稻鴨共作中CH4和N2O排放規(guī)律及影響因素

溫 婷，趙本良，章家恩

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，廣東省生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，農(nóng)業(yè)部華南熱帶農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，廣東省現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)與循環(huán)農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心，廣州510642）

溫室氣體甲烷（CH4）和氧化亞氮（N2O）的排放已成為近年來全球氣候變化的研究熱點(diǎn)。由于CH4和N2O 的單位分子增溫潛勢(shì)分別是CO2的28 倍和265倍[1]，且其濃度分別以每年約0.6%和0.2%～0.3%的速度增長(zhǎng)[2]，因此，二者對(duì)地球生態(tài)系統(tǒng)的能量收支與全球變暖有著重要的影響。農(nóng)業(yè)活動(dòng)是CH4和N2O的一個(gè)重要來源，其產(chǎn)生的CH4和N2O 分別占全球人為排放總量的45%～50%和20%～70%[3-4]。水稻種植作為重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，全球種植面積超過1.35億hm2[3]。我國(guó)是世界上水稻種植面積最大的國(guó)家之一，約2 900 萬hm2，分別占世界水稻種植面積的28%和全國(guó)耕地總面積的27%左右[4]。稻田釋放出的CH4占農(nóng)業(yè)活動(dòng)總排放量的5%～19%[5-8]，N2O占11.4%[5，9]。因此，減少稻田CH4和N2O 的排放量這一重要問題受到國(guó)際社會(huì)的普遍關(guān)注。

稻田種養(yǎng)是一種在傳統(tǒng)稻田養(yǎng)殖基礎(chǔ)上構(gòu)建的生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)模式，如稻鴨、稻魚、稻鴨魚等[10-11]，其中，稻鴨共作已在中國(guó)農(nóng)耕文化中傳承千余年[12]，它將水稻（種植）與鴨子（養(yǎng)殖）有機(jī)結(jié)合，使稻田生境由“靜”變“動(dòng)”，豐富了稻田生物多樣性，充分利用稻田的時(shí)空生態(tài)位。鴨子好動(dòng)、勤覓食的生活習(xí)性，具有攪動(dòng)土壤、中耕、除草作用，并增加了土壤養(yǎng)分、改善了作物群體的通風(fēng)透光條件，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[13-15]。近年來，國(guó)內(nèi)外對(duì)稻田CH4和N2O 排放的研究，大都集中在種植方式、品種選用、秸稈還田、施肥措施及水分管理等方面[16-21]。而對(duì)于稻鴨共作中的溫室氣體排放規(guī)律和作用機(jī)制仍缺乏系統(tǒng)總結(jié)。為此，本文分析了稻鴨共作中CH4和N2O 的排放效應(yīng)特征，從養(yǎng)殖動(dòng)物對(duì)水、土、植株及微生物等層面分析了影響CH4和N2O 排放的相關(guān)因素，旨在為稻鴨共作的溫室氣體排放研究提供參考。

1 稻鴨共作CH4排放及其影響因素

1.1 稻鴨共作中CH4的產(chǎn)生與排放情況

稻田是CH4的主要排放源之一。全球稻田多半是以淹水的形式存在，稻田灌水期間需要保持一定的水層，水層將土壤與大氣隔離，形成了有利于CH4產(chǎn)生的厭氧環(huán)境。當(dāng)土壤氧化還原電位（Eh）小于-160 mV 且有碳源供應(yīng)時(shí)[22]，產(chǎn)甲烷菌的活性提高，不斷分解有機(jī)碳產(chǎn)生CH4[23-24]。淹水土壤CH4的產(chǎn)生有兩條主要途徑[25-26]：一個(gè)是在專性礦質(zhì)化學(xué)營(yíng)養(yǎng)產(chǎn)甲烷菌的參與下，以H2或有機(jī)分子作為H 供體還原CO2形成CH4，即：CO2+4H2→CH4+2H2O；另一個(gè)是在甲基營(yíng)養(yǎng)產(chǎn)甲烷菌的參與下，對(duì)乙酸的脫甲基作用，即：CH3COOH→CH4+CO2，這是CH4形成的主要途徑[27]。厭氧環(huán)境中，水稻植株根系分泌物和脫落物為主的有機(jī)物質(zhì)和土壤有機(jī)質(zhì)是CH4排放的基礎(chǔ)[28]。盡管稻田土壤整體以淹水還原條件為主，但在土水界面及根土界面也存在氧化區(qū)域，導(dǎo)致土壤中產(chǎn)生的CH4在排放至大氣前有大約50%～90%被氧化[29-34]。因此，稻田CH4的排放是土壤中CH4產(chǎn)生、氧化和傳輸?shù)淖罱K結(jié)果（圖1）。稻田中產(chǎn)生的CH4除去水稻根際和土、水界面氧化及土壤中CH4被吸附后的剩余量以稻株輸送、液相擴(kuò)散和氣泡逸出的形式傳向大氣，這些過程受到水稻生長(zhǎng)狀況、氣溫、土壤有機(jī)質(zhì)、土壤氧化還原電位、土壤酸堿度等因素影響[13，35-36]。當(dāng)水稻處于分蘗期時(shí)，發(fā)達(dá)的根系以及發(fā)育良好的通氣組織提高了稻株排放CH4的效率，達(dá)到排放高峰；乳熟期時(shí)土壤中部分有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分的消耗使得產(chǎn)甲烷菌的底物減少[37]，該時(shí)期的排放峰值低于分蘗期。

稻鴨共作相比水稻單作能夠減少CH4排放，尤其在CH4排放高峰期的減排效果最為明顯。研究表明，稻鴨共作中CH4排放高峰時(shí)期是分蘗期和乳熟期[13，38]。稻鴨共作CH4排放量介于水稻單作的0.7～0.9倍[30]，機(jī)插水稻條件下的稻鴨共作CH4排放量比常規(guī)水稻減少約8%～16%[39]，免耕條件下的養(yǎng)鴨稻田比不養(yǎng)鴨稻田CH4排放量減少約10%[40]，寬窄行栽插水稻條件下的稻鴨共作CH4年排放通量比水稻單作減少約25%[41]，常規(guī)條件下稻鴨共作的CH4排放量減少約20%～30%[38-39，42]。

1.2 稻鴨共作中CH4排放影響因素

1.2.1 水體溶解氧和電導(dǎo)率對(duì)稻鴨共作中CH4排放的影響

在稻鴨共作中，鴨子活動(dòng)提高了稻田水體的溶解氧含量，進(jìn)而抑制了CH4的產(chǎn)生和釋放。主要原因在于：鴨子頭部在水面以上，其呼吸作用不消耗水體的溶解氧，反而鴨子攪動(dòng)田面水會(huì)使水體溶解氧增多，雖然鴨子取食減少了水體藻類[36，43]，在一定程度上抑制水生植物光合釋氧，但總體上鴨子對(duì)水體溶氧含量的正效應(yīng)遠(yuǎn)大于負(fù)效應(yīng)。研究表明，與水稻單作（5.81±1.00）mg·L-1相比，稻鴨共作中水體溶解氧含量（7.09±1.83）mg·L-1明顯增加[44]，CH4的產(chǎn)生和排放量減少。

在水稻分蘗前期，稻鴨共作中稻田水體電導(dǎo)率低于采用基施法的水稻單作，其原因在于鴨子小，糞便量少，水體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度低[45]，但到后期，鴨子長(zhǎng)大，糞便量增多且活動(dòng)量增強(qiáng)，在提高水體溶解氧的同時(shí)增加了土壤有機(jī)物質(zhì)含量，從而增加了甲烷氧化菌的數(shù)量及活性，氧化了部分CH4[39，46]。

圖1 稻鴨共作CH4的產(chǎn)生與排放過程Figure 1 Production and emission of CH4 in rice-duck farming system

1.2.2 土壤氧化還原電位對(duì)稻鴨共作中CH4排放的影響

土壤氧化還原電位（Eh）是影響稻田甲烷排放的重要因素。單一種植時(shí)，稻田淹水一段時(shí)間后隨著土壤氧化還原電位的迅速下降，CH4排放量迅速增加[47-48]。但在稻鴨共作中，鴨子頻繁地踩踏土壤和田間覓食，不僅起到了中耕松土作用，還增強(qiáng)了土壤的氧化特性。鴨子的引入使土壤Eh 上升，進(jìn)而在一定程度上抑制了CH4的形成[36]。特別是，中期水層變淺或短期烤田時(shí)，鴨子活動(dòng)使得進(jìn)入土壤表層的氧氣增多，土壤氧化還原電位開始升高，這更有利于CH4的氧化，從而減少了CH4的排放。

1.2.3 土壤微生物對(duì)稻鴨共作中CH4排放的影響

鴨子活動(dòng)影響了稻田CH4排放高峰期甲烷功能菌的數(shù)量。單一種植時(shí)，水稻分蘗盛期生長(zhǎng)旺盛，光合作用強(qiáng)，根系分泌的大量碳水化合物、有機(jī)酸和氨基酸等被土壤發(fā)酵型細(xì)菌分解，為產(chǎn)甲烷菌提供豐富底物，使得水稻分蘗盛期的產(chǎn)甲烷菌數(shù)量顯著增加；在稻鴨共作中，鴨子的活動(dòng)使得產(chǎn)甲烷菌菌體數(shù)量低于水稻單作，通過稀釋培養(yǎng)法和滾管法計(jì)數(shù)發(fā)現(xiàn)，稻鴨共作中土壤產(chǎn)甲烷菌數(shù)量比單作降低20.0%～96.9%和33.3%～98.1%[49]。甲烷氧化菌的活動(dòng)有助于降低CH4排放，其氧化能力一般大于CH4在土壤中的擴(kuò)散能力，在土壤氧充足的條件下，絕大部分的CH4都會(huì)被氧化[45，50]。水稻根系的徑向泌氧可以形成根際氧化層，在稻鴨系統(tǒng)共作中，鴨子對(duì)水稻植株地上部的機(jī)械刺激促進(jìn)了水稻根系泌氧能力[51]，有助于氧化層的擴(kuò)大，增強(qiáng)甲烷氧化菌活性。鴨子的覓食、游動(dòng)等行為使得大氣氧也在水層擴(kuò)散，在水土界面形成了很薄的氧化層，為甲烷氧化菌的活動(dòng)進(jìn)一步提供了條件，當(dāng)土壤生成的CH4擴(kuò)散到該區(qū)域時(shí)，平均80%的CH4都會(huì)被甲烷氧化菌氧化[52]。

1.2.4 稻田水位深度和土壤溫度對(duì)稻鴨共作中CH4排放的影響

水位深度和土壤溫度是決定CH4排放通量大小的重要原因[53]。研究表明，稻田內(nèi)水體越深，CH4排放量越少[48]。在稻鴨共作中，鴨子的投放以及稻田水層的加深導(dǎo)致水體及土壤溫度更加均勻，當(dāng)土壤溫度低于大多數(shù)甲烷菌微生物活動(dòng)最適溫度（35℃～37℃）時(shí)，產(chǎn)甲烷菌活性減弱，有機(jī)質(zhì)分解減緩，從而減少了CH4的產(chǎn)生[54-56]。深水改變CH4的傳輸路徑和傳輸效率，削弱氣泡和液相擴(kuò)散兩條通道傳輸CH4的能力，導(dǎo)致CH4的排放量降低。同時(shí)深水也影響水稻植株的呼吸速率和蒸騰速率，從而減少以植株為主要通道的CH4排放量[57]，導(dǎo)致總CH4排放量減少。

1.2.5 水稻種植及鴨子放養(yǎng)密度對(duì)稻鴨共作中CH4排放的影響

水稻種植和鴨子放養(yǎng)密度對(duì)稻鴨共作的CH4排放影響顯著。研究表明，稻鴨共作中采用大株稀植、寬行寬株的栽插方式可以方便鴨子在植株間穿行和避免稻株損傷[58-59]。水稻植株是稻田CH4排放的途徑之一，稀植會(huì)降低CH4的排放。另外，稻田中鴨子放養(yǎng)密度和CH4排放量成反比。與單作相比，每667 m2中投放10 只和20 只鴨子的稻田CH4排放量分別降低了21.73%和44.29%。稻田內(nèi)鴨子數(shù)量的增加提高了對(duì)稻田生境的擾動(dòng)，高溶解氧含量降低了土壤還原物質(zhì)含量，使得土壤中CH4排放量隨之顯著減少[60]。

2 稻鴨共作N2O排放及其影響因素

2.1 稻鴨共作中N2O產(chǎn)生與排放情況

稻田土壤的硝化作用、反硝化作用、硝態(tài)氮異化還原成銨作用（DNRA）等都能產(chǎn)生N2O。土壤中硝化和反硝化作用可同時(shí)在適宜的土壤環(huán)境中發(fā)生，并都產(chǎn)生N2O。其中自養(yǎng)硝化作用是產(chǎn)生N2O 的主要過程，而N2O 是反硝化過程的一種中間產(chǎn)物，在不同的環(huán)境條件下，N2O 可以積累或被還原為N2。硝化作用通過兩種方式產(chǎn)生N2O：一是在氨氧化過程中，經(jīng)過一系列反應(yīng)形成中間產(chǎn)物N2O；二是在氧脅迫的條件下，某類特定的硝化細(xì)菌將NO-2還原成N2O，即硝化細(xì)菌的反硝化，這一機(jī)制不僅可以減弱NO-2對(duì)氧氣的消耗，還可以消除因NO-2的累積所引起的毒害作用。反硝化作用主要由一些反硝化細(xì)菌完成，在厭氧條件下，異氧反硝化細(xì)菌以氮氧化物為最終電子受體，有機(jī)碳為電子供體進(jìn)行電子傳遞氧化磷酸化作用，并將硝酸鹽、亞硝酸鹽還原為氣態(tài)產(chǎn)物（N2、N2O和NO）的過程[61]。

與CH4相似，稻田N2O排放也是N2O產(chǎn)生、轉(zhuǎn)化和傳輸3個(gè)過程綜合表現(xiàn)的結(jié)果（圖2）。由于土壤結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和組成異質(zhì)性，硝化和反硝化作用可以同時(shí)發(fā)生。與CH4不同的是，稻田全年皆有可能排放N2O。在水稻生長(zhǎng)季的持續(xù)淹水期間，N2O 主要通過水稻植株排放[62]。在稻田無水時(shí)，N2O 主要通過直接擴(kuò)散途徑排向大氣。N2O 的釋放量取決于硝化和反硝化這兩種作用的反應(yīng)速率、N2O 在反應(yīng)產(chǎn)物中的比例、N2O逸散進(jìn)入大氣前在土壤中的擴(kuò)散程度及土壤是否具有淹水層[63]。

稻鴨共作中，稻田N2O 排放途徑與水稻單作類似[41]。然而，由于稻鴨共作系統(tǒng)中鴨子的存在，食物鏈結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，引起土壤微生物及有機(jī)物等因素的響應(yīng)，使得稻鴨共作各階段的N2O 排放通量、排放速率與水稻單作產(chǎn)生差異。研究表明，稻鴨共作中N2O的排放量明顯升高，約是水稻單作的1～1.3 倍[18，38，41]，這可能與不同施肥方式下的水土環(huán)境和微生物活性等條件有關(guān)。

2.2 稻鴨共作中N2O排放影響因素

2.2.1 水體溶解氧對(duì)稻鴨共作中N2O排放的影響

稻鴨共作中水體溶解氧含量的升高促進(jìn)了N2O的產(chǎn)生。水稻常規(guī)單作中，稻田溶解氧主要來源于大氣中氧的溶解和水稻根系泌氧，兩者都會(huì)改變稻田水體溶解氧的分布。在長(zhǎng)期淹水環(huán)境下，稻田土壤表層和水稻根際會(huì)存在好氧/厭氧界面，但是氧濃度有限[64-65]。但在稻鴨共作中，除去本身存在的氧化層外，鴨子的活動(dòng)會(huì)強(qiáng)化大氣中氧氣向水體的滲入，改變界面的氧濃度差。研究表明，稻鴨共作中水體的溶解氧比水稻單作高9%～15%[41，66-67]。加上鴨子的取食抑制稻田雜草、浮游生物和其他好氧生物的生長(zhǎng)，消耗的水體溶解氧減少，促進(jìn)水體中NH+4氧化為N2O。同時(shí)，在單作的靜態(tài)淹水條件下，水溶性N2O 擴(kuò)散和傳輸速度慢，但稻鴨中鴨子頻繁攪動(dòng)水層促進(jìn)了水溶性N2O的釋放[66]。

圖2 稻鴨共作N2O的產(chǎn)生與排放過程Figure 2 Production and emission of N2O in rice-duck farming system

2.2.2 土壤硝化反硝化作用對(duì)稻鴨共作中N2O 排放的影響

稻鴨共作中土壤硝化作用增強(qiáng)。在常規(guī)水稻單作條件下，長(zhǎng)期淹水環(huán)境使非根際土中土壤氧含量極低，土壤硝化細(xì)菌豐度較低，硝化作用受抑制，N2O 的排放極少[65，68-69]。然而，稻鴨共作中鴨子的活動(dòng)促進(jìn)了更多的氧氣與水土環(huán)境接觸，為好氧硝化過程提供氧，提高了土壤中硝化細(xì)菌的活性，有利于N2O 的產(chǎn)生。鴨子的中耕作用、踩踏所導(dǎo)致的雜草腐爛還田及過腹還田效應(yīng)增加土壤的有效養(yǎng)分含量[67]，可以促進(jìn)水稻生長(zhǎng)，而研究發(fā)現(xiàn)在淹水條件下87.3%的N2O可以通過水稻植株排放，這種促生效應(yīng)可能會(huì)提高水稻植株的N2O 排放量[70]。鴨子的糞便含有高濃度的NH+4-N，為硝化細(xì)菌提供了充足的底物，有利于產(chǎn)生更多的N2O，且鴨子頻繁的活動(dòng)強(qiáng)化了對(duì)土壤還原層的擾動(dòng)，使深層的N2O得以釋放[36，66，71]。

稻鴨共作中土壤反硝化作用減弱。反硝化作用需要較嚴(yán)格的無氧條件[72]。在水稻單作中，淹水稻田土壤反硝化產(chǎn)生的N2O 在N2O 還原酶的作用下還原為N2，N2O 的排放量微小。在稻鴨共作中，鴨子攪動(dòng)水土增加了土壤氧含量，反硝化酶的活性受到抑制，減少對(duì)N2O的消耗，導(dǎo)致其排放量增加。

2.2.3 土壤溫度對(duì)稻鴨共作中N2O排放的影響

土壤溫度影響土壤中功能微生物的活性，從而影響硝化和反硝化作用速率[73]。土壤溫度升高有利于硝化和反硝化作用，但低溫顯著抑制硝化和反硝化細(xì)菌及其酶的活性[74]。研究表明，在單作水稻的生育期內(nèi)，10 cm 土層溫度在15～30 ℃時(shí)適宜硝化和反硝化作用的發(fā)生，但并未引起N2O 顯著排放增加[75]。在稻鴨共作中，鴨子對(duì)土壤的擾動(dòng)使得水體和土壤進(jìn)行更多熱量交換，土壤表層溫度的波動(dòng)和水體溫度的變化存在更大的同步性，進(jìn)而加劇了土壤N2O的排放。

2.2.4 施肥種類對(duì)稻鴨共作中N2O排放的影響

肥料種類對(duì)稻鴨共作中N2O 排放有著顯著影響。相比單作稻田，稻鴨共作一般以施用有機(jī)肥為主，除此之外，鴨子的排泄物等也可培肥土壤。研究表明，有機(jī)物料還田條件下的稻鴨共作比水稻單作的N2O排放量高8%～23%，綠肥還田和沼渣還田N2O 增排最為顯著[76-78]，只施無機(jī)肥的稻鴨共作中N2O 排放量介于單作的6%～10%[39，41，78-79]。綠肥和沼渣含N量較高，增加了土壤N 含量，較低的C/N 提高了分解效率，為硝化和反硝化作用提供了氮源。鴨子排放含有大量NH+4的糞便，NH+4被氧化，為N2O釋放提供了條件[63]。

3 稻鴨共作中CH4 和N2O 的增溫潛勢(shì)綜合效應(yīng)

全球增溫潛勢(shì)（GWP）用來估計(jì)不同溫室氣體對(duì)氣候系統(tǒng)的潛在效應(yīng)[63]。在稻田生態(tài)種養(yǎng)系統(tǒng)中，養(yǎng)殖動(dòng)物的各種行為活動(dòng)，改變了稻田生態(tài)系統(tǒng)中的水土環(huán)境、物質(zhì)循環(huán)和C、N 轉(zhuǎn)化過程，進(jìn)而影響到稻田CH4和N2O 的排放通量。因此，稻田種養(yǎng)系統(tǒng)對(duì)溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)需要從全球增溫潛勢(shì)（GWP）的綜合效應(yīng)來進(jìn)行全面評(píng)估。

從目前的大多數(shù)研究結(jié)果來看，稻鴨共作減緩GWP 的能力是水稻單作系統(tǒng)的1～1.6 倍[80]。與水稻常規(guī)單作相比，稻鴨共作降低了CH4的排放，而在一定程度上增加了N2O 的排放，但相對(duì)于CH4，增加的N2O 量較少，且85.83%～96.22%的GWP 是由CH4排放產(chǎn)生的，因此，稻鴨共作降低CH4排放量對(duì)減緩GWP發(fā)揮著重要作用[39]。

除了稻鴨共作系統(tǒng)外，其他稻田種養(yǎng)模式也具有類似的促進(jìn)稻田溫室氣體綜合效應(yīng)減緩的作用。例如，在稻魚系統(tǒng)中，CH4排放量的增加導(dǎo)致GWP 由水稻單作的78%～81%增加到91%，相反，由N2O 排放量的減少導(dǎo)致GWP 從水稻單作的19%～22%降低到9%[81]，總體上該模式也發(fā)揮著減緩全球增溫潛勢(shì)的作用。又如，在稻田養(yǎng)小龍蝦系統(tǒng)中，GWP 較水稻單作系統(tǒng)減少了9.45%，且主要是通過降低CH4排放來實(shí)現(xiàn)的[6]。

可見，稻田生態(tài)種養(yǎng)系統(tǒng)有助于減緩CH4和N2O的排放及其全球增溫潛勢(shì)，而且多樣化的種養(yǎng)減少了病蟲草害的發(fā)生，改善稻田的生態(tài)環(huán)境，降低了化學(xué)農(nóng)藥的使用和農(nóng)業(yè)面源污染，保護(hù)農(nóng)業(yè)生物多樣性與農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，更為重要的是生產(chǎn)多元化的健康農(nóng)產(chǎn)品，提升農(nóng)業(yè)的生態(tài)-經(jīng)濟(jì)-社會(huì)效益。

4 結(jié)語與展望

稻田是溫室氣體的重要排放源之一，我國(guó)是水稻生產(chǎn)大國(guó)，稻鴨共作模式在我國(guó)日益受到歡迎。這類技術(shù)模式在生產(chǎn)健康農(nóng)產(chǎn)品的同時(shí)，也為我國(guó)稻田節(jié)能減排提供了一條新的路徑，這方面的研究也日益受到關(guān)注。然而，隨著近年來稻田種養(yǎng)類型的多樣化，形成的共作生態(tài)系統(tǒng)也更趨于復(fù)雜化，由于不同品種鴨子的生長(zhǎng)特性與活動(dòng)行為、范圍等各不相同，加之水稻生產(chǎn)管理方式（如施肥、灌水、耕作方式等）也千差萬別，因此，今后需圍繞稻鴨共作對(duì)全球增溫潛勢(shì)的影響與機(jī)理，在以下幾個(gè)方面開展長(zhǎng)期而深入的研究：

（1）加強(qiáng)稻鴨共作系統(tǒng)碳氮循環(huán)和相關(guān)功能微生物在溫室氣體排放過程中的機(jī)理研究。碳氮循環(huán)是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)最基本的生態(tài)過程，稻鴨共作中由于鴨子的引入，碳氮循環(huán)更加復(fù)雜。采用13C 和15N 的示蹤技術(shù)可以定量地區(qū)分外源及土壤原有的碳氮（碳源/碳匯），明確大氣沉降、肥料、飼料和灌溉等物料投入、植物（水稻、雜草、藻類、凋落物、秸稈等）-動(dòng)物（養(yǎng)殖動(dòng)物、昆蟲）-微生物（如土壤微生物）之間的生物轉(zhuǎn)化過程對(duì)CO2、CH4和N2O 排放的貢獻(xiàn)，揭示稻鴨共作中碳氮轉(zhuǎn)化分配的規(guī)律及微生物利用特征。稻鴨共作中產(chǎn)甲烷菌、甲烷氧化菌、硝化和反硝化細(xì)菌等的功能基因作用復(fù)雜，可能存在與水稻單作模式不同的土壤微生物種類和數(shù)量，其功能微生物結(jié)構(gòu)、多樣性存在差異，因此采用高通量測(cè)序、熒光定量PCR 等分子生物學(xué)技術(shù)分析研究與溫室氣體排放相關(guān)的土壤功能菌群的種類、結(jié)構(gòu)、多樣性及基因豐度，有利于深入揭示生態(tài)種養(yǎng)系統(tǒng)中溫室氣體的產(chǎn)生和排放的過程與機(jī)理。

（2）加強(qiáng)對(duì)規(guī)?；绝喒沧髦袦厥覛怏w排放的長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)研究。農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)生態(tài)轉(zhuǎn)型的現(xiàn)實(shí)需求，使得稻鴨共作已逐步從“小農(nóng)戶”生產(chǎn)向“大農(nóng)場(chǎng)”轉(zhuǎn)變。生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大對(duì)稻鴨共作中溫室氣體排放的研究提出了挑戰(zhàn)，采用傳統(tǒng)箱法技術(shù)測(cè)定規(guī)模化稻鴨共作中溫室氣體的排放量存在不確定性。因此，采用渦度相關(guān)技術(shù)進(jìn)行稻鴨共作的長(zhǎng)期定位觀測(cè)，全面摸清稻鴨共作中溫室氣體排放的動(dòng)態(tài)特征（晝夜變化、季節(jié)變化、水稻生育期變化和年際變化）和面上整體效應(yīng)情況及其時(shí)空變化特征，可為我國(guó)大面積發(fā)展稻鴨共作提供科學(xué)的決策依據(jù)。

（3）大力開展稻鴨模式減排溫室氣體的配套技術(shù)示范與推廣研究。以溫室氣體減排和綠色高效生產(chǎn)為目標(biāo)，通過大量的田間對(duì)比優(yōu)選試驗(yàn)，開展稻鴨共作中鴨子品種篩選、水稻與鴨子數(shù)量配比、水肥管理以及最佳株行距配比等技術(shù)集成與模式優(yōu)化研究，獲取技術(shù)參數(shù)，并建立有利于溫室氣體減排與健康農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的技術(shù)規(guī)程，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行大面積的示范與推廣，實(shí)現(xiàn)既保障糧食安全，又能緩解稻田溫室氣體排放的環(huán)境友好型發(fā)展目標(biāo)。