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稻田是大气甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)最重要的排放源之一,探索稻田CH4和N2O的排放规律及其减排途径具有重要的科学和实践意义。本文通过田间试验探讨了稻秆还田方式对麦季N2O排放以及后续稻季CH4和N2O排放的影响、不同氮肥秸秆配比施用和追肥时间对麦季N2O排放的影响、耕种方式对稻季CH4排放的影响,以期为大气CH4和N2O减排提供科学合理的稻田管理途径。
稻秆还田方式显著影响麦季N2O排放。4种稻秆还田方式下麦季N2O排放量大小顺序为:表面覆盖>对照(不施稻秆)>均匀混施>原位焚烧。与对照相比,稻秆表面覆盖显著增加麦季N2O排放量15~39%(P<0.05),均匀混施和原位焚烧分别显著减少麦季N2O排放量3~18%和24~29%(P<0.05)。小麦收获时,均匀混施与对照相比显著增加土壤全C和全N含量6~10%和8~12%(P<0.05)。均匀混施处理小麦产量为对照的1.0~1.2倍。稻秆均匀混施能够减少麦季N2O排放,同时有利于小麦产量的提高和土壤碳氮的累积。
麦季稻秆还田方式显著影响后续稻季的CH4排放。与不施稻秆处理相比,表面覆盖和均匀混施处理后续稻季CH4排放量分别增加29~75%和8~40%,且CH4排放量差异主要体现在水稻生长前期(0~60 d);稻秆原位焚烧处理与不施稻秆处理相比,CH4排放量无显著差异(P>0.05);与不施稻秆处理相比,均匀混施处理显著增加稻季开始前土壤全C和全N含量6%和12%(P<0.05);麦季稻秆还田方式之间后续稻季N2O排放无显著差异(P>0.05)。各处理水稻产量无显著差异(P>0.05);麦季稻秆均匀混施与表面覆盖相比能在一定程度上抑制后续稻季CH4排放,同时避免了秸秆焚烧导致的C、N、P等元素的大量损失,是较为合理的麦季稻秆还田方式。
氮肥施用显著影响麦季N2O排放。麦季N2O排放总量随氮肥施用量的增加显著升高。稻秆施用水平较低时(0和1.6t ha-1),氮肥N2O排放系数表现为随氮肥施用量的增加而变大;而当稻秆施用水平较高(3.2和4.8 t ha-1)时,氮肥N2O排放系数随着氮肥施用量的增加首先有所下降,之后再有所回升。高施用水平稻秆覆盖(4.8 t ha-1)对土壤N2O排放具有促进作用,各氮肥施用水平下,施用4.8 t ha-1稻秆处理N2O排放总量为不施稻秆的1.1~1.8倍。麦季N2O排放与土壤铵态氮态含量以及土壤水分含量呈显著正相关关系(P<0.05)。
追肥时间显著影响小麦拔节-成熟期N2O排放。与雨前追肥和雨时追肥相比,雨后追肥小麦拔节-成熟期N2O排放量分别显著减少37~67%和22~46%(P<0.05)。各处理小麦产量无显著差异(P>0.05)。土壤水分含量是影响小麦拔节-成熟期N2O排放的关键因素。雨后趁墒追肥能显著减少小麦拔节-成熟期N2O排放且不影响小麦产量,是较为合理的追肥方式。
土壤耕作强度对稻季CH4排放总量的影响受水稻栽培方式的制约:抛秧方式下,浅旋与深翻处理相比稻季CH4排放量显著减少31%(P<0.05);而直播和插秧方式下,深翻与浅旋处理之间稻季CH4排放总量无显著差异(P>0.05)。水稻栽培方式显著影响稻季CH4排放规律:直播稻田CH4排放大致呈现“双峰型”模式且水稻生育前期CH4排放水平较低,而移栽稻田(抛秧和插秧)CH4排放大致呈现“三峰型”模式,且水稻生育前期CH4排放水平较高,水稻移栽后12天左右即达到最高水平。深翻耕方式下,三种水稻栽培处理CH4季节排放总量顺序为:抛秧>直播>插秧。与深翻抛秧相比,深翻直播和深翻插秧稻季CH4排放分别减少23%和43%;而浅旋耕方式下,三种水稻栽培处理CH4季节排放总量相当。