控釋肥與尿素配合施用對(duì)稻季土壤CH4和N2O排放的影響

紀(jì)洋，于海洋，徐華*

控釋肥與尿素配合施用對(duì)稻季土壤CH4和N2O排放的影響

紀(jì)洋1,2，于海洋2，徐華2*

1. 南京信息工程大學(xué)應(yīng)用氣象學(xué)院，江蘇 南京 210044；2. 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室//中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所，江蘇 南京 210008；

為明確控釋肥和尿素配合施用對(duì)稻季土壤CH4和N2O排放的影響，通過(guò)田間原位試驗(yàn)，采用人工密閉箱法，觀測(cè)氮肥（尿素單施、控釋肥與尿素配合施用）及不同施氮水平（0、80、160、240 kg?hm-2）下水稻生長(zhǎng)季土壤CH4和N2O的排放通量，以尋求綜合溫室效應(yīng)最小的施肥管理措施。結(jié)果表明：水稻生長(zhǎng)季N2O排放總量、水稻產(chǎn)量均隨氮肥施用量的增加而增加，而 CH4排放總量、綜合溫室效應(yīng)與氮肥施用量之間沒(méi)有顯著相關(guān)性?？蒯尫逝c尿素配合施用對(duì)水稻生長(zhǎng)季 CH4和N2O排放及水稻產(chǎn)量的影響因氮肥施用量的不同而不同。與尿素單施相比，不同施氮水平下配合施用控釋肥能有效降低N2O排放總量3.6%～49.6%，其中，烤田期是控釋肥發(fā)揮減排作用的關(guān)鍵時(shí)期。與尿素單施相比，在80 kg?hm-2和160 kg?hm-2施氮水平上，配施控釋肥分別增加CH4排放總量48.1%和27.5%及稻田綜合溫室效應(yīng)45.0%和22.8%，而水稻產(chǎn)量無(wú)顯著差異；在240 kg?hm-2施氮水平上，配施控釋肥處理土壤CH4排放總量降低4.2～15.1%，水稻產(chǎn)量增加5.7%～13.9%，且綜合溫室效應(yīng)降低7.5%～19.8%。在240 kg?hm-2施氮水平上，與尿素∶控釋肥為3∶7、1.5∶8.5、0∶1的配施處理相比，尿素∶控釋肥為4.5∶5.5配施處理的綜合溫室效應(yīng)最小，且水稻產(chǎn)量最高。因此，施氮量為240 kg·hm-2，尿素和控釋肥按4.5∶5.5比例混合施用可作為稻田控釋肥推薦施用方式。

控釋肥；尿素；配合施用；施氮量；N2O排放；CH4排放

以前期淹水、中期烤田和后期干濕交替為特征的間隙灌溉是中國(guó)稻田主要的水分管理措施，盡管早期的研究者曾一度認(rèn)為水稻生長(zhǎng)季僅有 CH4排放，沒(méi)有N2O排放（Buresh et al.，1988），但近十多年的研究發(fā)現(xiàn)，水稻田也能排放較多的N2O（Cai et al.，1997）；相對(duì)于持續(xù)淹水，稻田烤田可極大抑制水稻生長(zhǎng)季CH4排放，促進(jìn)N2O排放（Cai et al.，2007）。20世紀(jì)90年代以來(lái)，中國(guó)興起了以提高氮肥利用率為主要目標(biāo)的控釋肥研究熱潮，控釋肥可根據(jù)作物的生長(zhǎng)需要提供養(yǎng)分，減少肥料浪費(fèi)（武志杰等，2003）。大量研究表明，施用控釋肥可明顯減少旱地的N2O排放（Akiyama et al.，2010；Mctaggart et al.，2003；Ji et al.，2012）。然而，有關(guān)控釋肥對(duì)稻田土壤CH4和 N2O排放影響的研究結(jié)論并不一致，有的研究表明，施用控釋肥可減少稻田 CH4或 N2O 排放（Ji et al.，2013；劉芳等，2015；王斌等，2014），有的則顯示稻田 CH4或 N2O排放增加（Yan et al.，2000；李方敏等，2005）。由于控釋肥養(yǎng)分的緩釋性，作物生長(zhǎng)前期養(yǎng)分釋放較少，難以滿(mǎn)足作物前期生長(zhǎng)對(duì)養(yǎng)分的需求，所以為了減少環(huán)境污染并保證糧食產(chǎn)量，基肥采用尿素與控釋肥配合施用是較為有效的方法（Jarosiewicz et al.，2003；Patil et al.，2010；Shoji et al.，2001），目前有關(guān)控釋肥與尿素配合施用對(duì)稻田CH4和N2O影響的研究在國(guó)內(nèi)外鮮見(jiàn)報(bào)道。

本文通過(guò)田間原位試驗(yàn)觀測(cè)氮肥（尿素單施、控釋肥與尿素配合施用）及其不同施用水平（0、80、160、240 kg?hm-2）下水稻生長(zhǎng)季 CH4和 N2O的排放通量，以探討控釋肥與尿素配合施用對(duì)水稻生長(zhǎng)季CH4和N2O排放的影響，為合理施用農(nóng)田氮肥、提高氮肥利用率及降低環(huán)境污染等提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

大田試驗(yàn)于2009年6—10月在江蘇省句容行香鎮(zhèn)（31°58′N(xiāo)，119°18′E）進(jìn)行。試驗(yàn)地屬北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫為 15.1 ℃，年平均降雨量為1100～1200 mm。試驗(yàn)土壤為發(fā)育于下蜀黃土的爽水性水稻土，其基本理化性質(zhì)為：pH值6.91，有機(jī)碳18.9 g?kg-1，全N 1.2 g?kg-1，砂粒（2～0.02 mm）14%，粉粒（0.02～0.002 mm）69%，粘粒（＜0.002 mm）17%，土壤田間持水量55%。

本試驗(yàn)所施用的控釋肥為山東金正大生態(tài)工程股份有限公司生產(chǎn)的可降解樹(shù)脂包膜尿素肥料，含氮量為42%。試驗(yàn)共設(shè)10個(gè)處理（表1），其中240 kg?hm-2（以N計(jì)）為當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)稻季施氮量，尿素與控釋肥以 3∶7混合施用為金正大公司推薦配比量，并在常規(guī)稻季施氮量基礎(chǔ)上增設(shè) 4.5∶5.5、1.5∶8.5、0∶1（尿素：控釋肥）3個(gè)配比量。僅施尿素處理，尿素按基肥∶分蘗肥∶穗肥為 50%∶25%∶25%施用（施肥時(shí)間分別為2009年6月23日、7月17日和8月16日）；控釋肥和尿素配比處理，控釋肥和尿素作為基肥一次性施入（施用時(shí)間2009年6月23日）；所有處理均施用450 kg?hm-2過(guò)磷酸鈣和225 kg?hm-2氯化鉀，作為基肥一次性施入。小區(qū)面積均為3 m×5 m，每個(gè)處理3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 Experimental treatments

1.2 水分管理

供試水稻品種為華粳3號(hào)，于2009年6月24日移栽（水稻移栽密度為24 hole?m-2），11月3日收割。水分管理參照當(dāng)?shù)氐咎锍Ｒ?guī)管理方式，采用傳統(tǒng)的前期淹水（6月24日—7月24日）、中期烤田（7月25日—8月6日）、后期干濕交替（8月7日—10月8日）和末期排水落干（10月9日—11月3日）的管理模式。

1.3 采樣與測(cè)定方法

采用靜態(tài)箱法測(cè)定稻田CH4和 N2O排放量。將靜態(tài)密閉箱（50 cm×50 cm×100 cm）放置在水稻移栽前埋設(shè)在試驗(yàn)小區(qū)土壤中的塑料底座（50 cm×50 cm×15 cm）上，底座地上部分有4 cm寬、5 cm深的水槽以便密閉箱的放置和密封，底座埋入地下15 cm左右深處以防止試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)、底座外的水稻根系進(jìn)入采樣箱。采樣時(shí)，密閉箱密封后，通過(guò)插進(jìn)密封采樣墊的雙通針將箱內(nèi)氣體導(dǎo)入18 mL預(yù)先抽真空的玻璃瓶中，每隔15 min采集1次，共3次，采樣時(shí)間為8:00—12:00。水稻生長(zhǎng)季內(nèi)水分變化劇烈的烤田期及復(fù)水期每隔2～3 d采樣1次，其他時(shí)間每隔4～5 d采樣1次，水稻收獲前1個(gè)月每隔7 d采樣1次。

采樣同時(shí)，用氧化還原電位計(jì)（ToaPRN-41，Hirose Rika Co. Ltd.，Japan）測(cè)定10 cm深處土壤氧化還原電位（Eh），用數(shù)字溫度計(jì)（Model 2455，Yokogawa，Japan）記錄箱溫及土溫。水稻收獲時(shí)，按試驗(yàn)小區(qū)分別收割、脫粒、晾曬、適當(dāng)篩除秕粒后稱(chēng)重，計(jì)算水稻產(chǎn)量。

氣樣 CH4濃度用島津氣相色譜（Shimadzu GC-12A，Kyoto，Japan）測(cè)定，檢測(cè)器為氫火焰離子檢測(cè)器（FID）。色譜柱為0.15～0.18 mm Porapak Q填充柱。進(jìn)樣口溫度、柱溫和檢測(cè)器溫度分別為200、80和200 ℃。載氣為N2，流速40 mL?min-1；燃?xì)鉃镠2，流速 35 mL?min-1；助燃?xì)鉃榭諝?，流?350 mL?min-1。氣樣 N2O 濃度用島津氣相色譜儀（Shimadzu GC-14B，Kyoto，Japan）測(cè)定，檢測(cè)器為63Ni電子捕獲檢測(cè)器（ECD）。色譜柱為0.15～0.18 mm Porapak Q填充柱，進(jìn)樣口溫度、柱溫和檢測(cè)器溫度分別為100、65和300 ℃。以95%氬氣+5%甲烷（體積比）作為載氣，流速40 mL?min-1。CH4和N2O標(biāo)準(zhǔn)氣體由日本國(guó)立農(nóng)業(yè)環(huán)境技術(shù)研究所提供。

1.4 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)CH4和 N2O濃度與時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)分別計(jì)算二者的排放通量：

式中，F(xiàn)為 CH4或 N2O 排放通量（mg?m-2?h-1或 μg?m-2?h-1）；ρ為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下 CH4或 N2O-N 密度（0.714 kg?m-3或 1.25 kg?m-3）；V 為采氣箱內(nèi)有效空間體積（m3）；A為采氣箱覆蓋的土壤面積（m2）；dc為氣體濃度差（nL?L-1）；dt為時(shí)間間隔（h）；T為采樣時(shí)箱溫（℃）。

CH4和N2O排放通量以每次觀測(cè)的3個(gè)重復(fù)的平均值及標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。CH4和N2O季節(jié)平均排放量是將3個(gè)重復(fù)的每次觀測(cè)值按時(shí)間間隔加權(quán)平均后再平均。CH4和N2O季節(jié)排放總量按下式計(jì)算：

式中，T為 CH4或 N2O季節(jié)排放總量（g?m-2或 mg?m-2）；Fi和 Fi+1分別為第 i和 i+1次采樣時(shí)CH4或 N2O 平均排放通量（mg?m-2?h-1或 μg?m-2?h-1）；Di和Di+1分別為第i和i+1次采樣時(shí)間（d）。

數(shù)據(jù)分析運(yùn)用SPSS 13.0 for Windows（SPSS Inc.，USA）軟件，差異顯著性分析采用LSD 方法，顯著性水平設(shè)定為α=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻生長(zhǎng)季N2O排放通量的季節(jié)變化

2009年水稻生長(zhǎng)季，各處理N2O排放通量的季節(jié)變化趨勢(shì)基本相同（圖1）。水稻移栽后，N2O排放通量在20 d內(nèi)下降為0。烤田期間，不同施氮水平上尿素處理和配施處理N2O排放出現(xiàn)2個(gè)排放峰?？咎锍跗冢蛩靥幚砗团涫┨幚鞱2O排放通量迅速上升，出現(xiàn)第1個(gè)排放通量高峰；烤田末期，施肥處理 N2O排放通量均達(dá)到最大值，尿素處理N2O 排放通量峰值為 20.4～96.8 μg?m-2?h-1，顯著高于配施處理（峰值為 14.4～86.5 μg?m-2?h-1）（P＜0.05），且二者的峰值均隨施氮量的增加而增加；烤田結(jié)束再?gòu)?fù)水后，N2O排放通量迅速下降為0。施穗肥后的干濕交替初期，施肥處理均有N2O排放，但排放峰值明顯低于烤田期峰值。水稻收獲末期，土面排干水層，配施處理N2O排放通量大于尿素處理，在240 kg?hm-2施氮水平上，純控釋肥處理N2O排放僅有1個(gè)排放峰，不同配比量處理烤田期N2O排放通量峰值隨尿素施用量的增加而增加，即 240-U＞240-U4.5C4.5＞240-U3C7＞240-U1.5C8.5＞240-C。水稻收獲末期，各配施處理間N2O排放通量沒(méi)有明顯差異。

2.2 控釋肥與尿素配合施用對(duì)N2O排放的影響

整個(gè)水稻生長(zhǎng)季，尿素處理和配施處理N2O排放總量均隨施氮量的增加而增加，但配施處理增加趨勢(shì)較尿素處理緩和（圖2）。與尿素單施處理相比，在 80 kg?hm-2和 160 kg?hm-2施氮水平上，配施處理的 N2O排放總量分別減少 3.6%和11.6%；在240 kg?hm-2施氮水平上，各配施處理 N2O排放總量減少7.2%～49.6%，除U4.5C5.5處理外，其他處理差異均達(dá)顯著水平（P＜0.05），且 N2O減排量隨配施處理中尿素施用量的增加而降低，其中純控釋肥處理減排效果最好，其次是尿素∶控釋肥為 3∶7的配施處理。

圖1 水稻生長(zhǎng)季N2O排放通量的季節(jié)變化Fig. 1 Seasonal variation of N2O emission flux during rice growing seasonBF-基肥，TF-分蘗肥，PIF-穗肥，MSA-中期烤田，Reflooding-復(fù)水BF-basic fertilizer, TF-tillering fertilizer, PIF-panicle initiation fertilizer,MSA-midseason aeration

圖2 水稻生長(zhǎng)季N2O排放總量Fig. 2 Total N2O emission during rice growing season

表2所示為施用240 kg?hm-2尿素和不同配施處理的N2O排放總量及不同水分管理階段N2O排放量占季節(jié)排放總量的比例。由表2可知，尿素處理N2O排放主要集中在烤田期，占排放總量的48.3%；各配施處理 N2O排放均主要集中在復(fù)水期至收獲期，占排放總量的38.8%～51.3%，其中純控釋肥處理所占比例最大?？咎镩_(kāi)始時(shí)間在水稻移栽后30 d，此時(shí)控釋肥養(yǎng)分釋放較少，烤田期尿素處理供N2O產(chǎn)生的基質(zhì)多于配施處理，因此該時(shí)期尿素處理N2O 排放量顯著高于配施處理（P＜0.05），不同配施處理N2O排放量隨尿素施用比例的減少而降低，其中純控釋肥處理烤田期N2O排放量最少。由于控釋肥養(yǎng)分控釋期為3個(gè)月，水稻生長(zhǎng)后期，控釋肥仍然釋放養(yǎng)分，且此時(shí)稻田處于排水落干期，土壤水分變化較大，因此水稻生長(zhǎng)后期各配施處理 N2O排放量高于尿素處理，但差異不顯著（P＞0.05）。以上分析表明，烤田期是尿素處理N2O排放的主要時(shí)期，復(fù)水期至收獲期是配施處理N2O排放的主要時(shí)期；烤田期是控釋肥減少稻田N2O排放的關(guān)鍵時(shí)期。

表2 水稻生長(zhǎng)季不同水分管理階段N2O排放量占季節(jié)排放總量的比例Table 2 Proportions of N2O emission during different periods of water management to the total N2O emission during rice growing season

2.3 稻田CH4排放通量的季節(jié)變化

2009年水稻生長(zhǎng)季，各處理CH4排放通量的季節(jié)變化趨勢(shì)基本相同（圖3）。水稻移栽后，各處理CH4排放通量逐漸增加并達(dá)到季節(jié)排放高峰（6.1～11.4 mg?m-2?h-1）；烤田期間，CH4排放通量迅速下降，至烤田結(jié)束時(shí)CH4排放通量一直較低；后期復(fù)水和干濕交替期間，CH4排放通量變化與水稻移栽后的變化相同，逐漸增加達(dá)到季節(jié)排放高峰（5.1～9.5 mg?m-2?h-1），且峰值與烤田前峰值無(wú)顯著性差異。本試驗(yàn)中，由于烤田期間有降雨干擾，土壤Eh值介于-49～32 mV（圖4），烤田復(fù)水后，土壤Eh值迅速降低到-100 mV左右，厭氧環(huán)境迅速恢復(fù)。

2.4 控釋肥與尿素配合施用對(duì)CH4排放的影響

本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，施用80 kg?hm-2尿素和配施處理的 CH4排放總量高于不施氮處理，而施用 160 kg?hm-2和 240 kg?hm-2尿素和不同配施處理的CH4排放總量均低于不施氮處理（圖5）。與尿素處理相比，施用 80 kg?hm-2和 160 kg?hm-2配施處理的 CH4排放總量分別增加 48.1%和 27.5%（P＜0.05），而 240 kg?hm-2施氮水平上，除 U1.5C8.5處理外，其他不同配施處理 CH4排放總量減少4.2%～15.1%，其中以純控釋肥處理減排效果最優(yōu)，其次是尿素∶控釋肥為4.5∶5.5的配施處理。

圖3 水稻生長(zhǎng)季CH4排放通量的季節(jié)變化Fig. 3 Seasonal variation of CH4emission flux during rice growing seasonBF-基肥，TF-分蘗肥，PIF-穗肥，MSA-中期烤田，Reflooding-復(fù)水BF-basic fertilizer, TF-tillering fertilizer, PIF-panicle initiation fertilizer, MSA-midseason aeration

2.5 控釋肥與尿素配合施用對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

圖4 水稻生長(zhǎng)季土壤Eh的季節(jié)變化Fig. 4 Seasonal variation of soil Eh during rice growing season

圖5 水稻生長(zhǎng)季CH4排放總量Fig. 5 Total CH4emission during rice growing season

由圖6可知，與對(duì)照相比，施氮處理水稻增產(chǎn)6.6%～33.8%（P＜0.05），且尿素處理和配施處理產(chǎn)量均隨施氮量的增加而增加，而不同施氮量上配施處理增產(chǎn)率高于尿素處理。與尿素處理相比，施用80 kg?hm-2和 160 kg?hm-2配施處理的水稻產(chǎn)量無(wú)明顯差異（P＞0.05）；而在 240 kg?hm-2水平上，各配施處理水稻增產(chǎn) 5.7%～13.9%，其中尿素∶控釋肥為4.5∶5.5的配施處理增產(chǎn)效果最明顯（P＜0.05），其次是尿素∶控釋肥為3∶7的配施處理（P＜0.05）。

圖6 不同處理水稻產(chǎn)量Fig. 6 Yield of rice under different treatments

2.6 控釋肥與尿素配合施用對(duì)稻田CH4和N2O綜合溫室效應(yīng)的影響

由圖7可知，尿素處理和配施處理的稻田CH4和 N2O綜合溫室效應(yīng)與氮肥施用量之間無(wú)顯著相關(guān)性，這與氮肥對(duì)水稻生長(zhǎng)季 CH4和 N2O排放的影響不同有關(guān)。與不施氮肥處理相比，施用 80 kg?hm-2尿素處理和配施處理的綜合溫室效應(yīng)分別增加4.8%和51.9%；施用160 kg?hm-2尿素處理的綜合溫室效應(yīng)降低18.2%，而配施處理無(wú)明顯變化；在240 kg?hm-2施氮水平上，尿素處理和1.5∶8.5配施處理的綜合溫室效應(yīng)分別增加4.7%和4.0%，而其他配施處理的綜合溫室效應(yīng)降低 3.1%～16.0%。與尿素處理相比，施用80 kg?hm-2和160 kg?hm-2配施處理的綜合溫室效應(yīng)分別增加 45.0%和 22.8%（P＜0.05）；而在 240 kg?hm-2水平上，除 1.5∶8.5配施處理外，其他配施處理的綜合溫室效應(yīng)降低7.5%～19.8%（P＜0.05），其中純控釋肥處理綜合溫室效應(yīng)最低，其次是尿素∶控釋肥為4.5∶5.5的配施處理。

圖7 CH4和N2O排放的綜合溫室效應(yīng)Fig. 7 Global warming potential of CH4和N2O

3 討論

烤田提高土壤通透性，為土壤提供大量O2，有利于硝化和反硝化作用的同時(shí)進(jìn)行，促進(jìn)N2O的產(chǎn)生和排放。Cai et al.（2001）研究表明，水稻烤田期N2O排放高峰部分是由于烤田前深層土壤閉蓄的N2O在此期間沿土壤裂縫釋放造成。本研究前期結(jié)果表明，施用控釋肥減緩肥料中無(wú)機(jī)氮釋放速率，抑制淹水期閉蓄態(tài) N2O的形成，同時(shí)降低烤田期N2O產(chǎn)生，從而降低整個(gè)生長(zhǎng)季N2O排放總量（Ji et al.，2013）。本試驗(yàn)中，以 240 kg?hm-2施氮水平為例，與尿素處理相比，控釋肥與尿素配合施用，減少N2O排放總量 7.2%～49.6%，其中烤田期減少 58.7%～83.9%，因此烤田期是控釋肥發(fā)揮減排效果的關(guān)鍵時(shí)期，這與以往研究結(jié)果一致（劉芳等，2015）。

水稻生產(chǎn)中通常施用銨態(tài)氮肥。Schimel（2000）從3個(gè)層次分析了銨態(tài)肥料對(duì)CH4排放的影響：在植株-生態(tài)系統(tǒng)水平上，氮促進(jìn)植株生長(zhǎng)，為 CH4產(chǎn)生提供前體基質(zhì)，從而促進(jìn)CH4的排放；在微生物群落水平上，氮促進(jìn)甲烷氧化細(xì)菌的生長(zhǎng)和活性，從而減少CH4的排放；在生物化學(xué)水平，NH4+競(jìng)爭(zhēng)CH4的氧化，從而促進(jìn)CH4的排放。銨態(tài)氮肥既有促進(jìn)CH4排放的作用，也有減少CH4排放的作用，最終CH4排放量取決于銨態(tài)氮肥在3個(gè)層面上作用的相對(duì)強(qiáng)弱。本試驗(yàn)中，各處理CH4排放通量在水稻移栽后的淹水期和烤田后的干濕交替期出現(xiàn)高峰，且這兩個(gè)峰值無(wú)顯著性差異，這與以往研究結(jié)果不一致。Ma et al.（2007）研究結(jié)果表明，由于烤田使土壤Eh大幅度升高，抑制了CH4產(chǎn)生，促進(jìn)了CH4氧化，干濕交替期間CH4排放量遠(yuǎn)低于烤田前的排放量。而本試驗(yàn)中，由于烤田期間有降雨干擾，土壤Eh值介于-49～32 mV，烤田復(fù)水后，土壤厭氧環(huán)境迅速恢復(fù)，且穗肥施用促進(jìn)植株迅速增長(zhǎng)，為CH4產(chǎn)生提供豐富的前體基質(zhì)，產(chǎn)甲烷菌短時(shí)間內(nèi)被激活，CH4排放量逐漸增加至峰值。以往研究發(fā)現(xiàn)，稻田CH4排放量隨氮肥施用量增加而增加（Lindau et al.，1991；Banik et al.，1996）或減少（Cai et al.，1997；Zou et al.，2005）。本試驗(yàn)中，在 80 kg?hm-2和 160 kg?hm-2施氮水平上，與施用尿素相比，控釋肥和尿素配合施用增加稻田 CH4排放，原因可能是控釋肥料因能緩慢地釋放出NH4+-N和NO3--N，對(duì)CH4氧化酶的抑制作用相對(duì)較小，從而促進(jìn)CH4排放（李方敏等，2005）；而施用240 kg?hm-2配施處理CH4排放量降低，原因可能是烤田前淹水期配施處理 CH4排放高于尿素處理，土壤高濃度CH4促進(jìn)CH4氧化菌的生長(zhǎng)并提高其活性（Bender et al.，1995；Arif et al.，1996；Conrad，2007；林匡飛等，2000），從而減少后期CH4的排放，這與以往研究結(jié)果一致（王斌等，2014；易瓊等，2013）。

Shoji et al.（2001）和 Ji et al.（2012）提議并假設(shè)，尿素與控釋肥配合施用可能會(huì)解決作物生長(zhǎng)前期控釋肥養(yǎng)分釋放不足而導(dǎo)致的產(chǎn)量低問(wèn)題；Patil et al.（2010）兩年大田試驗(yàn)研究結(jié)果顯示，2006年稻季尿素與控釋肥配合施用處理水稻產(chǎn)量顯著高于尿素處理，2007年稻季二者無(wú)顯著差異，并建議55%～65%的控釋肥施用比例以及100 cm的稻田灌溉量能達(dá)到水稻高產(chǎn)目的。本試驗(yàn)中，以 240 kg?hm-2施氮水平為例，純控釋肥處理和配施處理水稻產(chǎn)量均增加，但后者的產(chǎn)量比前者增加9.1%～26.3%，其中尿素∶控釋肥為4.5∶5.5的配施處理增產(chǎn)最明顯；各配施處理中，純控釋肥處理CH4和N2O排放的綜合溫室效應(yīng)最小，其次是尿素∶控釋肥為4.5∶5.5的配施處理，二者之間沒(méi)有顯著性差異。因此，240 kg?hm-2施氮量，尿素∶控釋肥為4.5∶5.5的配比量可以作為稻田控釋肥的推薦施用方式。由于本研究只進(jìn)行了一年的大田試驗(yàn)，綜合稻田溫室氣體減排和水稻產(chǎn)量?jī)蓚€(gè)方面，尿素與控釋肥配施是否具有合理性仍需進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

水稻生長(zhǎng)季N2O排放總量和水稻產(chǎn)量均隨氮肥施用量的增加而增加，而 CH4排放總量和綜合溫室效應(yīng)與氮肥施用量之間沒(méi)有顯著相關(guān)性?？蒯尫逝c尿素配合施用對(duì)水稻生長(zhǎng)季CH4和N2O排放及水稻產(chǎn)量的影響因氮肥施用量的不同而不同。在 80 kg?hm-2和 160 kg?hm-2施氮水平上，配施處理對(duì)稻田綜合溫室效應(yīng)降低和水稻增產(chǎn)沒(méi)有顯著影響；而在240 kg?hm-2水平上，配施處理 CH4排放總量降低4.2%～15.1%（除 U1.5C8.5外），水稻產(chǎn)量增加5.7%～13.9%，且綜合溫室效應(yīng)降低7.5%～19.8%。與其他配比量的配施處理相比，尿素∶控釋肥為4.5∶5.5配施處理的綜合溫室效應(yīng)最小，水稻產(chǎn)量最高。因此，施氮量為240 kg?hm-2，尿素和控釋肥按4.5∶5.5比例混合施用是稻田控釋肥的最佳施用方式。

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Abstract: By the method of static chamber, a field experiment was conducted to study the effects of controlled-release fertilizer and its combination with urea under different application rates (0, 80, 160 and 240 kg?hm-2) on CH4and N2O emissions in rice soil, with the aim of identifying an optimal fertilization management pattern in rice paddy fields to mitigate the global warming potential. The results showed that, N2O emission and rice yield increased with increasing N application rate, while CH4emission and global warming potential (GWP) of CH4and N2O had no positive relationship with N rate. The effects of combined application of CRF and urea on CH4and N2O emissions and rice yield changed with N application rate. Over different N application rate, combined application of CRF and urea reduced N2O emission by 3.6%～49.6% mainly during the midseason aeration (MSA) period as compared to urea. With rate of 80 kg?hm-2and 160kg?hm-2, combined application increased CH4emission by 48.1% and 27.5%,GWP by 45.0% and 22.8%, respectively; while no significant difference was found in rice yield. With rate of 240kg?hm-2, combined application reduced CH4emission and GWP by 4.2%～15.1% and by 5.7%～13.9%, respectively, but increased rice yield by 7.5%～19.8%. Compared with other combined ratios (3:7, 1.5:8.5, 0:1), 4.5∶5.5 is the best combined ratio of urea to CRF for the lower GWP and higher rice yield at rate of 240 kg?hm-2.

Key words: controlled-release fertilizer; urea; combined application; N application rate; N2O emission; CH4emission

Effect of Controlled-release Fertilizer and Its Combined Application with Urea on CH4and N2O Emissions in Rice Soil

JI Yang1,2, YU Haiyang2, XU Hua2*

1. College of Applied Meteorology, Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210044, China;2. State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture//Institute of Soil Science, Chinese Academy of Science, Nanjing 210008, China

10.16258/j.cnki.1674-5906.2017.09.006

S15; X144

A

1674-5906（2017）09-1494-07

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國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41401268）；江蘇省基礎(chǔ)研究計(jì)劃青年基金項(xiàng)目（BK20140992）；江蘇省高校自然科學(xué)研究面上項(xiàng)目（14KJB210006）；土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金課題（Y412201414）

紀(jì)洋（1986年生），女，講師，博士，研究方向?yàn)檗r(nóng)田溫室氣排放的生態(tài)環(huán)境過(guò)程及微生物調(diào)控機(jī)制。E-mail: jiyang@nuist.edu.cn*通信作者：徐華（1966年生），男，研究員，博士。E-mail: hxu@issas.ac.cn

2017-08-02