2017, Vol. 38
2. 国家紫色土肥力与肥料效益监测基地, 重庆 400716
2. National Monitoring Station of Soil Fertility and Fertilizer Efficiency on Purple Soils, Chongqing 400716, China
气候变暖是当今国际社会普遍关注的全球性问题, 也是当今全球面临的重大挑战[1, 2]. CH4和N2O是大气中的重要温室气体, 与CO2相比, CH4和N2O含量占温室气体总量的比例相对较小, 但其对全球增温潜力相对较大, 增温效应仅次于CO2[3].在100 a时间尺度上, 单位质量的CH4和N2O的全球增温潜势(GWP)分别是CO2的28和265倍, 对温室效应的贡献率分别约占15%和5%[4~6].据估计, 大气中每年有15%~30%的CH4和80%~90%的N2O来源于土壤.大量研究表明, 稻田是大气CH4和N2O的重要来源[1, 7~11].
水稻是我国最主要的谷类作物之一, 其种植面积约占全世界的17.8%[3].因此, 中国地区水稻田CH4的排放对中国乃至世界CH4源的贡献都非常重要.水旱轮作是西南地区稻田重要的种植模式之一, 且在水旱轮作条件下稻田旱作季N2O的排放量远高于水稻生长季[12].地膜覆盖对土壤水分、温度、养分、生物性质和作物产量具有显著影响[13].目前, 国内外有不少关于地膜覆盖对旱地土壤温室气体(CO2、CH4和N2O)排放的影响研究的报道[14~16].然而, 为了减少早春低温和干旱的影响, 在西南地区有不少农民在栽种水稻时也使用地膜覆盖技术, 在水旱轮作方式下地膜覆盖对温室气体的排放产生影响的研究报道还较少.因此, 本试验以西南地区典型的水稻-油菜轮作系统为研究对象, 探讨地膜覆盖对农田生态系统CH4和N2O排放及其温室效应的影响, 以期为西南地区稻-油轮作下稻田温室气体的精确估算及合理减排措施的制定提供更多理论依据.
1 材料与方法 1.1 研究区域概况试验区设在西南大学农业部重庆紫色土生态环境重点野外科学观测试验站内, 该站位于西南大学试验农场, 位于东经106°26′, 北纬30°26′, 海拔230 m, 年平均温度与降雨量分别为18.3℃和1 150.4 mm, 主要降雨分布在5~9月, 年均日照为1 276.7 h, 年均无霜期为334 d.土壤为紫色砂泥岩母质上发育的中性紫色水稻土, 土壤的基本理化性质为：有机质23.51 g·kg-1, 总氮0.57 g·kg-1, 碱解氮78.61 mg·kg-1, 全磷521.91 mg·kg-1, 全钾8.40 g·kg-1, 有效磷8.39 mg·kg-1, 有效钾65.46 mg·kg-1, pH 6.83.试验期间当地的日平均气温和降雨量的季节变化见图 1.
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图 1 采样区日平均气温和降雨量的季节变化 Fig. 1 Seasonal changes of daily totals for precipitation and daily mean air temperature |
本试验共设覆膜与不覆膜两个处理, 每个处理设置成规格为5.2 m×2.5 m的单个小区, 各处理分别设置两个重复.试验前将小区内土壤深翻3遍, 并平整地块, 使样地耕层土壤尽可能均匀平整.试验时在各小区内平地起垄, 垄长2.5 m、垄宽0.8 m、高0.15 m, 垄间距0.3 m, 每小区内共有5条垄.其中, 覆膜处理选用1.2 m宽、0.005 mm厚的聚乙烯透明薄膜, 垄面上覆膜, 两边用泥土压实, 作物生育期和休闲期均全程覆膜(见图 2).试验观测从2014年5月16日起至2015年4月24日止. 2014年5月14日, 对试验田小区依次进行翻耕、施肥、覆膜、蓄水, 并在各小区内选择中间两垄上分别按“品”字型埋入3个长50 cm, 宽50 cm, 高20 cm的不锈钢底座(底座内于水稻季栽4窝水稻, 每窝2株; 油菜季栽2窝油菜, 每窝1株), 底座上端有深、宽各3 cm的密封水槽.在埋设底座时, 先将地膜铺好, 在埋放底座的位置将地膜留好褶皱并在四周挖好约20 cm深的细沟, 将底座小心压放在地膜上并在底座外四周用土壤压实, 同时底座中央在覆膜前也多堆放一定土, 待底座放好后, 隔着地膜将底座内土推平, 使底座与垄面齐平.在水稻(或油菜)种植后, 于覆膜破口处用适量土封住, 垄面地膜(含底座内)除每窝水稻留有十字小孔外, 均保持平整无损, 直到作物换茬时, 重新将小区内土壤翻耕, 并如以上方法重新敷设地膜. 2014年5月15日, 移栽长势均匀的水稻幼苗, 移栽行间距为25 cm×20 cm; 2014年8月21日, 收割水稻, 烤田, 进入休闲期. 2014年10月27日, 对稻田翻耕(稻茬留田)、施肥、覆膜以及安放底座, 覆膜和底座安放与移栽水稻时一致. 2014年10月28日, 移栽长势均匀的油菜幼苗, 移栽行间距为25 cm×30 cm; 2015年4月21日收割油菜.水稻和油菜季均以尿素作为氮肥、过磷酸钙为磷肥、氯化钾为钾肥, 3种肥料混合后作为底肥一次性均匀撒播, 施肥量设置为：纯氮200 kg·hm-2、P2O5为200 kg·hm-2、K2O为100 kg·hm-2.试验水稻品种为Y两优199, 油菜品种为圣光302, 均于北碚种子公司购买.
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图 2 2014~2015年稻-油轮作试验设计示意 Fig. 2 Experiment design map in rice-rapeseed rotation cropland during 2014-2015 |
本试验采用静态暗箱法采集CH4和N2O.用于气体采集的箱体均设计成分节组合式标准箱, 由顶箱、延长箱和底座组成.顶箱和延长箱均由不锈钢制成, 箱体尺寸均为50 cm×50 cm×50 cm, 箱体外覆白色棉被, 防止在太阳辐射下箱内温度升高.顶箱上部装有2个轴流扇, 用于混合箱内气体, 侧面安装有电源插头和气体样品采集口.采样时视作物生长情况适时增加延长箱, 将顶箱或延长箱罩在50 cm×50 cm×50 cm不锈钢底座上, 用水密封.采样频率为每周一次, 时间均为星期天(若遇恶劣天气, 则延迟采样), 每次采样时间控制在上午09:00~11:00进行.为了尽量减少扰动, 采样时通过特氟龙F46采气管线站在离水面40 cm高的固定木桥上进行, 在采样时同期测定采样开始时和结束时的箱外温度(离地面1.5 m处)、箱内温度(由JM624型便携式测温计测定)、地表温度(水稻季淹水期测定水面温度)和地下5 cm土壤温度.扣箱后立刻用60 mL的三通阀注射器采集第一次样品, 之后每隔10 min采集一次, 共采集4次样品, 采样后立即将样品带回实验室分析.
气体样品采用安捷伦GC-7890A气相色谱仪进行分析, CH4用FID检测器, N2O用ECD检测器, 具体分析方法及工作条件详见文献[17].标准气体由中国计量科学研究院提供(摩尔分数分别为CH4 10.3×10-6 mol·mol-1和N2O 407×10-9 mol·mol-1), 根据4个气样浓度随采样时间的变化率, 参照文献方法[18], 计算排放通量.通过内插累加法[详见公式(1)]求得全年CH4和N2O的季节排放总量, 从而求得平均排放量.
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式中, i、j代表第i、j次采样(i＜j); Fk为第k次采样时的排放通量, mg·(m2·h)-1; Aij代表第i次至第j次温室气体的累积排放量.
1.2.3 数据处理运用SPSS 19.0对各种数据进行统计分析.变量间气体通量、排放量、各温度以及GWP之间的差异显著性采用配对t检验分析.相关关系采用Pearson相关统计进行分析.除图 2外, 其余图形均为Origin 9.1所作.
2 结果与分析 2.1 CH4排放通量的季节排放特征图 3为覆膜和常规处理下农田水稻季、水稻休闲期、油菜季CH4排放通量的季节变化曲线.两种处理下CH4排放通量变化趋势基本一致, 除水稻休闲期外, 水稻季和油菜季均呈现出较为明显的季节变化差异.在水稻季, 两种处理CH4的排放都主要集中在水稻生长期, 尤其是在水稻抽穗扬花之前, 覆膜处理和常规处理的最大值分别为1.31mg·(m2·h)-1和1.48mg·(m2·h)-1, 差异不显著(P>0.05).覆膜处理的CH4排放通量呈多峰型排放, 峰值出现在分蘖期, 较常规处理延迟了7~15 d.进入水稻休闲期, CH4的排放速率显著下降, 其中除常规处理期间有一个明显的负排放峰值[-0.45 mg·(m2·h)-1]外, 其余时间段内波动较小, 而覆膜处理虽排放量下降, 但均呈现出正排放, 最大值为0.46 mg·(m2·h)-1, 两种处理差异显著(P＜0.05).油菜季与水稻季CH4的排放情况不同, 覆膜处理较常规处理提前达到最大排放通量.两种处理除幼苗期(移栽后2个月内)出现明显的季节波动外, 其余时间波动较小且CH4排放通量很低, 并且多次出现负值, 排放通量在-0.1~0.6 mg·(m2·h)-1之间, 呈现出排放-吸收交替现象.
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图 3 2014~2015年稻-油轮作CH4排放通量 Fig. 3 CH4 emission fluxes from rice-rapeseed rotation cropland during 2014-2015 |
图 4是整个观测时期内两种处理下N2O排放通量的季节变化曲线.从中可知, 两种曲线的变化趋势基本一致, 除休闲期外, 在水稻季和油菜季N2O的排放呈现出明显的季节变化差异.全年N2O的排放通量介于-46.1~2 040.7 μg·(m2·h)-1, 各作物季N2O的排放都主要集中在移栽后30 d以内, 最大排放通量均出现在施肥后2周左右, 且常规处理均高于覆膜处理, 休闲期基本无排放.由于覆膜阻隔了土壤N2O向大气的扩散, 导致其出峰延迟, 且峰值小于常规处理, 这在水稻季和油菜季都有明显呈现, 但覆膜改变了各生育期占整个生育期N2O排放量的比例.不同的是, 水稻季后期除在分蘖期有明显的N2O排放外, 其余时间段均呈较低的排放趋势; 而在油菜季后期则有明显的排放起伏.在水稻季, N2O的排放呈单峰型, 覆膜处理与常规处理同时具有最大通量值, 分别为747.9 μg·(m2·h)-1和1 150.7 μg·(m2·h)-1, 两者差异显著(P＜0.05), 在油菜季, N2O的排放量明显较水稻季大, 在幼苗移栽后的15 d和30 d内, 常规和覆膜处理分别达到排放最大峰值, 分别为2 040.7 μg·(m2·h)-1和1 224.7 μg·(m2·h)-1, 覆膜处理滞后于常规处理10~15 d.
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图 4 2014~2015年稻-油轮作N2O排放通量 Fig. 4 N2O emission fluxes from rice-rapeseed rotation cropland during 2014-2015 |
由图 5(a)可见, 整个观测期内, 覆膜处理全年CH4排放总量为(27.22±4.48) kg·hm-2, 相比常规处理(19.93±0.56) kg·hm-2高26.22%.覆膜处理CH4排放主要集中在水稻季, 排放量为(13.79±0.24) kg·hm-2, 占全年的50.6%;而休闲期为(2.44±0.35) kg·hm-2, 较常规处理的(-0.25±0.96) kg·hm-2, 提高了2.69 kg·hm-2, 达到显著差异(P＜0.05).在水稻季, 覆膜处理CH4排放量主要集中于分蘖期和拔节孕穗期, 占全季排放量的80.9%, 水稻季内排放量拔节孕穗期>分蘖期>返青期.常规处理与覆膜处理排放趋势基本一致, CH4排放量主要也集中在分蘖期和拔节孕穗期, 占全季的71.8%, 但覆膜处理对水稻季各生育期内CH4排放量影响显著, 相比常规处理, 显著地提高了分蘖期和拔节孕穗期CH4排放量, 增加量分别为1.50 kg·hm-2和2.92 kg·hm-2(P＜0.05), 但极显著降低了返青期CH4排放量, 降幅为0.64 kg·hm-2(P＜0.01).表明覆膜显著影响水稻生长前期CH4排放量.在油菜季, 覆膜处理和常规处理CH4排放量非常接近, 分别为(10.93±4.29) kg·hm-2和(11.30±0.76) kg·hm-2, 两种处理的CH4排放量都主要集中在幼苗期, 各占全季的82.3%和96.5%.由图 5(b)可知, 除油菜季和水稻返青期外, 覆膜处理的其余各时期CH4平均排放量都高于常规处理.覆膜处理下的CH4年平均排放量为[(0.33±0.05) mg·(m2·h)-1]较常规处理[(0.24±0.01) mg·(m2·h)-1]提高了37.5%.在水稻季覆膜处理CH4平均排放通量表现为先低后高的趋势, 表现为拔节孕穗期>分蘖期>返青期; 而常规处理则与覆膜处理相反, 表现为返青期>分蘖期>拔节孕穗期, 各生育期差异显著(P＜0.05).
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A：全年(2014-05-16~2015-04-24); B：水稻季(2014-05-16~2014-08-21); C：休闲期(2014-08-22~2014-10-26); D：油菜季(2014-10-29~2015-04-21); E：返青期(2014-05-16~2014-05-21); F：分蘖期(2014-05-22~2014-06-13); G：拔节孕穗期(2014-06-14~2014-07-14); H：幼苗期(2014-10-29~2015-01-17) 图 5 2014~2015年作物生长不同阶段CH4和N2O的排放量和平均排放速率 Fig. 5 Accumulative emissions and mean emission rates of CH4 and N2O during each growth stage of 2014-2015 |
由图 5(c)所示, 覆膜处理下N2O的年排放总量为(13.14±0.82) kg·hm-2, 较常规处理下N2O年排放总量的(11.27±2.77) kg·hm-2提高了16.6%.在水稻季, 覆膜处理N2O的排放总量为(3.26±0.23) kg·hm-2, 常规处理N2O的排放总量为(2.91±0.15) kg·hm-2, 其中两种处理下水稻季N2O排放量又主要集中在分蘖期, 分别各占全季排放的66.8%和82.8%以上.在油菜季, 两种处理N2O的排放主要集中在幼苗期, 占全季排放的85%以上.覆膜处理增加了水稻季和油菜季N2O排放(P>0.05), 但显著降低了休闲期内N2O排放, 表现为N2O吸收, 吸收量为0.01 kg·hm-2, 相比常规处理降低了0.18 kg·hm-2(P＜0.05).如图 5(d)所示, 覆膜处理下, 油菜季幼苗期N2O的平均排放量最大, 达[(439.57±40.26) μg·(m2·h)-1], 而常规处理则在水稻季分蘖期排放最大, 为[(437.11±22.05) μg·(m2·h)-1], 覆膜处理较常规处理在返青期和拔节孕穗期显著增加了N2O的排放量(P＜0.05).
2.4 环境因子对CH4和N2O排放的影响 2.4.1 土壤含水率对CH4和N2O排放的影响油菜季观测期间, 覆膜和常规处理地表层0~20 cm土壤含水率季节变化如图 6所示, 全季平均含水率分别为34.49%和31.31%, 两者差异显著(P＜0.05).对覆膜处理油菜季CH4和N2O排放通量分别与土壤含水率的相关分析表明, 二者之间都存在负相关, 差异不显著; 而对覆膜处理幼苗期的CH4和N2O排放通量和土壤含水率的相关分析表明, 二者之间都存在显著负相关(R2=-0.614, n=11, P＜0.05和R2=-0.653, n=11, P＜0.05), 表明覆膜处理下, 油菜季土壤含水率是CH4和N2O排放的重要影响因子, 对该时期内CH4和N2O排放具有一定的阻碍作用.对常规处理油菜季、幼苗期的CH4和N2O排放量分别与土壤含水率进行相关分析表明, 油菜季与幼苗期的2种排放气体与土壤含水率都呈正相关(P>0.05), 这与覆膜处理的结果恰好相反.
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图 6 2014~2015年油菜季土壤含水率 Fig. 6 Soil moisture content for rapeseed in 2014-2015 |
对覆膜处理和常规处理全年各作物季地下5 cm温度与地表温度分别进行配对t检验, 结果分析显示, 除休闲期差异显著外(P＜0.05), 其余各时期差异均不明显, 表明覆膜对2种温度的影响不显著.由表 1可以看出, 无论覆膜处理还是常规处理, 不同阶段CH4和N2O的排放通量与2种温度的相关性均很小, 除个别处理外相关性均不显著; 其中水稻季CH4的排放通量与2种温度均呈负相关.覆膜处理休闲期的N2O排放通量与2种温度的相关性最好, 均达到了显著水平, 其中与地表温度达到了极显著水平.综合来看, 覆膜处理下各生育期CH4和N2O的排放通量与2种温度大多呈正相关, 而常规处理下大多呈负相关.
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表 1 温度对CH4和N2O通量的Pearson相关及显著性分析1) Table 1 Pearson correlation and significance analysis between CH4 or N2O fluxes and temperature |
2.5 地膜覆盖对CH4和N2O的GWP的影响
全球增温潜势(GWP)可用于定量衡量不同温室气体对全球变暖的相对影响, 以CO2当量值表示.最新的IPCC报告提供的数据表明, 在100 a时间尺度上, 单位质量CH4和N2O的GWP分别为CO2的28倍和265倍[6]. GWP的计算如下：
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式中, f(CH4)为CH4净排放量(kg), f(N2O)为N2O净排放量(kg).
表 2为2014~2015年稻-油轮作农田各生产阶段CH4和N2O排放在100 a时间尺度所引起的GWP.从中可知, 覆膜处理下全年产生的CH4和N2O所引起的综合GWP(CO2量)为4 213.00kg·hm-2, 较常规处理3 454.17 kg·hm-2提高了22.0%(P>0.05).在水稻季和休闲期, 覆膜处理下CH4的GWP显著高于常规处理(P＜0.05), 而在油菜季, 两者无明显差异, 全年CH4的综合GWP覆膜处理高于常规处理.而N2O的GWP在水稻季, 覆膜处理与常规处理无明显差异.在休闲期, N2O的GWP覆膜显著低于常规处理, 全年覆膜处理所产生的N2O的综合GWP高于常规处理.总体而言, 两种处理下, 除了常规处理油菜季产生的CH4的GWP和休闲期产生的N2O的GWP高于覆膜处理以外, 其余时间段, 无论是CH4还是N2O的GWP, 覆膜处理均高于常规处理.
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表 2 2014~2015年稻-油轮作CH4和N2O的GWP/kg·hm-2 Table 2 Corresponding CO2 equivalents of CH4 and N2O in rice-rapeseed rotation during 2014-2015/kg·hm-2 |
3 讨论 3.1 地膜覆盖对CH4和N2O排放的影响
本研究结果表明, CH4排放通量介于-0.45~1.90 mg·(m2·h)-1之间, 这与李曼莉等[19]的研究结果一致.在不同作物种植期内, 覆膜栽培改变了CH4的排放特征, 改变了各生育期占全年CH4排放量的比例, CH4的排放峰值也都集中在作物生长前期(30 d以内), 与张军科等[20]的研究结果存在差异, 可能与氮肥施入量有关, 本研究中氮肥作为底肥一次性施入, 施入量为张军科等研究的2倍左右.而易琼等[3]的研究认为稻田CH4排放量随氮肥施用量的增加呈增加趋势, 稻田CH4排放呈单峰型, 其峰值主要出现在水稻移栽后16~23 d, 与本研究结果一致.在水稻季, 覆膜处理的最大峰值较常规处理延迟降低, 这主要是因为地膜直接阻碍了土壤与大气间气体交换, 延迟CH4排放, 并使得基肥施入后所出峰值略低于常规处理; 由于地膜的保肥作用使第二个出峰时期具有充足的养分, 从而使该峰值显著高于常规处理, 这与张怡等[21]的研究发现水稻覆膜栽培CH4排放峰值均降低的结果略有差异, 可能是田间水分管理差异引起的.本研究在水稻成熟期之前, 田间水分水位一直没过垄面2~3 cm, 而张怡的研究中覆膜栽培厢沟水位保持在厢面下3~12 cm, 在一定程度上抑制未被淹水部分土壤CH4的产生, 促进厌氧区域产生的CH4氧化, 从而降低CH4的排放.在油菜季, CH4的排放主要集中在幼苗期, 平均排放速率大, 但覆膜降低了幼苗期占全季CH4排放的比例, 这可能是因为翻耕后苗期前期表层土壤中O2充足, 覆膜导致CH4在表层土壤中滞留时间延长, 大量CH4被氧化.由于地膜的保水保肥作用, 使苗期后CH4排放量高于常规处理, 但随着温度降低以及养分消耗等因素, CH4排放量逐渐降低, 甚至出现CH4吸收, 这与旱作农田的相关研究结果一致[22, 23].
地膜覆盖提高了作物全季N2O的排放量, 但没达到显著差异, 这与Cuello等[14]的研究结果略有不同.稻田N2O的排放主要集中在施肥后, 与张怡等的[21, 24]研究结果相同, 此时, 田间水量充足, 氮肥施用为硝化过程和反硝化过程的进行提供了充足的底物, 从而导致N2O大量排放.施肥效应过后, 在水稻季, 检测到常规处理N2O脉冲式的排放, 主要是因为期间发生强烈的降雨, 而覆膜条件下, 土壤水分变化缓慢, 降雨对土壤表面扰动小, 因此排放比较平缓.从N2O排放量来看, 地膜覆盖没有改变N2O在作物各生育期的分布规律, 只是改变了各生育期占全季N2O排放量的比例; 水稻季各生育期内CH4和N2O平均排放通量符合“此消彼长”的排放规律, 与以往研究结果一致[25].董玉红等[26]认为氮肥施用明显增加N2O的排放, 本研究结果也显示, 水稻覆膜处理返青期和分蘖期N2O排放总量与常规处理相当, 表明施肥引起定量的N2O排放, 而地膜对此阶段N2O排放量的多少并无直接影响.大多数研究发现[27, 28], 地膜覆盖具有增加土壤水分、土壤温度从而提高微生物活性的作用, 卜玉山等[29]还发现地膜覆盖可以增强土壤有机质的矿化, 显著提高土壤速效氮含量, 这也许就是施肥效应消失后, 覆膜处理下各作物其余生育期N2O排放高于常规处理的原因.
3.2 环境因子对CH4和N2O排放通量的影响 3.2.1 土壤含水率CH4产生于严格的厌氧环境, 秦晓波等[30]认为稻田CH4的排放主要集中在水稻生长季中前期的淹水期(含排放峰值), 此时水稻生长旺盛, 土壤养分充足, 本研究结果也表明, 2种处理下稻田CH4的排放主要集中在分蘖期和拔节孕穗期, 占全季70%以上.也有研究认为地膜覆盖阻止了土壤水分的蒸发以及土壤易氧化有机质的分解, 在一定程度上会导致土壤厌氧环境的形成, 促使CH4排放[23], 但当土壤低于最适土壤含水率时, 土壤CH4排放通量随着土壤含水率的增加而降低[31].相关分析显示, 覆膜处理油菜季CH4的排放与土壤含水率呈负相关, 幼苗期的CH4排放与土壤含水率呈显著负相关, 而常规处理油菜季CH4的排放与土壤含水率呈正相关, 表明土壤含水率是影响稻田旱作季CH4排放通量的重要影响因素, 这与张岳芳等[12]的研究结果一致.田间水分状况是决定N2O排放的重要因素, 本研究中, 水稻季和休闲期N2O排放量较低, 季节规律也并不明显.这可能是因为土壤含水率过高, 土壤空隙较为饱和, 阻碍了气体在土壤中的运动、分布及扩散, 使N2O在土壤滞留时间延长, 而更可能的被进一步还原成N2.在油菜季, 土壤含水率比水稻季低得多, N2O的排放量显著增加, 尤其是在土壤干湿交替的时间段(土壤的干湿交替促进N2O生成的同时抑制了反硝化过程的深度还原), 使土壤中的N以N2O形式排放到大气中[32], 季节规律也比较明显.
3.2.2 温度土壤温度是影响CH4和N2O排放的主要因素之一, 主要通过影响土壤微生物的活性以及植株的CH4和N2O传输与释放能力, 从而影响生态系统CH4和N2O排放[10].整个观测期间, 地下5 cm处土壤温度介于5.5~28.2℃, 地表温度介于4.6~30.3℃, 对2种不同处理不同生育期的CH4和N2O的排放通量分别与地下5cm温度、地表温度进行了相关分析, 结果显示无论是覆膜处理还是常规处理, 温度是影响湿地CH4排放的主要因素, 这与丁维新等[33]的研究结果相同, 但温度对稻田旱作季的CH4排放影响较小, 这与张岳芳等[12]的研究结果一致.土壤培养试验表明, 硝化和反硝化作用的最适温度分别为28℃和35℃, 在未达到最适温度前, 随着土壤温度的升高, 硝化和反硝化作用加强[32].在本研究中, 夏季6~8月时, 平均土壤温度为25.5℃, 水稻生长旺盛, 吸收了大量的NO3-, 使反硝化作用受到抑制导致N2O排放通量降低; 休闲期内, 土壤温度逐渐降低, 微生物活性日趋减弱, N2O排放通量降低, 甚至出现N2O吸收. 1月之后, 土壤温度开始回升, 微生物活性日趋增强, 促使反硝化作用加强, 从而使N2O排放通量增大, 这与于亚军等[34]的研究结果一致.
总体而言, 地膜覆盖增加了稻-油轮作系统CH4和N2O的排放, 但本研究只针对于地膜覆盖对于农田生态系统CH4和N2O排放特征的影响研究, 并没有涉及到相关机制, 如土壤微生物种类、土壤有机质、土壤氧化还原电位对于温室气体排放的影响, 因此, 有待进一步深入研究.
4 结论(1) 相比常规处理, 地膜覆盖提高了CH4和N2O的年排放总量, 显著提高了水稻季和休闲期的CH4排放总量, 表明地膜覆盖会促进稻-油轮作农田CH4和N2O的排放.
(2) 地膜覆盖增加或减少了作物生长季各生育期内CH4和N2O的排放总量和平均排放量, 影响作物各生育期内CH4和N2O的排放规律, 改变了作物各生育期内2种气体排放占全季排放量的比例.
(3) 地膜覆盖显著提高了油菜季土壤含水率, 而对地下5 cm温度和地表温度没有显著影响; 在油菜季, CH4和N2O的排放通量与土壤含水率呈负相关, 幼苗期更是呈显著负相关, 表明覆膜处理下, 油菜季土壤含水率是CH4和N2O排放的重要影响因子.
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