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绿肥作物对降低化肥用量以及提高土壤肥力具有重要作用。但绿肥对稻田温室气体排放的影响及其机制尚不清楚。为此,基于双季稻区两个长期定位试验(水稻种植制度定位试验和水稻有机肥定位试验),于2018年和2019年分析了绿肥对水稻产量、温室气体排放、产甲烷菌与甲烷氧化菌等土壤微生物群落的影响,以及紫云英与秸秆还田的互作效应。水稻种植制度定位试验位于湖南省祁阳县,始于1982年,设置黑麦草-水稻-水稻(Ry)、紫云英-水稻-水稻(Mv)、油菜-水稻-水稻(Rp)以及冬闲-水稻-水稻(Fa)4个处理;有机肥定位试验位于江西省进贤县,始于1981年,设置全量化肥(100%NPK)、减量化肥+紫云英(NPK+Mv)、减量化肥+紫云英+稻秸还田(NPK+Mv+S)以及不施肥对照(CK)4个处理。本文主要研究结果如下:冬种绿肥还田对早稻产量及稻田温室气体(Greenhouse gas,GHG)排放的影响高于晚稻。与Fa相比,Mv、Rp和Ry处理的水稻周年产量分别显著提高19.91%、14.45%和10.65%;Ry和Rp处理的周年甲烷排放分别显著提高116.73%和52.45%,但Mv处理则降低16.33%;各处理间的氧化亚氮周年累积排放量没有显著差异。相关分析表明,甲烷排放与绿肥C/N比呈显著正相关关系(r=0.88)。与Fa相比,Ry和Rp处理的GHG排放量和单位产量GHG排放量分别增加了66.70%、31.51%和70.27%、30.96%,而Mv处理两者分别降低了11.06%和13.14%。不同绿肥还田下土壤微生物群落及其与甲烷排放的相关性差异显著。甲烷排放与土壤理化性状及微生物特征的相关分析表明,甲烷累积排放量与土壤可溶性碳(DOC)(r=0.71)及mcrA基因(产甲烷菌)(r=0.71)呈显著相关关系,但与pmoA基因(甲烷氧化菌)相关性不显著。与Ry相比,Mv处理下甲烷八叠球菌科的乙酸型甲烷菌以及甲烷胞菌目和甲烷杆菌目的氢营养型甲烷菌的相对丰度更低,且分别与甲烷累积排放量显著相关(r=0.92,0.85,0.95)。绿肥与秸秆共同还田对GHG排放和相关微生物群落的影响显著。紫云英和秸秆还田(NPK+Mv+S)与100%NPK处理相比,显著降低了甲烷累积排放量,但NPK+Mv和CK之间差异不显著。DOC和速效磷含量(AP)与周年甲烷累积排放量均呈显著正相关关系(r=0.64,0.68)。甲基杆菌的存在和较多的乙酸还原菌(地杆菌)是NPK+Mv+S处理甲烷排放较低的关键原因。与CK相比,100%NPK、NPK+Mv和NPK+Mv+S处理水稻周年产量分别显著提高61.3%、65.6%和73.8%。综上所述,紫云英-水稻-水稻(Mv)种植模式能通过调节产甲烷菌群落来降低甲烷排放,同时提高水稻产量。并且紫云英与秸秆还田互作效应显著,有利于水稻增产与甲烷减排。因此,冬种紫云英还田可作为双季稻区水稻产量提高、甲烷减排的重要措施之一。