谢燕　廖晓兰

摘要：稻田是甲烷（CH4）的重要排放源，中国是世界上水稻种植面积最大的国家之一。从品种、耕作方式、种植方式、施肥、改良剂及灌溉6个方面综述了中国稻田管理对CH4排放的影响，以供致力于从事相关研究的工作者参考。

关键词：稻田；甲烷（CH4）排放；管理措施

中图分类号：X16；S36；S511 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）22-5337-05

气候变暖早已成为全球关注的焦点，甲烷（CH4）被认为是最重要的温室气体之一，IPPC第四次报告[1]指出已观测到的CH4浓度的变化很可能主要是由于农业和化石燃料的使用。有研究分析，中国农业活动产生的CH4占全国CH4排放量的50.15%[2]，CH4对全球的增温贡献率达到了14.3%[1]， 稻田是CH4的重要排放源。据国家统计局的数据显示，当前中国水稻种植面积3.1×107 hm2[5]，是世界上水稻种植面积最大的国家之一。中国关于稻田CH4排放的研究综述有很多，以往都只针对水分管理、施肥管理等方面进行讨论，未见有对稻田管理措施进行综合论述的。本文查阅近15年的文献资料，结合水稻品种、耕作方式、种植方式、施肥、改良剂和灌溉6个方面综述了稻田管理对CH4排放的影响，以供致力于从事相关研究的工作者参考。

1 品种

水稻品种的选择能对稻田的CH4排放和水稻的产量产生一定影响，不同水稻品种的CH4排放量存在显著差异[4]，随着水稻产量的不断提高，稻田CH4排放通量呈逐渐减小趋势[5，6]。段彬伍等[7]对早稻、中稻、晚稻稻田的CH4进行24 h监测，发现除连作晚稻的杂交稻田比常规稻田高11.6%外，早稻杂交稻、单季杂交稻（中稻）田分别低于常规稻田6.4%和8.9%。傅志强等[8]利用大田试验研究不同水稻品种对稻田CH4排放通量的影响，证实超级稻CH4排放量低于常规稻和杂交稻，杂交稻CH4排放量低于常规稻。马永跃等[9]也对常规稻与超级稻的CH4排放量进行了分析，发现在整个水稻种植期，超级稻稻田平均CH4排放通量比常规稻稻田约减少3.6%。造成上述结果的原因可能是产量大的水稻品种把更多的碳固定在水稻植株中，从而减少了CH4的排放，所以出于综合经济效益与环境因素考虑，在播种时可以选择超级稻和杂交稻品种，这样既能减少稻田CH4排放又能提高产量。

2 耕作方式

稻田中CH4的排放不仅依赖于水稻品种，耕作方式也起到一定的影响，免耕或减少耕作强度在一定程度上都能降低稻田的CH4排放量[10-12]。代光照等[10]对鄂东南稻田进行了免耕不施肥、翻耕不施肥、免耕施肥和翻耕施肥4种处理，发现与翻耕施肥相比，免耕施肥确实降低了CH4的排放量。郑土英等[12]通过对稻田实行免耕与常耕两种耕作方式进行研究，发现在水稻全生育期实行免耕的稻田CH4排放量比常耕减少32.35%。肖小平等[13]在稻田免耕、翻耕、旋耕试验中证实免耕还田能降低CH4排放速率，但翻耕还田和旋耕还田的CH4排放速率无明显差异。以上试验都证实减少稻田耕作能减少CH4排放。降低土壤耕作强度，免耕或者以浅旋耕代替深翻耕，可将更多的碳累积于农田土壤碳库中，减少耕作对土壤的扰动，在一定程度上减少稻田CH4排放[11，14] 。所以在水稻耕作管理中可以通过适当减少稻田土壤的耕作强度，以达到减少CH4排放的目的。

3 种植方式

育苗、插秧等种植方式分别对稻田CH4排放存在不同影响，例如降低栽插密度减少了稻田CH4的排放，但产量不仅没有受到影响，甚至还略有提高[6]。刘树伟等[15]研究发现相对于常规的水育秧，旱育秧方式不仅显著降低CH4排放，还提高了秧苗素质和生长性状。张岳芳等[16]对人工和机器插秧下CH4排放进行了田间观测，结果表明，与人工手插水稻相比，机插水稻增加了14%的CH4排放量。傅志强等[17]对直播和移栽水稻的稻田CH4排放通量进行分析发现，水稻全生育期CH4排放通量与水稻根系活力之间呈正相关，直播稻根系活力强于移栽稻，大田生长期直播稻CH4季节排放总量大于移栽稻，且差异显著。但在印度Pathak等[18]也做了类似试验，结果却截然相反，他们发现连续2年直播稻的CH4排放量都小于移栽稻。造成上述试验结论不一致的原因，还有待进一步研究查证。王玉英等[19]检测了水稻强化栽培体系的CH4排放通量，结果表明，强化栽培比常规栽培CH4排放总量明显降低了3.0%～28.7%；此外还发现强化覆膜栽培CH4排放通量比强化无膜栽培低，这可能与强化覆膜栽培使地温升高有关，因为研究证实稻田5 cm深处地温与CH4排放通量呈显著正相关。韩广轩等[20]在冬水田采用常规栽培与强化栽培两种方式进行水稻种植，结果表明强化栽培稻田CH4平均排放通量比常规栽培稻田低19.0%，且强化栽培稻田水稻产量比常规栽培稻田高40.0%。种植水稻时，可以根据实际情况与经济效益适当降低栽插密度，采取旱育苗、强化栽培等方式，这不仅有利于提高水稻的产量，也有利于减少温室气体CH4的排放。

4 施肥

水稻田的施肥主要分为有机肥和化肥，有机肥包括秸秆、人猪粪便、沼渣等，无机肥料包括氮肥、钾肥、磷肥等，研究[10，14]表明施肥显著提高了稻田CH4的排放。

4.1 秸秆还田

秸秆还田方式可大大促进CH4的排放，其中在水稻全生育期内，稻秆还田处理的CH4排放总量为稻秆不还田处理的1.4倍[21]。熊靖等[22]对5块试验田分别进行不同处理，结果表明，秸秆还田比秸秆未还田处理的试验田的CH4排放量高92%～99%。刘金剑等[23]早前也对湖南红壤晚稻田做过类似试验，结果表明秸秆区CH4平均排放通量和累积排放量较大。侯晓丽等[24]研究发现秸秆直接还田产生的CH4最多，秸秆原位焚烧产生的CH4最少。张广斌等[25]的试验也表明，水稻生长期淹水田中CH4平均排放通量施秸秆处理显著高于不施秸秆处理。朱波等[26]观测了尿素、黑麦草鲜草翻压还田、半量尿素与半量黑麦草鲜草混施和对照4个处理稻田的CH4排放，试验结果表明，黑麦草鲜草翻压还田CH4排放通量分别比空白增加了371%，比只施氮肥增加了151%，他们初步推断是黑麦草翻压还田改变了双季稻系统中CH4排放规律，促进了稻田CH4排放。唐海明等[27]研究了不同覆盖作物残茬还田对稻田CH4排放的影响，结果发现冬季覆盖作物还田明显提高了稻田的CH4排放量。徐华等[28]认为，土壤冬作季节前施用稻草对温室效应的贡献小于水稻移栽前施用稻草，与冬作季节前施用稻草相比，水稻移栽前施用稻草的CH4排放量增加了3.04倍和7.12倍。可见，秸秆直接还田增加了稻田CH4的排放量，应尽量减少秸秆还田，也可在冬季作物季节前施用秸秆，或将秸秆原位焚烧，以达到减少稻田CH4排放的目的。

4.2 粪肥沼渣还田

秸秆还田是促进了稻田的CH4排放，粪肥还田也对CH4的排放产生一定影响，与单施化肥和不施肥相比，有机肥的施用能明显增加CH4的排放量[29]。邹建文等[30]以麦茬稻田为对象，研究不同基肥施用对稻田CH4排放影响，发现施用菜饼处理（菜饼+化肥）和秸秆处理（小麦秸秆+化肥）的稻田CH4的排放最高，其次是牛厩肥处理（牛厩肥+化肥）和化肥，施用猪厩肥处理（猪厩肥+化肥）则略降低CH4排放。陈苇等[31]对早晚稻设置了一致的3个处理：尿素、尿素加猪粪、尿素加沼气渣，研究结果表明猪粪和沼气渣的施用分别提高稻田的CH4排放量22.14%和4.40%，猪粪的施用显著提高了稻田的CH4排放量。

施用腐熟后的菌渣和沼渣，代替新鲜的稻草和牛粪还田，不仅不会对水稻产量造成影响，还降低了稻田CH4排放量的60%[32]。李波等[33]对水稻生长期内不同有机、无机肥配施双季稻田CH4排放通量进行观测，发现猪粪堆肥（猪粪堆肥代替20%化学氮肥）和沼渣沼液处理（沼渣沼液肥代替20%化学氮肥）的CH4全年累积排放量比猪粪处理（猪粪肥代替20%化学氮肥）降低了45.5%、42.8%，并与无肥、无氮、纯化肥处理之间无显著性差异，可见猪粪经过发酵或堆制比新鲜猪粪直接施用效果好。秦晓波等[34]早前也做了类似研究发现，同施用稻草相比，施用经过发酵处理猪粪的稻田CH4排放较少。为了保持或增加土壤肥力和水稻产量，用经过发酵处理的粪肥代替未经处理的粪肥和秸秆进行还田，也是减少稻田CH4排放量的可行性措施。

4.3 化肥施用

大量研究[23，24，33，34]表明，稻田单施化肥的CH4排放量显著低于加施和单施有机肥的排放量。施用化肥提高了水稻植株的输送能力，进而增加晚稻田CH4排放，与不施氮处理相比，施氮肥提高稻田CH4排放通量2.73倍至3.26倍[12]。刘树伟等[15]在育苗试验中发现，与施有机氮肥相比，施用无机氮肥分别减少了常规水育秧CH4累计排放量的45.4%和旱育苗CH4累计排放量的222.7%。

曹云英等[6]发现稻田CH4排放通量以高氮处理最高，中氮处理次之，低氮处理最小。耿春伟等[35]的试验也表明，早稻期间，间歇灌溉无氮肥处理CH4累积排放量最低，随着施氮肥量的增加CH4累积排放量增加。石英尧等[36]以汕优63和安选6号2个水稻品种（组合）为材料，研究了氮肥施用量和节水栽培对稻田CH4排放量的影响，研究表明，随着氮肥施用量的增加，CH4排放量也增加。但焦燕、张广斌等的试验结论与上述试验结果相反，蔡祖聪等[37]认为水稻整个生长季节CH4排放量随施氮量增加而减少，呈高度负相关。焦燕等[38]选取3种不同土壤研究CH4季节性累积排放量发现，3种土壤的CH4排放量随氮肥施入量的增加，均表现为降低趋势。杨光明等[39]试验设置了低氮施肥处理和高氮施肥处理，两个处理的CH4季节性平均排放速率分别为（7.19±0.43） mg/（m2·h）和（6.04±0.31） mg/（m2·h），高氮处理的CH4季节性平均排放速率比低氮处理降低。张广斌等[40]通过田间和培养试验研究了不施尿素和施用尿素对水稻生长期稻田CH4排放通量的影响，研究表明，水稻全生育期内，施用尿素降低稻田CH4排放量。综上所述，各试验结论不相同，研究[38，40]表明CH4的排放受CH4产生潜力和氧化潜力的影响，而不同土壤的氨态氮含量的不同，且稻田CH4的排放量是受各因素综合作用决定的，具体原因还需进行深入研究。

5 改良剂

稻田中加入改良剂会使CH4的排放减少，例如铁炉渣就有效地减缓了稻田CH4排放。蒋米亮等[41]进行了铁炉渣对稻田CH4减排的相关试验，研究表明，炉渣可有效地减缓稻田CH4排放，并且随着铁炉渣施加浓度从2 mg/hm2增加到8 mg/hm2，铁炉渣的CH4减排效率逐渐增强，且对CH4排放峰值的减排效率尤为明显。王维奇等[42]也通过在铁炉渣施用样地设置不同梯度，证实铁炉渣的施加降低了CH4产生量和排放通量。从其两人的研究结果来看，铁炉渣是一种有效的CH4减排改良剂。另外，ALi等[43]在孟加拉农业大学农场进行的田间试验中发现，在连续和断续灌溉下，施用磷石膏和硅肥分别降低了稻田的季节性CH4排放通量25%～27%和32%～38%。可见在稻田中，施用铁炉渣等改良剂是减少稻田CH4排放量的可行性措施。

6 灌溉

稻田水分管理方式是决定整个稻田轮作周期内CH4排放变化的主要因素，稻田CH4排放主要集中在持续淹水的苗期和分蘖期，该时段CH4排放量占全生育期排放总量的78%[33]。蒋静艳等[44]通过对8个稻田土壤样品进行培养测定，证实稻田淹水处理显著促进了CH4的排放。稻田水位的深浅直接影响稻田无氧区域的大小，水位较深时CH4排放不是很明显，在水位由深变浅时往往会出现CH4排放的峰值，对稻田相关环境因素的分析表明，CH4排放通量与田间水层厚度呈正相关，高水位稻田CH4的排放量明显高于低水位稻田[45]。在淹水情况下，避免2 cm左右的低水位或采用间歇灌溉均可有效减少稻田CH4的排放[46]，因此在稻田灌溉时应避免低水位。

6.1 间歇灌溉

间歇灌溉是科学的灌溉方式，推广间歇灌溉可以减少单位面积稻田CH4排放的30%[2]。徐华等[47]综合考虑了烤田及重新淹水期间CH4排放量，发现烤田使种稻土壤CH4排放量减少了17.70%～43.91%。梁巍等[48]的研究表明，间歇灌溉下稻田的CH4平均排放量比对照减少了32.5%。董红敏等[2]的研究也证实推广稻田间歇灌溉可减少单位面积稻田CH4排放的30%。耿春伟等[35]测定了不同水肥模式下早、晚稻在各生育时期CH4的排放通量，试验结果表明，早稻期间实行淹水灌溉的稻田CH4累积排放量明显高于间歇灌溉。荣湘明等[29]研究发现，间歇灌溉的稻田无论是CH4排放速率还是排放总量都大大低于正常灌溉。通过以上研究可知，干湿交替的水分管理方式是控制稻田CH4排放的有效方法，在水稻种植时以间歇灌溉取代淹水灌溉是减少CH4排放的有效措施。

6.2 水旱轮作

控制灌溉模式对稻田CH4排放的影响至关重要，与正常灌溉相比，节水栽培的CH4排放量大幅度降低[36]。彭世彰等[49]对稻田CH4的排放进行原位观测，结果表明，控制灌溉条件下的土壤脱水-复水过程对稻田CH4季节排放通量的影响非常明显，控制灌溉稻田CH4排放通量多低于常规灌溉稻田，排放总量较常规灌溉稻田减少81.2%～82.8%。魏朝富等[50]和江长胜等[51]一致认为中国冬水田采用半旱垄作或水旱轮作是减少CH4排放量的有效方法，水作稻田的CH4排放总量是旱作稻田的8倍至19倍，特别是盖草处理，水稻全生育期CH4的排放总量比水田减少了20倍[52]。水稻返青期覆膜旱作稻田的CH4含量比传统淹水灌溉低28.6%，水旱轮作稻田CH4排放通量比常规冬水田要低54.1%～65.1% [20，53]，水稻旱作使稻田的CH4排放量减少了84%[54]。刘芳等[55]对华南地区覆膜旱种稻田的CH4排放进行了监测分析，结果表明，常规水田的CH4累计排放通量为 20.38 g/m2，覆膜旱种稻田为 2.46 g/m2，水稻覆膜旱种后CH4排放量降低了88%。江长胜等[51]通过对冬灌田采用水旱轮作制后发现，稻-麦轮作和稻-油轮作全年CH4排放量分别为常年冬灌田CH4排放量的43.8%和40.6%，说明冬灌田采用水旱轮作处理后，水稻CH4排放速率均有大幅度的下降。可见水稻种植过程中控制灌溉模式，采用水旱轮作是减低稻田中CH4排放的有效方式。

7 展望

前人的研究结果表明：①不同水稻品种CH4排放量存在显著差异，超级稻、杂交稻的CH4排放量低于常规稻。②减少耕作强度，免耕或以浅旋耕代替深翻耕在一定程度上减少了稻田CH4的排放。③旱育秧苗、人工插秧、强化栽培等措施都有效降低了稻田的CH4排放，但关于直播和移栽水稻的CH4排放的差异，试验结论则不一致，具体原因还有待进一步研究。④秸秆还田显著增加了CH4的排放量，但用腐熟的沼渣、菌渣和发酵后的猪粪肥代替新鲜的稻草和粪肥还田能缓解这种影响。⑤稻田中施用改良剂例如铁路渣、磷石膏等能不同程度地降低CH4的排放量，但是氮肥施用量的改变对稻田CH4排放的影响还需深入研究。⑥稻田采取间歇灌溉和水旱轮作有效降低了CH4的排放。

稻田中CH4的排放是综合作用的结果，在稻田管理中采取适当的管理措施可以有效地减低CH4的排放量。在不影响稻田产量的前提下，采取合理的管理措施，例如可尽量减少土地耕作，采用间歇灌溉和水旱轮作方式种植水稻，用腐熟后的菌渣、沼渣和发酵后的猪粪肥代替新鲜的稻草和粪肥还田，施以铁炉渣等作为改良剂，都能有效降低稻田CH4的排放。

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（责任编辑 潘 峰）