王楷，李伏生*，方澤濤，董艷芳，劉靖雯，黃忠華，羅維鋼

（1.廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院，南寧 530004；2.廣西喀斯特地區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)新技術(shù)院士工作站，南寧 530004；3.廣西高校作物栽培學(xué)與耕作學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南寧 530005；4.南寧市灌溉試驗(yàn)站，南寧 530001）

不同灌溉模式和施氮量條件下稻田甲烷排放及其與有機(jī)碳組分關(guān)系

王楷1，2，3，李伏生1，2，3*，方澤濤1，2，3，董艷芳1，2，3，劉靖雯1，2，3，黃忠華4，羅維鋼4

（1.廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院，南寧 530004；2.廣西喀斯特地區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)新技術(shù)院士工作站，南寧 530004；3.廣西高校作物栽培學(xué)與耕作學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南寧 530005；4.南寧市灌溉試驗(yàn)站，南寧 530001）

通過田間試驗(yàn)，研究不同灌溉模式和施氮量下早晚稻不同生育期土壤有機(jī)碳（SOC）和易氧化有機(jī)碳（LOC）含量、微生物量碳（MBC）和甲烷氧化菌（MOB）數(shù)量的變化，以及水稻生育期內(nèi)稻田甲烷排放通量變化情況，并分析當(dāng)日稻田甲烷排放通量與土壤SOC、LOC、MBC和MOB的關(guān)系，以期獲得稻田甲烷減排的灌溉模式和施氮量。兩季試驗(yàn)均設(shè)3種灌溉模式，即常規(guī)灌溉（C）、“薄淺濕曬”灌溉（T）和干濕交替灌溉（D）；2種施氮量，即120 kg·hm-2（N1）和150 kg·hm-2（N2）。結(jié)果表明，N1時(shí)D模式土壤SOC含量在晚稻乳熟期和早稻孕穗期較高，N2時(shí)早、晚稻4個(gè)時(shí)期SOC含量均以D模式最高；早晚稻土壤LOC含量以D模式較低，土壤MOB數(shù)量均以C模式較低，而MBC則以C模式較高。N2處理稻田MOB、SOC、LOC和MBC含量均高于N1處理。稻田甲烷排放量在分蘗期和乳熟期較高，而在孕穗期和成熟期較低。D模式早、晚稻全生育期甲烷排放通量和累計(jì)排放量均顯著低于T和C模式，而N2處理這些指標(biāo)均高于N1。稻田甲烷排放通量受土壤MOB、LOC和MBC的直接影響和SOC含量的間接影響，在干濕交替模式和施氮量120 kg·hm-2下稻田甲烷排放量最低。

甲烷排放；“薄淺濕曬”灌溉；干濕交替灌溉；施氮量

甲烷（CH4）是主要的溫室氣體之一，稻田土壤CH4排放量約占全球的19%[1]。稻田節(jié)水灌溉技術(shù)包括間歇灌溉，控制灌溉，“薄、淺、濕、曬”灌溉和干濕交替灌溉等。節(jié)灌方式通過灌溉、排水、曬田等措施，改變土壤氧化還原電位，促進(jìn)水稻根系和植株生長，對(duì)CH4排放會(huì)產(chǎn)生直接或間接的影響[2-5]。與持續(xù)淹灌相比，間歇灌溉可使整個(gè)季節(jié)的排放量減少42%～71%[4]，控制灌溉稻田CH4排放通量明顯低于淹灌稻田[5]。采用“薄、淺、濕、曬”灌溉和干濕交替灌溉，可以實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)節(jié)水[6-7]，并降低溫室氣體排放量[8-9]。施用氮肥對(duì)稻田生態(tài)系統(tǒng)CH4排放量的影響與氮肥種類、施用量等有關(guān)[9-12]，與不施肥相比，單施無機(jī)氮肥或有機(jī)肥和無機(jī)氮肥配施均增加稻田CH4的排放[11]。雖然有關(guān)單獨(dú)水分管理或氮肥施用對(duì)溫室氣體排放的研究較多[13-14]，但“薄、淺、濕、曬”灌溉、干濕交替灌溉與施氮量相結(jié)合對(duì)稻田CH4排放的影響尚不清楚。

有機(jī)碳可為土壤CH4的產(chǎn)生提供碳源和能源，活性有機(jī)碳及C/N是影響土壤產(chǎn)CH4能力的重要因素。土壤C/N較高（如有機(jī)物還田）時(shí)，在外源氮作用下稻田CH4排放顯著提高[15]。易氧化有機(jī)碳對(duì)CH4排放有顯著的影響[16]，微生物量碳的變化影響植物對(duì)土壤中可利用C、N供應(yīng)，改變微生物的活性，從而對(duì)CH4排放產(chǎn)生影響[17]。而土壤甲烷氧化菌可利用CH4作為其唯一的碳源和能源，是CH4的唯一生物匯[18]，其功能的發(fā)揮需要充足的CH4和O2，還有適宜的環(huán)境條件。目前對(duì)“薄、淺、濕、曬”灌溉和干濕交替灌溉稻田有機(jī)碳組分以及甲烷氧化菌及其與CH4排放通量的關(guān)系還不明確。

本文研究了3種灌溉模式和2種施氮量條件下早稻和晚稻不同生育期土壤有機(jī)碳（SOC）含量、易氧化有機(jī)碳（LOC）含量、微生物量碳（MBC）和甲烷氧化菌（MOB）數(shù)量的變化，以及水稻生育期內(nèi)稻田CH4排放變化情況，并分析當(dāng)日稻田CH4排放通量與土壤SOC、LOC、MBC和MOB的關(guān)系，以期確定稻田CH4減排的灌溉方式和施氮量。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)和材料

2015年7月至2016年7月在南寧市灌溉中心試驗(yàn)站開展晚稻和早稻田間試驗(yàn)，兩季水稻品種均為內(nèi)5優(yōu)8015，為廣西本地優(yōu)良三系雜交水稻品種。供試土壤為第四紀(jì)紅色黏土發(fā)育的潴育性水稻土，其pH值為7.03、有機(jī)碳18.31 g·kg-1、全氮1.37 g·kg-1、堿解氮107.7mg·kg-1、速效磷44.8mg·kg-1、速效鉀87.98mg·kg-1、容重1.13 g·cm-3、飽和含水率49.5%。試驗(yàn)期間月降雨量和月均溫見圖1。

1.2 試驗(yàn)方法

圖1 試驗(yàn)期間月降雨量和月均溫Figure 1 Monthly precipitation andmean temperature during the experimentalperiod

田間試驗(yàn)的3種灌溉模式為當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)灌溉（C）、“薄淺濕曬”灌溉（T）和干濕交替灌溉（D），2種施氮量為120 kg·hm-2（N1）和150 kg·hm-2（N2），完全方案設(shè)計(jì)，共6個(gè)處理。每個(gè)處理有3個(gè)小區(qū)，共18個(gè)小區(qū)。每個(gè)小區(qū)面積25m2，均以25～26 cm厚的紅磚水泥墻隔離，獨(dú)立灌排水，并用水表計(jì)量每次灌水量。當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)灌溉移栽返青期保持淺水層，此后田間保持20～40 mm水層，分蘗末期曬田和黃熟期自然落干?！氨\濕曬”灌溉的水分管理如下[6]：插秧返青期田面保持20～40mm水層，分蘗前期和乳熟期保持土壤濕潤（90%飽和含水率至10mm水層），拔節(jié)孕穗期到抽穗揚(yáng)花期田面保持10～40mm水層，分蘗后期曬田（60%飽和含水率至10mm水層），成熟期自然落干（50%飽和含水率至0mm水層）。降雨后，返青期至乳熟期田面水層可增加10～30mm，成熟期田面水層不增加。干濕交替灌溉[7]是在各小區(qū)均安裝土壤水分張力計(jì)監(jiān)測(cè)土壤水勢(shì)的變化，在水稻移栽后10 d內(nèi)保持淺水層（15～20mm），10 d后進(jìn)行干濕交替灌溉，當(dāng)田間由淺水層自然落干，即張力計(jì)水勢(shì)降至-15 kPa時(shí)，灌水至20 mm，待自然落干至土壤水勢(shì)為-15 kPa再灌至20 mm，如此循環(huán)，直至稻谷成熟[7]。各處理P肥和K肥用量相同，P肥用量為60 kg·hm-2，K2O用量為120 kg·hm-2。其中全部P肥，50%的N肥和K肥作基肥，在插秧前1 d耕地時(shí)施入，余下的50%N肥和K肥分別以分蘗肥、穗肥均按25%的比例面施施入。所有處理均不施用有機(jī)肥，N肥用尿素（含N 46%），P肥用過磷酸鈣（含P2O514%），K肥用氯化鉀（含K2O 60%）。

1.3 氣體采集與分析

稻田甲烷排放量用靜態(tài)箱收集，靜態(tài)箱規(guī)格為50 cm×50 cm×100 cm，由不銹鋼制成，厚約5mm，底部開口，箱內(nèi)兩側(cè)安裝風(fēng)扇以混勻氣體，并安裝電子溫度計(jì)監(jiān)測(cè)箱內(nèi)溫度變化，箱外包裹層隔熱泡棉，以降低外界對(duì)箱內(nèi)溫度的影響。每個(gè)小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取0.25m2，安裝靜態(tài)箱底座（50 cm×50 cm），底座入泥20 cm。取樣時(shí)將靜態(tài)箱置于底座凹槽內(nèi)且用水密封，以防漏氣。采氣孔位于箱側(cè)面上部，用100mL注射器采集氣體樣品，3個(gè)小區(qū)箱體平行采樣，采樣時(shí)間集中在上午9：00—11：00，因?yàn)檫@一時(shí)段內(nèi)植物光合速率和呼吸速率都較穩(wěn)定。采樣時(shí)刻為蓋箱后第0、5、10、15、20、25、30min，即每個(gè)采樣點(diǎn)分別采集7次，同時(shí)記錄箱溫。用Agilent7890AGC氣相色譜儀分析甲烷排放量。所有處理小區(qū)每7 d采樣1次，整個(gè)生育期晚稻共采樣10次，早稻共采樣12次。

1.3.1 甲烷排放通量計(jì)算[14]

式中：F為甲烷排放通量，mg·m-2·h-1；H為靜態(tài)箱高度，1m；M為甲烷的摩爾質(zhì)量，16.123 g·mol-1；P為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，1.013×105Pa；R為普適氣體常數(shù)，8.314 J· mol-1·kg-1；T為采樣時(shí)靜態(tài)箱內(nèi)平均溫度，℃；d c/d t為甲烷排放速率，mL·m-3·h-1。

1.3.2 甲烷排放量計(jì)算

不同生育期甲烷排放量（fCH4）是相鄰兩次氣體排放通量平均值乘以間隔時(shí)間，再累加而得。

式中：fi是第i次與第i-1次時(shí)間間隔內(nèi)甲烷累積排放量；Fi是第i次所測(cè)甲烷排放通量；Fi-1是第i-1次所測(cè)甲烷排放通量；d是相鄰兩次采集氣體相隔天數(shù)；n為同一生育期甲烷測(cè)定總次數(shù)。

全生育期甲烷累計(jì)排放量（mg·m-2·h-1）為不同生育期甲烷排放量之和。

1.4 土壤采集與測(cè)定

晚稻分別在分蘗期（移栽42 d）、孕穗期（移栽54 d）、乳熟期（移栽62 d）和成熟期（移栽92 d），早稻在分蘗期（移栽10 d）、孕穗期（移栽61 d）、乳熟期（移栽83 d）和成熟期（移栽97 d）采集0～20 cm深度土壤，用S形多點(diǎn)法取樣。采集的土壤鮮樣放入低溫貯藏箱并迅速運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，部分新鮮土壤用于分析甲烷氧化菌數(shù)量，剩余土樣風(fēng)干過篩后用于測(cè)定有機(jī)碳、易氧化有機(jī)碳和微生物量碳。

用滾管法測(cè)定土壤中甲烷氧化菌數(shù)量[19]：培養(yǎng)基配制好后分裝于PVC管中，每管4.5mL，各管加入不同濃度的土壤懸液1mL，用異丁基橡膠塞密封，滾管后加入甲烷氣體，30℃恒溫培養(yǎng)7 d，計(jì)數(shù)管內(nèi)菌落數(shù)量。MOB培養(yǎng)基的配制[20]：礦質(zhì)元素溶液10mL，蒸餾水990mL，瓊脂20 g，pH 6.8。SOC用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測(cè)定[21]，LOC用KMnO4氧化法測(cè)定[22]，MBC用氯仿熏蒸0.5mol·L-1硫酸鉀提取法測(cè)定[23]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

所測(cè)數(shù)據(jù)用DPS 7.05軟件分析，采用3次結(jié)果的平均值，用LSD多重比較法分析不同處理間的差異顯著性（P＜0.05）。用采土當(dāng)日稻田甲烷排放通量與土壤各測(cè)定指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，并用主成分分析說明各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)甲烷排放通量的綜合影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理SOC及其組分的變化

由圖2可知，早晚稻各生育期SOC含量的范圍在16～22 g·kg-1之間，但早晚稻成熟期SOC含量比分蘗期減少17%～21%。N1時(shí)，早晚稻土壤SOC含量并無明顯的規(guī)律性，晚稻土壤SOC含量孕穗期C模式較高，而乳熟期D模式較高，早稻分蘗期和乳熟期T模式較高，孕穗期D模式較高；N2時(shí)，晚稻分蘗期SOC含量差異不顯著，其他生育期D模式較高，早稻各生育期除乳熟期外也以D模式較高。因此，不同灌溉模式SOC含量之間的差異與施氮量和生育期有關(guān)，但總體來看，D模式SOC含量高于T模式和C模式。3種灌溉模式下，晚稻和早稻各生育期N2處理SOC含量一般高于N1處理。

圖2 各處理不同生育期土壤SOC含量Figure 2 Soilorganic carbon（SOC）contentatdifferentgrowth stages for different treatments

晚稻土壤LOC含量在4～6.8 g·kg-1之間變化，早稻土壤LOC含量在2～5 g·kg-1之間變化，如圖3。N1時(shí)，晚稻C模式土壤LOC含量較高，早稻除分蘗期D模式較高外，其他各生育期均以T模式和C模式較高；N2時(shí)，晚稻除乳熟期外，T模式LOC含量較高，早稻分蘗期和孕穗期C模式較高，乳熟期和成熟期C模式較低。但總體來看，D模式土壤LOC含量較C模式和T模式低。3種灌溉模式下，N2處理早晚稻土壤LOC含量一般高于N1，但是晚稻分蘗期D模式下和孕穗期C模式下N2低于N1，早稻分蘗期D模式下N2低于N1。

圖3 各處理不同生育期土壤LOC含量Figure 3 Soil labile organic carbon（LOC）contentatdifferent growth stages for different treatments

如圖4所示，早晚稻土壤MBC在0.09～0.2 g·kg-1之間變化。N1時(shí)晚稻除成熟期外各生育期土壤MBC均以C模式最高，而早稻各生育期不同灌溉模式之間的差異不顯著。N2時(shí)晚稻各生育期土壤MBC以C模式較高，早稻分蘗期和孕穗期土壤MBC以C模式較高，乳熟期以T模式較高，成熟期則以D模式較高。3種灌溉模式下，N2處理早晚稻土壤MBC均高于N1處理。

2.2 不同處理土壤甲烷氧化菌的變化

如圖5，土壤MOB的數(shù)量在5×105～1.4×107cfu· g-1干土之間變化，早、晚稻不同生育期土壤MOB數(shù)量都呈現(xiàn)高-低-高-低的趨勢(shì)，孕穗期和成熟期土壤MOB數(shù)量較少，而分蘗期和乳熟期較多。N1時(shí)，晚稻MOB數(shù)量以乳熟期和成熟期D模式較多，而T模式較少，但是分蘗期則T模式較多，孕穗期3種灌溉模式之間的差異不顯著，早稻分蘗期和乳熟期D模式MOB數(shù)量較多，但孕穗期C模式較多，成熟期差異不顯著。N2時(shí)，晚稻土壤MOB數(shù)量分蘗期和成熟期以D模式較多，孕穗期和乳熟期T模式較多，而早稻3種灌溉模式之間的差異不顯著。總體看來，C模式土壤MOB數(shù)量較少。3種灌溉模式下，N2處理土壤MOB數(shù)量較多。

圖4 各處理水稻不同生育期土壤MBCFigure 4 Soilmicrobialbiomasscarbon（MBC）atdifferentgrowth stagesof rice for different treatments

2.3 不同處理稻田甲烷排放的變化

不同處理稻田甲烷排放通量的變化如圖6。早稻和晚稻各處理甲烷排放通量都是在分蘗期達(dá)到峰值（199.1、82.72mg·m-2·h-1），而在成熟期最低（＜0.1mg· m-2·h-1）。表1為不同處理早晚稻在不同時(shí)期和全生育期甲烷累積排放量，晚稻和早稻分蘗期甲烷排放通量分別占全生育期累計(jì)甲烷排放量的86%和71%。

從圖6和表1還可以看出，相同施氮量下，D模式早、晚稻全生育期累計(jì)甲烷排放量以及兩季甲烷累計(jì)排放量最低，而T模式和C模式均較高，說明干濕交替灌溉模式顯著降低稻田甲烷排放量。N1時(shí)T模式兩季甲烷累積排放量低于C模式，而N2時(shí)T模式兩季甲烷累積排放量高于C模式。N2處理各生育期內(nèi)甲烷排放通量一般高于N1處理，表1也表明N2處理兩季甲烷累計(jì)排放量高于N1處理。

2.4 相關(guān)性分析

從表2可以看出，早稻和晚稻季采土當(dāng)日稻田甲烷排放通量與MOB、LOC和MBC呈極顯著或顯著正相關(guān)。SOC含量與稻田甲烷排放通量相關(guān)性不顯著，但與MBC和LOC呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系。

2.5 主成分分析

對(duì)早晚稻所測(cè)MOB數(shù)量、MBC、LOC含量和SOC含量進(jìn)行主成分分析，結(jié)果如表3所示。

根據(jù)85%累計(jì)貢獻(xiàn)率的原則，晚稻舍棄第4個(gè)主成分，用前3個(gè)主成分反映原指標(biāo)的絕大部分信息，可以代替原來的4個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)對(duì)稻田甲烷排放量的影響。對(duì)晚稻主成分列出如下方程：

式中：x1表示MOB含量；x2表示MBC含量；x3表示LOC含量；x4表示SOC含量。

對(duì)以上3個(gè)方程可以作如下的解釋：主成分1的特征向量中MBC、LOC和SOC起主要作用，因此第1主成分主要代表生育期晚稻土壤有機(jī)碳組分特點(diǎn)；主成分2的特征向量中MOB有主要貢獻(xiàn)，因此第2主成分主要代表生育期晚稻土壤甲烷氧化菌數(shù)量特點(diǎn)；主成分3中LOB有主要貢獻(xiàn)，因此第3主成分主要代表生育期晚稻田土壤易氧化有機(jī)碳含量特點(diǎn)。

舍棄第3、4主成分，對(duì)早稻前2個(gè)主成分列出如下方程：

圖6 各處理水稻生育期內(nèi)CH4排放通量的變化（F表示追肥）Figure 6 ChangesofCH4flux at rice growing stage fordifferent treatments（F topdressing）

表1 各處理早晚稻不同生育期CH4排放量Table 1 CH4emission atdifferentgrowth stagesofearly rice and or late rice for different treatments

對(duì)以上2個(gè)方程可以做如下的解釋：主成分1的特征向量中各個(gè)指標(biāo)的作用基本一致，因此第1主成分主要代表生育期早稻土壤MOB數(shù)量和SOC組分特點(diǎn)；主成分2的特征向量中是MBC和LOC有主要貢獻(xiàn)，因此第2主成分主要代表生育期早稻土壤MBC和LOC組分特點(diǎn)。

3 討論

灌溉模式通過改變田間水分狀況影響土壤SOC及其組分含量。不同灌溉模式土壤SOC含量之間的差異與施氮處理和生育期有關(guān)，但總體看來，D模式高于T模式和C模式，可能是因?yàn)門模式和C模式增強(qiáng)了土壤微生物的活性，促進(jìn)了土壤有機(jī)質(zhì)的分解，而對(duì)于D模式土壤SOC含量降低可能是因?yàn)轭l繁干濕交替灌溉增強(qiáng)土壤呼吸作用所致[24]。土壤LOC可作為微生物的碳源[25]，D模式土壤LOC在通透性較好的情況下更易分解變化，所以含量較少。由于灌溉模式對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)礦化分解速率、微生物生物量及其活性、根系生物量等影響不同[26]，不同灌溉模式對(duì)土壤MBC的影響不同，且本研究不同灌溉模式土壤MBC之間的差異還與施氮處理和生育期有關(guān)。N2處理有機(jī)碳及其組分含量一般高于N1處理，可能是N2處理提供了較多氮源，增加了水稻生物量，從而提高土壤固碳潛勢(shì)和微生物活性所致。MOB功能的發(fā)揮需要適宜的環(huán)境條件。C模式土壤水層較厚，雖然甲烷排放顯著增加，但因缺乏O2仍然阻礙了MOB的繁殖，故MOB數(shù)量相對(duì)減少；而T模式和D模式土壤處于水層極薄或無水層狀態(tài)，通氣狀況好，O2充足，MOB活性相對(duì)較高，故MOB數(shù)量有所增加。N2處理MOB數(shù)量較N1高，則可能是因?yàn)樵黾拥视昧看龠M(jìn)甲烷排放，為MOB提供較多的底物，利于MOB菌群的生長繁殖。

表2 早晚稻各項(xiàng)指標(biāo)相關(guān)性分析Table 2 Correlation analysisof related indices forearly rice and late rice

表3 早晚稻CH4排放量與相關(guān)指標(biāo)的主成分分析Table 3 PrincipalcomponentanalysisofCH4emission fluxesand related indexes in late rice and early rice

甲烷排放集中在分蘗期和乳熟期，變化趨勢(shì)與吳家梅等[27]的研究一致，即水稻在分蘗期稻田甲烷排放量最高。因?yàn)榇藭r(shí)期土壤基肥的肥效作用正在發(fā)揮，水層較厚，植物體通氣組織傳輸甲烷的凈效應(yīng)較大[28]。本試驗(yàn)分蘗前期稻田水層較厚，土壤中氧氣含量低，利于厭氧菌產(chǎn)生甲烷；基肥和分蘗肥為土壤微生物提供了充足養(yǎng)分，提高了產(chǎn)甲烷微生物的活性；成熟期曬田使土壤通氣性增加，破壞了產(chǎn)甲烷微生物的厭氧環(huán)境。Kreye等[29]研究指出，在水稻特定生育期特定時(shí)間段內(nèi)保持田面無水層或土壤含水量低于飽和含水量，可以使土壤通氣狀況得到極大改善，抑制甲烷的產(chǎn)生。C模式水層一直較厚，有利于甲烷排放；T模式也一直處于有水層狀態(tài)，雖然水層較薄，也可以為甲烷的產(chǎn)生提供一定的厭氧環(huán)境；而D模式由于水層在極薄和無水層之間交替，土壤通氣狀況好于其他兩種模式，對(duì)甲烷產(chǎn)生的抑制作用很強(qiáng)，因此顯著降低了甲烷排放。N2處理生育期內(nèi)甲烷排放通量和累積排放量一般高于N1處理，則是由于尿素施用可以促進(jìn)水稻根系發(fā)育，增加根系分泌物，為甲烷產(chǎn)生提供更多的碳基質(zhì)所致[30]。

在不同灌溉模式和施氮量下，早稻和晚稻季采土樣當(dāng)日稻田甲烷排放通量與MOB呈顯著正相關(guān)。這是甲烷排放通量與MOB的整體數(shù)量在不同時(shí)期的變化特征造成的，因?yàn)榉痔Y期和乳熟期甲烷排放通量與MOB數(shù)量都較高，孕穗期和成熟期甲烷排放通量與MOB數(shù)量都較低。MOB是甲烷的消耗者，但是在甲烷排放量較少時(shí)，MOB的數(shù)量在碳源不足情況下也會(huì)有明顯的降低，因此本試驗(yàn)條件下會(huì)得到稻田甲烷排放通量與MOB之間呈正相關(guān)。岳進(jìn)等[31]研究也表明，沈陽稻田生長季甲烷通量季節(jié)變化與季節(jié)變化具有顯著正相關(guān)性。早稻和晚稻季采土樣當(dāng)日稻田甲烷排放通量與LOC和MBC之間呈極顯著或顯著正相關(guān)。Yagi等[16]和Blagodatskaya等[17]也有類似的結(jié)果報(bào)道。雖然兩季水稻SOC含量與稻田甲烷排放通量相關(guān)性不顯著，但與MBC和LOC卻呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系，說明SOC在一定程度上也可以間接反映甲烷的排放規(guī)律。焦燕等[32]研究也發(fā)現(xiàn)，土壤SOC含量與甲烷排放關(guān)系不密切，稻田在淹水的還原環(huán)境下，有機(jī)物的數(shù)量和對(duì)厭氧微生物的有效性在甲烷形成過程中起著決定性作用[33]。但是，也有一些研究表明，甲烷排放通量與土壤SOC含量呈顯著正相關(guān)[34]。

4 結(jié)論

不同灌溉模式土壤有機(jī)碳組分之間的差異與施氮量和生育期有關(guān)，且N2處理有機(jī)碳組分一般高于N1處理。土壤MOB數(shù)量以C模式較低，D模式較高，N2處理MOB高于N1處理。稻田甲烷排放通量在分蘗期和乳熟期較高。D模式兩季稻田甲烷排放通量與累計(jì)排放量均顯著低于T模式和C模式，且N2高于N1。此外，稻田甲烷排放通量與土壤MOB、LOC和MBC間呈顯著正相關(guān)關(guān)系，土壤SOC含量也間接影響稻田甲烷的排放。

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Soil CH4em ission and its relationship w ith organic carbon fraction under different irrigation m ethods and nitrogen rates

WANGKai1,2,3,LIFu-sheng1,2,3*,FANGZe-tao1,2,3,DONGYan-fang1,2,3,LIU Jing-wen1,2,3,HUANGZhong-hua4,LUOWei-gang4
（1.College ofAgriculture,GuangxiUniversity,Nanning 530004,China;2.GuangxiAcademicianWork Station of The New Technology ofWater-saving Agriculture in KarstRegion,Nanning 530004,China;3.GuangxiColleges and Universities Key Laboratory of Crop Cultivation and Tillage,Nanning530005,China;4.Nanning Irrigation ExperimentalStation,Nanning530001,China）

The readily decomposed organicmatter in the paddy ecosystem increase soilmethane（CH4）emission under anaerobic environment,whilemethane oxidizing bacteria（MOB）oxidation ofmethane reduces soil CH4emission under better aeration environment.Field experimentswith different irrigationmethodsand nitrogen（N）rateswere carried out tomeasure the contents oforganic carbon（SOC）and easily oxidized organic carbon（LOC）,microbial biomass carbon（MBC）and the number of MOB at differentgrowth stages,and CH4emission fluxes from paddy field during the growth stage,and then the relationshipsbetween the CH4emission flux and the contents of SOC and LOC, MBC and MOB in soils at the sampling dayswere analyzed,so as to obtain the rational irrigationmode and N rate for CH4reduction.Twoseason field experiments included three irrigationmethods,i.e.conventional irrigation（C）,"thin-shallow-wet-dry"irrigation（T）and alter-nate drying and wetting irrigation（D）,and two N rates（N1 120 kg·hm-2and N2 150 kg·hm-2）.Results show that Dmode had lower SOC contentat the booting stage of late rice and tillering stage ofearly rice under N1,and Dmode had the highest SOC contentat the four growth stages of early rice and late rice under N2.When planting early rice and late rice,Dmode had lower LOC content,and Cmode had lower MOB and higher MBC.The contents of SOC,LOC,MBC and MOB in N2 were higher than those of N1.Accumulative CH4emissions over thewhole growth stage ofearly rice or late rice and the totalofboth seasons in Dmodewere significantly lower than those of T and Cmodes, but these indices in N2were higher than those ofN1.CH4emission fluxwasdirectly influenced by the soilMOB,LOCand MBCand indirectly affected by the SOC.CH4emission from paddy soilwas the lowestunderalternate dryingandwetting irrigation and N rateof120 kg·hm-2.

CH4emission;"Thin-shallow-wet-dry"irrigation;alternate drying and wetting irrigation;nitrogen rate

X511

A

1672-2043（2017）05-1012-09

10.11654/jaes.2016-1581

2016-12-09

王楷（1992—），女，碩士，主要從事水土資源利用與環(huán)境方面的研究。E-mail：569131430@qq.com

*通信作者：李伏生E-mail：lpfu6@163.com

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51469003）

Project supported：TheNationalNaturalScience Foundation ofChina（51469003）

王楷，李伏生，方澤濤，等.不同灌溉模式和施氮量條件下稻田甲烷排放及其與有機(jī)碳組分關(guān)系[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2017,36（5）：1012-1020.

WANGKai,LIFu-sheng,FANGZe-tao,etal.SoilCH4emission and its relationship with organic carbon fraction under different irrigationmethodsand nitrogen rates[J].Journalof Agro-EnvironmentScience,2017,36（5）:1012-1020.