不同有機肥對稻田溫室氣體排放及產量的影響

吳家梅，紀雄輝，彭 華，謝運河，官 迪，田發祥，朱 堅，霍蓮杰

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不同有機肥對稻田溫室氣體排放及產量的影響

吳家梅1,2,3，紀雄輝1,2,3※，彭 華1,2，謝運河1,2，官 迪1,2，田發祥1,2，朱 堅1,2，霍蓮杰4

（1. 湖南省農業環境生態研究所，長沙 410125； 2. 農業部長江中游平原農業環境重點實驗室，長沙 410125；3. 南方糧油作物協同創新中心，長沙 410125； 4. 河南省新悅環境科學技術研究發展有限公司，洛陽 471000）

為研究有機肥施入稻田對溫室氣體排放的影響，設置豬糞、雞糞和稻草分別與化肥混施處理，利用靜態箱法-氣相色譜儀監測稻田甲烷（CH4）和氧化亞氮（N2O）排放通量并進行分析。研究結果表明，化肥處理（CF）CH4季節排放為202.1、279.9和332.5 kg/hm2，與豬糞（PM）無顯性差異，明顯低于雞糞（CM）和稻草（RS）處理；CF處理N2O排放總量最高，與有機肥處理無顯著性差異；CH4季節排放通量與土壤值呈極顯著負相關關系，與土壤溫度呈極顯著正相關關系；肥料中不同活性有機碳質量分數為18.4～114.5 g/kg，肥料中被167 mmol/L高錳酸鉀氧化的有機碳（ROC167）與稻田CH4排放總量呈顯著正相關關系（相關系數為0.872，<0.05）；施有機肥第三年水稻平均產量比CF處理增加14.3%（<0.05）；不同有機肥中，以PM處理的增溫潛勢和溫室氣體排放強度最小，與不施肥和CF處理無顯著性差異，豬糞的ROC167含量低，能較好的協調環境與產量之間關系，是值得推薦的有機肥種類。

土壤；溫室氣體；甲烷；有機肥；稻田；氧化亞氮；值

0 引 言

甲烷（CH4）和氧化亞氮（N2O）是重要的溫室氣體之一[1]。自工業革命以來，大氣中CH4和N2O的濃度持續增加，據IPCC報告，CH4和N2O濃度自工業革命前的715和270L/m3增加到2011年的1 803和324L/m3[2]。農業是重要溫室氣體排放源，2005年CH4和N2O占全球人為溫室氣體排放的10%～12%。

大氣中大約有50%～65%的CH4排放由人類活動產生[2]，而稻田CH4是一個重要人為排放源，年排放量占全球CH4總排放的5%～19%[1]。中國是世界上最大的水稻生產國，2012年水稻種植面積為30.14×106hm2，約占世界水稻種植面積的28%，稻田CH4排放在中國農業溫室氣體排放總量中占有重要的份額，占世界稻田CH4排放的25%左右[3]，而稻田排放的N2O約占中國農田氮肥直接排放N2O總量的7.0%～11.0%[4]，研究不同施肥條件下，稻田CH4和N2O排放動態，對通過施肥措施減緩溫室氣體具有重要意義。

許多研究表明，施入不同有機肥的稻田CH4排放明顯增加，但不同有機肥等碳施入稻田對CH4排放的影響研究較少。湖南省是中國雙季稻種植的主產區，但由于農村勞動力的減少和雙季稻收種時間間隔短，致使湖南省雙季稻面積逐漸減少，2010－2014年的統計年鑒可知一季稻種植面積已經占湖南省水稻總播種面積的30%左右，近年來，湖南省雙季稻田CH4和N2O排放特征研究頗多，而一季稻稻田CH4和N2O排放通量監測報道較少，較多的研究證實不同有機物料對稻田CH4和N2O排放影響的研究結果也不盡相同，因此，本研究選用生產中常用的幾種有機物料，探討等量外源碳輸入在常規的水分管理條件下對一季稻CH4和N2O排放的影響，評估其綜合溫室效應，為準確估算一季稻田CH4和N2O排放量提供地區觀測數據，對保障糧食生產提高土壤質量和溫室氣體減排具有重要的現實意義。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

不同施肥處理定位試驗于2010年在湖南省長沙縣干杉鄉大屋組進行（28°08′18″N，113°12′0″E），該地區海拔42 m，年平均溫度為17.1 ℃，年降水量1 500 mm，年≥10 ℃積溫5 300～6 500 ℃，為南方典型的水稻生產區。土壤類型為第四紀紅壤發育的紅黃泥水稻土，土壤pH值6.0，有機碳19.3 g/kg、全氮2.04 g/kg、全磷0.85 g/kg、全鉀9.2 g/kg、堿解氮212.0 mg/kg、有效磷11.1 mg/kg、交換性鉀97.0 mg/kg。

試驗于2010?2012年進行，設置5個處理分別為：1）無肥（NF）；2）化肥氮磷鉀（CF）；3）豬糞+化肥氮磷鉀（PM）；4）雞糞+化肥氮磷鉀（CM）；5）稻草+化肥氮磷鉀（RS）。每個處理3個重復，采用單因素隨機區組設計。小區面積為8.4 m2，每個小區田埂和區組之間的排灌水溝田埂均用塑料膜包裹隔開。插秧前期田間保持淹水狀態。氮肥為尿素，磷肥為過磷酸鈣，鉀肥為氯化鉀，有機肥為風干腐熟肥料，不同有機肥處理所施入土壤中有機碳總量保持一致，均為2 850 kg/hm2，同時利用尿素調控施入的總氮量保持一致，為270 kg/hm2。有機肥為風干腐熟肥料，為防止有機肥一次性大量施用而燒苗，2010年和2012年移栽前20和23天提前施用，而2011年6月上旬由于不間斷下雨，僅移栽前6天施用。有機肥、化肥施用后與耕作層土壤充分混合。稻草施用前剪成20 cm小段，與有機肥同一時間施入稻田與15 cm土層混勻。有機肥和化肥均一次性施入，有機肥的性質和不同處理的肥料施用量見表1。水分管理和病蟲草害防治與當地大面積生產相一致。2010－2012年試驗點氣象要素變化趨勢見圖1。

表1 不同處理的有機肥和化肥養分

圖1 2010―2012年試驗點水稻生長期氣溫和降水日變化

水稻品種為準兩優608，2010年6月1日播種，2日犁田，覆水，施用有機肥，8日開始采集氣體樣品，21日施用化肥，22日移栽，8月2日至8月31日為烤田期，9月9日至9月25日干濕交替，10月30日以后落干，10月9日收獲，其余時間田間處于淹水狀態。

2011年6月1日播種，17日施有機肥，20日施化肥，21日開始采集氣體樣品，23日移栽。水稻的返青期、分蘗期水稻保持淹水狀態。7月19日水稻進入分蘗盛期開始排水，持續到8月25日。8月26日開始灌水，從8月26日到9月25日水稻土壤保持干濕交替狀態，10月30日排干水，持續到水稻成熟，10月9日收獲。

2012年5月28日播種，6月3日施有機肥，5日開始采集氣體樣品，22日施化肥，26日移栽。水稻的返青期、分蘗期水稻保持淹水狀態，之后土壤保持干濕交替，但田面無水。直到10月9日收獲。

水稻成熟時人工收獲，每個小區單獨測定籽粒產量。

1.2 測定項目

2010―2012年CH4和N2O的開始采樣時間分別為2010年6月8日、2011年6月21日和2012年6月5日，結束時間均為每年的10月9日，在此期間每周采樣1次，收集氣體的同時測定土壤5 cm處的溫度和土壤值。

氣體采用密閉靜態箱測定，每次采樣時間固定在上午09:00―10:00，采樣時間分別為罩箱后的0，10，20，30 min，每次抽取45 mL氣體樣品。氣體樣品采用Agilent7890A氣相色譜儀分析，檢測CH4的檢測器FID，檢測溫度250 ℃，柱溫50 ℃，檢測N2O的檢測器ECD，檢測溫度300 ℃，柱溫50 ℃，標準氣體由國家標準物質中心提供。稻田CH4和N2O排放通量的計算方法見王迎紅的文獻[5]。稻田氣體季節排放總量的計算方法見王聰的文獻[6]。

以100 a為時間尺度，單位質量的CH4和N2O全球增溫潛勢（global warming potential, GWP）分別為二氧化碳的25和298倍，計算溫室氣體排放二氧化碳當量[1]，GWP=CH4季節排放總量×25+N2O季節排放總量×298。

根據Timothy等計算溫室氣體排放強度（greenhouse gas intensity，GHGI）[7]，GHGI=GWP/水稻產量。

肥料樣品中水溶性有機碳（dissolved organic carbon，DOC）的測定采用土壤中水溶性有機碳的方法[8]，用肥料樣品替代土壤樣品測定。肥料中易氧化有機碳（readily oxidized organic carbon，ROC）測定采用不同濃度的高錳酸鉀氧化法[9]，用肥料樣品替代土壤樣品測定。利用不同濃度的高錳酸鉀氧化肥料測定的活性有機碳分為如下5級，ROC33，ROC167，ROC333，ROC167-33和ROC333-167。肥料中ROC33，ROC167和ROC333是指肥料分別被33，167和333 mmol/L的高錳酸鉀溶液氧化的有機碳；ROC167-33= ROC167―ROC33；ROC333-167=ROC333-ROC167。

1.3 統計分析

最終的數據采用3次重復測定結果的平均值±標準偏差，文中的數據統計采用Microsoft Office 2003/Excel和SPSS 13.0統計，按照隨機區組設計，比較不同處理間的差異顯著性，LSD多重比較進行分析。

2 結果與分析

2.1 稻田CH4季節排放通量和累積排放量

2010―2012年3a不同施肥處理稻田CH4排放通量具有明顯一致的季節變化和年際變化規律（圖2），不同處理間的差異表現為峰值大小和相對應移栽時間的細微差別。2010和2012年有機肥在移栽前20～23 d施肥，分別在施有機肥后第10和16天達到排放的小高峰，由于2011年6月一直降雨，有機肥僅移栽前6 d施入，施有機肥排放也較高，達到23.9～35.7 mg/(m2·h)。3 a不同施肥處理CH4的排放主要集中在水稻生育前期（苗期到拔節期），有2個排放峰，一個排放峰為水稻移栽后12 d（2010年）和13 d（2010年和2011年），另一排放峰為水稻移栽26 d（2010年）、29 d（2011年）和29 d（2012年）。不同處理水稻苗期到拔節期均表現為RS處理的CH4排放通量最高，3 a RS處理的排放高峰分別為125.43，142.72和97.27 mg/(m2·h)。NF，CF和PM處理水稻生育期CH4排放模式一致，RS和CM處理水稻生育期排放模式保持一致。生育前期，RS處理的CH4排放高于CM處理，CM處理的CH4排放高于NF，CF和PM處理，水稻生育后期，CH4排放明顯下降，不同處理間無明顯差異。

圖2 不同處理稻田2010－2012年甲烷排放通量

2010―2012年不同處理稻田CH4排放總量均表現RS處理高于其他處理（<0.05）（表2）。

表2 不同處理溫室氣體排放量

注： 同一列標注不同字母的處理間差異顯著（<0.05），下同。

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

RS處理CH4排放總量比其他處理高41.2%～344.0%（<0.05），3 a RS處理CH4的排放總量分別比化肥處理高344.0%（<0.05），169.5%（<0.05）和192.1%（<0.05），RS處理排放總量比CM處理高83.3%（<0.05），80.6%（<0.05）和41.2%（<0.05），CM處理排放總量分別比化肥處理高142.2%（<0.05），49.3%（<0.05）和106.9%（<0.05）。PM處理的CH4排放與NF和CF處理無顯著性差異。除了2010年NF處理的CH4排放總量稍高CF處理外，其他年份均為NF處理CH4排放比CF處理小，但NF和CF 2個處理間無顯著性差異。

2.2 稻田N2O排放通量和累積排放量

不同施肥處理水稻生育期N2O排放有一個排放高峰（圖3），即在水稻曬田期，其他時期N2O排放均維持在較低水平，CF處理的N2O在曬田期的排放峰最高，2010―2012年排放高峰分別為131.85，137.80和152.11g/(m2·h)。高于其他處理，NF處理的排放通量一直處于較低水平，除曬田期外，其他時期的N2O排放無顯著性差異。

不同處理的N2O排放總量0.54～1.29 kg/hm2（表2）。不同處理均為CF處理排放最高，2010年，顯著高于其他處理，其次是施用有機肥處理，不同有機肥處理間無明顯差異，NF處理排放最少，明顯低于其他處理。2010年CF處理分別比其他處理高44.1%~106.8%（<0.05），3 a CF處理的N2O排放總量分別比NF處理高106.8%（<0.05），113.6%（<0.05）和93.9%（<0.05）；4種施肥處理的N2O的平均排放總量是NF處理的1.7倍。3 a相同處理的N2O排放總量差別不大。

圖3 不同處理稻田2010－2012年氧化亞氮排放通量

2.3 環境因子對CH4和N2O排放的影響

不同年份水稻生長季節土壤5 cm處值均為前低后高，同一季節不同處理土壤值保持相同的變化趨勢（圖4）。淹水稻田土壤為負值，水稻在分蘗末期排干水分曬田，土壤值緩慢上升，直到水稻成熟期土壤逐漸變為正值。2010年稻田生育期的土壤值在?269.5～+206.3 mV之間。水稻的生育前期一直為負值，到移栽52 d后，土壤值變為正值。2011年不同施肥處理土壤值在?238.0～+118.0 mV之間。稻田土壤值在移栽33 d之后變為正值，此時曬田，之后覆水，導致又有下降，水稻接近灌漿期排干水分，土壤上升至正值持續到水稻成熟。2012年土壤值在?156.5～+115.0 mV之間。水稻土壤在移栽36 d變為正值，此時土壤曬田，值一直上升，水稻移栽50 d后值保持平穩持續到成熟期。

3 a水稻生長季土壤溫度變幅為20.5～31.4，20.6～31.6和24.4～30.0 ℃。3 a水稻生長季土壤5 cm處平均溫度為27.1，27.2和27.4 ℃。

圖4 不同施肥處理稻田土壤Eh值季節變化

不同處理CH4排放通量的季節變化趨勢基本相同，綜合分析水稻生長期的土壤和溫度對其排放通量的影響，不同處理的水稻生長期CH4排放通量與土壤值和溫度均呈相關關系（表3）。3 a所有處理的稻田CH4通量與土壤值呈極顯著負相關（<0.01），與土壤溫度呈極顯著正相關關系（<0.01）。不同處理的CH4排放通量與土壤值和土壤溫度做回歸分析，其回歸方程為=5.164?0.084+0.272（2=0.281，<0.01）。CH4排放通量隨著土壤溫度的增加而增加，隨著土壤值的增加而降低，可見，土壤溫度和值影響了稻田CH4的排放。不同處理土壤值和溫度與稻田N2O通量無相關性。

表3 不同處理土壤Eh、溫度與CH4相關分析

2.4 稻田溫室氣體排放強度和產量

不同施肥處理中，CH4是主要的溫室氣體，CH4產生的溫室效應占到總GWP的94%以上。2010―2012年不同處理的GWP均為RS處理明顯高于其他處理（表4），CM高于NF和CF處理，PM，CF和NF處理間無顯著性差異。3 a RS處理的GWP分別比CF處理高320.5%（<0.05），159.8%（<0.05）和183.0%（<0.05），CM處理的GWP分別比CF處理增加131.5%（<0.05），45.4%（<0.05）和101.5%（<0.05）。

不同施肥處理一季稻產量為7 770～11 762 kg/hm2。2010年不同施肥處理間水稻產量沒有明顯差異。2011和2012年施肥明顯增加水稻產量，比不施肥處理增加591～3 992 kg/hm2。2012年，有機肥處理明顯高于CF處理，CF處理明顯高于NF處理，施有機肥處理的水稻平均產量比CF處理高14.3%（<0.05）。

3 a RS和CM處理的GHGI明顯高于其他處理，RM，CF和NF的GHGI無顯著性差異。3 a RS的GHGI是化肥處理的3.9，2.6和2.5倍，CM處理的GHGI是CF處理的2.3，1.4和1.7倍。

表4 不同處理水稻產量及溫室氣體排放強度

2.5 有機肥的特性與甲烷關系

被高錳酸鉀氧化的ROC質量分數為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，不同種類的ROC均表現為稻草中的含量最高，其次是雞糞，豬糞最小。稻草中C33，C167，C167-33，C333-167和C333含量分別比雞糞增加11.8%，28.9%（<0.05），57.8%（<0.05），1.0%和13.4%（<0.05），比豬糞增加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含量間有顯著性差異。雞糞的DOC含量最高，分別比稻草和豬糞高35.8%（<0.05）和532.5%（<0.05）。

表5 肥料中的活性有機碳含量

注： ROC為易氧化有機碳，DOC為水溶性有機碳。

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

不同種類活性有機碳與稻田CH4排放總量進行相關性分析，除了DOC外，其他有機碳均與稻田CH4排放總量呈正相關，尤其是ROC167和ROC333與CH4排放總量呈極顯著正相關，ROC167與CH4排放總量的相關系數最大，達到0.872。肥料中活性有機碳組分與CH4排放總量采用逐步回歸方法進行多元線性回歸分析，建立回歸方程=?696.039+26.675(2=0.760,<0.01)，其中為CH4排放通量，為ROC167含量。可見肥料中的ROC167含量顯著影響CH4排放總量。

3 討 論

3.1 稻田CH4排放

王聰等[6]監測雙季早晚稻田CH4排放總量136.56～211.48 kg/hm2，Yang等[10]研究證實湖南省早晚稻兩季CH4排放659～1 212 kg/hm2，魏海蘋等[11]研究證實，中國單季稻的CH4季節排放總量為383.5 kg/hm2，本研究中水稻施CF處理平均排放量為271.47 kg hm2，施肥處理平均排放量為382.05 kg/hm2，其研究結果與魏海蘋等結果接近，處于不同研究中雙季早晚稻排放總量的中間。

與化肥相比，鄒建文等研究[10]豬廄肥施入稻田后的CH4排放與化肥處理幾乎無差異，其他研究者證實雙季稻田添加豬糞處理CH4排放增加43.3%（<0.05）[6]和22.1%[11]。本研究中，PM處理的CH4排放比CF處理高，但無顯著性差異。造成PM處理差異的原因可能是不同研究者使用的豬糞不同，豬糞發酵時間和腐熟程度也不一致，發酵過程中易分解的有機碳可能部分或者全部分解，剩下的多為難分解的有機碳，施到土壤中的易分解有機碳越多CH4排放越高[12]，導致不同的研究者施豬糞的處理與CF處理有差異。

大量的研究表明，有機物還田可促進稻田CH4的排放[8,13-15]，本研究中稻田總碳施入量相同，但CH4排放不一致，與付薇薇等[16]研究證實外源有機碳的輸入量是田間土壤CH4年排放量的決定性因素，外源有機碳輸入量與土壤有機碳CH4年累計排放量之間呈直線相關關系的研究結果不同，可能的原因為，許多研究表明稻田土壤中CH4產生的基質為稻田土壤的易分解有機碳，而有機質中活性有機碳的多少決定了土壤產CH4潛能的強弱和CH4產量的高低[17]，本研究中施入稻田的3種有機物的活性有機碳含量不同，尤其是ROC167含量的高低顯著影響稻田CH4排放的多少；此外外源有機物質激發土壤原來的有機質產生CH4[18]，纖維素等難分解的有機物質能誘發土壤有機質的分解，更易引發激發效應[19]，土壤中同時存在幾種有機質，微生物首先分解可利用率最高的有機質[20]，本研究所采用的有機物中，其纖維素含量為稻草（31.8%）>雞糞（7.7%）>豬糞（4.8%），稻草更容易激發土壤有機質的分解，產生可多供微生物分解的有機質，而有機質的分解給產甲烷菌提供豐富的產CH4機制，因而產生更多的CH4。

稻田土壤溫度影響土壤中微生物的活性，從而影響稻田CH4的產生和排放。許多研究證實稻田CH4排放與土壤溫度呈顯著正相關關系[6,21-22]，本研究也得到相同的結論。CH4產生需要厭氧環境，一般用土壤值表達土壤通氣狀況。大量研究表明，土壤CH4排放與值呈負相關關系[6,21]，本研究中，無論是不同處理的CH4排放還是所有處理稻田CH4排放均與土壤值呈極顯著負相關關系。Anna等研究證實CH4產生的土壤值范圍低于240 mV[23]，本研究中土壤的值最高值為206.3 mV時有少量CH4排放，與Anna等研究結果相符。

在稻田總碳施入量保持一致的條件下，由于豬糞和雞糞中的磷和鉀含量較高，導致2種肥料施入稻田的磷和鉀比CF和RS處理中相應的含量高。研究證實有機肥施用對CH4排放的影響大于化肥[6,13]，高量磷肥對CH4排放影響不明顯[24]，可見PM和CM處理的施入磷鉀肥較高，但對CH4排放的影響可能不大。

3.2 N2O排放

不同有機肥施入稻田后N2O的排放有不同的研究結果。與化肥相比，王聰等[6]研究顯示，豬糞處理稻田的N2O排放減少67.5%，Zou等[25]認為施入小麥秸稈N2O排放減少19%，石生偉等[21]研究稻草還田早晚稻N2O的排放分別減少61.6%和25.4%，馬義虎等[26]認為施用秸稈處理N2O排放增加17.9%，秦曉波等[22]研究早稻施入稻草處理降低30.0%（<0.05），晚稻施稻草處理增加69.5%（<0.05），本研究的PM，CM和RS處理均會減少稻田N2O的排放。有機碳施入稻田后，在土壤中通過吸收或者釋放有效態氮，為反硝化細菌提供物質和能量，同時，有機碳降低了土壤氧化還原電位等影響N2O排放[27]。有機物中的含氮量[28]、C/N[29]和碳源的有效性[29]是決定土壤對有效氮吸收或釋放的重要因素，稻草的C/N比大，還田后固持土壤中的有效氮，降低水稻生長過程中的土壤礦質氮，從而減少N2O排放，而豬糞和雞糞的C/N比小，易礦化分解，釋放有效氮。此外，增加的有機碳為反硝化細菌提供能量，又促使N2O進一步還原為N2[30]。3種有機物，豬糞和雞糞氮的存在形式與稻草有差異，而且有機肥的含氮量為雞糞>豬糞>稻草，不同的氮含量和存在形式也影響土壤中氮的吸收與釋放，因此很難判定有機物料產生的N2O能力的強弱。

與不施肥相比，稻田施肥明顯增加稻田N2O排放[6,21]，本研究也表明，CF處理N2O的排放明顯高于比NF處理。一般認為，施氮肥可以促進氧化亞氮的形成與產生，其主要原因是氮肥分解為硝化和反硝化過程提供了反應底物。

已有研究發現施用磷肥會增加或降低N2O排放[31-32]，結果不一致，本研究中3種有機肥施入稻田N2O排放無顯著性差異，可見本研究中，稻田施用磷肥和鉀肥對N2O排放無影響。

3.3 溫室氣體排放強度

溫室氣體GHGI是平衡農田溫室效益與經濟效益的綜合指標。由CH4和N2O的全球綜合GWP可見，稻田中CH4的溫室效應在100 a時間尺度上其值遠大于N2O產生的值，因此，緩解稻田CH4的排放能有效減少稻田溫室氣體排放強度[19,33]。

由于有機肥增加稻田溫室氣體排放，與CF相比，稻田施有機肥處理的GWP和GHGI均增加，由此可知稻田施有機肥可能不是緩解水稻生產中CH4和N2O綜合氣候影響的有效途徑[34]，而合理的施肥方式應該是基于環境效應和生產效應的綜合考慮，有機肥在減緩氣候變化方面無優勢，但在維持稻田地力和穩定水稻產量方面優于單施CF處理。PM處理的GWP和GHGI僅比CF處理增加16.7%和11.3%，顯著低于其他處理，因此，在建議施入相同量有機碳時，優先考慮施用豬糞，是一種平衡經濟產量、溫室氣體排放和提高土壤肥力的有效方式。

4 結 論

本研究探討了等碳施用有機肥對稻田溫室氣體排放的影響，可得如下結論：

1）施有機肥處理比CF處理CH4排放增加，等碳有機肥施入稻田，CH4排放不同。2010－2012年稻田添加雞糞的CH4排放分別比CF處理增加142.2%（<0.05），49.3%（<0.05）和106.9%（<0.05），添加稻草的CH4排放分別比CF處理增加344.0%（<0.05），169.5%（<0.05）和192.1%（<0.05）。

2）3 a化肥處理的N2O排放最高，分別為1.12，1.26和1.29 kg/hm2，顯著高于無肥處理，與有機肥處理的N2O排放無顯著性差異。

3）肥料中的活性有機碳影響稻田CH4排放，尤其是ROC166含量顯著影響稻田CH4排放。

4）稻田CH4排放與土壤呈顯著負相關關系（<0.01），與土壤溫度呈正相關關系（<0.01）。氧化亞氮排放與土壤和土壤溫度無相關性。

5）施有機肥第3年的水稻產量明顯高于CF和NF處理，稻田施有機肥的增溫潛勢（GWP）和溫室氣體排放強度（GHGI）分別比CF處理增加12.1%～320.5%和1.5%～289.1%，PM處理的GWP和GHGI分別與CF處理無顯著性差異，考慮經濟產量、溫室氣體排放和土壤肥力等因素，稻田施用豬糞是值得推薦的施肥種類。

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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

國家自然科學基金（31300413）；國家科技支撐計劃（2013BAD11B02）；湖南省自然科學基金（2017JJ2146）

吳家梅，副研究員，主要從事農田溫室氣體監測與減排方面的研究。Email：waloe@163.com

紀雄輝，研究員，博士生導師，主要從事農田溫室氣體減排和農田重金屬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

吳家梅，紀雄輝，彭 華，謝運河，官 迪，田發祥，朱 堅，霍蓮杰. 不同有機肥對稻田溫室氣體排放及產量的影響[J]. 農業工程學報，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