC 推荐的综合增温潜势计算CH4和N2O 在100 a 尺度的综合增温效应,CH4和N2O 排放量分别乘以25 和298,得到CO2排放当量fCH4、fN2O,相加即为2 种气体的全球增温潜势(GWP),其计算公式如下[18]:

按照公式计算CH4和N2O 排放强度(GHGI,单位为CO2kg·kg-1)[19]:

式中,Y:该处理单位面积平均产量,kg·hm-2。

1.5.2 数据分析 采用Microsoft Excel 2016 处理数据;Origin8.0 作图;SPSS 20.0 软件进行数据处理和统计分析;LSD 进行样本平均数的差异显著性比较。

2 结果与分析

2.1 水稻产量及产量构成要素

水稻产量受有效穗数、穗长、每穗粒数、结实率和千粒重等因素的影响。 由表2 可知,CRR(CK)、CRI处理的有效穗、千粒重均高于其他处理,且差异显著(P＜0.05);各处理的穗长、结实率均无显著性差异(P＞0.05);CRI 处理的每穗粒数最高,且与RRR、PRR 处理差异显著(P＜0.05),但与处理CRR、RRI 无显著性差异(P＞0.05)。 CRI 处理的实际产量最高,CRR 处理次之,CRI 处理的产量较CRR、RRR、RRI、PRR 处理分别高1.73%、12.08%、7.48%、10.95%,且与RRR、RRI、PRR 均差异显著(P＜0.05)。 结果表明,冬种紫云英相较于冬种油菜、马铃薯能够增加早稻有效穗数、每穗粒数、千粒重,进而提升早稻产量。

由图1 可知,晚稻季,将CRI 和RRI 处理旱作物产量折算成稻谷产量后发现,CRI 和RRI 处理间无显著性差异(P＞0.05),但RRI 与其余3 个处理水稻产量均差异显著(P＜0.05),RRI 处理较CRR、CRI、RRR、PRR 处 理 产 量 分 别 高22.54%、 5.70%、 29.83%、27.24%。 从水稻两季总产方面分析,除CRI 处理外,RRI 与其他处理之间差异显著(P＜0.05),RRI 处理的总产量最高,较CRR、CRI、RRR、PRR 处理分别高9.36%、1.43%、18.01%、16.19%。 结果表明,冬种紫云英对早稻有一定的增产效果,但对晚稻产量基本无影响,水旱轮作较双季稻处理在晚稻季可以获得更高的产量。

2.2 稻田CH4 排放通量动态变化

由图2 可知,各处理稻田CH4排放通量动态变化基本一致,且早、晚稻季水稻田均出现3 个峰值。 冬季绿肥生长季CH4排放通量远低于水稻季的排放水平,晚稻季旱地CH4排放通量远低于水稻季的排放水平,且无明显排放峰值。

表2 各处理下早稻产量及产量构成要素Table 2 Rice yield and its components under different treatments

图1 各处理的早晚稻产量Fig.1 The yields of late rice or early rice for different treatments

从冬季绿肥生长季来看,冬季由于温度普遍较低抑制了产甲烷细菌活动,各处理CH4排放通量基本维持在较低水平,在3月2日和4月1日达到排放高峰,分别为1.58 mg·m-2·h-1、1.62 mg·m-2·h-1,且峰值均出现在RRI 处理。

从早稻季来看,各处理在水稻移栽之后CH4排放通量均不断升高,基肥的施用和冬作物秸秆的腐解为产甲烷菌提供了丰富的C 源,使得产甲烷菌活动不断增强,在5月6日出现第1 个排放高峰。 5月20日处于水稻分蘖期,该时期田间水分、温度状况良好,蘖肥的施用使得CH4排放达到第2 个高峰,也是早稻季各处理CH4排放的最高峰(17.30 mg·m-2·h-1)。 随后进行晒田、复水等田间管理,CH4排放量先减后增,出现第3 个排放高峰。

从晚稻季来看,CRR、RRR、PRR 处理的变化趋势基本一致,CRI 和RRI 变化基本一致。 CRR、RRR、PRR 种植晚水稻的变化趋势与早稻基本一致,分别在8月3日、8月16日、9月21日达到排放高峰,峰值分别为13.59、19.44、7.9 mg·m-2·h-1。 CRI、RRI 种植旱作物(甘薯‖晚大豆)的CH4排放一直处于较低水平,排放的范围为0.02～0.91 mg·m-2·h-1,这可能是由于旱作物采取开沟起垄的方法种植作物,土壤一直保持较为干燥,不利于甲烷菌的活动,导致排放量较低。

图2 各处理CH4排放通量动态变化Fig.2 Dynamic changes of CH4 emission flux for different treatments

2.3 稻田N2O 排放通量动态变化

稻田土壤微生物的硝化和反硝化作用是稻田N2O排放的主要来源,水分、温度是影响这2 个生物过程的重要因素。 由图3 可知,全年稻田N2O 排放通量均处于较低水平,冬季出现1 个排放峰值,早、晚稻季水稻田均出现2 个峰值,晚稻季旱地出现3 个排放峰值。

从冬季作物生长季来看,冬季稻田田间持水量低,加之温度较低,抑制了硝化细菌和反硝化细菌的活性,因而整个冬季N2O 均处于较低水平的排放量(29.39～209.54 μg·m-2·h-1)。 1月24日,各处理N2O 排放达到最高峰, 峰值出现在 RRI 处理(209.54 μg·m-2·h-1),这是由于连续几天下雨,导致采气当天土壤湿度较大,硝化细菌的活动增强,促进了N2O 的排放。

从早稻季来看,各处理的N2O 排放通量变化整体趋势一致,且均无显著性差异(P＞0.05)。 从整个早稻生长季来看,前期稻田一直处于淹水状态,由于N2O产生的最适环境是处于干湿交替的环境,因此前期N2O 排放通量较低,在6月3日各处理均达到当季最高排放量,这是由于该段时期处于晒田期,稻田土壤干湿交替给了硝化细菌最合适的活动环境,N2O 排放升高,之后随着稻田复水,N2O 又回到排放的低水平;水稻成熟期稻田持水降低,硝化细菌活动又再次增强,在7月1日达到第2 个小高峰,但低于第1 个高峰的排放通量,这可能是温度太高抑制了硝化细菌的活动。

从晚稻季来看,旱作物处理出现3 个N2O 排放高峰,究其原因在于,8月21日第1 个高峰是施氮肥促进了N2O 排放;9月1日第2 个高峰,前一天下雨和施肥导致N2O 排放达到最高峰;10月6日第3 个高峰可能是由于温度较为适宜硝化细菌的活动。 晚稻季水稻2 个N2O 排放高峰,原因可能是,9月7日第1 个高峰,该时间段处于晒田期,土壤处于干湿交替的环境利于N2O 产生;9月21日达到第2 个高峰,原因是水稻趋于成熟稻田持水排干。

图3 各处理N2O 排放通量动态变化Fig.3 Dynamic changes of N2O emission flux for different treatments

2.4 稻田CH4 和N2O 累积排放量

不同种植模式条件下稻田CH4和N2O 每季及周年累积排放量如表2 所示。 结果表明,稻田CH4排放占主导地位,晚稻季旱作物N2O 排放量大,但仍低于CH4排放。 从CH4累积排放量看,冬种季,PRR 处理的CH4累积排放量最高,且与其他处理差异显著(P＜0.05);早稻季,PRR 处理的CH4累积排放量最低,且与其他处理之间差异显著(P＜0.05);晚稻季,CRI 与RRI 种植旱作物,其他处理种植水稻,旱地CH4排放量远低于水田,CH4排放量最高的PRR 处理较CRI 高17.81 倍,CRI、RRI 处理的CH4排放量显著低于其他处理(P＜0.05);综合3 季CH4的累积排放量来看,排放最高的为种植双季稻处理RRR,较水稻接茬种植旱作物的处理CRI、RRI 分别高82.91%、88.77%,说明种植水稻后接茬种植旱作物能显著降低CH4排放。

从N2O 累积排放量来看,冬种季,N2O 排放处于极低水平,累积排放量最高的为RRI 处理,较最低的处理PRR 高25.00%,RRI 处理与CRR、RRR、PRR 处理间均差异显著(P＜0.05)。 在冬季相同的环境及同样的田间管理措施下,种植冬季绿肥种类不同对N2O排放具有一定影响;早稻季所有处理均种植水稻,表现为CRI 处理的N2O 累积排放量最高,其次为CRR(CK),且CRR、CRI 显著高于其他处理(P＜0.05),这可能是由于冬季所种植的不同绿肥翻压入田所致。 晚稻季种植旱作物的处理N2O 累积排放量变化与CH4相反,其N2O 累积排放量远高于种植水稻的其他处理,其中CRI 最高,较PRR 高11.43 倍,且与CRR、RRR、PRR 均差异显著(P ＜0.05),但同为旱作物的CRI 与RRI 间无显著性差异(P＞0.05)。

2.5 稻田CH4 和N2O 综合增温潜势及排放强度

由表3 可知,在100 a 尺度下,RRI 处理的CH4全球增温潜势最低,较CRR、CRI、RRR、PRR 处理分别低43.33%、3.10%、47.03%、39.92%,且除CRI 处理外,与其他处理之间均差异显著(P＜0.05)。 PRR 处理的N2O 全球增温潜势较CRR、CRI、RRR、PRI 处理分别低10.53%、81.85%、3.90%、71.42%,PRR 与CRI、RRI 处理均差异显著(P＜0.05)。 RRI 处理的综合增温潜势最低,较CRR、CRI、RRR、PRR 处理分别低15.88%、5.08%、20.65%、10.49%,且与CRR、RRR 处理差异显著(P＜0.05)。 CH4和N2O 对稻田全球增温潜势的贡献率差距较大,冬季绿肥-双季稻的模式,CH4对全球增温潜势的贡献率达到93.06% ～93.91%,而N2O 的贡献率仅为6.09%～6.94%,冬季绿肥-水稻-旱作物的模式CH4对全球增温潜势的贡献率为60%左右,N2O 的贡献率约为40%,表明稻田CH4排放量高于N2O 排放量。 从综合排放强度来看,RRI 处理的温室气体排放强度最低,较CRR、CRI、RRR、PRR 处理分别低32.51%、18.18%、30.77%、20.59%,且与其他处理均差异显著(P＜0.05)。

表2 各处理CH4 和N2O 累积排放量Table 2 Cumulative emissions of CH4 and N2O during the annual for different treatments /(kg·hm-2)

表3 各处理CH4 和N2O 全球增温潜势及排放强度Table 3 GWP and greenhouse gas intensity of CH4 and N2O for different treatments /(kg·hm-2)

3 讨论

3.1 不同种植模式对水稻产量的影响

绿肥可以提高土壤肥力,提升作物产量[20],但不同绿肥对水稻的增产效果存在一定的差异。 杨滨娟等[21]研究表明,冬种紫云英相较于冬闲水稻增产10.48%,且增产效果明显优于冬种油菜、黑麦草等绿肥。 田卡等[22]通过研究稻草还田和冬种绿肥的互作效应,发现稻草还田和冬种紫云英的处理组合的增产效果最为明显。 这与本研究结果基本一致。 本研究中,CRR、CRI(冬种紫云英)处理的早稻产量明显高于其他处理,其原因可能是紫云英还田可以促进早稻有效穗数、每穗粒数及千粒重等经济学性状的形成,进而提高早稻产量[23]。 本研究还发现CRR、RRR、PRR 处理间的晚稻产量无显著性差异,但与CRI、RRI 处理均差异显著,表明冬种绿肥对晚稻季水稻产量影响较小,而早稻后茬种植旱作物可以有效提高作物经济产量,这可能是由于早稻后茬种植旱作物可以均衡利用土壤养分,且水旱轮作可以改善土壤生态环境和促进有机质分解,进而提高了旱作物的产量。 这与孙丹平[16]和武际[24]的研究结果一致。

3.2 不同种植模式对CH4 和N2O 排放特征及累积排放的影响

稻田CH4的排放受施肥、田间水分管理、种植模式等因素影响[25]。 白小琳等[26]研究表明,冬季休闲期稻田CH4排放仅为早晚稻季排放量的1%;李大明等[27]研究秸秆覆盖旱作对稻田甲烷排放影响,发现秸秆覆盖可以保持土壤水分,并供给土壤有机质,降低土壤氧化还原电位,进而使得CH4排放量上升。 这与本研究结果一致。 本研究结果表明,5 种不同种植模式冬季CH4排放量均处于极低水平,而PRR 处理冬季累积排放量最低,且与其他处理差异显著。 这可能与种植马铃薯采用秸秆覆盖有关。 本研究还发现5 种模式早、晚稻季水稻CH4排放的趋势基本一致,均呈先升高后下降的趋势。 这与胡安永等[17]的研究结果一致。 究其原因,可能与5 种种植模式均采用了相同的田间水分管理措施有关。 早稻季PRR 处理CH4排放量最低。 可能是由于PRR 处理冬季所种植的马铃薯作为绿肥所提供的有机质最少,碳源少导致CH4排放量最低,这与Hou[28]和Tang 等[10]的研究结论一致。从周年CH4的累积排放量来看,RRI 处理的排放量最低,这是由于水旱轮作大幅度降低了CH4的排放。 这与张岳芳等[29]的研究结论一致。

稻田N2O 排放同样受作物种类、田间水分管理、施肥措施等因素的制约[30]。 唐海明等[31]研究表明,冬季作物种类不同,土壤N2O 的排放量也不尽相同。本研究中,冬季各处理N2O 累积排放量依次为RRI＞CRI＞RRR＞CRR＞PRR,且RRI 与PRR 处理之间差异显著,表明N2O 排放与冬季作物种类有关。 胡安永等[17]研究太湖地区不同轮作模式对稻田温室气体排放的影响,发现整个稻季各轮作模式均有4 个较明显的N2O 排放峰。 这与本研究结果不一致。 本研究中,早稻季有4 个排放峰,晚稻除CRI 处理有4 个排放峰外,其他处理均为3 个排放峰值。 这可能是由于晚稻季作物生长后期,N2O 排放处于极低水平,试验误差导致错过了最后一个排放峰值。 谢义琴等[32]和柳文丽等[33]研究表明,施用氮肥可以有效增加N2O 的排放。本研究中,早稻CRR、CRI 的N2O 排放量显著高于其他处理,说明相比其他种类绿肥,紫云英具有固氮功能可以替代部分氮肥[8],进而促进了N2O 的排放。 本研究还发现CRI、RRI 处理全年N2O 累积排放量远高于其他处理,其原因可能是CRI、RRI 晚稻季种植旱作物,旱作物灌溉、下雨等易造成土壤干湿交替,促进N2O 排放[34],说明水旱轮作可以降低CH4的排放量,但同时也会增加N2O 排放量。

3.3 不同种植模式对稻田CH4 和N2O 综合增温潜势及排放强度的影响

本研究中,CH4和N2O 对稻田综合增温潜势的贡献率不同,其中CRR、RRR、PRR 这3 种冬种-双季稻模式CH4排放对GWP 的贡献率达90%以上,而N2O贡献率不足10%。 这与董艳芳等[18]的研究结论相似。CRI、RRI 冬种-水旱轮作模式CH4排放贡献率降至60%左右,而N2O 贡献率极大提升。 这与张岳芳等[29]的研究结果相似。 同为冬种-双季稻模式,种植不同种类的冬季作物对GWP 和GHGI 均会造成影响,其中RRR(冬种油菜)对GWP 和GHGI 的增加尤为明显。这与邓丽萍[35]的研究结果一致。 黄太庆等[36]研究表明,稻田旱作季CH4排放较低,这与本研究结果相同。本研究发现水旱轮作可以显著降低CH4的排放,进而降低稻田GWP 与GHGI。 RRR(油菜-双季稻)的周年GWP 和GHGI 最高,而RRI(油菜-早稻-甘薯‖晚大豆)的周年GWP 和GHGI 最低,这可能是由于油菜秸秆还田对CH4的排放影响较大,而水旱轮作模式旱作季N2O 排放量剧增,CH4排放量低[29],周年CH4排放的GWP 贡献比较低,加之冬种油菜可获得部分经济产量,导致处理RRI 周年GWP 和GHGI 均为最低,其在5 种模式的温室气体减排方面表现最好。

4 结论

不同种植模式对水稻产量和CH4、N2O 的排放均会产生影响。 绿肥能提高早稻的产量,但对晚稻产量基本无影响,其中紫云英对早稻产量增效最好;水旱轮作处理相较于双季稻处理可以获得更高的产量(旱作物产量折算成水稻产量比较),从两季水稻产量来看处理CRI、RRI 表现较好,而处理RRI 在减少温室气体排放方面在5 种模式中表现最好,说明油菜-早稻-甘薯‖晚大豆模式在产量、温室气体减排方面较优。