稻麥輪作下秸稈不同利用方式還田對(duì)稻田甲烷排放的影響

張熙棟，嚴(yán)玲，周偉，吳秋玲，楊波，馬煜春，*

（1.南京信息工程大學(xué)應(yīng)用氣象學(xué)院，南京 210044；2.中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京210008；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測(cè)所，天津 300191）

甲烷（CH4）是僅次于二氧化碳（CO2）的最重要的溫室氣體之一[1]。單位質(zhì)量CH4排放所引起的溫室效應(yīng)是單位質(zhì)量CO2排放所引起溫室效應(yīng)的28 倍[2]。稻田CH4排放對(duì)大氣CH4濃度變化起著至關(guān)重要的作用[3]。水稻（Oryza sativaL.）是中國(guó)的主要糧食作物，目前其種植面積約占中國(guó)可耕地總面積的33%[4]。中國(guó)水稻收獲后殘余秸稈量約為620 Tg·a-1，其中約三分之一被農(nóng)民直接田間原位焚燒[5]，這不僅造成了秸稈資源的浪費(fèi)，而且還會(huì)造成嚴(yán)重的空氣污染。因此，探尋生產(chǎn)和生態(tài)效應(yīng)雙贏(yíng)的秸稈資源化利用手段尤為重要。

土壤CH4排放涉及到產(chǎn)甲烷菌和甲烷氧化菌的一系列復(fù)雜過(guò)程，并取決于土壤環(huán)境因子和溶解有機(jī)碳（DOC）的有效性[6]。研究表明，作物秸稈還田能維持土壤有機(jī)碳水平[7]。長(zhǎng)期田間試驗(yàn)（27 a）證實(shí)了將農(nóng)作物秸稈以 2.65 t·hm-2·a-1和 4.5 t·hm-2·a-1的比率施用到稻田中，土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量分別增加0.10 t·hm-2·a-1和0.36 t·hm-2·a-1，可在一定程度上減緩溫室效應(yīng)。但同時(shí)作物秸稈可以為產(chǎn)甲烷菌提供生存必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)CH4的產(chǎn)生[8]。秸稈固碳所減緩的溫室效應(yīng)會(huì)被由CH4排放所增加的溫室效應(yīng)所抵消[2]。Bossio 等[9]通過(guò)1 a 的田間試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)秸稈還田能顯著降低土壤Eh 值，引起土壤CH4劇烈排放。另外，由于秸稈具有較高的碳氮比，在自然狀態(tài)下微生物很難將其快速分解，嚴(yán)重影響下一季作物的播種和生長(zhǎng)，因此，充分利用秸稈對(duì)促進(jìn)作物生長(zhǎng)和培肥地力有重要意義[10]。

生物炭是一種由作物秸稈在缺氧環(huán)境中的熱分解制得的含碳量較高的物質(zhì)[11]，是作物秸稈資源化利用的手段之一。它通過(guò)提高土壤碳含量來(lái)改善土壤質(zhì)量和提高作物產(chǎn)量[12]。此外，生物炭還可以改善土壤的保水性，增加作物對(duì)氮的吸收，降低土壤pH，改善土壤物理性質(zhì)。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，生物炭能夠改變土壤微生物群落的結(jié)構(gòu)和生物地球化學(xué)進(jìn)程[13]。然而，關(guān)于生物炭對(duì)溫室氣體通量的影響存在意見(jiàn)不一的研究。部分研究表明，生物炭施用增加了甲烷氧化菌數(shù)量，產(chǎn)甲烷菌與甲烷氧化菌的比例降低，水稻土CH4排放減少[14]。但其他研究證實(shí)生物炭施用增加了稻田CH4排放[15]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)生物炭稻季施用后對(duì)當(dāng)季稻田CH4排放的影響做了一系列探究。而生物炭在稻季施用后，對(duì)后季麥田CH4排放的影響還不清楚。

近年來(lái)為了加速還田秸稈的腐熟，秸稈腐熟劑的推廣施用取得了一定的效果。秸稈腐熟劑由細(xì)菌、真菌、放線(xiàn)菌和酶組成，其能夠加速秸稈內(nèi)的木質(zhì)素、纖維素和半纖維素的分解，改善土壤微生物的結(jié)構(gòu)及活性[16]，提高作物產(chǎn)量。同時(shí)它還能改善土壤的理化性質(zhì)，比如有機(jī)質(zhì)的含量、礦化速率、氮磷鉀等營(yíng)養(yǎng)元素的含量以及土壤團(tuán)聚體的結(jié)構(gòu)等[16-17]，影響農(nóng)田土壤CH4的排放。馬煜春等[18]將兩種不同腐熟劑配合秸稈還田與秸稈直接還田對(duì)稻田CH4排放影響進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明兩種腐熟劑的施用都顯著增加了稻田CH4的排放。盛海君等[19]報(bào)道了秸稈配施腐熟劑還田極顯著增加了麥季CH4排放。但在稻麥輪作系統(tǒng)中當(dāng)季稻田施用腐熟劑后對(duì)后季麥田CH4排放的影響還缺乏研究。

太湖地區(qū)是中國(guó)水稻主產(chǎn)區(qū)之一，實(shí)行稻麥輪作制度[20]。本研究以秸稈資源化利用為目的，采用靜態(tài)箱-氣相色譜法研究秸稈不同利用方式對(duì)稻麥輪作系統(tǒng)中當(dāng)季稻田和后季麥田CH4排放的影響，為評(píng)估秸稈不同利用方式對(duì)環(huán)境的影響提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

田間試驗(yàn)在中國(guó)科學(xué)院常熟農(nóng)業(yè)生態(tài)試驗(yàn)站（31°32′93″N，120°41′88″E）進(jìn)行。該地區(qū)年平均氣溫為15.5 ℃，年平均降雨量為1 038 mm，無(wú)霜期為224 d。供試土壤為湖泊沉積物發(fā)育而來(lái)的人為土壤（RGCST，2001），土壤 pH 為 7.35±0.04，總氮含量為2.1±0.02 g·kg-1，土壤有機(jī)碳為20.3±0.03 g·kg-1，土壤容重為1.11±0.04 g·cm-3。試驗(yàn)期間的日平均氣溫和降雨量見(jiàn)圖1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2016年6月水稻種植開(kāi)始，2017年6月小麥?zhǔn)斋@結(jié)束，為完全隨機(jī)試驗(yàn)。每個(gè)處理小區(qū)面積為5 m×5 m（25 m2），各小區(qū)間設(shè)有0.8 m 保護(hù)行。試驗(yàn)設(shè)置4 個(gè)處理，分別是當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)處理（NPK，施用氮肥、磷肥、鉀肥）、施用4.8 t·hm-2·a-1小麥秸稈還田處理（NPK+S，氮肥、磷肥、鉀肥與秸稈均勻混施）、秸稈配施腐熟劑還田處理（NPK+SDI，氮肥、磷肥、鉀肥、4.8 t·hm-2·a-1小麥秸稈與 30 kg·hm-2·a-1腐熟劑均勻混施）、秸稈炭化還田處理（NPK+B，氮肥、磷肥、鉀肥、20 t·hm-2·a-1生物炭均勻混施）。

1.3 田間管理

2016年6 月水稻移栽前將小麥秸稈、小麥秸稈制成的生物炭和秸稈腐熟劑均勻混施于稻田表層土壤（0～20 cm），小麥播種前不再施用。小麥秸稈還田時(shí)將其切成10 cm 的碎片，均勻地鋪在試驗(yàn)田上，用旋耕機(jī)將其均勻翻入耕層中。生物炭購(gòu)自三立新能源公司（中國(guó)河南），以小麥秸稈為原材料制成（350 ℃），將其研磨并通過(guò)5 mm篩，然后均勻地撒在試驗(yàn)田上，最后使其完全混合到犁層中，小麥秸稈和生物炭總氮含量分別為7.6 g·kg-1和10.7 g·kg-1，總碳含量分別為377 g·kg-1和490 g·kg-1，水溶性碳含量分別為 15.1 g·kg-1和5.0 g·kg-1，灰分含量分別為22.6%和46.7%，pH值分別為6.8和10.3。秸稈腐熟劑由佛山金葵子植物營(yíng)養(yǎng)有限公司生產(chǎn)，含有枯草芽孢桿菌（3.6×108cell·g-1）、多黏類(lèi)芽孢桿菌（5.0×107cell·g-1）、短芽孢桿菌（1.0×108cell·g-1）和地衣芽孢桿菌（3.0×107cell·g-1）。試驗(yàn)中選用的水稻品種（南粳46號(hào)）和小麥品種（揚(yáng)麥5 號(hào)）均是該地區(qū)普遍使用的品種。依據(jù)當(dāng)?shù)氐姆N植習(xí)慣，水稻種植季采用前期淹水、中期烤田、后期間歇性灌溉的水分管理模式，小麥種植期間以雨水灌溉為主，不主動(dòng)灌溉。水稻種植期間共施用尿素（以N計(jì)）180 kg N·hm-2，2016年6月18日施第一次肥，2016年8月11日施第二次肥，2016年8月23日施第三次肥，氮肥施用比例為6∶1∶3，磷肥（P2O5）和鉀肥（K2O）分別施加75 kg·hm-2和120 kg·hm-2，2016年6月18日施用后不再追加。小麥種植期間施用尿素150 kg N·hm-2，2016年11月7日施第一次肥（基肥），2017年3月23日施第二次肥，氮肥施用比例為2∶1；磷肥（過(guò)磷酸鈣，P2O5含量為 120 g·kg-1）和鉀肥（氯化鉀，KCl 含量為600 g·kg-1）分別施加60、80 kg·hm-2，均作為基肥施入。

1.4 CH4采樣方法

采用靜態(tài)暗箱-氣相色譜法采集測(cè)定稻麥輪作周期中CH4的排放通量。作物生長(zhǎng)季節(jié)每周采集一次，降雨、施肥和中期排水期間每2 d采一次樣。采樣箱放置在固定的PVC 底座上，每個(gè)底座覆蓋0.25 m2。根據(jù)采樣時(shí)的作物高度，采樣箱的高度分別設(shè)置為0.5 m 或 1.1 m。氣體采樣時(shí)間為上午 9：00 至 11：00或下午14：00 至16：00。采樣時(shí)在箱體封閉后用20 mL 注射器在 0、10、20 min 和 30 min 進(jìn)行采樣。24 h內(nèi)用Agilent 7890D 氣相色譜儀測(cè)定樣品濃度。根據(jù)樣品濃度的線(xiàn)性變化規(guī)律分析得到CH4排放通量。通過(guò)3次重復(fù)計(jì)算得出CH4的平均排放通量和標(biāo)準(zhǔn)偏差，以相鄰2 次采樣時(shí)間間隔為權(quán)重，將各次排放通量進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算獲得平均排放通量，使用平均排放通量和作物生長(zhǎng)時(shí)間的乘積來(lái)表示累積排放量。

1.5 土壤樣品采集與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

使用Eijkelkamp 土壤采樣器（直徑5.1 cm）采集0～20 cm 的土壤樣本。試驗(yàn)開(kāi)始前和試驗(yàn)結(jié)束后在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)采集4 份土壤樣品并將其充分混合，所有土壤樣品儲(chǔ)存于4 ℃條件下，并在7 d 內(nèi)進(jìn)行分析。采用半微量凱氏定氮法測(cè)定樣品總氮[21]。土壤有機(jī)碳用外加熱重鉻酸鉀氧化容量法測(cè)定[21]。用2 mol·L-1KCl 溶液浸提土壤樣品并過(guò)濾（0.45 μm）后使用SmartChem 140自動(dòng)化學(xué)分析儀（Westco科學(xué)儀器）測(cè)定土壤-N 和-N 含量。將土壤與水以1∶2.5比例混合后測(cè)定土壤pH（HI 2221，中國(guó)上海）。將鮮土置于105 ℃的烘箱中干燥8 h 后，用質(zhì)量法測(cè)量土壤質(zhì)量含水量（SWg）。土壤密度使用環(huán)刀法測(cè)定。充水孔隙度（WFPS，%）計(jì)算公式[22]為：

式中：BD為土壤容重，g·cm-3。

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010 進(jìn)行圖表制作，采用SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析（LSD法）。

2 結(jié)果與分析

2.1 環(huán)境和土壤因子

試驗(yàn)期間稻季日平均氣溫的變化范圍為11～34 ℃，總降雨量為1 207 mm；麥季日平均氣溫的變化范圍為1～26 ℃，總降雨量為367 mm，土壤充水孔隙度介于53%～97%（圖1～圖2）。4 個(gè)處理麥季土壤水分孔隙度最高值與最低值基本相同且在同一日期出現(xiàn)。試驗(yàn)期間，NPK+B 處理的土壤水分孔隙度基本高于其他 3 個(gè)處理。NPK、NPK+S、NPK+SDI 3 個(gè)處理的土壤充水孔隙度基本保持一致。

2017 年6 月稻麥輪作周期試驗(yàn)結(jié)束后測(cè)定各處理土壤理化性質(zhì)，分析秸稈不同利用方式還田后對(duì)土壤各理化性質(zhì)的影響（表1）。與NPK 處理相比，NPK+S 和NPK+SDI 處理土壤有機(jī)碳（SOC）含量提高10.3%和19.2%，達(dá)顯著水平，pH 顯著提高2.3%和3.8%，總氮含量（TN）顯著提高9.3%和12.5%，硝態(tài)氮（-N）濃度顯著提高17.9%和29.9%，銨態(tài)氮（-N）濃度顯著提高12.6%和20.7%。相對(duì)于NPK處理，NPK+B 處理的 SOC、pH、TN、-N 和-N分別顯著增加了31.5%、5.4%、19.0%、41.4%和37.8%（表1）。與NPK 處理相比，NPK+S、NPK+SDI 和NPK+B處理均顯著降低土壤容重（表1）。

2.2 CH4排放與單位產(chǎn)量CH4排放

CH4排放主要出現(xiàn)在水稻生長(zhǎng)季。各處理CH4平均排放通量為-1.18～90.2 mg·m-2·h-1，季節(jié)平均排放通量為 6.4～9.2 mg·m-2·h-1。CH4的排放峰值約出現(xiàn)在移栽10 d 后，持續(xù)至移栽27 d 后達(dá)到最大值，中期曬田開(kāi)始迅速下降并一直保持在較低的水平直到水稻收獲，此期間CH4排放量幾乎可以忽略不計(jì)（圖3）。后季麥田各處理幾乎無(wú)CH4排放。與NPK處理相比，NPK+B處理中CH4平均排放量的增加速度較慢，而曬田期其減少速度較快（圖3）。水稻生長(zhǎng)季各處理CH4排放總量差異很大（表2），累積排放量NPK+SDI＞NPK+S＞NPK＞NPK+B。與 NPK 處理相比，NPK+B 處理的CH4累積排放量顯著降低8.5%，而NPK+S 處理和NPK+SDI處理均顯著增加CH4排放總量，增幅分別為11.7%和20.2%。與NPK+S 處理相比，NPK+SDI 處理CH4排放顯著增加7.6%，NPK+B處理CH4排放卻顯著降低18.1%（表2）。麥季CH4排放很少（圖3 和表2）。整個(gè)稻麥輪作周期中，CH4累積排放量變化范圍為 284～372 kg·hm-2·a-1（表2）。與 NPK 處理相比，NPK+S 和NPK+SDI 處理的CH4累積排放量分別增加了12.7%和20.9%，NPK+B 處理CH4累積排放量減少7.5%。與 NPK+S 處理相比，NPK+SDI 處理 CH4排放顯著增加7.3%，NPK+B 處理CH4排放卻顯著降低17.9%（表2）。

不同處理水稻和小麥的產(chǎn)量差異顯著（表2）。與NPK 處理相比，NPK+SDI 處理使糧食產(chǎn)量增加4.5%，使單位產(chǎn)量甲烷排放顯著增加18.4%，而NPK+S處理使產(chǎn)量降低了2.8%，使單位產(chǎn)量甲烷排放顯著增加了23.7%，NPK+B 處理顯著增加作物產(chǎn)量，增幅為16.6%，單位產(chǎn)量甲烷排放降低了19.9%（表2）。而與 NPK+S 處理比較，NPK+SDI 與 NPK+B 處理使稻麥兩季作物產(chǎn)量分別增加12.1%和26.8%，使單位產(chǎn)量甲烷排放降低4.3%和35.3%。

3 討論

3.1 秸稈不同利用方式還田對(duì)土壤性質(zhì)的影響

已有相關(guān)研究表明生物炭添加顯著降低土壤容重[23]，在本研究中得到了證實(shí)（表1）。秸稈還田后，腐解成為有機(jī)質(zhì)，促進(jìn)了土壤微粒的團(tuán)聚作用，土壤結(jié)構(gòu)得到改善，另外，秸稈分解產(chǎn)生的有機(jī)膠結(jié)劑會(huì)促進(jìn)土壤團(tuán)聚體形成，從而使土壤容重降低，增加土壤孔隙度[24-26]，本研究中，NPK+S 和 NPK+SDI 處理均顯著降低土壤容重。與NPK 處理相比，NPK+S、NPK+B和NPK+SDI 處理均顯著增加了土壤總氮含量（表1），主要原因除秸稈自身攜帶氮元素外，秸稈還田能減少土壤氮元素礦化，減少土壤氮元素流失[27]。生物炭施用有利于固定氮肥中的無(wú)機(jī)氮，同時(shí)秸稈和生物炭的施用也有助于作物吸收土壤中的-N[28]。

表1 2017年小麥生長(zhǎng)季結(jié)束后土壤有機(jī)碳、pH、容重、總氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量（0～20 cm）Table 1 Mean soil organic carbon，soil pH，bulk density，soil total nitrogen，soil -N and soil -N concentration（0～20 cm）after the end of wheat-growing season in 2017

表1 2017年小麥生長(zhǎng)季結(jié)束后土壤有機(jī)碳、pH、容重、總氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量（0～20 cm）Table 1 Mean soil organic carbon，soil pH，bulk density，soil total nitrogen，soil -N and soil -N concentration（0～20 cm）after the end of wheat-growing season in 2017

注：同列不同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著（P＜0.05）。下同。Note：Different lowercase letters in the same column indicate significant differences among treatments at P＜0.05.The same below.

處理Treatments NPK NPK+S NPK+SDI NPK+B有機(jī)碳Organic carbon/（g C·kg-1）20.3±0.05d 22.4±0.06c 24.2±0.06b 26.7±0.03a pH 7.35±0.03c 7.52±0.02b 7.63±0.03ab 7.75±0.05a容重Bulk density/（g·cm-3）1.11±0.03a 1.04±0.01b 1.00±0.01c 0.91±0.01d總氮Total nitrogen/（g N·kg-1）2.16±0.05d 2.36±0.02c 2.43±0.01b 2.57±0.04a硝態(tài)氮NO-3-N/（mg N·kg-1）5.41±0.02d 6.38±0.02c 7.03±0.01b 7.65±0.03a銨態(tài)氮NH+4-N/（mg N·kg-1）1.35±0.02d 1.52±0.01c 1.63±0.03b 1.86±0.01a

3.2 秸稈不同利用方式還田對(duì)CH4排放的影響

嚴(yán)格厭氧環(huán)境是產(chǎn)甲烷菌生長(zhǎng)發(fā)育的合適場(chǎng)所[27]，因此在中期曬田開(kāi)始稻田CH4排放量急劇下降，并且后季麥田幾乎無(wú)CH4排放。鄒建文等[29]報(bào)道稱(chēng)烤田會(huì)導(dǎo)致CH4排放急劇下降，且烤田后復(fù)水CH4排放通量仍然很低且長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不能恢復(fù)。因此，秸稈不同利用方式還田下CH4排放主要在水稻季，且主要集中在水稻生長(zhǎng)前期。

秸稈不同利用方式還田顯著影響CH4排放的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律（圖3）和累積排放量（表2）。已有研究表明有機(jī)物質(zhì)添加會(huì)增加稻田CH4排放，本研究發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于 NPK 處理，NPK+S 處理和 NPK+SDI 處理顯著增加CH4排放量（表2）。主要是由于秸稈中含有大量纖維素和半纖維素等不穩(wěn)定化合物，還田后土壤活性碳含量增加，在厭氧分解過(guò)程中容易以CH4的形式損失[30]。李新華等[31]研究發(fā)現(xiàn)秸稈還田后土壤中可溶性有機(jī)碳、微生物量碳和易氧化態(tài)碳的含量分別比不還田土壤顯著增加64.6%、28.9%和23.8%。另外，秸稈與腐熟劑配施加快秸稈的腐熟過(guò)程，腐熟劑中的微生物能有效地將秸稈分解成為作物所需要的營(yíng)養(yǎng)元素，同時(shí)腐熟劑的加入增加了土壤中微生物的數(shù)量，增強(qiáng)了微生物的活性，進(jìn)一步增強(qiáng)分解有機(jī)物質(zhì)的能力，為產(chǎn)甲烷菌提供基質(zhì)[32]，腐熟劑的添加促進(jìn)了CH4排放。本研究監(jiān)測(cè)到CH4排放在各處理施入稻田14 d 后出現(xiàn)第一次峰值，且NPK+SDI 處理第一次CH4排放峰值比NPS+S 處理高29.1%，其后兩處理CH4排放趨勢(shì)基本一致。李培培等[33]通過(guò)6 個(gè)月的研究發(fā)現(xiàn)秸稈腐熟劑主要促分解效果都出現(xiàn)在早期（前25 d），且配施后秸稈殘?jiān)蠧/N 降低的效果也在早期明顯，而后隨著時(shí)間的推進(jìn)，其促進(jìn)效果逐漸減弱。這可能是秸稈配施腐熟劑還田的CH4增加效應(yīng)主要集中在前期的主要原因。

目前，關(guān)于生物炭對(duì)稻田CH4排放的影響并不完全一致，前人的研究中生物炭表現(xiàn)為促進(jìn)、減少或不改變稻田CH4排放[34-36]。本試驗(yàn)中，與其他處理相比，NPK+B 處理顯著降低當(dāng)季稻田CH4排放量。雖然秸稈炭化還田后土壤SOC 含量相比于其他處理顯著增加，但生物炭由穩(wěn)定性分子組成，幾乎不存在不穩(wěn)定的有機(jī)碳，而不穩(wěn)定的有機(jī)碳才是CH4排放的來(lái)源[30]。生物炭具有多孔結(jié)構(gòu)，對(duì)土壤中的活性碳有吸附和保護(hù)作用，導(dǎo)致其生物有效性降低，土壤CH4排放減少[37]。此外，有研究表明，生物炭的施用會(huì)促進(jìn)水稻根系的生長(zhǎng)，水稻根系會(huì)向根際分泌更多的O2，增強(qiáng)甲烷氧化細(xì)菌活性并抑制產(chǎn)甲烷菌活性，使稻田CH4排放降低[33]。還有報(bào)道指出，秸稈炭化還田后土壤pH 值升高同樣會(huì)增強(qiáng)土壤中的甲烷氧化細(xì)菌活性，降低CH4排放[38]。因此，秸稈炭化還田后CH4排放降低可能是生物炭穩(wěn)定成分、多孔結(jié)構(gòu)和甲烷氧化菌活性增強(qiáng)共同驅(qū)動(dòng)的結(jié)果。

為系統(tǒng)評(píng)估秸稈不同利用方式對(duì)稻田CH4排放的綜合效應(yīng)，本研究采用單位產(chǎn)量甲烷排放這一指標(biāo)評(píng)價(jià)了秸稈不同利用方式還田對(duì)稻田CH4排放的綜合影響。結(jié)果表明，與NPK 處理相比，NPK+S處理和NPK+SDI 處理顯著增加單位產(chǎn)量甲烷排放，但NPK+B 處理顯著降低單位產(chǎn)量甲烷排放。

3.3 秸稈不同利用方式還田對(duì)作物產(chǎn)量的影響

由于秸稈施用時(shí)間、秸稈還田方法、作物殘余量、土壤特性和施氮量的差異，秸稈不同利用方式對(duì)作物產(chǎn)量影響的結(jié)論并不完全一致[39-40]。長(zhǎng)期秸稈還田可顯著提高作物產(chǎn)量，本研究試驗(yàn)周期僅為1 年，因此NPK+S 處理與NPK 處理的產(chǎn)量差異并不顯著。相對(duì)于NPK 處理，NPK+SDI 處理提高作物產(chǎn)量，增幅為4.5%。原因是秸稈和秸稈腐熟劑配合施用加速了作物凋落物和有機(jī)碳的分解速度[16]。NPK+B 處理顯著增加了作物產(chǎn)量，原因是生物炭可以作為作物有效養(yǎng)分的直接來(lái)源，對(duì)土壤陽(yáng)離子吸附有促進(jìn)作用[41]，此結(jié)果與Zhao等[36]的研究結(jié)論相同。

4 結(jié)論

（1）稻麥輪作系統(tǒng)CH4排放主要出現(xiàn)在當(dāng)季稻田中期曬田之前，烤田后復(fù)水期間CH4排放很低，后季麥田幾乎無(wú)CH4排放。

（2）秸稈直接還田或者秸稈與腐熟劑配施還田相對(duì)于無(wú)秸稈還田來(lái)說(shuō)都增加了CH4排放，而秸稈炭化還田降低了CH4排放。

（3）將CH4排放量和糧食生產(chǎn)綜合考慮，相對(duì)于秸稈直接還田，秸稈配施腐熟劑和秸稈炭化還田都可降低單位產(chǎn)量的甲烷排放。因此，將作物秸稈配合腐熟劑還田和將作物秸稈炭化還田均能夠在一定程度上實(shí)現(xiàn)秸稈還田的生態(tài)效應(yīng)和生產(chǎn)效應(yīng)的雙贏(yíng)，且以生物炭形式還田效果更佳。