氮肥模式對稻田溫室氣體排放和產(chǎn)量的影響

張枝盛，汪本福，李 陽，楊曉龍，胡 楊，，王泠菲，程建平，*

（1.湖北省農(nóng)業(yè)科學院糧食作物研究所/糧食作物種質(zhì)創(chuàng)新與遺傳改良湖北省重點實驗室，武漢 430064；2.長江大學/主要糧食作物產(chǎn)業(yè)化湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 荊州 434023）

水稻是我國重要的糧食作物。我國用占世界18.6%的水稻種植面積，貢獻了占世界27.6%的水稻產(chǎn)量[1]，為世界保障糧食安全做出了巨大貢獻。近年來，作為重要的人為溫室氣體排放源之一，稻田溫室氣體排放日愈受到關(guān)注[2]。全球稻田CH4排放量約為2.5×104Gg[1]，約占全球 CH4總排放量的 6%[3]，占全球農(nóng)業(yè)CH4排放的24%[2]。其中，中國稻田CH4排放約為 5.4×103Gg，約占全球稻田 CH4排放的 21.5%[1]。農(nóng)田土壤是最主要的N2O來源之一，貢獻約5～5.5 Tg人為N2O排放，其中由于氮肥施用產(chǎn)生的N2O約占54%[2，4]。盡管稻田土壤N2O排放遠低于旱地土壤，但是每年中國水稻種植仍然貢獻了33 Gg N的N2O排放[5]。因此，在保障水稻持續(xù)豐產(chǎn)的同時，減少水稻生產(chǎn)的環(huán)境影響，尤其是減緩稻田溫室氣體排放具有非常重要的意義。

江漢平原是我國重要的水稻產(chǎn)區(qū)，也是傳統(tǒng)的雙季稻區(qū)之一。由于經(jīng)濟的發(fā)展，勞動力的轉(zhuǎn)移以及種糧比較效益的下降，雙季稻生產(chǎn)面積逐漸下滑[6]。越來越多的農(nóng)戶采用一季中稻替代雙季稻種植，并通過減少施肥次數(shù)來減少人工投入，增加施肥量尤其是氮肥用量以提高產(chǎn)量潛力，來彌補雙季改為一季稻后的產(chǎn)量損失[7]。不合理的施氮一方面增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，浪費資源，另一方面造成耕地板結(jié)、土壤酸化[8-9]，同時也導致土壤溫室氣體排放的增加[10]。

要減少氮肥的用量，提高水稻氮素利用率，實現(xiàn)水稻高產(chǎn)和養(yǎng)分高效，就要求肥料養(yǎng)分的供應與作物的需求同步[11]。對此，前人進行了大量的研究，形成了測土配方施肥、實時實地氮肥管理、精確定量施氮、一次性施肥等一系列的科學施肥技術(shù)[10-15]。這些技術(shù)通過看苗施肥、分次施肥、氮肥后移等措施，實現(xiàn)了養(yǎng)分供應與作物養(yǎng)分吸收相吻合。結(jié)果表明，科學施肥技術(shù)能夠提高氮素利用率10%～15%，并顯著增加產(chǎn)量[12-16]。目前關(guān)于一次性施肥技術(shù)對稻田溫室氣體排放的研究較多，但是結(jié)果并不一致[10，17]。例如，在湖南的中稻試驗中，周旋等[10]研究認為分次施肥較不同生化抑制劑組合的尿素一次性施肥可以有效減少稻田土壤CH4排放；而在江漢平原的油稻模式下，徐馳等[17]則發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)施肥模式與一次性控釋肥基施相比顯著增加了稻田CH4排放。此外，國內(nèi)關(guān)于精確定量施氮和實時氮肥管理對溫室氣體排放的影響報道還比較少。因此，本研究在江漢平原的一季稻區(qū)設置了實時氮肥管理、精確定量施氮和一次性施肥等不同科學施肥模式，研究其對溫室氣體排放和水稻產(chǎn)量的影響，為不同科學施肥模式的環(huán)境效益評價提供科學依據(jù)，為指導該區(qū)域一季中稻模式下水稻科學施肥提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗點概況

試驗地設置在湖北省江陵縣三湖農(nóng)場湖北省農(nóng)業(yè)科學院試驗示范基地（112°52′E，30°21′N）。該試驗點屬于亞熱帶季風性濕潤氣候，年平均氣溫16.2℃，年均降雨量1 000 mm左右。試驗點為沖積型潮土性水稻土，試驗前長期種植制度為中稻-冬閑。試驗地耕層土壤（0～20 cm）基本理化性狀為：容重 1.12 g·cm–3、有機質(zhì) 29.51 g·kg–1、全氮 2.55 g·kg–1、全磷0.42 g·kg–1、全鉀18.47 g·kg–1、堿解氮187.57 mg·kg–1、速效磷 13.73 mg·kg–1、速效鉀166.91 mg·kg–1、pH 6.87。2018年5月開始設置試驗，供試水稻品種為豐兩優(yōu)四號（Oryza sativa L.）。

1.2 試驗設計和田間管理

試驗設置5種施肥模式，為不施肥（CK）、農(nóng)民習慣施肥（FFP）、實時氮肥管理（RTNM）、精確定量施氮（PQNA）和一次性施肥（OOF）。采用完全隨機區(qū)組設計，每個處理面積6 m×8 m，重復3次。前季水稻收獲后秸稈全量還田，2018年5月18日進行軟盤育秧，秧齡20 d，6月4日施用基肥后，采用旋耕機灌水旋耕2次，6月5日采用人工插秧，行距×株距為30 cm×16 cm，每穴2苗，9月20日收獲。各施肥處理，P、K肥用量保持一致，作基肥一次性施入，換算成P2O5和K2O的純量均為90 kg·hm–2。

對于CK處理，全生育期不施用氮肥。

對于FFP處理，氮肥施用總量為180 kg N·hm–2，基肥、分蘗肥和穗肥的氮素用量分別為90、54 kg N·hm–2和 36 kg N·hm–2?；什捎萌貜秃戏剩∟∶P2O5∶K2O=16∶10∶22，山東紅日化工股份有限公司），追肥采用尿素（含氮量46%，中化平原化工有限公司）。

對于RTNM處理，根據(jù)賀帆等[14]的研究和本試驗于2017年預試驗結(jié)果，將豐兩優(yōu)四號的最佳氮肥施用SPAD閾值設置為37，小于37則施氮肥，反之不施氮肥。具體施氮措施為：不施基肥，自栽后10 d至穗分化，若葉綠素儀讀數(shù)（SPAD）＜37，施純氮30 kg N·hm–2，反之不施氮肥；自穗分化至抽穗，若SPAD＜37，施氮45 kg N·hm–2，反之不施氮肥。每周測1次。實際施肥為6月23日30 kg N·hm–2，7月7日30 kg N·hm–2，7月21日45 kg N·hm–2，7月30日45 kg N·hm–2。施氮總量為 150 kg N·hm–2，所用氮肥均為尿素（含氮量46%，中化平原化工有限公司）。

對于PQNA處理，根據(jù)凌啟鴻等[13]的研究和本試驗于2017年預試驗結(jié)果，施氮總量為187.5 kg N·hm–2，基肥、分蘗肥、促花肥和?；ǚ实赜昧糠謩e為72.15、30.9、42.6 kg N·hm–2和42.15 kg N·hm–2。基肥采用三要素復合肥（N∶P2O5∶K2O=16∶10∶22，山東紅日化工股份有限公司），追肥采用尿素（含氮量46%，中化平原化工有限公司）。

對于OOF處理，施氮總量為180 kg N·hm–2，采用金正大水稻專用緩釋肥（21∶10∶11，氯基，控釋養(yǎng)分含量8%，金正大生態(tài)工程集團股份有限公司）162 kg N·hm–2和尿素（含氮量46%，中化平原化工有限公司）18 kg N·hm–2作為基肥一次性施入。

RTNM處理在水稻收獲前10 d斷水擱田，其他時期均保持田間淺水灌溉（1～3 cm）；其他處理采用間隙灌溉，水稻分蘗盛期和收獲前10 d斷水擱田。病蟲草害管理均根據(jù)當?shù)馗弋a(chǎn)田塊的管理辦法進行，各處理保持一致。

1.3 樣品采集與測定方法

1.3.1 土壤CH4和N2O排放通量測定

采用密閉箱-氣相色譜法測定稻田CH4與N2O排放通量[17]。采樣箱為圓柱形PVC桶，高1.10 m、直徑0.3 m，每次采樣時采樣箱罩住1株水稻。采樣時間間隔為5 min，分別在0、5、10 min和15 min，使用注射器抽取20 mL箱內(nèi)混合均勻氣體收集于預先抽取真空的20 mL氣瓶中。

CH4檢測器為FID，載氣為氮氣，流速為30 mL·min–1；氫氣為燃氣，流速為 30 ml·min–1；空氣為助燃氣，流速為400 mL·min–1。檢測器溫度為200 ℃，分離柱溫度為55℃。N2O檢測器為ECD，分離柱內(nèi)填充料為80/100目PorpakQ，檢測溫度300℃，柱溫65℃，載氣為氮氣，流速40 mL·min–1。N2O與CH4排放通量根據(jù)以下公式計算[17]：

式中：F為氣體流通量，mg·m–2·h–1；ρ為標準狀態(tài)下氣體密度，kg·m–3；h為箱高，m；d C/d t為采樣箱內(nèi)氣體濃度變化率，μL·L-1·min-1；T為采樣過程中采樣箱內(nèi)的平均溫度，℃。

溫室氣體累積排放量為相鄰的兩個采樣時期的氣體排放量累加，而相鄰的兩個采樣時期的氣體排放量為平均排放通量與采樣時間的乘積。

1.3.2 增溫潛勢（Global warming potential，GWP）和溫室氣體排放強度（Greenhouse gas intensity，GHGI）的計算

100 a時間尺度上CH4和N2O的溫室效應分別為相當于CO2的30倍和268倍[3]。將CH4和N2O排放量按溫室效應轉(zhuǎn)換成CO2當量，因此GWP的計算公式如下：

1.3.3 水稻地上部分干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量調(diào)查

在分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期和成熟期，分別按照各個小區(qū)平均分蘗數(shù)或有效穗數(shù)，齊地取8兜水稻地上部分，烘干后測定其質(zhì)量，計算地上部分干物質(zhì)積累量（t·hm–2）。

水稻成熟后，每小區(qū)選長勢均一的地塊，取3個1 m×1 m樣方作為測產(chǎn)區(qū)，人工收割脫粒、曬干、去雜后，稱質(zhì)量并測定含水量，按標準含水量13.5%折算水稻產(chǎn)量（t·hm–2）。

1.3.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

數(shù)據(jù)運算和作圖采用Excel 2010以及Oringin 9.0。應用SPSS19.0軟件進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，采用方差分析和最小顯著差異法（LSD）分析比較不同處理間的差異，利用單變量分析確定不同處理的標準偏差（SD）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥模式對稻田CH4和N2O排放的季節(jié)性變化的影響

不同施肥模式CH4排放表現(xiàn)出不同的排放特征（圖1）。CK、FFP、RTNM、PQNA和OOF的CH4排放通量 分 別 為 0.29～5.28、1.05～21.50、1.09～12.62、0.91～13.75 mg·m–2·h–1和 1.33～9.97 mg·m–2·h–1。FFP、RT?NM、PQNA和OOF的平均CH4排放通量分別為5.74、4.68、5.10 mg·m–2·h–1和 4.18 mg·m–2·h–1，是 CK 平均CH4排放通量的（2.54 mg·m–2·h–1）的 2.26、1.84、2.01倍和1.64倍。

施用基肥后，F(xiàn)FP、PQNA和OOF的N2O排放通量即達到峰值（圖2），N2O排放峰值大小表現(xiàn)為FFP（287.95 μg·m–2·h–1）＞PQNA（249.89 μg·m–2·h–1）＞OOF（227.65 μg·m–2·h–1）。其他時期追肥導致N2O排放小幅上升，并迅速回落。CK處理N2O排放平均通量為6.34 μg·m–2·h–1，是 FFP（30.25 μg·m–2·h–1）、RTNM（17.16 μg·m–2·h–1）、PQNA（27.41 μg·m–2·h–1）和 OOF（23.02 μg·m–2·h–1）處理的20.96%、36.95%、23.13%和27.54%。

施肥顯著增加了CH4和N2O的累積排放量（表1）。與CK相比，F(xiàn)FP、RTNM、PQNA和OOF處理CH4累積排放量分別增加了119.2%、82.5%、95.7%和59.0%，N2O累積排放量增加了372.7%、263.6%、309.1%和254.5%。FFP、RTNM和PQNA處理間CH4排放沒有顯著差異，而OOF處理相對于FFP處理減少了CH4排放27.5%和N2O排放25.0%；同時RTNM較FFP處理降低了N2O排放23.1%。

2.2 不同施肥模式對水稻地上部分干物質(zhì)積累和產(chǎn)量的影響

圖1 不同施肥模式下稻田CH4排放通量的季節(jié)性變化（2018）Figure 1 Seasonal variations of CH 4 fluxesduring rice growing season under different fertilizer regimes（2018）

圖2 不同施肥模式下稻田N2O排放通量的季節(jié)性變化（2018）Figure 2 Seasonal variations of N2Ofluxesduring rice growing season under different fertilizer regimes（2018）

表1 不同施肥模式對CH4和N2O累積排放、CH4和N2O對綜合增溫潛勢的貢獻、GWP和GHGI的影響Table 1 Seasonal cumulative CH4 and N2Oemissions,CH4 and N2Ocontributions to GWP,GWPand GHGIas affected by different fertilizer regimes

表2 不同施肥模式對不同時期水稻地上部分干物質(zhì)積累和產(chǎn)量的影響（t·hm–2）Table 2 Above-ground dry-matter accumulation during the different rice growth periodsand grain yield as affected by different fertilizer regimes（t·hm–2）

由表2可見，CK處理在各個時期干物質(zhì)積累量均顯著低于其他處理。與RTNM、PQNA和OOF比較，F(xiàn)FP處理在各個生育期的干物質(zhì)積累量均沒有顯著差異。與RTNM和PQNA處理相比，OOF處理在水稻分蘗期干物質(zhì)積累量分別提高了8.33%和6.36%，但是在成熟期干物質(zhì)積累量分別減少了12.46%和14.32%。

施肥顯著影響了水稻產(chǎn)量（表2）。FFP、RTNM、PQNA和OOF處理水稻產(chǎn)量分別是CK處理的1.43、1.59、1.63倍和1.42倍（表2）。與FFP相比，RTNM和PQNA處理增加了水稻產(chǎn)量，增幅達11.4%和14.3%。OOF與FFP處理水稻產(chǎn)量沒有顯著差異。

2.3 不同施肥模式對GWP的影響

施肥顯著提高了稻田GWP（表1）。與CK相比，F(xiàn)FP、RTNM、PQNA和OOF處理分別提高了稻田GWP，增幅分別為123.2%、85.4%、98.9%和62.1%。與FFP處理相比，RTNM和OOF處理顯著降低了GWP，降幅為17.0%和27.4%。PQNA和FFP處理間GWP沒有顯著差異。

2.4 不同施肥模式對GHGI的影響

CK具有最低的GHGI，而FFP處理GHGI最高（表1）。同時RTNM、PQNA和OOF處理下GHGI沒有顯著差異。與FFP相比，RTNM、PQNA和OOF處理GH?GI分別降低了24.4%、22.2%和26.7%。

3 討論

3.1 不同施肥模式對稻田CH 4排放的影響

稻田CH4的產(chǎn)生主要來自土壤中有機質(zhì)分解，由一系列復雜的土壤微生物過程驅(qū)動[18]。本研究中，施肥顯著提高了土壤CH4的排放。其主要原因：一方面是氮素的增加提高了土壤有機質(zhì)的分解速率，提高土壤中氧化菌的活性，同時較高的土壤NH+4含量能抑制CH4氧化，促進CH4的產(chǎn)生[19]。另一方面，本研究中，施肥處理（FFP、RTNM、PQNA和OOF）在各個時期的地上部分干物質(zhì)積累均顯著高于CK（表2），氮肥的施用能夠促進水稻的生長，使更多的根系分泌物和水稻凋落物進入土壤，為CH4的產(chǎn)生提供了更多的底物，同時更加發(fā)達的水稻植株也為CH4提供了更好的釋放通道[17]。

多數(shù)研究者認為增加施氮量會導致更多的CH4排放[20-21]。傅志強等[22]認為，稻田CH4排放隨施氮量的增加而增加。但是，也有研究認為，無論是以為主的氮肥（如硫酸銨），還是以為主的氮肥（如尿素），CH4排放均會隨著氮肥的增加而降低[23]。Nie等[24]則認為與不施氮相比，施氮會增加CH4排放，但是不同的施氮量對CH4排放沒有顯著影響?？赡苁且驗榈实氖┯靡欢ǔ潭壬蠒黾覥H4的產(chǎn)生，但是更多的氮素添加導致更多的NH+4進入土壤，進而促進CH4氧化菌的活性，反而抑制CH4的產(chǎn)生[25]。同時，當?shù)仕讲町愄。ā?5 kg·hm–2）時，施氮對CH4排放的促進或抑制作用都不顯著[24]。因此，本研究中，與農(nóng)民習慣施肥（FFP）相比，精確定量施氮（PQNA）增加了施肥量7.5 kg·hm–2，但是CH4排放并沒有增加。

盡管與其他施肥模式的間歇灌溉相比，實時氮肥管理（RTNM）長期保持田面有水層，可能導致更高的產(chǎn)CH4潛力，但由于其更低的施氮量（比農(nóng)民習慣施肥少30 kg·hm–2），并沒有增加CH4排放（表1）。Nie等[24]的研究發(fā)現(xiàn)，無論施肥量如何，長期淹水灌溉條件下CH4排放均會高于間歇灌溉處理。但是Dong等[26]的研究則發(fā)現(xiàn)水分管理和氮肥用量對稻田CH4排放有顯著的交互效應，在合適的氮肥用量下，即使采用長期淹灌也并不增加CH4排放。此外，值得注意的是，在長期有水層管理條件下，RTNM處理下并沒有出現(xiàn)明顯的CH4排放高峰（圖1），可能的原因是RTNM減少了中期曬田的過程，避免了CH4的集中排放，更多的CH4閉蓄在水體中。實時氮肥管理模式采用的長期有水層管理，與其他處理水分管理并不一致，其溫室氣體排放特征可能和其他處理不同，后期的研究中通過增加采樣頻次或采用連續(xù)的自動采樣裝置以更好地分析溫室氣體的季節(jié)變化是很有必要的。

與農(nóng)民習慣施肥（FFP）相比，一次性施肥（OOF）能夠顯著降低CH4排放（表1），其原因主要是緩釋肥減緩了肥料氮素的供應，釋放的氮素被作物優(yōu)先利用而減少了產(chǎn)CH4菌的底物，進而減少了CH4排放[27]。將不同類型的緩控氮肥應用到雙季稻生產(chǎn)中，王斌等[28]發(fā)現(xiàn)，應用緩釋肥能夠減少CH4排放43.8%～55.4%。在油稻系統(tǒng)中，徐馳等[17]也有類似的結(jié)果。

3.2 不同施肥模式對稻田N2O排放的影響

施肥直接為土壤硝化與反硝化作用提供N源，是影響土壤N2O排放最重要的因素之一。與不施氮處理（CK）相比，施肥處理均顯著提高了土壤N2O排放（表1）。研究表明，稻田N2O排放隨著施氮量的增加而增加[22-24]。Shcherbak等[29]在分析了78篇相關(guān)文獻之后發(fā)現(xiàn)，土壤N2O排放隨著施氮量的增加呈指數(shù)增長。但是，在本研究中增加施肥量并沒有提高N2O排放，與農(nóng)民習慣施肥相比，PQNA增加了7.5 kg·hm–2，但是其N2O排放并沒有增加，反而有降低的趨勢。

實時氮肥管理（RTNM）減少了氮肥的用量，在減少了N2O產(chǎn)生底物的同時，由于長期處于有水狀態(tài)，抑制了土-水界面的氣體交換，抑制了硝化作用，減少N2O的產(chǎn)生。彭少兵等[8]認為，不采用中期曬田管理，有可能提高水稻的氮素吸收能力，提高氮素利用率，而減少氮素的損失。Bhatia等[30]在稻麥模式中發(fā)現(xiàn)，通過葉色值指導施肥能夠促進氮素更有效地被作物吸收，即使在更高的氮肥用量下，也能比農(nóng)民習慣施肥減少N2O。在本研究中，雖然采用了長期有水層管理并減少了氮肥的用量，但是與FFP相比，RTNM處理下干物質(zhì)積累并沒有降低，產(chǎn)量反而顯著提高了，說明采用RTNM能夠促進水稻的氮素吸收，減少氮素損失[6，30]。

本研究的結(jié)果表明，施氮量并不是影響N2O排放的唯一因素，通過合理的氮肥運籌，規(guī)劃施肥時間和協(xié)調(diào)不同生育期氮肥的用量，使氮肥供應與水稻氮素吸收同步，減少土壤中肥料氮的殘留，即使適當增加氮肥施用也不會提高N2O排放。

應用緩釋肥的一次性施肥技術(shù)（OOF）能夠顯著降低N2O排放（表1），與農(nóng)民習慣施肥（FFP）相比，一次性施肥（OOF）降低了N2O排放25.0%。類似的結(jié)果在中稻和雙季稻中均有報道[28，31-32]。但是，在與本文類似區(qū)域的研究中，徐馳等[17]發(fā)現(xiàn)緩釋尿素作為基肥一次性施入與常規(guī)施肥相比N2O排放并沒有顯著差異。不同結(jié)果可能是因為所用肥料和施肥量的不同，也可能與不同的土壤類型和肥力條件有關(guān)。

3.3 不同施肥模式對水稻產(chǎn)量的影響

施肥能夠顯著提高產(chǎn)量，但是不同施肥模式對水稻產(chǎn)量的影響是復雜的。本研究中，精確定量施氮（PQNA）和實時氮肥管理（RTNM）處理下水稻產(chǎn)量最高，比農(nóng)民習慣施肥（FFP）水稻產(chǎn)量分別提高了14.26%和11.41%（表2）。凌啟鴻等[13]在12個不同地力水平的稻田研究結(jié)果顯示，目標產(chǎn)量定位9、9.75 t·hm–2和10.05 t·hm–2時，采用精確定量施氮（PQNA）比農(nóng)民習慣施肥（FFP）分別能夠增加產(chǎn)量8.32%、7.40%和6.57%。但是他們同樣發(fā)現(xiàn)[13]，不同的品種、秧齡長短以及土壤的供氮特征對精確定量施氮的相關(guān)參數(shù)都會產(chǎn)生影響，同時還需要綜合考慮種植區(qū)域、土壤類型、土壤肥力、栽培制度、生態(tài)條件等因素。劉立軍等[12]發(fā)現(xiàn)采用實時實地氮肥管理能夠增加水稻產(chǎn)量3.3%～9.3%，此外還提高了氮肥農(nóng)學利用率204.3%～276.4%。增產(chǎn)的原理主要是高氮情況下農(nóng)民習慣施肥導致大量的氮素積累在稻草中，造成奢侈吸收，而采取實時實地施氮管理能夠?qū)崿F(xiàn)施肥時期和氮肥用量與作物對氮素吸收的協(xié)調(diào)一致，提高氮素利用的同時，保障了氮素的供應[12，14，30]。

緩釋肥可根據(jù)作物不同生長階段對養(yǎng)分的需求，調(diào)節(jié)養(yǎng)分釋放速率和釋放量，使養(yǎng)分釋放曲線與作物養(yǎng)分需求同步[11]。本研究中，一次性施肥模式（OOF）與農(nóng)民習慣施肥模式（FFP）相比水稻產(chǎn)量并沒有顯著差異，可是與RTNM和PQNA相比，OOF降低了水稻產(chǎn)量。OOF處理能夠增加分蘗期的干物質(zhì)積累量，但降低了成熟期的干物質(zhì)積累量（表2），說明一次性施肥模式下緩釋肥后期的供氮能力仍需要進一步加強。王強等[33]在不同地點的11個緩釋氮肥一次性施肥試驗中發(fā)現(xiàn)，不同類型緩釋氮肥在減少氮肥用量的同時，并不會降低水稻產(chǎn)量。Zhang等[32]也有類似的結(jié)果。李健陵等[34]發(fā)現(xiàn)不同的緩控肥料的施用均會提高作物產(chǎn)量。而丁武漢等[35]在油稻系統(tǒng)的研究中發(fā)現(xiàn)，一次性施用緩釋氮肥反而比農(nóng)民習慣施肥降低水稻產(chǎn)量。不同的結(jié)果可能與土壤基礎(chǔ)地力、土壤質(zhì)地、氮肥施用量和種類、水稻品種、年度間氣候差異、施肥方式等有關(guān)[35]。

3.4 不同施肥模式對GWP和GHGI的影響

GWP是一個準確、實用的指標，可用來評價田間管理措施對減緩氣候變化影響的效果[18]。本研究中GWP 在 1.98～4.42 t CO2–eq·hm–2間波動，和武開闊等[27]、王斌等[28]的研究結(jié)果類似。武開闊等[27]在東北稻區(qū)的研究中發(fā)現(xiàn)，稻季的GWP在2.25～8.80 t CO2–eq·hm–2。王斌等[28]在江漢平原的雙季稻研究中發(fā)現(xiàn)GWP 在 2.25～5.12 t CO2–eq·hm–2。本研究中，CH4排放對GWP的貢獻在96.28%～98.92%，說明需要進一步研究合理的管理措施以減少稻田CH4排放，這對于緩解稻田溫室氣體排放、促進稻田可持續(xù)生產(chǎn)意義重大。與農(nóng)民習慣施肥（FFP）相比，實時氮肥管理（RTNM）、一次性施肥（OOF）能夠減少CH4和N2O排放，降低稻田GWP，精確定量施氮（PQNA）也表現(xiàn)出減少GWP的趨勢。同時，本研究還表明，采用科學施肥模式能夠維持或者增加水稻產(chǎn)量。實時氮肥管理（RTNM）、精確定量施氮（PQNA）、一次性施肥（OOF）比農(nóng)民習慣施肥（FFP）分別降低稻田的GHGI 11.55%、9.93%和12.29%，結(jié)果表明，通過合理的施肥模式，優(yōu)化氮素的供應，在保障產(chǎn)量的同時，能夠減緩溫室氣體排放，因此大力推廣科學施肥模式對于實現(xiàn)水稻豐產(chǎn)、增效和環(huán)境友好具有重要意義。值得注意的是，在施用氮肥的情況下，一次性施肥模式（OOF）具有最低的GWP和相對較高的水稻產(chǎn)量，與PQNA相比減少了氮肥的用量，與RTNM相比節(jié)約了灌溉用水，此外還能減少施肥次數(shù)，減少勞動力投入。說明一次性施肥模式是一種低碳豐產(chǎn)的肥料管理模式，然而緩釋肥較高的銷售價格使其推廣較為緩慢，因此通過合理的生態(tài)補貼促進緩釋肥的應用是很有必要的。

本研究中，實時氮肥管理和精確定量施氮的參數(shù)是根據(jù)前人的研究結(jié)果和本研究前期的預試驗得到，可能與相關(guān)施肥技術(shù)的最優(yōu)管理模式還有一定差距；同時氮肥管理對溫室氣體排放和產(chǎn)量的影響也受到氣候條件、土壤狀況、水稻品種和肥料類型等影響，因此加強多年多點的定位觀測，并開展不同施肥模式的經(jīng)濟效益分析，能更全面地評價不同科學施肥模式的經(jīng)濟效益和環(huán)境影響。

4 結(jié)論

（1）與農(nóng)民習慣施肥（FFP）相比，實時氮肥管理（RTNM）和精確定量施氮（PQNA）并沒有影響CH4排放，但是一次性施肥（OOF）顯著降低了CH4排放。此外，實時氮肥管理（RTNM）和一次性施肥（OOF）能夠顯著降低N2O排放，而精確定量施氮（PQNA）沒有影響N2O排放。

（2）一次性施肥（OOF）并沒有降低水稻產(chǎn)量，實時氮肥管理（RTNM）和精確定量施氮（PQNA）則提高了水稻產(chǎn)量。

（3）一次性施肥（OOF）和實時氮肥管理（RTNM）能夠降低GWP，精確定量施氮（PQNA）與農(nóng)民習慣施肥（FFP）的GWP并沒有顯著差異。與農(nóng)民習慣施肥（FFP）相比，實時氮肥管理（RTNM）、精確定量施氮（PQNA）和一次性施肥（OOF）均能顯著降低水稻GHGI。

（4）一次性施肥（OOF）是一種低碳豐產(chǎn)的肥料管理模式。