农业环境科学学报 ２００8,２7(6):2123-2130 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｇｒｏ-Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ 稻田 CH4 和 N2O 排放消长关系及其减排措施 李香兰 1，2，徐 华 1，蔡祖聪 1 （1.中国科学院南京土壤研究所，土壤与农业可持续发展国家重点实验室，江苏 南京 210008；2.中国科学院研究生院，北京 100049） 摘 要：稻田 CH4 和 N2O 排放存在互为消长的关系，此种关系不受时间、空间及有无水稻植株的影响，考虑稻田CH4 减排措施的同 施肥管理、水稻品种、甲烷抑制剂及脲酶/硝化抑制剂、耕种方式及耕 时必须兼顾该措施对 N2O 排放的促进作用。本文从水分管理、 作制度等方面综述了近年来关于稻田 CH4 和 N2O 减排措施的研究，以期从农业实践中总结缓解稻田 CH4 和 N2O 排放引起的综合 温室效应的生产措施。分析表明，稻田低施氮水平条件下进行中期烤田是减少 CH4 和 N2O 排放的有效措施，有机秸秆进行堆腐好 氧分解后施入或在休闲期（如秋季或冬季）施入稻田表现出较好的应用前景，施用甲烷抑制剂、脲酶抑制剂及硝化抑制剂和缓释/控 释肥料对降低稻田温室气体排放及提高作物产量意义重大。 关键词：稻田； CH4；N2O； 消长关系；减排措施 中图分类号：X511 文献标识码： A 文章编号：1672-2043(2008)06-2123-08 Trade-off Relationship and Mitigation Options of Methane and Nitrous Oxide Emissions from Rice Paddy Field LI Xiang-lan1,2, XU Hua1, CAI Zu-cong1 （1.State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China; 2.Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China） Abstract： A trade-off relationship was found existing between methane（CH4）and nitrous oxide（N2O）emissions from rice paddy field and was not affected by seasonal variation, spatial changes and whether the crop was planted or not. Mitigation of CH 4 emission would bring about more N2O emission. Effects of both CH4 and N2O emissions from rice paddy field on global warming potential（GWP）should be taken into consideration when any mitigation options are to be established. In this paper, studies focused on mitigating CH 4 and N2O emissions from rice paddy fields were summarized and the rice cultivation methods which could decrease the global warming potential were proposed. Those miti－ gation options commonly studied and used including water regime management, fertilization, selection of rice cultivar varieties, application of inhibitors （methane inhibitor, urease inhibitor and nitrification inhibitor, etc）, tillage, rice-wheat rotation and so on. In general, midseason aeration of paddy fields with low dosage of nitrogen fertilizer after short-term drainage was one of the most promising strategies for reducing CH4 and N2O emissions. Improving organic matter management by promoting aerobic degradation through composting or incorporating crop straws into soil in autumn or winter was another one. It was also useful to apply methane inhibitor, urease inhibitor, nitrification inhibitor and slow/control-released fertilizer to increase rice yield and decreased greenhouse gases emissions from rice paddy field. Keywords：rice paddy field; methane; nitrous oxide; trade-off relationship; mitigation options 甲烷（CH4）是土壤中极端厌氧条件下产甲烷菌作 用于产甲烷基质的结果，而氧化亚氮（N2O）是硝化、 反 收稿日期：2008-02-01 基金项目：2008DFA21330 科技部国际科技合作项目；国家自然科学基 金（40621001） 作者简介：李香兰（1980—），山东莱芜人，博士研究生，主要从事农田 生态系统温室气体排放及其减排对策的研究。 E-mail：xlli@issas.ac.cn； xianglanli@yahoo.cn 通讯作者： 徐 华 E-mail：hxu@issas.ac.cn 硝化作用的中间产物。稻田是大气中 CH4 和 N2O 排 放的重要来源之一。据 IPCC（2007）[1]估算，稻田 CH4 的年排放量为 31～112 Tg，占全球 CH4 总排放的 5%～ 19%。 仅我国稻田水稻生长期 N2O 排放量高达 29 Gg·a-1， 占我国农田 N2O 年排放总量的 7%～11%[2]。水、肥是影 响稻田 CH4 和 N2O 排放的两大主控因子，有利于 CH4 产生的土壤条件不利于 N2O 的产生排放，反之亦然。 综合考虑 CH4 和 N2O 排放的消长关系，才能有效减 2124 李香兰等：稻田 CH4 和 N2O 排放消长关系及其减排措施 缓稻田 CH4 和 N2O 排放引起的综合温室效应。 ２００8 年 11 月 国拉开温室气体减排大幕。稻田作为大气中 CH4 和 所谓“消长” ，即 CH4 和 N2O 排放存在此消彼长、 交互排放的关系，又称 “trade-off” 关系。继 1995 年陈 [3] 冠雄等 在国内提出 CH4 和 N2O 排放的消长关系后， N2O 两种重要温室气体主要来源倍受国内外环境科 学家关注。 2.1 稻田 CH4 减排措施 CH4 排放是稻田土壤中 CH4 产生、氧化及向大气 传输 3 个过程相互作用的结果。控制稻田 CH4 排放应 1997 年 Cai 等 [4]在国际上首次提出 CH4 和 N2O 排放 的“trade-off”关系，并引起广泛关注。同时发现，CH4 和 N2O 排放的消长关系不仅存在于时间系列，即： CH4 排放量较大时，N2O 排放量小，而且也存在于不 同施肥类型、施肥量、土壤质地等处理和不同地区之 从这 3 个方面入手，或改变适宜产甲烷菌存活的环境 来抑制产甲烷菌活性，或创造甲烷氧化菌存活的条件 促进甲烷氧化菌生长，或阻断 CH4 向大气的传输途径 减缓 CH4 排放。具体包括：水分管理、施肥管理、筛选 水稻品种、研制和应用稻田甲烷抑制剂、提高收获指 间，即 CH4 排放量较大的处理和地区，N2O 排放量较 小[5]。 稻田 CH4 和 N2O 排放的消长关系不受有无水稻 数、选择栽培方式等。 2.1.1 水分管理 2.1.1.1 排水烤田 1 CH4 和 N2O 排放消长关系 植株影响，且此种关系在川中丘陵地区土壤水分变 水稻生长中期排水烤田原本为了减轻持续淹水 化不大的冬灌田仍然存在。邹建文等 通过比较无水 稻植株的裸地和有水稻植株的稻田 CH4 和 N2O 排 造成的极端还原条件对水稻生长的不良影响和控制 分蘖数。近十几年来大量研究表明，水稻生长期排水 放，发现 CH4 和 N2O 排放都存在消长关系。连续 1 年 的田间原位测定发现，无论种稻区还是对照区（未种 稻区）、无论水稻生长期还是无水稻生长的冬季淹水 烤田（相对于持续淹水）能大量减少稻田 CH4 排放[9-11]， 这是因为排水烤田增强土壤通透性，有利于土壤氧化 还原电位提高，烤田时氧化还原电位可达 400～800 期 （冬灌田），CH4 和 N2O 排放随水分条件的变化此 消彼长[7]。晒田（即烤田）前后 CH4 和 N2O 排放有明显 mV，破坏产甲烷菌的生存条件，从而抑制 CH4 形成和 排放。丁维新等[12]指出，土壤中 CH4 氧化主要发生在 变化，CH4 排放峰值出现在晒田前稻田淹水期，N2O 排放峰值则出现在稻田晒田期间和落干期，即不同 水稻生长阶段 CH4 和 N2O 排放同样呈显著负相关 10 cm 左右的土层中，明显受土壤水分状况的影响， CH4 氧化的最佳土壤含水量为 20%～70%，烤田为甲 烷氧化菌提供合适的水分条件。 [6] （P＜0.01）[8]。 几乎所有关于稻田 CH4 和 N2O 排放“trade-off” 值得一提的是，采用排水烤田措施抑制稻田 CH4 排放，要选择水稻对水分较不敏感时期和稻田 CH