1 引言(Introduction)

近年来, 温室气体排放的不断增加致使全球平均气温至2100年可能增加1.4~4.8 ℃(IPCC, 2007).全球气温升高导致海平面上升、冰川消融、生物多样性减少、自然灾害频发等一系列严重的生态环境问题(沈永平等, 2013), 成为人类生存的巨大威胁, 也是现代农业发展的挑战之一.农业生产活动是温室气体排放的主要源之一, IPCC第五次报告指出, 农业温室气体排放量约占全球人为活动产生温室气体排放总量的12%, 其中CH₄和N₂O排放量分别占全球温室气体排放总量的50%和60%(Stocker et al., 2013), 而稻田是CH₄和N₂O的重要排放源(蔡祖聪等, 2009), 为农业温室气体排放做出巨大贡献.水稻是世界重要的粮食作物, 种植面积大, 其生产伴随着CH₄、N₂O、CO₂等温室气体的大量排放(Yang et al., 2003), 尤其是稻田的CH₄排放量达到全球总排放量的5%~19%(IPCC, 2007b), 稻田N₂O的排放量也达到农田温室气体总排放量的7%~11%(Zou et al., 2007).

稻田温室气体排放很大程度上受水稻品种及根系、农艺措施、耕作方式、土壤理化性质和气候环境等因素影响(Mer et al., 2001).水稻品种对温室气体排放影响比较显著, Wang等(1997)研究了3个水稻品种的CH₄排放速率得出：水稻品种Dular＞IR72＞IR65598.不同品种的水稻根系, 与温室气体排放密切相关, 根系大和活力强的水稻品种既能增加水稻产量, 又能降低CH₄排放量(王丽丽等, 2013).不同农艺措施也能降低稻田温室气体排放, 施用猪粪的增温潜势和温室气体排放强度小于施用鸡粪和稻草(吴家梅等, 2018), 而施用有机肥对气候变暖的影响高于无机肥(赵峥等, 2104), 不同灌溉方式也影响稻田温室气体排放, 薄浅湿晒和干湿交替灌溉有效降低CH₄和N₂O的增温潜势及排放强度(董艳芳等, 2017).免耕秸秆覆盖和免耕不覆盖都可明显增加稻田土壤CH₄吸收和降低N₂O排放(吕锦慧, 2018).土壤有机质、温度、湿度、质地以及E_h、pH都能影响温室气体排放(李世朋等, 2003).气候环境对稻田温室气体影响表明, UV-B辐射显著降低稻田CH₄的排放通量, 但显著增加CO₂和N₂O的排放通量(王灿等, 2018)；在pH＝4.5和pH＝3.6的酸雨作用下, 降低了稻田生态系统温室气体的增温潜势(安婉丽等, 2017).

稻鸭共作是稻田种养结合的一种生态循环农业模式, 鸭子活动, 搅动土壤, 增加土壤与大气中O₂接触, 加速根系泌氧, 从而降低稻田表层水体温度和pH, 提高E_h, 改善了土壤氧化还原状况(Liang et al., 2014), 此外, 鸭子觅食浮游生物和杂草, 增加了田面水中DO的浓度, 提高了甲烷氧化菌的活性(Teng et al., 2016).稻鸭共作期间, 也改变了水层深度, 鸭子的粪便中碳、氮元素含量丰富, 可为反硝化提供物质和能源(王强盛, 2018).稻鸭共作能够降低20%~30%的CH₄排放(Xu et al., 2017), 减缓了稻田温室气体排放.可见, 稻鸭共作模式对温室气体排放的影响研究较多, 而洱海流域稻鸭共作对温室气体排放影响的研究还未见报道.洱海流域是全球气候变化影响的敏感区和脆弱区(黄慧君等, 2008), 且农田大多集中于洱海周边及上游地区, 其水稻种植面积广, 轮作模式主要是水稻-大蒜、水稻-玉米等, 稻作模式下施用了大量的有机肥和化肥, 一定程度上增加了温室气体排放.研究表明, 种植模式、养殖模式、有机肥施用是造成洱海流域N₂O排放增加的原因, 温室气体减排重点在于控制种植与养殖模块(贾丽娟, 2013), 但如何实现洱海流域稻田温室气体减排的研究鲜见报道.因此, 本研究通过不同稻鸭共作密度试验, 研究稻鸭共作对CH₄、N₂O排放及水稻产量的影响, 旨在评价洱海流域稻鸭共作模式下的温室气体减排效果及推广稻鸭共作技术提供理论依据.

2 材料与方法(Materials and methods) 2.1 试验区概况

试验区位于云南省大理州洱源县右所镇梅和村稻田内, 东经100°03′48″, 北纬26°01′57″, 海拔1980 m, 气候类型为高原亚热带季风气候类型, 年平均气温15 ℃左右, 年降水量800~1000 mm, 干湿季明显, 80%以上的降雨主要集中在湿季(5—10月), 旱季降雨量少.土壤类型为水稻土, 土壤母质为河相沉积, 试验区轮作模式为稻蒜轮作, 由于大蒜季施肥量大, 使得大量未被大蒜利用的养分残留在土壤中, 进一步被水稻季利用.大蒜收获后耕层土壤有机质含量为67.24 g·kg^-1, 全氮含量为2.94 g·kg^-1, 全磷含量为1.35 g·kg^-1, 碱解氮含量为202.37 mg·kg^-1, 有效磷含量为47.22 mg·kg^-1, pH为6.12.

2.2 试验设计

试验设4个处理(表 1), 根据当地水稻种植的习惯施肥量设常规处理(CT), 以常规处理化肥氮投入量为基准, 考虑到鸭粪补充的有机氮当季不能完全转化为无机氮, 与化肥氮在肥效上存在差异.因此以不同放鸭密度、纯养分含量及有机氮当季转化为无机氮的转化系数为依据(Farrell et al., 2007; 刘嘉莉, 2011; 张帆, 2012), 设高密度鸭处理(HDD)和低密度鸭处理(LDD).低密度鸭处理化肥减半, 主要根据鸭粪便投入氮量为54.6 kg·hm^-2, 按照有机氮当季转化为无机氮的转化系数0.3计算, 得到的有机氮当季转化为无机氮量相当于常规施化肥氮量的一半左右.高密度鸭处理(HDD)不施化肥, 主要是高密度鸭粪便补充的有机氮量为109.20 kg·hm^-2, 乘以0.3转化系数后, 与常规施化肥氮量基本一致, 因此, 高密度鸭处理我们设不施化肥.空白处理(CK)主要考虑了土壤本底的肥力水平, 因此只施有机肥.每个处理设3个重复, 共12个小区, 其中每个小区面积为90 m².试验小区四周田埂进行加高加宽, 埂高为30 cm, 覆上地膜, 防止肥水串流, 顶宽为30 cm, 做到坚固、夯实、平坦, 进排水口对角设置.每个养鸭小区田埂四周围一圈尼龙网, 尼龙网高100 cm, 防止鸭子逃跑或外部动物侵害, 尼龙网用竹竿、绳子和铁丝固定.2016年5月25日, 将腐熟农家肥、磷钾肥作为基肥一次性施入稻田，然后进行旋耕, 5月26日水稻移栽, 株距16 cm, 行距30 cm.6月1日秧苗返青时, 将尿素作为追肥施入, 6月4日投入孵出15 d左右的鸭苗.试验所用肥料为尿素(N 46.4%)、过磷酸钙(P₂O₅ 16%)和硫酸钾(K₂O 50%).鸭子每天傍晚6:00喂养一次.鸭饲料为豆粕、玉米面、麦麸、米糠等配成的植物性饵料.8月11日水稻抽穗时将鸭子移出稻田, 9月16日收割测产.养鸭小区不用化学药剂进行除草和治虫.水稻品种为楚粳28, 试验鸭子品种为旱鸭.试验结束后计算得出LDD处理产生的粪便量为2613 kg·hm^-2, 投入的无机氮为15.67 kg·hm^-2, 有机质为522.60 kg·hm^-2；HDD处理产生的粪便量为5226 kg·hm^-2, 投入的无机氮为31.36 kg·hm^-2, 有机质为104.52 kg·hm^-2.

2.3 田面水采集与测定

在施肥后的1、3、5、7、9 d采集各小区田面水, 以后每隔10 d取1次田面水样, 取样时间为9:00—11:00, 每个小区田面水采集5个点后混合取100 mL冷冻保存, 样品采集后带回实验室测定, 取样时用pH计和便携式溶解氧仪测定田面水中的pH和DO, 用AA3型连续流动分析仪测定田面水中NO₃^--N和NH₄⁺-N.

2.4 稻田温室气体采集、测定及计算

采用密闭静态箱法采集气体, 筒体用5 mm厚有机玻璃制成, 筒体外部包裹一层带有铝箔纸的海绵避免阳光和箱内温度变化, 筒体底面积为0.126 m², 高1 m.采集时将取样筒扣在不锈钢底座上, 底座插入田面水中, 以隔绝筒内外气体的流通.取样时用采集筒罩住水稻植株, 采集气体时打开箱子顶部的风扇混匀气体.在水稻栽秧后1、3、5、7、9 d采集气体, 以后每隔10 d在同一地点采集气体.在9：00—11：00采气体样, 采样时间为插入田面水0、15、30、45、60 min, 每次用注射器抽取40 mL气体样, 同时测定采集筒内的温度和筒体有效高度.温室气体用安捷伦7890B气相色谱测定, CH₄的检测器为FID, 检测温度300 ℃, 柱温60 ℃, 载器为99.99%的高纯氮气, 流速30 mL·min^-1；N₂O的检测器为ECD, 检测温度300 ℃, 柱温60 ℃, 载器为99.99%的高纯氩/甲烷气(95%氩气+5%甲烷), 流速40 mL·min^-1.采用式(1)计算CH₄、N₂O的排放通量：

(1)

式中, Q为被测气体排放通量(mg·m^-2·h^-1)；ρ是标准状态下气体密度；h是采集筒有效高度；dC/dt为单位时间内采样筒内气体的浓度变化率, T为采样过程中采样筒内的平均温度(℃).温室气体累计排放量计算根据相邻两次气体排放通量的平均值与观测间隔时间相乘后逐次累加得出, 采用式(2)计算(董艳芳等, 2017)CH₄、N₂O累积排放量：

(2)

式中, f_n、f_n-1分别为第n次、第n-1次被测气体排放通量；d为第n次和第n-1次取样间隔天数；n为气体取样次数；F为生育期内气体累积排放量(其中F_CH4单位为kg·hm^-2, F_N2O单位为g·hm^-2).根据生育期内CH₄和N₂O累计排放量计算两种温室气体排放CO₂当量, 以100 a影响尺度为计, 单分子CH₄和N₂O的全球增温潜势分别为CO₂的28和265倍(Ma et al., 2013; 熊正琴等, 2017).

(3)

式中, F_CH4、F_N2O同上, 即为各温室气体累计排放量；GWP为温室气体综合增温潜势(kg·hm^-2).

3 结果与分析(Results and analysis) 3.1 CH₄排放通量变化规律

图 1表明水稻生育期CH₄排放通量出现两次峰值.水稻幼苗期CH₄排放通量较少, 分蘖拔节期CH₄排放通量逐渐升高, 并在6月29—7月9日排放通量达到峰值；随着水稻抽穗扬花至成熟, 排放通量逐渐降低；之后又略有上升出现排放小高峰, 且放鸭处理排放峰值最高.水稻生育期各处理CH₄平均排放通量分别为(7.59±2.20) mg·m^-2·h^-1(CT)＞(6.30±1.79) mg·m^-2·h^-1(LDD)＞(5.62±1.57) mg·m^-2·h^-1(HDD)＞(4.17±1.38) mg·m^-2·h^-1(CK).与CT处理相比, CK、LDD、HDD处理CH₄平均排放通量降低了45%、17%和26%, HDD处理CH₄平均排放通量比LDD降低了11%.CT处理与其它处理的CH₄平均排放通量差异显著(p < 0.05).可见, 施肥增加了CH₄排放量, 而放鸭又能降低CH₄排放量.

3.2 N₂O排放通量变化规律

图 2表明, 各处理N₂O排放通量变化规律基本一致, 水稻生育期间, N₂O排放通量出现两次排放峰值, 水稻幼苗期N₂O排放通量较小, 分蘖拔节期出现第一次排放峰值, 峰值持续时间较长, 抽穗扬花后又逐渐降低, 稻田排水后N₂O排放通量又有所增加.各处理N₂O平均排放通量分别为(151.59±19.96) μg·m^-2·h^-1(HDD)＞(116.96±23.56) μg·m^-2·h^-1(LDD)＞(104.71±21.17) μg·m^-2·h^-1(CT)＞(94.53±18.90) μg·m^-2·h^-1(CK).HDD处理N₂O平均排放通量显著(p < 0.01)高于其它处理, 与CT处理相比, LDD、HDD处理的N₂O平均排放通量增加了12%和45%, CK处理N₂O平均排放通量降低了12%, HDD处理的N₂O平均排放通量比LDD增加了30%.

3.3 不同处理下的水稻产量

不同处理的水稻产量存在一定差异(图 3), 水稻产量大小为(8631.32±176.72) kg·hm^-2(LDD)＞(8300.82±265.56) kg·hm^-2(CK)＞(7901.38±299.05) kg·hm^-2(CT)＞(7576.51±439.77) kg·hm^-2(HDD), 相比于CT处理, LDD和CK处理水稻产量显著(p < 0.05)提高了9.23%和5.06%, 而HDD却降低4.11%.

3.4 水稻不同生育阶段稻田温室气体累积排放量与综合增温潜势

表 2是各处理不同生育阶段温室气体累积排放量及总排放量, 2种温室气体排放量峰值均出现在放鸭后-收鸭前.各处理CH₄累积排放量在放鸭前、收鸭后无显著差异, 3个阶段各处理CH₄累积排放量和排放总量基本是CT＞LDD＞HDD＞CK, 在放鸭后-收鸭前, CT处理CH₄累积排放量与其它处理差异显著(p < 0.05), 与CT处理相比, CK、LDD、HDD处理CH₄总排放量分别降低了45%、18%、25%.与CH₄排放量相比, 稻田N₂O排放微弱, 各阶段N₂O累积排放量及总排放量大小均为HDD＞LDD＞CT＞CK, 放鸭前与放鸭后-收鸭前, HDD处理N₂O累积排放量与其它处理差异显著(p < 0.01), 与CT处理相比, LDD、HDD处理N₂O总排放量增加了11%、37%, CK降低了8%.

水稻生育期内不同处理的稻田温室气体全球增温潜势GWP(表 3)大小为CT＞LDD＞HDD＞CK, 与CH₄排放通量和累积排放量基本一致.与CT处理相比, CK、LDD、HDD处理GWP分别降低了41%、14%、17%, 表明3个处理均能缓解温室气体增温潜势, 其中CK降低增温潜势显著(p < 0.01), LDD、HDD次之(p < 0.05)；虽然LDD、HDD处理与CT处理相比N₂O排放量增加, 但增温潜势都低于CT处理, 均能达到减排的效果.

4 讨论(Discussion) 4.1 稻鸭共作对温室气体排放特征及排放量的影响

稻田CH₄的产生是由于土壤中有机物被厌氧菌利用, 除去被CH₄氧化菌氧化和水土对CH₄吸附后所剩余的, 通过植物通气组织或向大气中冒泡排放(张晓艳等, 2012).侯玉兰(2013)认为稻季CH₄排放通量有3个排放峰, 为水稻幼苗期、分蘖拔节期和黄熟期, 而展茗等通过稻鸭共生模式研究得出稻田CH₄排放通量的两个排放峰在分蘖期和乳熟期(展茗等, 2009), 与我们观测到的排放峰一致.幼苗期主要是因为水稻根系不发达, 通气组织差, 加之前期鸭子较小, 活动不频繁.此外氮肥施入增加了NH₄⁺-N浓度, 且本底土壤有效氮含量较高, 当CH₄浓度较高时, NH₄⁺-N会促进CH₄氧化(Cai et al., 2000), 因此排放通量较小.随着水稻的生长, CH₄排放通量升高, 在分蘖期出现排放高峰且达到峰值, 可能由于根系逐渐发达及通气组织良好, 分泌物增加, 并且该时期田面水较深, 气温较高, 高温增加了厌氧菌的繁殖, 促使了CH₄排放, 导致放鸭后-收鸭前CH₄累积排放量较高.抽穗扬花后, 田面水有所下降, 稻田通气性改变, 氧气充足, 使得甲烷菌活动受到抑制, 而甲烷氧化菌却变得活跃, 因此CH₄排放逐渐下降；而乳熟期可能前期水稻生长消耗了部分有机质及养分, 使产生CH₄的底物减少(马艳芹等, 2016), 因此该时期所出现的峰值比分蘖期低.相比于CT处理, 稻鸭共作能够减少CH₄排放, 与展茗等(2009)、黄璜等(2003)、袁伟玲等(2009)研究结果一致, 主要是鸭子频繁活动增强了土壤通气性及田面水流动, 加速水稻根系泌氧, 降低了稻田水体表层温度与pH, 提高E_h(Liang et al., 2014), 鸭子觅食稻田中的浮游生物和杂草, 从而增加水体与土壤的DO浓度, 改善了稻田环境(Teng et al., 2016), 降低了厌氧菌的繁殖速率, 提高了甲烷氧化菌的活性；此外鸭子粪便和饲料中含有丰富的C、N, 经计算在整个稻鸭共作期间, 每只鸭产生的粪便为8.71 kg, 投入的无机氮为0.05 kg, 有机质为1.74 kg, 而饲料折算出的氮约为0.47 kg(郑敏, 2012), 这样稻鸭共作就持续的为稻田补充C、N源, 转换而来的NH₄⁺-N加快CH₄氧化菌的繁殖与活性(Ple et al., 2000).HDD处理CH₄平均排放通量低于LDD, 主要是因为放入鸭子密度较高, 鸭粪便投入的纯养分含量也较高.

稻田N₂O排放受氧的有效性和反应底物无机氮的影响(袁伟玲等, 2008).从N₂O排放通量变化规律看, 排放峰值主要出现在施肥和稻田水层较浅后, 研究结果与赵峥等(2014)、李成芳等(2008)、谢义琴等(2015).水稻幼苗初期根系和通气组织不发达, 不利于N₂O的输出(侯玉兰, 2013), 另外, 稻田淹水下氧的缺乏虽然有利于反硝化进行, 但强还原性会促进生成最终产物N₂, 不利于生成N₂O(胡立峰等, 2009), 且稻田淹水期水溶性N₂O的扩散和传输缓慢(展茗等, 2009), 以及追肥后硝化作用生成NO₃^--N需要消耗大量的氧, 进而也抑制了N₂O的形成与释放.分蘖期水稻根系发达和通气组织良好, 根系吸收与传输N₂O能力强, 且前期施肥为反硝化菌提供了大量的氮源(赵峥等, 2014), NH₄⁺-N氧化成NO₃^--N, 提高了反硝化反应底物NO₃^--N浓度, 促进反硝化进行, 因此, 水稻分蘖拔节期虽然处于淹水状态但N₂O排放通量不断增大达到峰值, 从而导致放鸭后-收鸭前N₂O累积排放量高于其它两阶段.抽穗扬花后N₂O排放略有下降, 主要是因为反应底物NO₃^--N的缺乏, 而鸭子所提供的氮源有限；另外, 根系对氧的消耗导致的厌氧环境促进反硝化反应完全, 产生N₂；而该时期田面水层较浅, 根系组织发达及鸭子为其提供一定的氮源, 一定程度上缓解了下降幅度.而乳熟期N₂O排放略有上升, 主要是因为稻田排水改变了水层厚度和氧气含量, 增加了N₂O排放, 但由于反应底物、氧气含量等限制使峰值小于前期峰值.养鸭处理N₂O排放通量大于CT处理, 与展茗等(2009)、袁伟玲等(2009)研究结果一致, 主要因为：一是鸭子活动增加土壤与外界氧气的接触, 改善土壤理化性状, 营造出有利于硝化、反硝化反应的条件, 加速田面水流动从而增加水溶性N₂O的扩散与释放(李成芳等, 2008)；二是鸭子觅食浮萍杂草, 减少了DO的消耗, 增加了田面水与土壤的DO浓度及土壤E_h值, N₂O释放增加；三是鸭子粪便与饲料投入补充了氮源, 增加了硝化与反硝化的反应底物浓度, N₂O排放增加；四是稻鸭共作期间, 为兼顾水稻与鸭子的生长需求, 在不同阶段会采用不同的水层深度.因此N₂O的产生与排放相对于CT处理都处于较好环境条件, 导致稻鸭共作N₂O排放量增加.HDD处理N₂O排放量高于LDD处理, 主要是由于放鸭的密度不同, 鸭子越多, 更有利于创造出N₂O排放的所需环境, 且产生的粪便量高于LDD, 投入的氮也高于其它处理.

4.2 稻鸭共作对水稻产量的影响

LDD处理大幅提高了水稻产量, 与王强盛等(2004)研究一致.主要因为鸭粪便直接增加了田面水和土壤的有效养分, 且鸭觅食田间浮萍杂草, 使更多的养分被水稻吸收(Oehme et al., 2007)；此外, 鸭通过田间活动, 释放出了土壤中的硫化氢和沼气, 致使根系可以更好的的深扎(朱春权等, 2018), 且在一定程度上释放出被土壤固定的养分和改善了土壤氧化还原状况, 促进氮的矿化和硝化, 从而促进水稻增产.HDD处理的水稻产量最低, 一方面主要是放鸭密度过大导致前期大面积破坏水稻幼苗, 后期破坏谷穗；二是鸭粪便养分含量较高, 经计算得出稻鸭共作期间每只鸭产生的粪便为8.71 kg, 投入的无机氮为0.05 kg, 有机质为1.74 kg, 而饲料折算出的氮约为0.47 kg(郑敏, 2012), 总体投入高于CT的肥料投入.造成CT处理水稻产量低于CK的原因可能是由于该区土壤肥沃, 养分含量较高, 加之, 大蒜季大量的肥料投入, 使得过量的养分残留在土壤中, 能较好满足下季水稻对养分的需求, 而水稻季再增加化肥氮的投入, 一定程度上造成了水稻贪青晚熟, 致使水稻产量降低.说明合理的稻鸭共作密度及施肥量有利于提高水稻产量和减少温室气体排放.

4.3 稻鸭共作下环境因子对温室气体排放的影响

鸭子引入稻田, 改变了原有稻田环境和反应底物浓度, 影响着稻田温室气体排放.相关分析(表 4)表明, 田面水DO与CH₄和N₂O排放呈显著(p < 0.01)负相关, 主要是水体DO的增加, 能够提高甲烷氧化菌的活性, 从而促进CH₄氧化, 另外可促使NO₂^--N彻底氧化成NO₃^--N, 硝化作用完全(王强盛, 2018), 而鸭子活动与觅食也能增加田面水DO浓度, 因此, 水体DO增加可减少CH₄和N₂O排放.CH₄和N₂O排放与土壤温度呈显著(p < 0.05)正相关, 研究结果与姜珊珊等(2017)和孙海妮等(2018)一致, 大多数甲烷菌微生物的最适宜温度为35~37 ℃, 当温度低于最适宜温度时, 甲烷菌微生物的活性会随土壤温度的升高而提高(李世朋等, 2003)；硝化与反硝化作用微生物活动的适宜温度范围为15~35 ℃, 并且67%的N₂O排放都集中在这个范围内(郑循华等, 1997)；整个水稻生育期间, 土壤温度基本保持在20~35 ℃之间, 这就有利于土壤微生物的繁殖, 增强土壤呼吸作用及微生物的活性.N₂O排放与田面水NH₄⁺-N和NO₃^--N呈显著(p < 0.01)正相关, 研究结果与姜珊珊等(2017)一致, 这是由于田面水中氮素大量累积, 为硝化与反硝化作用提供充足的氮源, 从而促进N₂O排放, 鸭子的排泄物中含高浓度NH₄⁺-N, 且NH₄⁺-N易被氧化为NO₃^--N, 这也是施肥和放鸭处理能够增加N₂O排放的原因.齐玉春等(1999)认为, pH在7~10范围内, N₂O的排放会随着pH的下降而增加；pH在6.8~7.2是甲烷产生的最佳阈值(Pacey et al., 1986)；但黄耀等(2002)认为, 当pH在5.6~8.6之间时, pH和N₂O排放呈显著正相关关系；本研究结果中, pH对温室气体排放呈负相关, 但不显著, pH对温室气体排放的影响机理比较复杂, 还需要进一步研究.由此可见, 土壤温度和田面水DO、NH₄⁺-N、NO₃^--N是造成CH₄和N₂O排放差异的主要因素.

4.4 稻鸭共作对综合增温潜势的影响

全球增温潜势(GWP)是估计不同温室气体对气候变化的潜在效应.结果表明不同处理的稻田温室气体GWP大小与CH₄排放通量和累积排放量相似, 稻鸭处理比CT处理N₂O排放量增加, 但增温潜势低于CT处理, 说明稻田CH₄排放量是影响GWP变化的主要原因(Nayak et al., 2015; Zhang et al., 2016), 其温室效应在100 a时间尺度上远大于N₂O产生量, 可见, 降低稻田CH₄排放对缓解温室气体增温潜势至关重要(汤宏等, 2016).与CT处理相比, 其它处理GWP都显著降低, 说明稻鸭共作能够降低温室气体增温潜势, 与前人研究结果一致(Xu et al., 2017; 展茗等, 2009), LDD增温潜势比HDD稍高, 但并无显著差异, 这可能是由于水稻对肥料的氮利用率高于对鸭粪便的氮利用率, 且鸭粪便氮的释放过程比较缓慢.

5 结论(Conclusions)

1) 水稻生育期, CH₄、N₂O和CO₂均在分蘖期和结实期出现排放峰.CH₄排放通量、累计排放量和总排放量大小均为CT＞LDD＞HDD＞CK, N₂O为HDD＞LDD＞CT＞CK.与CT处理相比, CK、LDD、HDD处理CH₄总排放量分别降低了45%、18%、25%；LDD、HDD处理N₂O总排放量增加了11%、37%, CK降低了8%；GWP分别降低了45%、18%、25%.稻鸭共作能够降低CH₄排放, 增加N₂O排放, 但就综合增温潜势而言, 稻鸭共作能够有效实现温室气体减排, 降低增温潜势.

2) 土壤温度和田面水DO、NH₄⁺-N、NO₃^--N是造成CH₄、N₂O排放差异的关键因素.土壤温度与CH₄、N₂O排放呈显著正相关, 田面水DO与CH₄、N₂O排放呈显著负相关, 田面水NH₄⁺-N、NO₃^--N与N₂O排放呈显著正相关, 其它环境因子与温室气体排放相关性不显著.

3) 不同处理水稻产量为8631.32 kg·hm^-2(LDD)＞8300.82 k·hm^-2(CK)＞7901.38 kg·hm^-2(CT)＞7576.51 kg·hm^-2(HDD), 因此, 兼顾水稻产量和温室气体减排, LDD的综合效益最好, 而对于常规处理, 不施化肥处理的综合效益较好.