气候变暖是当今全球性的环境问题，氧化亚氮排放量的增加在其中起到了重要的加速效应，其100年尺度的增温潜势分别是二氧化碳的296倍，甲烷的13倍。随着世界人口的不断增加，粮食的需求量将逐年升高，其中，对稻谷需求量将从1994年的520 Tg增加到2025年的880 Tg，再到2050年的1000 Tg，随着人们对稻谷需求量的增加，相应的氧化亚氮排放量也将升高，这将会加速全球变暖。


在这种大的背景下，稻田氧化亚氮排放研究成为了当今研究的热点问题，包括水分管理、肥料施加、硝化与反硝化抑制剂、除草剂和杀虫剂等的应用，但对于栽培方式的选择报道较少。基于劳动力成本的核算，成本更低的栽培方式(如抛秧、机插和直播)的使用开始增加，这种趋势主要是从水稻的产量、成本和效益的角度去考虑，而未从其环境效应进行试验。本工作开展高产和低成本的栽培方式对稻田氧化亚氮排放的影响研究，为以上几种栽培方式的选择与稻田氧化亚氮的减排提供参考依据。


福州平原地处我国东南沿海，中亚热带和南亚热带过渡带，具有亚热带的代表性和典型性，以此样地为研究区域，利用Unisense微电极系统对于今后基于稻田氧化亚氮减排与水稻增产的栽培方式的选择与推广与示范具有重要意义。


1材料与方法


1.1研究区与采样点


研究区位于闽江河口区福州平原的南分支——乌龙江的北岸，属亚热带季风气候，年均气温为19.6℃，年均降水量为1 392.5 mm，蒸发量为1 413.7 mm，相对湿度为77.6%，地貌主要为冲海积平原，地表平坦，海拔3～5 m，零星分布剥蚀丘陵地貌。实验区(见图1)位于福建省农科院水稻所吴凤综合实验基地(26.1°N，119.3°E)内，该实验基地共有稻田7 hm2。土壤耕作层有机碳含量为18.11 g/kg，全氮1.28 g/kg，全磷1.07 g/kg。实验区内主要实行早稻—晚稻—蔬菜的轮作制度，本实验点的前茬作物为花菜。水稻栽培品种为江西省农科院研发的和盛10号，实验始于2011年8月初，至同年11月初收获结束，实验前对翻耕后的田地进行人工整平，以保持土壤的均一性，在同一块大田内共设置4个面积大小相等(长宽为4m×2m)的样地，样地之间分别用田埂互相隔开，以避免相邻样地间的干扰。在布置好的样地进行秧苗移栽：栽培方式选择抛秧(PY)、手插(SC)、直播(ZB)、机插(JC)4种方式。施用底肥为复合肥和尿素，水稻生长期基本处于淹水状态，水深约5～7 cm，水稻成熟时晒田。


1.2气体采集与分析方法


采用静态箱法-气相色谱法对稻田氧化亚氮季节通量进行测定。静态箱由顶箱和底座两部分组成，顶箱长宽高分别为0.3 m×0.3 m×1.0 m(顶端安装有小风扇并具温度计插孔)，侧面有抽气孔，底座长宽高分别为0.3 m×0.3 m×0.3 m(具有凹槽)，并在整个生长期内固定在样地内。


采样时间一般选在09：00～13：00，在约09：00和12：00各测定1次氧化亚氮通量，重复测定2次，使氧化亚氮通量更加接近于一天的平均值，提高数据的准确性。氧化亚氮通量的测定采用静态箱法直接测定，盖上顶箱后立刻用100 mL注射器抽取氧化亚氮气体70 mL，并打入气袋内，后每隔15 min再抽取1次样品，共抽取3次，在抽气过程中保持匀速，同时在底座凹槽内加水密封，防止静态箱内氧化亚氮气体外泄。与此同时，测定土壤理化特征与气象因子，用2265FS电导仪原位同步测定厚为0～10 cm土壤的温度、盐度，用Unisense公司生产的pH微电极、氧化还原电位微电极测定Eh和pH；用便携式气象测量仪记录采样时的气温。


氧化亚氮气体浓度由岛津(GC-2014)气相色谱仪测定。检测器为电子捕获检测器，检测条件为：柱温70℃，检测器温度320℃，载气流速70 mL/min。通过标准气体和待测气体的峰面积计算待测气体的浓度。


氧化亚氮气体排放通量采用下式计算：

式中，Q为气体排放通量(μg/(m2·h))；M为气体的摩尔质量(g/mol)；V为标准状态下1mol气体的体积(L/mol)；dc/dt为气体浓度变化率(μmol/(mol·h))；T为静态箱内温度(℃)；H为静态箱箱高(m)。

图1采样点位置图


1.3数据处理


数据处理主要采用Excel2003和SPSS17.0统计分析软件。用Excel2003对原始数据进行均值和标准偏差的计算，用SPSS17.0-Pearson分析氧化亚氮排放通量和环境影响因子间的相关性，显著性水平小于0.05表示两者呈显著相关，小于0.01表示两者间呈极显著相关。