陳璐，陳燦，2*，黃璜，2*，任勃，王忍，梁玉剛，周晶

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長(zhǎng)沙410128；2.湖南省稻田生態(tài)種養(yǎng)工程技術(shù)研究中心，長(zhǎng)沙410128；3.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，長(zhǎng)沙410128；4.湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所，長(zhǎng)沙410125）

氧化亞氮（N2O）和甲烷（CH4）作為溫室氣體的重要組成部分，可導(dǎo)致全球氣候變暖[1]。稻田作為N2O和CH4的重要排放源，其中CH4年排放量占全球CH4總排放量的6%左右[2]。大量研究表明，耕作方式、肥料用量、灌溉用水等稻作生產(chǎn)管理措施均可影響稻田N2O和CH4的排放量[3-5]，其中耕作方式主要通過(guò)改變土壤緊實(shí)度、透氣性、水分和碳源等影響稻田N2O和CH4排放[3]，但是學(xué)者對(duì)于耕作方式影響稻田溫室氣體排放量的研究結(jié)果卻不一致，Zhang等[6]研究認(rèn)為翻耕與免耕下稻田N2O排放量差異不顯著，也有學(xué)者認(rèn)為免耕下稻田N2O排放量增加[7-8]。免耕或少耕作為農(nóng)業(yè)耕作新技術(shù)的重要組成部分，有著穩(wěn)定土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤有機(jī)質(zhì)、巨大固碳潛力等優(yōu)勢(shì)[9]。姜勇等[10]研究認(rèn)為，稻田免耕的土壤有機(jī)碳的滯留時(shí)間較翻耕平均可以提升1倍，進(jìn)而有利于提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。而土壤有機(jī)碳含量、土壤有機(jī)質(zhì)含量及碳儲(chǔ)量的增加有利于土壤肥力的提高[11]，進(jìn)而促進(jìn)水稻根系對(duì)養(yǎng)分的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和利用，從而為水稻地上部生長(zhǎng)和產(chǎn)量形成奠定基礎(chǔ)[12]，然而免耕能夠增加土壤濕度，降低土壤溫度，對(duì)土壤硝化起到反作用，并且土壤C/N較高，促進(jìn)土壤反硝化作用，加之免耕具有較高的土壤碳儲(chǔ)量，最終導(dǎo)致土壤溫室氣體排放量增加[13-14]。因此，如何兼顧土壤有機(jī)質(zhì)、碳庫(kù)含量增加與溫室氣體減排成為稻作可持續(xù)生產(chǎn)所面臨的緊迫問(wèn)題。

稻田廂作免耕栽培是指在水田中按一定規(guī)格開(kāi)溝作廂，在同一塊耕地上多年保持固定廂溝格局不變并連續(xù)進(jìn)行免耕栽培[15]，將水稻栽插在廂面上，溝內(nèi)灌水，并按水稻不同生育階段調(diào)節(jié)水位高低，實(shí)行浸潤(rùn)灌的一種新型種稻方法。它能夠合理地解決種稻與蓄水養(yǎng)魚(yú)、養(yǎng)魚(yú)與曬田、化肥和農(nóng)藥施用、雜草和病蟲(chóng)防治等方面的問(wèn)題，水稻與水產(chǎn)增產(chǎn)顯著，又較傳統(tǒng)稻田生態(tài)種養(yǎng)方便管理操作，便于機(jī)械化[16]。與平作翻耕栽培相比，稻田廂作免耕栽培能夠增加作物對(duì)養(yǎng)分的吸收能力，保持土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，有利于培肥地力，增加土壤的通氣性[17-19]。

稻田綜合種養(yǎng)是在種植水稻后，選擇水稻生長(zhǎng)適宜期將水產(chǎn)（禽類(lèi)）動(dòng)物投放在稻田內(nèi)，實(shí)現(xiàn)水稻種植和水產(chǎn)（禽類(lèi)）動(dòng)物養(yǎng)殖互利共生，利用養(yǎng)殖動(dòng)物捕食、活動(dòng)等習(xí)性可有效防控田間病蟲(chóng)草害的發(fā)生，進(jìn)而減少化學(xué)農(nóng)藥的使用，從而有利于生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的稻米和水產(chǎn)品，具有顯著的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)效益，也是維持農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、實(shí)施稻作供給側(cè)改革和鄉(xiāng)村振興的有效途徑[20-22]。稻鴨和稻魚(yú)共生作為稻作文化的重要組成部分，已在我國(guó)農(nóng)耕文化中傳承千余年[23-24]，其中稻魚(yú)共生和稻魚(yú)鴨共生分別于2005年和2011年被聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織列入全球重要文化遺產(chǎn)系統(tǒng)。大量研究證實(shí)，稻鴨和稻魚(yú)共生均具有穩(wěn)定水稻產(chǎn)量[25]、改善土壤結(jié)構(gòu)、土壤養(yǎng)分狀況，增加土壤速效N、速效P、速效K和土壤有機(jī)質(zhì)含量[26]，改善土壤物理狀況、土壤透氣性，減小土壤容重，增大土壤總孔隙度[27-29]，提高水體含氧量[30-31]，增加土壤微生物種群及其豐富度等諸多優(yōu)勢(shì)[32-35]。稻鴨和稻魚(yú)共生還具有減排溫室氣體的作用[36-38]，養(yǎng)鴨可降低CH4排放[25，37]，增加N2O排放[39-40]，減緩全球增溫潛勢(shì)；稻田養(yǎng)鯽魚(yú)[39]、免耕稻鱉魚(yú)、免耕稻魚(yú)、免耕稻鱉全生育期的CH4、N2O排放量比水稻單作都有減少[41]。稻-禽類(lèi)和稻-水產(chǎn)類(lèi)在各地區(qū)比較普遍，推廣面積較大，水分管理是影響稻田溫室氣體的重要因素，而稻-禽類(lèi)和稻-水產(chǎn)類(lèi)的稻田水位相差較大，對(duì)稻田溫室氣體排放的影響大不相同。為進(jìn)一步發(fā)揮稻田免耕、稻鴨和稻魚(yú)共生技術(shù)模式的優(yōu)勢(shì)，本研究采用雙季水稻廂作免耕和平作翻耕兩種模式研究稻鴨和稻魚(yú)共生對(duì)CH4、N2O排放量以及全球增溫潛勢(shì)（GWP）和溫室氣體排放強(qiáng)度（GHGI）的影響，以期進(jìn)一步探明廂作免耕對(duì)稻鴨和稻魚(yú)共生溫室氣體排放的影響，從而為稻田免耕下開(kāi)展養(yǎng)殖的溫室氣體排放提供一定理論借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況與供試材料

1.1.1 試驗(yàn)基地概況

試驗(yàn)于2020年3—11月在湖南省長(zhǎng)沙縣路口鎮(zhèn)明月村科研基地進(jìn)行，該地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候。年降水量1 300～1 500 mm，無(wú)霜期260～300 d，年平均氣溫為16～20℃，≥10℃的有效積溫5 000～5 500℃，為南方典型的雙季稻生產(chǎn)區(qū)，試驗(yàn)田土壤有機(jī)質(zhì)含量為36.56 g·kg-1，全氮含量為0.95 g·kg-1，全磷含量為0.68 g·kg-1，全鉀含量為9.28 g·kg-1，堿解氮含量為95.81 mg·kg-1，速效磷含量為30.78 mg·kg-1，速效鉀含量為125.46 mg·kg-1，pH為5.89。

1.1.2 供試材料

供試早、晚稻水稻品種均為常規(guī)稻中早39。放養(yǎng)動(dòng)物：魚(yú)以放養(yǎng)工程鯽魚(yú)為主，配養(yǎng)適量的本地草魚(yú)，鴨的品種為綠頭鴨。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與田間管理

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)廂作免耕養(yǎng)鴨（W-RD）、廂作免耕養(yǎng)魚(yú)（W-RF）、廂作免耕對(duì)照（W-CK）、常規(guī)平作養(yǎng)鴨（FRD）、常規(guī)平作養(yǎng)魚(yú)（F-RF）和常規(guī)平作對(duì)照（F-CK）[W：廂作免耕栽培（Wide ridge cultivation with no-tillage）；F：平作翻耕栽培（Flatten plowing planting）；RD：稻鴨共作（Rice-duck farming）；CK：空白對(duì)照（Control check）；RF：稻魚(yú)共作（Rice-fish farming）]，共計(jì)6個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)置一個(gè)360 m2的大區(qū)，每個(gè)大區(qū)設(shè)置3個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積為120 m2，每個(gè)大區(qū)之間用寬40 cm、高50 cm左右的田埂隔開(kāi)，小區(qū)之間采用寬30 cm、高40 cm的田埂隔開(kāi)，并覆膜，每個(gè)大區(qū)用高150 cm的尼龍網(wǎng)隔開(kāi)，以防魚(yú)、鴨外逃及魚(yú)、鴨的天敵進(jìn)入稻田。廂作免耕栽培為在早稻移栽前，不進(jìn)行耕作，將稻田整理成廂，其中廂的規(guī)格為廂面180～200 cm，溝寬40 cm，深40 cm，早稻收割后清理廂溝，移栽晚稻；平作翻耕模式的早稻和晚稻均采用旋耕機(jī)進(jìn)行整田，養(yǎng)魚(yú)試驗(yàn)田挖寬50 cm、深75 cm的“田”字溝，并在試驗(yàn)田中間開(kāi)挖一個(gè)長(zhǎng)、寬、深各100 cm的魚(yú)凼。水稻移栽規(guī)格為：每穴插4株，株距20 cm，行距25 cm。鯽魚(yú)苗與草魚(yú)苗規(guī)格為5～6 cm或質(zhì)量0.1 kg左右，鯽魚(yú)和草魚(yú)投放比例為10∶1，其中鯽魚(yú)苗投放5 000尾·hm-2，草魚(yú)投放500尾·hm-2；鴨苗為兩周齡的雛鴨，投放150只·hm-2。

1.2.2 田間管理

早稻于3月27日播種育秧，4月27日移栽，5月22日投放魚(yú)苗和鴨苗，7月2日回收魚(yú)、鴨，7月17日收獲水稻；晚稻于6月24日播種育秧，7月23日移栽，8月14日放魚(yú)、放鴨，10月10日收魚(yú)、收鴨，10月25日收獲水稻。

養(yǎng)鴨處理需要在田間四角搭建鴨棚，以便投喂飼料和供鴨休息，養(yǎng)鴨和養(yǎng)魚(yú)處理每日采用定時(shí)、定點(diǎn)、定質(zhì)、定量的方式投喂飼料，每日傍晚投喂一次（魚(yú)的飼料為玉米粉，早期投喂量為12 kg·hm-2，根據(jù)魚(yú)的生長(zhǎng)情況逐漸增加投喂量至25 kg·hm-2；鴨的飼料為稻谷，早期投喂量為6 kg·hm-2，根據(jù)鴨的生長(zhǎng)情況逐漸增加投喂量至12 kg·hm-2；飼料投喂后以2 h左右吃完為宜，投喂量視?shū)喓汪~(yú)的攝食情況適時(shí)添減），飼料投喂初期采用人工輔助喂食方法引導(dǎo)鴨、魚(yú)在全田活動(dòng)，以利于均勻作業(yè)，鴨、魚(yú)各時(shí)期在田間的活動(dòng)區(qū)域相同，定時(shí)觀察鴨、魚(yú)的活動(dòng)情況并檢查田間設(shè)施，防止天敵進(jìn)入。水稻整個(gè)生育期內(nèi)，所有處理均不噴施任何化學(xué)藥劑，肥料總用量為純N 160 kg·hm-2、P2O596 kg·hm-2和K2O 120 kg·hm-2。復(fù)合肥料的養(yǎng)分含量為N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15，總養(yǎng)分≥45%，尿素的養(yǎng)分含量為總氮含量≥46.40%。早稻和晚稻整田前施入基肥，基肥施用量為氮肥總量的70%、鉀肥總量的80%和全量的磷肥，分蘗期追施氮肥總量的30%和剩余的20%鉀肥，后期不再追肥。廂作免耕的水稻與養(yǎng)魚(yú)、養(yǎng)鴨不產(chǎn)生用水矛盾，各處理可根據(jù)水稻各時(shí)期需水量控制水位；F-RD處理放鴨后，廂面水位保持在鴨的腳剛好觸碰到泥土的高度，隨著鴨的生長(zhǎng)適當(dāng)加深水位；F-RF處理放魚(yú)后，結(jié)合魚(yú)的活動(dòng)所需水位，前期以便秧苗扎根、分蘗，保持6～8 cm的水位，中期加深田面水位至12～15 cm以便水稻抽穗，后期水稻水位不超過(guò)10 cm，F(xiàn)-CK處理田間水分以傳統(tǒng)水稻單作模式管理。魚(yú)、鴨收獲后將水排干為水稻收割做準(zhǔn)備。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1 CH4和N2O

稻田CH4和N2O氣體樣品采用靜態(tài)暗箱法采集，并通過(guò)氣相色譜法進(jìn)行檢測(cè)分析。取樣箱包括箱體和底座兩個(gè)部分，箱體規(guī)格為長(zhǎng)50 cm，寬50 cm，箱高120 cm，底座規(guī)格為長(zhǎng)50 cm，寬50 cm，高度為20 cm，氣體箱外覆蓋泡沫板并用膠帶固定，箱內(nèi)安裝溫度傳感器和12 V的小風(fēng)扇。采樣箱底座在水稻移栽時(shí)按試驗(yàn)要求（每個(gè)小區(qū)放置3個(gè)取樣箱，隨機(jī)擺放）插入各小區(qū)，底座插入土壤20 cm與土層表面保持齊平。待水稻生長(zhǎng)穩(wěn)定后開(kāi)始取樣，每4～6 d取1次稻田氣體樣品，選擇晴朗天氣8：00—11：00（進(jìn)行田間監(jiān)測(cè)的最佳時(shí)段[42]）取樣，直至水稻成熟期結(jié)束，早稻季、晚稻季各取11次稻田氣體樣品。取樣時(shí)在扣上取樣箱之前，在底座凹槽放水，使箱內(nèi)密閉不與箱外空氣串流，扣上取樣箱后，連接溫度傳感器和小風(fēng)扇的電源，打開(kāi)風(fēng)扇，使箱內(nèi)氣體充分均勻后用接有三通閥的50 mL針筒與取氣箱連接取樣，連續(xù)取體積約45 mL的氣體樣4次，每次取樣時(shí)間間隔10 min，每次取樣均記錄箱體內(nèi)溫度和取樣時(shí)間。在湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境研究所采用Agilent 7890 A氣相色譜儀檢測(cè)分析氣體樣品。

1.3.2 計(jì)算公式

稻田溫室氣體排放通量計(jì)算公式[43]：式中：F為排放通量，mg·m-2·h-1；ρ為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的CH4和N2O密度，分別為0.714 kg·m-3和1.98 kg·m-3；273為氣態(tài)方程常數(shù)；T為取樣過(guò)程中取樣箱內(nèi)的平均溫度，℃；H表示取樣箱箱罩的凈高度，m；dC/dt為取樣箱內(nèi)溫室氣體濃度的變化率[43]。

季節(jié)累積排放量計(jì)算公式[43]：

式中：C為溫室氣體排放總量，mg·m-2；n表示氣體檢測(cè)總次數(shù)；i為檢測(cè)次數(shù)；F為溫室氣體排放通量，mg·m-2·h-1；ti+1-ti為相鄰兩次取氣間隔時(shí)間，d。雙季稻累積排放量是早稻季累積排放量和晚稻季累積排放量之和。

全球增溫潛勢(shì)（Global warming potential，GWP）計(jì)算公式[41]：

式中：GWP為N2O和CH4綜合增溫潛勢(shì)，kg CO2-eq·hm-2；CH4和N2O排放折算為CO2當(dāng)量，以100年時(shí)間尺度為計(jì)，CH4和N2O的增溫潛勢(shì)分別是CO2的34倍和298倍[44]，與IPCC第五次評(píng)估報(bào)告相比[41]，CH4和N2O的CO2當(dāng)量倍數(shù)提高，反映了CH4和N2O對(duì)溫室氣體的貢獻(xiàn)有所上升。

溫室氣體排放強(qiáng)度（Greenhouse gas intensity，GHGI）計(jì)算公式[43]：

式中：Y為該處理單位面積平均產(chǎn)量，kg·hm-2，是綜合評(píng)價(jià)試驗(yàn)各處理溫室效應(yīng)的指標(biāo)[45]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理和圖表繪制在Microsoft Excel 2010下進(jìn)行，采用SPSS24.0軟件和Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，采用最小顯著差法（LSD）進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 廂作免耕栽培下生態(tài)種養(yǎng)對(duì)稻田CH4排放的影響

2.1.1 早稻季CH4排放量

由圖1可知，早稻廂作免耕和平作翻耕的6個(gè)處理CH4排放通量均表現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，且在分蘗末期至孕穗期的稻田CH4排放量最多，占水稻生育期排放總量的41.51%～74.22%，孕穗-齊穗期占13.20%～27.43%，返青期-分蘗末期占8.35%～19.40%；齊穗-成熟期排放量最小。返青期-分蘗末期CH4排放通量，廂作免耕RD、CK、RF處理相比平作翻耕RD、CK、RF處理均有減少，降幅分別為13.40%、20.20%、52.40%，其中W-RF與F-RF處理達(dá)到顯著差異。分蘗末期-孕穗期CH4排放通量，除RD處理外，廂作免耕CK、RF處理相比平作翻耕的CK、RF處理均有減少，且達(dá)到顯著差異，降幅分別為19.64%、46.85%。孕穗期-齊穗期廂作免耕的RD、CK、RF處理的CH4排放通量相比平作翻耕各處理均顯著降低，降幅分別為44.61%、38.15%、57.71%。齊穗期-成熟期廂作免耕的RD、CK、RF處理的CH4排放通量相比平作翻耕各處理均有所降低；其中W-RD處理的CH4排放通量最小，為18.22 kg·hm-2，相比F-RD處理降幅最大，降幅為71.08%。

2.1.2 晚稻季CH4排放量

由圖2可以看出，晚稻廂作免耕和平作翻耕的6個(gè)處理CH4排放通量均表現(xiàn)為前高后低的趨勢(shì)，且在返青期-分蘗末期階段的稻田CH4排放量最多，占整個(gè)生育階段排放總量的23.90%～48.91%；其次是分蘗末期-孕穗期階段，占21.93%～33.44%；然后是孕穗期-齊穗期，占17.47%～35.41%；齊穗期-成熟期排放量最小。除孕穗期-齊穗期外其他3個(gè)時(shí)期，WRD、W-CK、W-RF處理CH4排放通量較F-RD、FCK、F-RF處理均顯著降低，其中返青期-分蘗末期階段降幅分別為16.37%、24.30%、46.29%，分蘗末期-孕穗期階段降幅分別為27.49%、64.08%、21.50%，齊穗期-成熟期階段降幅分別為62.73%、67.92%、35.68%。孕穗期-齊穗期廂作免耕CH4排放通量除RF處理外，RD、CK處理相比平作翻耕的RD、CK處理均有降低，降幅分別為12.19%、25.93%，其中W-CK與F-CK處理的CH4排放通量差異顯著。

2.2 廂作免耕栽培下生態(tài)種養(yǎng)對(duì)稻田N2O排放的影響

2.2.1 早稻季N2O排放量

由圖3可知，早稻季N2O排放通量整體表現(xiàn)為前高后低的趨勢(shì)，在返青期-分蘗末期階段的稻田N2O排放量最多，占整個(gè)生育階段排放總量的24.3%～52.21%，其次是分蘗末期-孕穗期階段，占17.99%～47.96%；然后是孕穗期-齊穗期，占6.55%～42.96%；齊穗期-成熟期排放量最小。CK處理在返青期-齊穗期廂作免耕稻田N2O排放量均較平作翻耕增加，其中以分蘗末期-孕穗期階段增幅最高，達(dá)472.60%，在齊穗期-成熟期階段廂作免耕稻田N2O排放量較平作翻耕降低，降幅為39.67%。RD處理在返青期-分蘗末期階段與分蘗末期-孕穗期階段廂作免耕稻田N2O排放量較平作翻耕降低，降幅分別為15.69%、7.16%，在孕穗期-齊穗期與齊穗期-成熟期廂作免耕稻田N2O排放量較平作翻耕增加，增幅分別為31.13%、24.39%。RF處理在返青期-分蘗末期階段與分蘗末期-孕穗期階段廂作免耕稻田N2O排放量較平作翻耕降低，降幅分別為14.13%、1.76%，在孕穗期-齊穗期與齊穗期-成熟期廂作免耕稻田N2O排放量較平作翻耕增加，增幅分別為738.18%、101.02%。

2.2.2 晚稻季N2O排放量

由圖4可知，晚稻的6個(gè)處理N2O排放通量均表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(shì)，且在分蘗末期-孕穗期階段的稻田N2O排放量最多，占整個(gè)生育階段排放總量的22.91%～60.60%；其次是孕穗期-齊穗期，占18.38%～38.36%；然后是齊穗期-成熟期，占9.61%～32.44%；返青期-分蘗末期排放量最小。CK處理在水稻各生長(zhǎng)發(fā)育階段廂作免耕稻田N2O排放量較平作翻耕均顯著增加，其中以齊穗期-成熟期階段增幅最高，達(dá)327.51%。RD處理在返青期-分蘗末期階段廂作免耕稻田N2O排放量較平作翻耕顯著降低，降幅為40.23%，在分蘗末期-孕穗期階段、孕穗期-齊穗期階段、齊穗期-成熟期階段廂作免耕稻田N2O排放量均較平作翻耕增加，增幅分別為188.65%、58.42%、53.62%，在分蘗末期-孕穗期階段差異顯著。RF處理在返青期-分蘗末期階段與分蘗末期-孕穗期階段廂作免耕稻田N2O排放量較平作翻耕顯著增加，增幅分別為49.93%、213.77%，在孕穗期-齊穗期與齊穗期-成熟期廂作免耕稻田N2O排放量較平作翻耕顯著降低，降幅分別為36.71%、45.37%。

2.3 廂作免耕栽培下生態(tài)種養(yǎng)的溫室效應(yīng)分析

2.3.1 不同處理對(duì)早稻產(chǎn)量和溫室氣體排放的影響

不同處理對(duì)早稻產(chǎn)量和溫室氣體排放的影響見(jiàn)表1，早稻CH4累積排放量以F-RF處理最高，為484.82 kg·hm-2，W-RF處理最低，為248.80 kg·hm-2；W-CK、W-RF處理較F-CK、F-RF處理顯著降低，分別降低了32.58%、48.68%。早稻N2O累積排放量以W-CK處理最高，為3.01 kg·hm-2，F(xiàn)-CK處理最低，為1.40 kg·hm-2；W-CK、W-RF處理較F-CK、F-RF處理顯著增加，分別增加了115.0%、50.98%。從各個(gè)處理CH4和N2O的綜合GWP可看出，CH4排放占GWP的91.84%～97.31%，是GWP的主要貢獻(xiàn)者；各處理綜合GWP大小排列為W-RD＞F-RF＞F-CK＞F-RD＞W(wǎng)-CK＞W(wǎng)-RF，其中W-CK、W-RF處理顯著低于F-CK、FRF處理。GHGI大小排列為W-RD＞F-RD＞F-RF＞FCK＞W(wǎng)-CK＞W(wǎng)-RF，其中W-CK、W-RF處理顯著低于F-CK、F-RF處理。早稻產(chǎn)量大小排列為F-RF＞FCK＞W(wǎng)-RD＞W(wǎng)-CK＞W(wǎng)-RF＞F-RD，其中W-RF處理顯著低于F-RF處理。早稻W(wǎng)-RD處理與F-RD處理之間的CH4累積排放量、N2O累積排放量、GWP、水稻產(chǎn)量及GHGI均無(wú)顯著差異。

2.3.2 不同處理對(duì)晚稻產(chǎn)量和溫室氣體排放的影響

由表2可知，晚稻CH4累積排放量表現(xiàn)為F-CK＞F-RF＞F-RD＞W(wǎng)-RF＞W(wǎng)-CK＞W(wǎng)-RD；廂作的W-RD、W-CK、W-RF處理CH4排放通量較對(duì)應(yīng)平作的FRD、F-CK、F-RF處理，分別減少了25.24%、44.10%、30.64%，均達(dá)到顯著性差異。晚稻N2O累積排放量以W-CK處理最高，為4.84 kg·hm-2，F(xiàn)-RD處理最低，為0.82 kg·hm-2；W-RD、W-CK、W-RF處理N2O累積排放量與對(duì)應(yīng)的F-RD、F-CK、F-RF處理相比，分別增加了85.37%、164.48%、28.83%，均達(dá)到顯著性差異。從各個(gè)處理CH4和N2O的綜合GWP可看出，早稻CH4占GWP的78.33%～96.43%，是GWP的主要貢獻(xiàn)者；各處理綜合GWP大小排列為F-CK＞F-RF＞F-RD＞W(wǎng)-CK＞W(wǎng)-RF＞W(wǎng)-RD，W-RD、W-CK、W-RF處理的綜合GWP較對(duì)應(yīng)的F-RD、F-CK、F-RF處理，分別減少了21.26%、32.57%、28.14%，均達(dá)到顯著性差異；GHGI表現(xiàn)為F-CK＞F-RD＞F-RF＞W(wǎng)-CK＞W(wǎng)-RD＞W(wǎng)RF，W-RD、W-CK、W-RF處理的綜合GHGI較對(duì)應(yīng)的F-RD、F-CK、F-RF處理，分別減少了35.73%、46.66%、38.67%，均達(dá)到顯著性差異。晚稻產(chǎn)量表現(xiàn)為W-RF＞W(wǎng)-RD＞F-RF＞W(wǎng)-CK＞F-RD＞F-CK，廂作產(chǎn)量整體高于平作；W-RD、W-CK、W-RF處理的產(chǎn)量較對(duì)應(yīng)的F-RD、F-CK、F-RF處理，分別增加了22.24%、26.35%、16.54%，均達(dá)到顯著性差異。

2.3.3 雙季稻稻田總溫室氣體排放

從表3的各個(gè)處理CH4和N2O排放的CO2當(dāng)量可看出，所有處理中CH4是總GWP的主要貢獻(xiàn)者，占總GWP的86.74%～96.83%。N2O排放的CO2當(dāng)量以W-CK處理的最高，對(duì)兩者總GWP的貢獻(xiàn)為13.26%，顯著高于其他處理。雙季稻稻田總CH4的CO2當(dāng)量大小排列為F-CK＞F-RF＞W(wǎng)-RD＞F-RD＞W(wǎng)-CK＞W(wǎng)RF，W-CK、W-RF處理較F-CK、F-RF處理顯著降低，分別降低了37.01%、43.01%。雙季稻稻田總N2O的CO2當(dāng)量大小排列為W-CK＞W(wǎng)-RF＞W(wǎng)-RD＞F-CK＞F-RD＞F-RF，平作翻耕的F-RD、F-CK、F-RF處理N2O的CO2當(dāng)量與對(duì)應(yīng)廂作免耕的W-RD、W-CK、WRF處理比較均顯著降低，分別減少了19.24%、58.94%、29.42%。總GWP大小排列為F-CK＞F-RF＞W(wǎng)-RD＞F-RD＞W(wǎng)-CK＞W(wǎng)-RF，W-CK、W-RF處理較F-CK、F-RF處理顯著降低，分別降低了30.14%、40.32%。水稻總產(chǎn)量大小排列為W-RF＞F-RF＞W(wǎng)RD＞W(wǎng)-CK＞F-CK＞F-RD，廂作的W-RD、W-CK、WRF處理總產(chǎn)量分別較對(duì)應(yīng)平作的F-RD、F-CK、F-RF處理，增加了14.32%、8.56%、1.21%。不同處理總GHGI大小排列為F-CK＞F-RD＞F-RF＞W(wǎng)-RD＞W(wǎng)-CK＞W(wǎng)-RF，W-CK、W-RF處理較F-CK、F-RF處理顯著降低，分別降低了34.65%、37.93%。

表1不同處理對(duì)早稻產(chǎn)量和溫室氣體排放的影響Table 1 Effects of different treatments on early rice yield and greenhouse gas emissions

表2不同處理對(duì)晚稻產(chǎn)量和溫室氣體排放的影響Table 2 Effectsof different treatments on late rice yield and greenhouse gas emissions

表3不同處理對(duì)雙季稻稻田溫室效應(yīng)的影響Table 3 Effects of different treatments on annual greenhouse effect of rice field

3 討論

3.1 廂作免耕栽培下稻鴨和稻魚(yú)共生雙季稻田CH4排放的影響

耕作方式能夠通過(guò)影響土壤結(jié)構(gòu)、肥力水平和生化反應(yīng)強(qiáng)度等直接或間接地對(duì)稻田N2O和CH4排放量產(chǎn)生影響[46]。然而有關(guān)耕作方式對(duì)稻田CH4排放量多少的結(jié)論卻并不一致，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，少耕或免耕較翻耕可保持相對(duì)穩(wěn)定的土壤結(jié)構(gòu)，避免了翻耕對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的破壞而導(dǎo)致土壤CH4氧化程度的降低，進(jìn)而降低土壤CH4匯集強(qiáng)度，起到減少稻田CH4排放的作用[47-49]。本研究結(jié)果表明，常規(guī)廂作免耕以及養(yǎng)鴨、養(yǎng)魚(yú)模式下CH4累積排放量整體均低于常規(guī)平作翻耕、養(yǎng)鴨和養(yǎng)魚(yú)模式，主要原因一方面可能是稻田整理成一條條廂面和廂溝后，廂溝淹水，廂面保持干濕交替的狀態(tài)，有利于土壤與大氣的交換，進(jìn)而使土壤氧化還原電位得到提高，破壞甲烷菌的生存條件，使甲烷的形成和排放得到抑制[50]，另一方面可能是廂作免耕通過(guò)鴨、魚(yú)的活動(dòng)，能夠降低土壤容重和緊實(shí)度，增加土壤孔隙度，從而改善土壤結(jié)構(gòu)，使得土壤透氣性得到改善，對(duì)CH4也起到減排作用。同時(shí)鴨和魚(yú)在稻田不間斷的活動(dòng)，能夠擾動(dòng)土壤和水體，提高土壤氧化還原和生化反應(yīng)強(qiáng)度，豐富有氧微生物群落，進(jìn)而加快產(chǎn)生降解CH4菌。陳建[51]和盧廷超等[52]的研究結(jié)果也表明，免耕處理稻田CH4排放通量低于常規(guī)耕作處理。

本研究結(jié)果表明，晚稻的CH4累積排放量低于早稻，可能是由于早稻前的冬閑期稻田長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)淹水，早稻季生育早期的CH4排放顯著增加，且南方上半年雨水豐沛，水稻在生育后期持續(xù)淹水，使稻田處于有利CH4產(chǎn)生的極端厭氧環(huán)境，而晚稻生育階段降雨整體較早稻減少，稻田土壤通透性增大，抑制了產(chǎn)CH4菌的活性，從而減少了晚稻季CH4排放[53]。

3.2 廂作免耕栽培下稻鴨和稻魚(yú)共生雙季稻田N2O排放的影響

本研究結(jié)果表明，早晚稻廂作免耕處理N2O排放量整體高于平作翻耕。免耕或少耕較傳統(tǒng)翻耕下N2O排放量高低的結(jié)論不一致，有些學(xué)者認(rèn)為，免耕促進(jìn)土壤N2O排放[54]；其他學(xué)者認(rèn)為，免耕能夠降低土壤N2O的排放量[55]，還有些學(xué)者認(rèn)為，不同耕作方式下N2O排放量差異不明顯[56]。諸多學(xué)者得出以上矛盾結(jié)果主要與N2O排放量不確定性有很大關(guān)系。

廂作免耕和平作翻耕下養(yǎng)鴨、養(yǎng)魚(yú)模式N2O排放規(guī)律有所不同，多位學(xué)者研究認(rèn)為稻鴨共作增加了稻田N2O排放，這與本研究中F-RD處理結(jié)果相同，WRD處理結(jié)果相反。許國(guó)春等[28]認(rèn)為，稻鴨共作的全生育期稻田N2O排放量比常規(guī)稻作高5.88%～12.46%；展茗等[40]研究指出，稻鴨共作稻田N2O排放量比常規(guī)稻作顯著增加了10%。盛鋒[57]研究表明，與常規(guī)稻作處理相比，稻鴨共作處理N2O排放量提高6.1～15.5倍，差異顯著。稻鴨共作增加了稻田N2O排放，一是稻鴨共作稻田水層深度較淺，鴨子的活動(dòng)攪動(dòng)土層和水層，增加了土壤與大氣交換的頻率，從而使土壤的氧化還原狀況得到改善，導(dǎo)致增加N2O釋放[58]；二是在稻鴨共作階段，一只鴨子的排泄物約10 kg，相當(dāng)于純N 47 g、純P 70 g，因此鴨子的排泄物可以為硝化和反硝化作用提供反應(yīng)底物，能促進(jìn)N2O的排放[59]。李成芳等[60]研究表明，在水稻全生育期間，稻魚(yú)共生的稻田N2O排放量較常規(guī)稻作降低6.9%；袁偉玲等[39]兩年試驗(yàn)表明，稻魚(yú)共生的稻田整個(gè)生育期N2O年排放通量相比于常規(guī)稻作減少了8%；Bhattacharyya等[61]研究表明，與常規(guī)稻作相比，稻-鯪魚(yú)共作可降低N2O排放量9%。以上學(xué)者通過(guò)研究認(rèn)為稻魚(yú)共作能使稻田N2O排放量降低，與本研究結(jié)果相同。稻魚(yú)共作能使稻田N2O排放量降低的原因可能是：與常規(guī)稻作相比，稻田養(yǎng)魚(yú)為滿足魚(yú)的生存需要較深的水層，魚(yú)的活動(dòng)攪渾了田面水，抑制了水體藻類(lèi)的光合作用，同時(shí)魚(yú)的呼吸作用消耗氧氣，降低了溶氧量，使得水層-土壤界面呈還原狀態(tài)，因此減少了N2O的排放。

有研究認(rèn)為，稻田N2O排放與硝化和反硝化反應(yīng)有著密切的關(guān)系，而以上生化反應(yīng)又受肥料用量、灌溉用水、土壤溫度、土壤微生物等多種因素的影響[38]，從而致使不同措施下稻田N2O排放并無(wú)明顯的規(guī)律；也有學(xué)者認(rèn)為，不同耕作方式下稻田N2O排放量的多少主要表現(xiàn)在長(zhǎng)時(shí)間尺度上，短期試驗(yàn)研究所得出的結(jié)論并不具有充分的代表性[62]。因此，不同耕作方式耦合養(yǎng)鴨、養(yǎng)魚(yú)下稻田N2O的長(zhǎng)期定位研究是十分必要的，其潛在溫室效應(yīng)也不能完全忽略。

3.3 廂作免耕栽培下稻鴨和稻魚(yú)共生的稻田溫室效應(yīng)

不同溫室氣體對(duì)氣候系統(tǒng)的潛在效應(yīng)可用GWP來(lái)估計(jì)[36]。稻田綜合種養(yǎng)模式中飼養(yǎng)動(dòng)物的生活習(xí)性及其不間斷活動(dòng)可改變稻田生態(tài)系統(tǒng)的土壤結(jié)構(gòu)、肥力水平、水體環(huán)境、生物多樣性以及C、N等物質(zhì)循環(huán)，使得稻田CH4和N2O的排放通量發(fā)生改變[63]。因此，廂作免耕下養(yǎng)鴨、養(yǎng)魚(yú)的種養(yǎng)系統(tǒng)對(duì)溫室效應(yīng)的影響需從GWP的綜合效應(yīng)來(lái)進(jìn)行全面評(píng)估。有研究認(rèn)為，稻鴨共生能夠減緩GWP，稻鴨共生系統(tǒng)中CH4排放占GWP的85%以上，較常規(guī)水稻單作顯著降低CH4排放量[64]。本研究結(jié)果表明廂作免耕各處理均較平作翻耕的產(chǎn)量提高，與梅佐有[65]的研究結(jié)果相同，其增產(chǎn)原因可能是廂作免耕有提高土溫和土壤晝夜溫差、改善田間小氣候和土壤理化性狀等優(yōu)勢(shì)，能夠有效控制無(wú)效分蘗的產(chǎn)生，促進(jìn)根系生長(zhǎng)，有利于高產(chǎn)群體構(gòu)建，達(dá)到增產(chǎn)效果。本研究結(jié)果表明W-RF和F-RF處理的產(chǎn)量顯著高于其他處理，與劉貴斌[66]和谷婕等[67]研究結(jié)果相同，增產(chǎn)原因可能是稻魚(yú)共生模式為水稻的生長(zhǎng)提供了適宜的環(huán)境（溫度、水），保證了水稻的有效穗數(shù)，延長(zhǎng)了灌漿時(shí)間。本研究結(jié)果表明，廂作免耕總GWP和總GHGI整體均低于平作翻耕，其中總GWP廂作免耕下W-RF處理最低，平作翻耕為F-RD最低，廂作免耕和平作翻耕的總GHGI均以RF處理最低。廂作免耕養(yǎng)鴨和養(yǎng)魚(yú)的早晚季稻田總增溫潛勢(shì)和溫室氣體排放強(qiáng)度低于平作翻耕，主要是鴨子和魚(yú)在稻田頻繁活動(dòng)，對(duì)植株、土壤和水體起到擾動(dòng)，利于水稻透風(fēng)透光，增強(qiáng)土壤通氣性及水體流動(dòng)，降低土壤和水體表層pH和溫度，提高Eh[68]，鴨子和魚(yú)可取食稻田雜草、綠藻、浮游動(dòng)植物等，增加土壤和水體溶解氧濃度，降低水體發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)，稻田土壤和水體的生態(tài)環(huán)境得到改善[69]，從而使得厭氧菌的數(shù)量和繁殖速率得到控制，并且甲烷氧化菌的活性得到提高[37]。另外廂作免耕開(kāi)挖的廂溝便于魚(yú)和鴨的生長(zhǎng)，可實(shí)現(xiàn)廂面保持干濕交替的狀態(tài)，提高土壤含氧量和氧化還原電位，有利于抑制產(chǎn)甲烷菌的活性，提高甲烷氧化菌活性，減少稻田CH4的排放量，同時(shí)改善土壤硝化和反硝化反應(yīng)的生化環(huán)境，抑制稻田N2O的排放，從而降低CH4和N2O雙季稻總增溫潛勢(shì)和排放強(qiáng)度[5]。然而，由于免耕、稻鴨、稻魚(yú)共生均能顯著影響土壤固碳的能力，并且稻田CH4和N2O排放量受到溫度、水分、田間管理措施等因素的影響，因此長(zhǎng)期開(kāi)展廂作免耕下養(yǎng)鴨、養(yǎng)魚(yú)的全球增溫潛勢(shì)效應(yīng)和溫室氣體排放強(qiáng)度的研究是十分必要的。

4 結(jié)論

（1）早稻和晚稻CH4累積排放量分別在分蘗末期-孕穗期和返青期-分蘗末期達(dá)到最高，其中早稻CH4排放量占雙季稻稻田總排放量的61.60%～77.00%，N2O累積排放量均在分蘗末期-孕穗期階段排放最多。

（2）廂作免耕雙季稻稻田總CH4排放的CO2當(dāng)量整體低于平作翻耕，廂作免耕各處理雙季稻稻田總N2O排放的CO2當(dāng)量均顯著高于平作翻耕各處理。

（3）雙季稻中廂作免耕養(yǎng)魚(yú)模式（W-RF）的雙季稻稻田總?cè)蛟鰷貪搫?shì)和溫室氣體排放強(qiáng)度均最低，同時(shí)早稻和晚稻的產(chǎn)量均最高，因此，廂作免耕養(yǎng)魚(yú)模式（W-RF）在保證水稻產(chǎn)量穩(wěn)定的前提下，還可降低全球增溫潛勢(shì)和稻田溫室氣體排放強(qiáng)度。