生物炭施用對節(jié)水灌溉稻田溫室氣體排放影響研究進(jìn)展

楊士紅++劉曉靜++羅童元++徐俊增

摘要：對稻田溫室氣體排放特征，影響因素，水稻節(jié)水灌溉技術(shù)及其環(huán)境效應(yīng)，生物炭在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用及其對農(nóng)田土壤溫室氣體的減排效應(yīng)進(jìn)行了總結(jié)分析。針對節(jié)水灌溉引起稻田土壤有機(jī)碳含量降低的問題，提出應(yīng)該從水稻節(jié)水灌溉技術(shù)與生物炭施用技術(shù)相結(jié)合的角度開展稻田溫室氣體排放規(guī)律及其對水碳聯(lián)合調(diào)控的響應(yīng)，節(jié)水穩(wěn)產(chǎn)、固碳減排的稻田水碳管理模式等新的研究。

關(guān)鍵詞：稻田；節(jié)水灌溉；生物炭；溫室氣體排放；土壤有機(jī)碳

中圖分類號： S274文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）10-0005-05

收稿日期：2016-01-11

基金項目：國家自然科學(xué)基金（編號：51209066、51579070）；中央高校業(yè)務(wù)費(fèi)項目（編號：2014B17114）；江蘇省高校優(yōu)秀科技創(chuàng)新團(tuán)隊項目。

作者簡介：楊士紅（1983—），男，山東蒙陰人，博士，副教授，主要從事節(jié)水灌溉與農(nóng)田生態(tài)效應(yīng)研究。E-mail：ysh7731@hhu.edu.cn。

[ZK）]

溫室氣體引起的全球變暖和臭氧層破壞是當(dāng)今世界備受關(guān)注的環(huán)境問題。世界氣象組織（WMO）在其年度報告《2012年溫室氣體公報》中指出，從1990年至2012年間，由于CO2、CH4和N2O等溫室氣體的排放，全球氣候暖化效應(yīng)增加了32%[1]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動排放的CO2、CH4和N2O等溫室氣體總量介于電熱生產(chǎn)與尾氣之間，成為全球溫室氣體的第二大重要來源，其中相當(dāng)一部分來自農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)[2]。稻田作為溫室氣體排放的重要源受到國內(nèi)外的普遍關(guān)注[3-4]。

為了緩解農(nóng)業(yè)水資源供需矛盾，節(jié)水灌溉技術(shù)在我國得到了大面積推廣應(yīng)用，在有效緩解水資源供需矛盾的同時，水分狀況的改變使農(nóng)田生態(tài)環(huán)境包括土壤理化特性、“四水”轉(zhuǎn)化、碳氮磷元素循環(huán)等發(fā)生一系列的變化。因此，節(jié)水灌溉的農(nóng)田環(huán)境效應(yīng)成為相關(guān)學(xué)科研究的熱點(diǎn)。與此同時，生物炭施用作為一種先進(jìn)的農(nóng)田碳管理技術(shù)，在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用及其農(nóng)業(yè)環(huán)境效應(yīng)成為土壤、環(huán)境等相關(guān)學(xué)科研究的熱點(diǎn)之一。大量研究表明生物炭施用具有改善土壤性質(zhì)、提升耕地生產(chǎn)性能、提高作物生產(chǎn)能力和減排溫室氣體的作用[5-10]。

在綜述稻田溫室氣體排放特征、影響因素、水稻節(jié)水灌溉技術(shù)及其環(huán)境效應(yīng)，生物炭在農(nóng)業(yè)的應(yīng)用及其對農(nóng)田土壤溫室氣體減排效應(yīng)的基礎(chǔ)上，提出了今后研究需要關(guān)注的問題。

1稻田溫室氣體排放

1.1甲烷

稻田是大氣CH4的主要排放源之一[11]，隨著水稻種植面積的不斷增加，稻田CH4排放量將進(jìn)一步增大[8]。IPCC排放情景特別報告指出，由于灌溉水稻面積的持續(xù)增加，水稻的CH4排放量將會在2005—2020年間增加16%[2]。因此，農(nóng)田尤其是稻田CH4排放一直是相關(guān)學(xué)科研究的熱點(diǎn)之一。國內(nèi)外學(xué)者針對稻田CH4的排放特征及影響因素進(jìn)行了大量研究，發(fā)現(xiàn)稻田CH4排放主要受土壤理化特性、水稻生長及其品種、施肥種類、耕作制度、土壤水分狀況及水分管理等因素的影響；并提出了有機(jī)肥和化肥結(jié)合施用、推行節(jié)水灌溉技術(shù)、施用稻田CH4抑制劑、采用半干旱栽培技術(shù)等稻田CH4減排措施。

稻田CH4的排放是稻田土壤中CH4的產(chǎn)生、再氧化及向大氣傳輸3個過程綜合作用的結(jié)果，所有這些過程受土壤性質(zhì)、水稻生長、農(nóng)業(yè)管理以及氣候條件等多種因素的影響。但研究表明，稻田CH4排放呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，即稻田CH4排放有日變化、季節(jié)變化、年際變化及空間變化等規(guī)律。稻田CH4的排放具有明顯的日變化規(guī)律。國內(nèi)外的多項研究表明，稻田CH4排放呈現(xiàn)出日間極大值型、夜間極大值型和隨機(jī)型3種不同的日變化類型[3]。稻田CH4的排放也具有明顯的季節(jié)變化規(guī)律，其基本形式為3峰型，分別發(fā)生在水稻生長初期（返青期）、中期（分蘗、拔節(jié)期）和后期（黃熟期）[12]。稻田CH4排放具有較大的年際差異。其主要原因是稻田年際間有機(jī)質(zhì)的加入量和受降雨等因素影響的田間水分狀況等存在很大差異。

有研究表明，CH4排放與非水稻生長期的降雨量正相關(guān)，而與水稻生長季的降雨量負(fù)相關(guān)[11]。土壤質(zhì)地決定了土壤通透性和土壤有機(jī)質(zhì)的分解速率，因而能影響土壤氧化還原電位（Eh）和對產(chǎn)生CH4微生物的基質(zhì)的供應(yīng)，進(jìn)而對稻田CH4排放產(chǎn)生影響。焦燕等研究了江蘇各地18種水稻土的理化性質(zhì)對CH4排放的影響，結(jié)果表明CH4排放與土壤沙粒含量呈正相關(guān)，與黏粒含量呈負(fù)相關(guān)[13]。重質(zhì)土壤Eh緩沖容量較大，當(dāng)?shù)咎锿寥烙膳潘己玫臓顟B(tài)進(jìn)入到淹水狀態(tài)后，土壤Eh下降速率較慢，達(dá)到產(chǎn)CH4菌活動所需要的土壤Eh的時間較長，因而排放的CH4較少[4]。土壤中一切能夠影響土壤Eh的物質(zhì)含量均能通過影響土壤Eh而影響CH4排放。研究表明CH4的產(chǎn)生必須在土壤嚴(yán)格厭氧，土壤Eh下降到 -150～-100 mV 以后[14]。土壤pH值影響有機(jī)質(zhì)分解和產(chǎn)CH4菌活性，是微生物代謝過程中的重要因子。大多數(shù)產(chǎn)CH4菌活動的適宜pH值在中性或中性偏堿的范圍，當(dāng)pH值>8.75或pH值<5.75時，土壤中CH4的形成幾乎完全被抑制[15]。土壤溫度影響土壤微生物的活性，進(jìn)而直接影響稻田CH4的產(chǎn)生和排放?？偟膩碚f，土溫的升高促進(jìn)稻田CH4的排放。一般來說，施用不同種類肥料的稻田CH4排放量的大小順序為有機(jī)肥>化肥+有機(jī)肥>沼澤肥>化肥[3]。Huang等研究表明，淹水稻田CH4季節(jié)排放總量與水稻地上干物質(zhì)量呈顯著正相關(guān)[16]。耕作制度對稻田CH4排放有明顯影響，傳統(tǒng)的冬水田平作稻田CH4排放極顯著高于水旱輪作和廂作免耕稻田，顯著高于壟作稻田，水旱輪作對稻田CH4的減排作用最顯著[17]。

水分管理是影響農(nóng)田CH4排放的重要因素之一[11，18-19]，對涉及農(nóng)田CH4排放的各個基本過程有決定性的影響。水分管理通過影響土壤通透性及氧化還原狀態(tài)，影響稻田CH4產(chǎn)生、排放及氧化[20]。稻田水層限制了大氣中氧氣向土壤傳輸，使土壤形成厭氧還原環(huán)境，為產(chǎn)CH4細(xì)菌的生長和活性提供必要條件。所以，淹水（至少是水分飽和）是稻田產(chǎn)生和實(shí)質(zhì)性排放CH4的先決條件。大量的研究表明水稻生長期持續(xù)淹水有利于CH4的產(chǎn)生和排放[21-22]。與持續(xù)淹水相反，間歇灌溉、控制灌溉等的水分管理模式抑制了稻田CH4的產(chǎn)生，能大量減少稻田CH4的排放[23-24]。

1.2氧化亞氮

土壤中N2O的產(chǎn)生主要是在微生物的參與下，通過硝化和反硝化作用完成的，這是一個復(fù)雜的物理、化學(xué)和生物學(xué)過程。除此之外，還可能有其他過程參與。早期研究認(rèn)為稻田處于強(qiáng)還原狀態(tài)，產(chǎn)生大量的CH4和微量的N2O，關(guān)注稻田N2O排放的研究較少，但隨著水稻節(jié)水灌溉技術(shù)的大面積應(yīng)用，加大了稻田N2O的排放，因此，近年來針對水分管理對稻田N2O排放特征及機(jī)理的影響進(jìn)行了較多研究。

關(guān)于水分管理對稻田N2O排放的影響，目前已經(jīng)做了較多的研究[25-27]。結(jié)果表明，持續(xù)淹水稻田N2O排放量很低，很多研究中對其忽略不計[18，26]，這也是早期關(guān)于農(nóng)田N2O排放的研究主要集中在旱作農(nóng)田的原因；曬田及干濕交替可以加劇稻田N2O排放[21]，但N2O排放的增加幅度由曬田及土壤脫水程度決定[28]；節(jié)水灌溉稻田85.7%～98.65%的N2O排放量發(fā)生在干濕交替期[29]，土壤干濕交替使得硝化作用和反硝化作用交替進(jìn)行，從而促進(jìn)了N2O排放；此外，土壤由濕變干對N2O排放的影響要高于土壤由干變濕[30-31]。徐華等通過田間試驗研究土壤水分對稻田N2O排放的影響，發(fā)現(xiàn)各處理在持續(xù)淹水、烤田及干濕交替階段的N2O平均排放通量分別為1.02、47.99、23.87 μg/（m2·h）[32]。烤田及干濕交替明顯增加了稻田N2O排放量，相對于持續(xù)淹水，烤田及干濕交替使各處理平均N2O排放通量分別增加47倍和23倍。李香蘭等同樣發(fā)現(xiàn)，水稻移栽后烤田開始前土壤持續(xù)淹水，盡管占總施氮量80% 的氮肥在此期間施入，但稻田N2O排放通量一直維持在較低水平[33]；N2O排放峰值出現(xiàn)在水分劇烈變化的烤田及隨后復(fù)水期且在此期間N2O排放量占水稻生長期N2O排放總量的70%～94%，說明水稻生長期稻田土壤N2O排放通量主要受土壤水分狀況的影響。Jiao等通過田間試驗發(fā)現(xiàn)間歇灌溉稻田的N2O排放量比淹水稻田增加了2372%[26]。Zou等也發(fā)現(xiàn)曬田及干濕交替加劇了稻田N2O的排放[21]。

1.3二氧化碳

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)CO2 凈通量是經(jīng)農(nóng)田排放（土壤呼吸與植物呼吸）與CO2 固定（植物光合作用）之后農(nóng)田與大氣之間的CO2 通量。據(jù)估計，大氣中30%的CO2 來源于農(nóng)業(yè)活動和土地利用方式等轉(zhuǎn)變的過程。因此，深入研究農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)與大氣間CO2 凈通量的變化規(guī)律及其動態(tài)過程，對于評估農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳排放及其對溫室效應(yīng)的影響具有重要意義。由于常規(guī)灌溉稻田長期處于淹水厭氧狀態(tài)，稻田CO2 凈通量、土壤呼吸變化及其變化劇烈程度相對較小，對CO2的農(nóng)田排放研究主要集中在北方旱田，針對稻田的研究相對較少（僅有的研究主要關(guān)注淹水灌溉稻田）。鄒建文等利用南京地區(qū)稻田CO2 排放的測定結(jié)果及相關(guān)環(huán)境和生物要素的測定，估算了稻田CO2 凈通量，結(jié)果表明，水稻移栽后3 周內(nèi)表現(xiàn)為碳凈排放或弱的凈固定，其后碳凈固定逐漸增加[34]。朱詠莉等采用渦度相關(guān)技術(shù)對我國亞熱帶淹水灌溉稻田CO2 凈通量進(jìn)行了連續(xù)監(jiān)測，結(jié)果表明我國亞熱帶稻田生態(tài)系統(tǒng)是大氣CO2 的匯[35]。有研究表明，分蘗期排水曬田和成熟期排水引起的稻田土壤水分下降導(dǎo)致排水期稻田CO2 排放增加和CO2 凈吸收減少[36]。 綜上所述，目前對稻田溫室氣體排放的研究主要針對CH4和N2O，較少關(guān)注稻田CO2排放（少數(shù)研究也只針對淹水灌溉稻田），對稻田3種溫室氣體排放進(jìn)行綜合研究的報道更少。稻田CO2、CH4和N2O的綜合排放研究對于準(zhǔn)確評估我國稻田的綜合溫室效應(yīng)和制定合理的減排措施具有重要意義。

2水稻節(jié)水灌溉技術(shù)及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)

隨著人口的增長和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，我國水資源緊缺導(dǎo)致的水資源供需矛盾不斷加劇，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇[37]。自20世紀(jì)90年代以來，各種水稻節(jié)水灌溉技術(shù)得到了大面積的推廣應(yīng)用。水稻節(jié)水灌溉技術(shù)的大面積應(yīng)用在增加水稻產(chǎn)量的同時為我國節(jié)約了大量的農(nóng)業(yè)用水。與此同時，水稻節(jié)水灌溉技術(shù)的一個共同點(diǎn)就是在水稻某些生育期，稻田田面有一段時間無水層或土壤含水量低于其飽和含水量，使田間的土壤水分狀況不同于傳統(tǒng)的淹水灌溉稻田。隨著水分狀況的改變，稻田的生態(tài)環(huán)境包括土壤理化特性、四水轉(zhuǎn)化、碳氮磷循環(huán)等發(fā)生變化。因此隨著水稻節(jié)水灌溉理論研究的不斷深入和技術(shù)的大面積應(yīng)用，變化的灌溉措施對稻田生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的影響受到了廣泛關(guān)注，并成為相關(guān)學(xué)科的研究熱點(diǎn)。 目前，國內(nèi)外針對節(jié)水灌溉稻田環(huán)境效應(yīng)的研究已經(jīng)取得了一些進(jìn)展和成果，主要集中在節(jié)水灌溉條件下田間小氣候變化、稻田CH4與N2O等重要溫室氣體排放規(guī)律、土壤水分養(yǎng)分運(yùn)移規(guī)律和水稻病蟲害情況等。研究結(jié)果表明，采用水稻節(jié)水灌溉模式后稻田株間空氣晝夜溫差可提高1～3 ℃，株間空氣濕度降低1～5百分點(diǎn)，這種影響在晴天中午表現(xiàn)比較明顯，且節(jié)水灌溉條件下的田間小氣候有利于水稻生長和減輕病蟲害與冷濕危害[38]。水稻節(jié)水灌溉模式在節(jié)水、增產(chǎn)的同時能夠明顯減少稻田氮磷損失，提高肥料利用率。已有研究表明，采用各種節(jié)水灌溉模式可以減少隨滲漏和地表排水中氮磷流失總負(fù)荷20%～40%[39-41]。其原因為節(jié)水灌溉條件下，稻田滲漏量和地表排水量減少，加之土壤透氣性及氧化性增加，抑制由滲漏和地表排水中氮磷濃度的提高，致使氮磷負(fù)荷減小[42]。田間試驗表明，水稻節(jié)水灌溉模式的應(yīng)用能夠明顯減少稻田CH4的排放量，采用控制灌溉模式可減少稻田CH4排放量達(dá)821%[43]；采用間歇灌溉模式可減少CH4排放46.6%[24]，與此同時，水稻節(jié)水灌溉模式增大了稻田N2O排放量[28，44]，其中間歇灌溉模式增加68.1%，控制灌溉模式增加130.2%，但均降低了稻田CH4和N2O排放的綜合溫室效應(yīng)，間歇灌溉降低42.5%，控制灌溉降低23.3%[28，43]。另外，在灌溉導(dǎo)致的稻田土壤碳轉(zhuǎn)化差異方面，發(fā)現(xiàn)在無外加碳源的條件下，節(jié)水灌溉稻田土壤有機(jī)質(zhì)含量降低、土壤溶解性有機(jī)碳含量增加[45-46]。土壤有機(jī)碳含量的變化勢必會引起碳排放的改變，但節(jié)水灌溉對稻田CO2排放影響的研究很少，另外，節(jié)水灌溉模式對稻田溫室氣體排放的影響，需對CO2、CH4和N2O等溫室氣體的排放進(jìn)行綜合評價，并兼顧土壤碳含量的可持續(xù)利用。

[BT（1+1]3生物炭在農(nóng)業(yè)的應(yīng)用及其對農(nóng)田土壤溫室氣體的減排效應(yīng)[BT）]

生物炭一般是指農(nóng)林廢棄物等生物質(zhì)在缺氧條件下熱裂解而形成的穩(wěn)定的富碳產(chǎn)物[47]。大量研究認(rèn)為，生物炭具有含碳率高、孔隙結(jié)構(gòu)豐富、比表面積大、理化性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，農(nóng)田施用生物炭具有改善土壤性質(zhì)、提高作物產(chǎn)量及減排溫室氣體的作用。另外，常規(guī)的秸稈還田和有機(jī)肥施用在增加土壤碳庫的同時，會導(dǎo)致土壤碳排放的激增。因此，近年來生物炭在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用及其農(nóng)業(yè)環(huán)境效應(yīng)成為土壤、環(huán)境等相關(guān)學(xué)科研究的熱點(diǎn)之一。 在改善土壤性質(zhì)方面，首先，生物炭的多孔結(jié)構(gòu)增加了土壤表層的孔隙度，降低了土壤容重[48]，生物炭的孔隙結(jié)構(gòu)使其具有很大的比表面積，從而具有很強(qiáng)的保水、保肥能力，減少了水肥的淋失[49]。同時，生物炭在熱解過程中，原材料中大部分的鈣、鎂、鉀、磷和微量元素以及幾乎一半的氮、硫已經(jīng)進(jìn)入到生物炭中，因此，生物炭作為土壤改良劑可以返還大部分養(yǎng)分到土壤中，提高土壤生產(chǎn)力[50]。其次，生物炭的應(yīng)用能夠提高土壤pH值和增加土壤陽離子交換量。在南方典型老成土的研究結(jié)果中表明，生物炭配合肥料施用后土壤pH值提高了0.1～0.46[51]。同時，研究表明生物炭本身含有豐富的官能團(tuán)，施入土壤后土壤電荷總量增加，陽離子交換量提高了20%[52]，最高可比無生物炭土壤增加1.9倍，且隨施炭量的增加而提高[53]。同時，在一定范圍內(nèi)，隨著生物炭施用量的增加，土壤微生物的數(shù)量和活性都顯著提高，研究表明生物炭應(yīng)用可使豌豆根部真菌的繁殖能力增強(qiáng)[54]，當(dāng)生物炭用量達(dá)到30%時，菌根菌侵染量顯著提高[55]。

在提高作物產(chǎn)量方面，由于生態(tài)條件、氣候條件以及土壤類型等區(qū)域差別，國內(nèi)外有不同報道。有研究表明，生物炭通過改善土壤的性質(zhì)和功能，提高土壤的蓄水保肥能力，增加土壤微生物種群的數(shù)量及其活性，促進(jìn)土壤健康發(fā)展，從而提高作物的產(chǎn)量。Uzoma 等將生物炭應(yīng)用于沙質(zhì)土壤生產(chǎn)玉米，當(dāng)生物炭施用量達(dá)到15 t/hm2 和20 t/hm2 時，產(chǎn)量分別提高了150%和98%[56]。在施氮量減少19.9%的情況下，生物炭基肥處理使水稻的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量提高6.7%以上[57]。茹思博等的研究結(jié)果表明，生物炭能夠顯著提高棉花生長及產(chǎn)量[58]。但也有相反的結(jié)論，張晗芝等通過試驗發(fā)現(xiàn)，生物炭對玉米苗期的生長有顯著的抑制作用，但隨著玉米的生長發(fā)育，這種抑制作用逐漸消失[59]。Haefele等研究發(fā)現(xiàn)，比較貧瘠的土壤施入生物炭后對作物的增產(chǎn)效果明顯，相對肥沃的土壤施入生物炭并無增產(chǎn)效應(yīng)，如果不同時施入無機(jī)氮肥，甚至?xí)?dǎo)致作物的減產(chǎn)[60]。

在農(nóng)田溫室氣體減排方面，大量研究表明，生物炭施用能明顯改變土壤的理化性質(zhì)和微生物活性，進(jìn)而減少農(nóng)田CO2、CH4和N2O排放。由于受不同作用條件的影響，生物炭對農(nóng)田土壤溫室氣體排放的作用效果不盡相同。Zhang 等在太湖地區(qū)的田間試驗結(jié)果表明，在施氮肥條件下，添加40 t/hm2的生物炭使稻田土壤CH4排放量增加了34%，在不施用氮肥條件下，生物炭施用后的CH4排放量更高；對于N2O結(jié)論卻相反，在施用氮肥條件下，添加生物炭處理的土壤總N2O排放量降低了40%～51%；而CO2的排放量有略微增加[8]。Liu 等的研究結(jié)果表明，在稻田淹水條件下，分別添加竹炭和稻稈炭后，CH4和CO2的排放量相比對照土壤明顯降低[61]?；ɡ虻染C合我國華中、太湖平原、成都平原等地關(guān)于生物炭在農(nóng)田溫室氣體排放方面影響的研究表明，秸稈炭在抑制農(nóng)田溫室氣體排放方面要優(yōu)于其他生物炭[62]；40 t/hm2 的施炭量是一個實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)減排的較好選擇；在施用生物炭條件下，單作物耕作和保護(hù)性耕作技術(shù)有利于減少農(nóng)田溫室氣體的排放；生物炭與氮磷鉀有機(jī)肥配施比與普通氮肥配施能更有效地減少農(nóng)田溫室氣體的排放。綜上生物炭施用對農(nóng)田溫室氣體排放的研究可以看出，綜合考慮生物炭對農(nóng)田土壤CO2、CH4、N2O 排放影響的研究還少有報道，另外，隨著水稻節(jié)水灌溉技術(shù)的大面積應(yīng)用，生物炭施用是否能夠與水稻節(jié)水灌溉技術(shù)結(jié)合，兩者的結(jié)合對水稻生長、產(chǎn)量、土壤有機(jī)碳含量及稻田溫室氣體排放的調(diào)控效應(yīng)有待深入研究。

4有待進(jìn)一步研究的問題

（1）稻田作為溫室氣體排放的重要源，目前對稻田溫室氣體排放的研究主要針對CH4和N2O，較少關(guān)注CO2排放，更缺少對稻田3種溫室氣體排放的綜合評價；因此，稻田CO2、CH4和N2O的綜合排放特征研究對于準(zhǔn)確評估我國稻田引起的溫室效應(yīng)及制定合理的減排措施具有重要意義。

（2）在無外加碳源的條件下，節(jié)水灌溉應(yīng)用后稻田土壤有機(jī)質(zhì)含量降低，且土壤溶解性有機(jī)碳含量增加。土壤有機(jī)碳含量的變化勢必會引起碳排放的改變，但節(jié)水灌溉對稻田CO2排放的影響研究少見報道，同時綜合考慮節(jié)水灌溉稻田CO2、CH4和N2O綜合排放效應(yīng)研究有待深入。

（3）常規(guī)的秸稈還田和有機(jī)肥施用增加土壤碳庫的同時導(dǎo)致土壤碳排放激增，大量研究證明，生物炭施用具有改善農(nóng)田土壤性質(zhì)、提高作物產(chǎn)量及減排農(nóng)田溫室氣體的作用，作為2種有效的稻田溫室氣體減排措施，生物炭施用和水稻節(jié)水灌溉技術(shù)兩者是否能夠結(jié)合及如何結(jié)合，從而進(jìn)一步降低稻田溫室氣體排放，并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)及稻田水碳資源的高效利用有待驗證。

[HS2]參考文獻(xiàn)：

[1]世界氣象組織. 2013年度溫室氣體公報[EB/OL]. [2015-08-11]. http：//www.wmo.int/pages/prog/arep/gaw/ghg/documents/GHG_ Bulletin_No.9_zh.pdf.

[2]]IPCC. Climate change 2007：Mitigation of climate change contribution of working group Ⅲ to the fourth assessment report of the intergovernmental panel on climate change [M]. Cambridge：Cambridge University Press，2007：63-67.

[3]王明星，李晶，鄭循華. 稻田甲烷排放及產(chǎn)生、轉(zhuǎn)化、輸送機(jī)理[J]. 大氣科學(xué)，1998，22 （4）：600-612.[HJ1.5mm]

[4]蔡祖聰，徐華，馬靜. 稻田生態(tài)系統(tǒng) CH4和N2O排放 [M]. 合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2009：109-112.

[5]Kleiner K. The bright prospect of biochar[R]. Nature Reports-Climate Change，2009，3（6）：72-74.

[6]Karhu K，Mattilab T，Bergstrma I，et al. Biochar addition to agricultural soil increased CH4 uptake and water holding capacity-Results from a short-term pilot field study[J]. Agriculture，Ecosystem and Environment，2011，140（1）：309-313.

[7]Major J，Rondon M，Molina D，et al. Maize yield and nutrition during 4 years after biochar application to a colombian savanna oxiso[J]. Plant and Soil，2010，333（1/2）：117-128.

[8]Zhang A F，Cui L Q，Pan G X，et al. Effect of biochar amendment on yield and methane and nitrous oxide emissions from a rice paddy from Tai Lake plain，China [J]. Agriculture，Ecosystems and Environment，2010，139（4）：469-475.

[9]Dominic W，Amonette J E，Street-Perrott F A，et al. Sustainable biochar to mitigate global climate change[J]. Nature Communications，2010，1（5）：1-9.[ZK）]

[10]陳溫福，張偉明，孟軍，等. 生物炭應(yīng)用技術(shù)研究[J]. 中國工程科學(xué)，2011，13（2）：83-89.

[11][JP3]Hadi A，Inubushi K，Yagi K. Effect of water management on greenhouse gas emissions and microbial properties of paddy soils in Japan and Indonesia [J]. Paddy Water Environment，2010，8（4）：319-324.

[12]王明星. 中國稻田甲烷排放[M]. 北京：科學(xué)出版社，2001：108-133.

[13]焦燕，黃耀，宗良綱. 土壤理化特性對稻田CH4排放的影響 [J]. 環(huán)境科學(xué)，2002，3（5）：1-7.

[14]Minamikawa K，Sakai N. The practical use of water management based on soil redox potential for decreasing methane emission from a paddy field in Japan [J]Agriculture，Ecosystems and Environment，2006，116（3）：181-188.

[15]Wang Z P，Delaune R D，Masscheleyn P H，et al. Soil redox and pH effects on methane production in a flooded rice soil[J]. Soil Science Society of America Journal，1993，57（2）：382-385.

[16]Huang Y，Sass R L，F(xiàn)isher F M. Methane emission from Texas rice paddy soils .2. Seasonal contribution of rice biomass production to CH4 emission [J]. Global Change Biology，1997，3（6）：491-500.

[17]張軍科，江長勝，郝慶菊，等. 耕作方式對紫色水稻土農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)CH4和N2O排放的影響[J]. 環(huán)境科學(xué)，2012，33（6）：1979-1986.

[18]Johnson-Beebout S E，Angeles O R，Alberto M C R，et al. Simultaneous minimization of nitrous oxide and methane emission from rice paddy soils is improbable due to redox potential changes with depth in a greenhouse experiment without plants [J]. Geoderma，2009，149（1-2）：45-53.

[19]Liu S W，Qin Y M，Zou J W，et al. Effects of water regime during rice-growing season on annual direct N2O emission in a paddy rice-winter wheat rotation system in southeast China [J]. Science of the Total Environment，2010，408（4）：906-913.

[20]李香蘭，徐華，蔡祖聰. 水分管理影響稻田甲烷排放研究進(jìn)展 [J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2009，28（2）：221-227.

[21]Zou J W，Huang Y，Jiang J Y，et al. A 3-year field measurement of methane and nitrous oxide emissions from rice paddies in China：Effects of water regime，crop residue，and fertilizer application [J]. Global Biogeochemical Cycles，2005，19（2）：1-9.

[22]Zheng X H，Han S H，Huang Y，et al. Re-quantifying the emission factors based on field measurements and estimating the direct N2O emission from Chinese croplands [J]. Global Biogeochemical Cycles，2004，18（2）：GB2018.

[23]Hou H J，Peng S Z，Xu J Z，et al. Seasonal variations of CH4 and N2O emissions in response to water management of paddy fields located in Southeast China[J]. Chemosphere，2012，89（7）：884-892.

[24]袁偉玲，曹湊貴，程建平，等. 間歇灌溉模式下稻田CH4和N2O 排放及溫室效應(yīng)評估 [J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，41（2）：4294-4300.

[25]Cai Z C，Laughlin R J，Stevens R J. Nitrous oxide and nitrogen emissions from soil under different water regimes and straw amendment [J]. Chemosphere，2001，42（2）：113-121.

[26]Jiao Z H，Hou a X，Shi Y，et al. Water management influencing methane and nitrous oxide emissions from rice field in relation to soil redox and microbial community [J]. Communications in Soil Science and Plant Analysis，2006，37（13）：1889-1903.

[27]Yang S S，Lai C M，Chang H L，et al. Estimation of methane and nitrous oxide emissions from paddy fields in Taiwan[J]. Renewable Energy，2009，34（8）：1916-1922.

[28]Peng S Z，Hou H J，Xu J Z，et al. Nitrous oxide emissions from paddy fields under different water managements in southeast China [J]. Paddy Water Environment，2011，9（4）：403-411.

[29]陳衛(wèi)衛(wèi)，張友民，王毅勇，等. 三江平原稻田 N2O通量特征 [J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2007，26（1）：364-368.

[30]梁東麗，同延安，Emteryd O，等. 灌溉和降水對旱地土壤N2O氣態(tài)損失的影響 [J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2002，8（3）：298-302.

[31]Xiong Z Q，Xing G X，Zhu Z L. Nitrous oxide and methane emissions as affected by water，soil and nitrogen [J]. Pedosphere，2007，17（2）：146-155.

[32][JP3]徐華，邢光熹，蔡祖聰，等. 壤水分狀況和氮肥施用及品種對稻田 N2O 排放的影響 [J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，1999，10（2）：186-188.

[33]李香蘭，徐華，曹金留，等. 水分管理對水稻生長期N2O排放的影響 [J]. 土壤，2006，38（6）：703-707.

[34][JP3]鄒建文，黃耀，鄭循華，等. 基于靜態(tài)暗箱法的陸地生態(tài)系統(tǒng)-大氣CO2 凈交換估算 [J]. 科學(xué)通報，2004，49（3）：258-264.

[35]朱詠莉，童成立，吳金水，等. 亞熱帶稻田生態(tài)系統(tǒng)CO2 通量的季節(jié)變化特征 [J]. 環(huán)境科學(xué)，2007，28（2）：283-288.

[36]朱詠莉，吳金水，朱博宇，等. 排水措施對稻田CO2 通量的影響 [J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2007（6）：2206-2210.

[37][JP3]茆智. 水稻節(jié)水灌溉 [J]. 中國農(nóng)村水利水電，1997（4）：45-47.

[38]Mao Z. Environment impact of water-saving irrigation for rice [C]//FAO. Irrigation scheduling：from theory to practice. Rome：FAO，1996：141-145.

[39]崔遠(yuǎn)來，李遠(yuǎn)華，呂國安，等. 不同水肥條件下水稻氮素運(yùn)移與轉(zhuǎn)化規(guī)律研究 [J]. 水科學(xué)進(jìn)展，2004，15（3）：280-285.

[40]鄭世宗，陳雪，張志劍. 水稻薄露灌溉對水體環(huán)境質(zhì)量影響的研究 [J]. 中國農(nóng)村水利水電，2005（3）：7-8，11.

[41]高煥芝，彭世彰，茆智，等. 不同灌排模式稻田排水中氮磷流失規(guī)律 [J]. 節(jié)水灌溉，2009（9）：1-3，7.

[42]茆智. 水稻節(jié)水灌溉在節(jié)水增產(chǎn)防污中發(fā)揮重要作用 [J]. 中國水利，2009（21）：11-12.

[43]侯會靜. 稻麥輪作農(nóng)田CH4和N2O排放對水稻灌溉調(diào)控的響應(yīng) [D]. 南京：河海大學(xué)，2012.

[44]Cai Z C，Xing G X，Yan X Y，et al. Methane and nitrous oxide emissions from rice paddy fields as affected by nitrogen fertilizers and water management [J]. Plant and Soil，1997，196 （1）：7-14.

[45]楊士紅，彭世彰，徐俊增. 控制灌溉稻田部分土壤環(huán)境因子變化規(guī)律[J]. 節(jié)水灌溉，2008，12：1-4.

[46]Xu J Z，Yang S H，Peng S Z，et al. Solubility and leaching risks of organic carbon in paddy soils as affected by irrigation managements[J]. Scientific World Journal，2013，Article ID 546750.

[47]陳溫福，張偉明，孟軍. 生物炭與農(nóng)業(yè)環(huán)境研究回顧與展望[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2014，33（5）：821-828.

[48]Zhang A F，Liu Y M，Pan G X，et al. Effect of biochar amendment on maize yield and greenhouse gas emissions from a soil organic carbon poor calcareous loamy soil from Central China Plain[J]. Plant and Soil，2012，351（1/2）：263-275.

[49]Knowles O A，Robinson B H，Contangelo A，et al.Biochar for the mitigation of nitrate leaching from soil amended with biosolids[J]. Science of the Total Environment，2011，409（17）：3206-3210.

[50]Liang B，Lehmann J，Solomon D，et al. Black carbon increases action exchange capacity in soils[J]. Soil Science Society of America Journal，2006，70（5）：1719-1730.

[51]Yuan J H，Xu R K，Zhang H. The forms of alkalis in the biochar produced from crop residues at different temperatures[J]. Bioresource Technology，2011，102（3）：3488-3497.

[52]Laird D A，F(xiàn)leming P，Davis D D，et al. Impact of biochar amendment on the quality of a typical Midwestern agricultural soil[J]. Geoderma，2010，158（3/4）：443-449.

[53]Asai H，Samson B K，Stephan H M，et al. Biochar amendment techniques for upland rice production in northern Laos：soil physical properties，leaf SPAD and grain yield [J]. Field Crops Research，2009，111（1）：81-84.

[54]Simone E K，Kevin J F，Mathew E D. Effect of charcoal quantity on microbial biomass and activity in temperate soils[J]. Soil Science Society of America Journal，2009，73（4）：1173-1181.

[55]Warnock D D，Lehmann J，Kuyper T W，et al. Mycorrhizal responses to biochar in soil concepts and mechanisms[J]. Plant and Soil，2007，300（1/2）：9-20.

[56]Uzoma K C，Inoue M，Andry H，et al. Effect of cow manure biochar on maize productivity under sandy soil condition[J]. Soil Use and Management，2011，27（2）：205-212.

[57]陳琳，喬志剛，李戀卿，等. 施用生物質(zhì)炭基肥對水稻產(chǎn)量及氮素利用的影響[J]. 生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報，2013，29（5）：671-675.

[58]茹思博，趙靚，蘇倩，等. 生物炭和施氮量對棉花生長及產(chǎn)量的影響[J]. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，50（7）：1185-1191.

[59]張晗芝，黃云，劉鋼，等. 生物炭對玉米苗期生長、養(yǎng)分吸收及土壤化學(xué)性狀的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2010，19（11）：2713-2717.

[60]Haefele S M，Konboon Y，Wongboon W. Effects and fate of biochar from rice residues in rice based systems[J]. Field Crops Research，2011，121（3）：430-440.

[61]Liu Y X，Yang M，Wu Y M，et al. Reducing CH4 and CO2 emissions from waterlogged paddy soil with biochar [J]. Journal of Soils and Sediments，2011，11（6）：930-939.

[62]花莉，唐志剛，解井坤，等. 生物質(zhì)炭對農(nóng)田溫室氣體排放的作用效應(yīng)及其影響因素探討[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2013，22 （6）：1068-1073.[ZK）][HT][HJ][FL）]