有机肥替代化肥对稻鸭共生系统氨挥发和温室气体排放的影响

中国生态农业学报 (中英文)　?2025年2月　?第?33?卷　?第?2?期
Chinese?Journal?of?Eco-Agriculture,?Feb.?2025,?33(2):?387?400
DOI: 10.12357/cjea.20240253
CSTR: 32371.14.cjea.20240253
白采禾, 陈玮, 李长飞, 鄢孟琴, 续勇波. 洱海流域不同类型有机肥替代化肥对稻鸭共生系统氨挥发和温室气体排放的影
响[J]. 中国生态农业学报 (中英文), 2025, 33(2): 387?400
BAI C H, CHEN W, LI C F, YAN M Q, XU Y B. Effects of replacing chemical fertilizers with different types of organic fertilizers
on ammonia volatilization and greenhouse gas emissions in a rice-duck symbiotic system in the Erhai Lake Basin[J]. Chinese Journal
of Eco-Agriculture, 2025, 33(2): 387?400
洱海流域不同类型有机肥替代化肥对稻鸭共生系统
氨挥发和温室气体排放的影响
白采禾1, 陈　玮1, 李长飞1, 鄢孟琴1, 续勇波2
(1. 云南农业大学资源与环境学院　昆明　650201; 2. 云南农业大学烟草学院　昆明　650201)
摘 　 要: 为 揭 示 洱 海 流 域 稻 鸭 共 生 下 有 机 肥 替 代 化 肥 稻 田 氨 挥发(NH3)和 温 室 气体(N2O、CH4和CO2)排 放 规 律 及
影 响 因 素, 本 研 究 通 过 以 等 氮量(180 kg·hm?2)投 入, 以‘云梗37’水 稻 、 旱 鸭 为 试 验 对 象 进 行 随 机 区 组 田 间 试 验, 共
设置4个 处 理: 不 施 肥 不 养 鸭 水 稻 单 作 、 牛 粪 替 代 化 肥+稻 鸭 共 生 、 鸡 粪 替 代 化 肥+稻 鸭 共 生 和 单 施 化 肥+稻 鸭 共 生 。
每 次 施 肥 后 监 测 稻 田 氨 挥 发 和 温 室 气 体 排 放, 同 时 测 定 土 壤 及 田 面水pH、Eh、NH4+-N和NO3?-N含 量 。 结 果 表 明,
稻 田 氨 挥 发 速 率 均 在 施 肥后1~4 d内 达 峰; 与 单 施 化 肥+稻 鸭 共 生 相 比, 有 机 肥 替 代 化 肥+稻 鸭 共 生 能 降 低 稻 田 氨 挥
发 速率56.41%~87.05%, 减 少 氨 挥 发 累 积量95.47%~98.65%和 挥 发 损 失率96.00%~99.22%; 鸡 粪 和 牛 粪 替 代 化 肥+
稻 鸭 共 生 处 理 间 无 显 著 差 异 。 与 单 施 化 肥 +稻 鸭 共 生 相 比 , 有 机 肥 替 代 化 肥 +稻 鸭 共 生 显 著 减 少 稻 田
56.71%~56.93% N2O排 放 通 量和70.36%~70.52% N2O累 积 排 放 量, 显 著 增 加 了 稻田136.56%~182.34% CH4排 放 通
量和61.96%~93.33% CH4累 积 排 放 量, 减 少 稻田10.49%~30.54% CO2累 积 排 放 量 。 有 机 肥 替 代 化 肥+稻 鸭 共 生 与 单
施 化 肥+稻 鸭 共 生 的 全 球 增 温 潜 势 和 温 室 气 体 强 度 差 异 不 显 著 。 影 响 氨 挥 发 的 主 要 因 素 是 田 面 水 总 氮 、 可 溶 性 总
氮 、NH4+-N和NO3?-N浓 度, 影 响 温 室 气 体 排 放 的 主 要 因 素 是 土 壤 温 度 、pH、Eh、NH4+-N、NO3?-N浓 度 和 降 雨 量 。
稻 鸭 共 生 下, 有 机 肥 替 代 化 肥 能 显 著 减 少 稻 田 氨 挥 发和N2O排 放, 其 中 鸡 粪 替 代 化 肥 能 够 显 著 提 高 水 稻 产 量, 是 减
排增效稳产的可持续发展措施。
关键词: 稻鸭共生; 有机肥替代化肥; 氨挥发; 温室气体
中图分类号: S158.3; S19
Effects of replacing chemical fertilizers with different types of organic fertilizers
on ammonia volatilization and greenhouse gas emissions in a rice-duck symbiotic
system in the Erhai Lake Basin
BAI Caihe1, CHEN Wei1, LI Changfei1, YAN Mengqin1, XU Yongbo2
(1. College of Resources and Environment, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, China; 2. College of Tobacco, Yunnan
Agricultural University, Kunming 650201, China)


国家自然科学基金项目(32160758)、云南省重大科技专项计划(202202AE090034)和云南省中青年学术和技术带头人后备人才项目
(202005AC160043)资助
通信作者: 续勇波, 主要从事土壤碳氮养分循环和农业环境保护研究。E-mail: [e-mail]
白采禾, 主要从事稻田种养的农学环境效应研究。E-mail: [e-mail]
收稿日期: 2024-05-01　接受日期: 2024-07-26
This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (32160758), the Major Science and Technology Special Plan of Yun-
nan Province (202202AE090034), and the Young and Middle-aged Academic and Technical Leaders Reserve Talents Project of Yunnan Province
(202005AC160043).
Corresponding author, E-mail: [e-mail]
Received May 1, 2024; accepted Jul. 26, 2024
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Abstract: To understand the emission rules and influencing factors of ammonia volatilization (NH3) and greenhouse gases (N2O, CH4,
and CO2) in paddy fields, where organic fertilizer replaces chemical fertilizer under a rice-duck symbiosis system in the Erhai Lake
Basin, we conducted a randomized block field experiment. The experiment used the ‘Yungeng 37’ rice variety and dry ducks as
experimental subjects, with an equal nitrogen input of 180 kg·hm?2. Four treatments were established: 1) rice monocropping with no
fertilizer and ducks (CK), 2) cattle manure replacing chemical fertilizer in rice-duck symbiosis system (C+D), 3) chicken manure
replacing chemical fertilizer in rice-duck symbiosis system (P+D), and 4) chemical fertilizer in rice-duck symbiosis system (F+D).
Ammonia volatilization and greenhouse gas emissions from paddy fields were monitored after each fertilization, and pH, Eh, and con-
tents of NH4+-N and NO3?-N in the soil and surface water were measured. The results showed that ammonia volatilization rate peaked at
1?4 d post-fertilization. Compared with the F+D treatment, replacing chemical fertilizer with organic fertilizers in the rice-duck sym-
biosis system significantly reduced the ammonia volatilization rate of the paddy field by 56.41%–87.05%, decreased the accumula-
tion of ammonia volatilization by 95.47%–98.65%, and lowered volatilization loss rate by 96.00%–99.22%. There was no signifi-
cant difference in cumulative ammonia volatilization between the C+D and P+D treatments. Replacing chemical fertilizer with
organic fertilizer in a rice-duck symbiosis system significantly reduced N2O emission flux by 56.71%–56.93%, cumulative N2O emis-
sions by 70.36%–70.52%, and cumulative CO2 emissions by 10.49%–30.54%. However, it significantly increased CH4 emission flux
by 136.56%–182.34%, and CH4 cumulative emission by 61.96%–93.33%. There was no significant difference in the global warming
potential (GWP) and greenhouse gas intensity (GHGI) between the rice-duck symbiosis system using organic fertilizer and the F+D
treatment. The main factors affecting ammonia volatilization were the concentrations of nitrogen, total dissolved nitrogen, NH4+-N,
and NO3?-N in the surface water. The main factors affecting greenhouse gas emissions were soil temperature, pH, Eh, contents of
NH4+-N and NO3?-N, and rainfall. Under the rice-duck symbiosis system, replacing chemical fertilizer with organic fertilizer can sig-
nificantly reduce ammonia volatilization and N2O emissions. Additionally, using chicken manure instead of chemical fertilizers can
significantly increase rice yield, making it a sustainable development measure for reducing emissions, increasing efficiency, and sta-
bilizing yield.
Keywords: rice-duck symbiosis; organic fertilizer replacing chemical fertilizer; ammonia volatilization; greenhouse gases

水稻(Oryza sativa L.)是全球经济作物之一, 是 排放[13]。稻田中有很多微生物会分解土壤中的有机
洱海流域重要的粮食作物, 抓好水稻生产是保障粮 物质(包括肥料施入增加的有机物质、植物残体和
食安全的基础[1]。洱海流域是云南省第二大淡水湖
根系分泌物), 这个分解过程会产生CO2; 在夜间或光
流域, 是中国优质农业发展和环境保护的典型地区,
照不足的情况下, 水稻无法进行光合作用, 但仍然持
却面临着内部资源化利用率低和农业面源污染的挑
续进行呼吸作用, 这时水稻会释放CO2[14-15]。肥料中
战[2]。农业生产排放的氮磷污染物是加剧洱海农业
氮的不同形态会影响其在田间的转化过程以及氨挥
面源污染的重要来源之一。农业生产过程中排放的
发速率和总量[16-17], 有机肥与无机肥混合施用可以平
大量温室气体(N2O、CH4和CO2)持续加剧全球变
衡氮的供应, 减少氨的产生和挥发[18]。
暖 [3]。有数据显示, 我国农业温室气体排放量为
自2018年云南大理推行“三禁四推”政策, 当地
8.3亿t(CO2-eq), 其中包括畜牧养殖(39.8%)、农业物
作物生产禁止施用化肥[19], 到2025年化肥减量行动
资与农地利用(30.4%)、水稻种植(21.9%)、农田土
方案中推行畜禽粪便综合利用、化肥多元替代和种
壤(7.9%) [4]以及农业生产及农业农村生活用能等,
养循环对接等措施, 旨在保护农业生产环境及控制
共占全球温室气体排放总量的15%左右[5-6]。有研究
洱海流域面源污染。目前, 鲜有洱海流域稻田种养
表明, 施肥和农业措施是影响氨挥发和温室气体排
下有机肥替代化肥对氨挥发和温室气体影响的综合
放的关键因素[7-8]。稻鸭共作在减缓温室气体排放方
性系统分析。因此, 本研究通过有机肥替代化肥+稻
面具有较大潜力[9]。由于鸭子的生物扰动, 如划水、
鸭共生实现化肥减施及绿色农业可持续发展, 以期
践踏和觅食等加速了土壤与田面水和大气之间的气
为畜禽粪肥资源化高效利用, 缓解农业环境负担和
体交换, 加速根系泌氧, 增加了土壤与氧气的接触,
开发稻田种养下的有机肥施用模式提供数据参考及
从而降低稻田田面水的温度和pH, 改善土壤氧化还
理论基础。
原状况[10-11], 进一步影响温室气体排放。有研究表明,
1 材料与方法
施用有机肥可以改善土壤结构, 增强土壤对氮素的
吸附固持作用, 减少硝化和反硝化作用的底物, 减少 1.1 试验地概况
N2O排放[12]; 改变土壤中的反硝化菌群落结构, 直接 试验地位于云南省大理州古生村顺丰生态种植
为产CH4菌提供反应底物和前提物质从而促进CH4 示范基地(25°48′N, 100°08′E)。该地区属低纬高原
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第 2 期 白采禾等: 洱海流域不同类型有机肥替代化肥对稻鸭共生系统氨挥发和温室气体排放的影响
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中亚热带西南季风气候, 海拔1 964 m, 干湿季分明, 冬 水, 返青后为促进有效分蘖, 于6月15—20日干水晒
干夏雨, 多年平均气温16 ℃, 年平均降雨量1 065.7 mm。 田, 后续进入雨水期, 水层深度维持在6~8 cm, 水稻
2023年试验期间, 日均温范围16.4~24.6 ℃, 平均气 收割前1周自然落干, 根据情况进行灌水及排水。
温20.0 ℃, 总降雨量968.4 mm。该地区以夏水稻-冬 供试水稻品种为‘云梗37’, 鸭为旱鸭。水稻于2023
油菜(Brassica napus L.)水旱轮作为主。试验前土壤 年5月20日移栽, 10月9日收割, 采用宽窄行人工
0~30 cm土层理化性质如下: 全氮 4.19 g?kg?1、全磷 栽秧, 宽行行距30 cm, 窄行行距20 cm, 株距15 cm,
1.49 g?kg?1、 全钾 5.55 g?kg?1、 有 机质 42.83 g?kg?1、 于6月20日追施蘖肥, 8月7日追施穗肥。根据云
南省《稻鸭共生技术规程》, 鸭子按375只?hm?2
有效磷55.39 mg?kg?1、速效钾85.97 mg?kg?1、NO3?-N
密度投放, 每个小区投放3只, 若中途死亡补相同生
10.14 mg?kg ?1、NH4+-N 3.6 mg?kg?1、pH 7.13。
长期的鸭子, 于6月24日放入鸭子, 9月13日收回
1.2 试验设计
鸭子。
试验从2023年5月开始10月中下旬结束, 采用
1.3 样品采集及指标测定
完全随机区组设计, 3次重复, 小区面积9 m×9.7 m=
1.3.1 氨挥发采集及测定
87.3 m2。施肥设计为等氮替代, 氮养分投入量为180
氨挥发采用田间原位密闭室间歇抽气-酸碱滴定
kg(N)·hm?2。共设置4个处理: 1) CK, 不施肥, 不养
法(2%硼酸吸收)测定。利用真空泵减压抽气使罩
鸭, 只种植作物, 田间管理措施相同; 2) C+D, 牛粪替
子内田面挥发出的氨随气流通过装有60 mL 2%硼
代化肥+稻鸭共生处理; 3) P+D, 鸡粪替代化肥+稻鸭
酸的吸收瓶, 使氨吸收于硼酸溶液中, 交换频率为
共生处理; 4) F+D, 单施化肥+稻鸭共生处理。
15~20次?min?1, 抽气结束将吸收液带回用标准稀硫
F+D处理所用化肥为尿素(46% N)、过磷酸钙
酸滴定。采样时间为上午9:00—11:00。各处理在施
(16% P2O5)和氯化钾(60% K2O), N∶P2O5∶K2O=180∶
底肥后第1、3、5、7和9天分别采样至监测到的数
72∶90 (农业农村部推荐); 氮肥运筹为基肥25%、蘖
据与对照无明显差异为止, 仅F+D处理每次追肥后
肥45%和穗肥30%, 追肥为人工表层撒施; 磷肥和钾
与其上相同时间采样至监测到的数据与对照相似为
肥作基肥在移栽前一次性撒施。试验所用牛粪和鸡
止(根据测到的氨挥发量调整测定频率)。
粪由农业农村部大理综合实验站提供, 并以烘干基
氨挥发排放通量计算公式[12]:
计算投入量, 扣除含水量, 水稻移栽前作基肥一次性
4 3
施用。试验所用有机肥料和化肥养分含量和各处理
V C 0:014 12 10 10
F= (1)
2
π r
养分实际施用量如表1所示。
试验开始, 人工翻耕0~30 cm耕层土壤, 灌水耙 式中: F为氨挥发通量[kg(N)?hm?2?d?1]; V为滴定时标
田后, 在水稻移栽前一天, 人工均匀撒施有机肥, 再 准硫酸用量 (mL); C为标准稀硫酸浓度 (mol?L?1);
与土壤翻匀后进行水稻移栽, 化肥在移栽当天表层 0.014为氮原子相对原子质量(kg?mol?1); 12为24 h
撒施。每个处理水分管理遵循常规灌溉方式, 水稻 与日氨挥发收集2 h的比值; 104为面积转换系数;
移栽后维持田面水层深度5 cm左右, 低于3 cm时灌 10?3为mL转换为L的系数; r为气室半径(m)。

表 1 各处理肥料实际施用量
Table 1 Actual fertilizer application amount of each treatment
肥料养分含量 养分投入量
肥料含水量
所施肥料 肥料C/N 施肥量(烘干基) 小区施肥量
Fertilizer nutrient Nutrient input
处理 Fertilizer
Applied Fertilizer Fertilizer rate (dry basis) Fertilizer amount
content /% amount /(kg·hm?2)
Treatment water content
fertilizer C/N ratio /(kg·hm?2) per plot /kg
N P2O5 K2O /% N P2O5 K2O
CK / 0 0 0 / / 0 0 0 0 0
C+D 牛粪 1.35 0.07 0.25 15 48.44 180 9.33 33.33 13 333.35 116.40
Cattle manure
P+D 鸡粪 1.71 0.08 0.05 17 5.32 180 8.42 78.95 10 526.25 91.89
Chicken manure
F+D 尿素 46 / / 180 51.30 3.42
Urea
过磷酸钙 16 / / 72 58.95 3.93
Calcium
superphosphate
氯化钾 60 / / 90 19.65 1.31
Potassium chloride
http://www.ecoagri.ac.cn∑)[(]∑
中国生态农业学报(中英文)?2025 第 33 卷
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氨挥发累积量计算公式[12]: 式中: EC为温室气体累积排放量(kg·hm?2); n为监测
n 次数; Fi+Fi+1分别为第i次和第i+1次采样时目标气
F +F F +F
1 n i i+1
F = + (t t) (2)
c i+1 i
i=1
2 2
体的排放通量(mg·m?2·h?1); ti+1?ti为两次采样间隔天数。
全球增温潜势(GWP)[21]:
式 中 : Fc为 氨 挥 发 累 积量 [kg(N)?hm?2]; F1和 Fn分
别 为第1次 和 最后1次 采 样 时 的 氨 挥 发 通 量
GWP=F 265+F 28+F (6)
N2O CH4 CO2
[kg(N)?hm?2?d?1]; n为当季监测总数; Fi 和 Fi+1 为第i
式中: GWP为农田季节综合温室效应[kg(CO2-eq)·hm?2];
次和第i+1次采样时的挥发速率 [kg(N)?hm?2?d?1]; i为
将各温室气体季节总排放量的增温潜势换算为二氧
监测次数; t为采样时间天数(d)。
化碳当量, CH4和N2O在100年尺度上的增温潜势
氨挥发损失率计算公式[12]:
为CO2的28倍和265倍。
F
c
E= 100 % (3)
温室气体排放强度(GHGI)[22]:
N
GHGI=GWP=Y (7)
式中: E为氨挥发损失率(%); N为每个处理氮素投
入量[kg(N)·hm?2]。 式中 : Y为该处理单位面积平均产量(kg·hm?2)。
1.3.2 稻田温室气体采集及测定 1.3.3 土壤、田面水的采集及测定
温室气体采用田间原位静态暗箱-气相色谱法测 水稻移栽后每30 d采集一次土壤, 用便携式速
定。采样装置包括底座(0.5 m×0.5 m×0.1 m)、中段 测仪现场测定pH和Eh。多点采集0~30 cm土壤样
箱(0.5 m×0.5 m×0.6 m)和顶箱(0.5 m×0.5 m×0.5 m) 3 品, 带回实验室测定含水率(烘干法)、NH4+-N和
部分, 均由PVC板制成并刷反光漆, 顶箱内部装有小
NO3?-N (氯化钾溶液浸提-流动分析仪测定, 其中水土
型风扇(均匀气体), 顶部面板预留小孔, 用于安置温
比5∶1)、有效磷(碳酸氢钠浸提法)和速效钾(乙酸
度探头和连接风扇电源, 侧面设有气密性气体取样
铵浸提-火焰光度法)。
口, 底座设有水槽, 中段箱在水稻生长至0.5 m高度
田面水采集频率与温室气体采集一致。用便携
后放于底座上使用。采样时间固定在9: 00—11: 00,
式速测仪现场测定pH和Eh。每个小区采集5个点
各处理施底肥后第1、3、5、7和9天分别采样测
的田面水后混合均匀, 带回实验室冷冻保存, 测定
定N2O、CO2和CH4, 之后每隔15 d采一次, 直至收
NO3?-N和NH4+-N (流动注射分析仪)、总氮和可溶性
获。F+D处理每次追肥后与其上相同时间分别采样
总 氮[过硫酸钾(K2S2O8)氧化-紫外分光光度法][23]。
测定N2O、CO2和CH4, 之后每隔15 d采一次, 直至
1.4 统计分析
收获。采样前将底座水槽内注满水将箱体放入水槽
使用Microsoft Office Excel和IBM SPSS statistics
中, 形成气密性空间, 接通小风扇后, 每0、15和30 min
20.0进行数据整理和分析, 采用Origin和Canoco5
采样, 用带三通阀的60 mL医用注射器每针取30 mL
进行作图和标注, 采用单因素方差分析和Duncan多
立即注射到真空气瓶中, 排出空气防止污染, 并用探
重比较方法进行不同处理间的差异分析和显著性
针式电子温度计测定采样前后5 cm土壤温度。
检验 。
温室气体排放通量计算公式[20]:
2 结果与分析

dc M P 273 V
F= (4)
2.1 稻鸭共生下不同有机肥替代化肥对氨挥发排放
dt V P T A
0 0
特征的影响
F
式中: F为气体排放通量, 即 [mg(CH4)·m?2·h?1]、
CH
4
2.1.1 氨挥发排放速率
F F
[mg(CO2)·m?2·h?1]和 [μg(N2O)·m?2·h?1]; dc/dt
CO N O
2 2
氨挥发排放速率如图1所示。有机肥作基肥一
为单位时间密闭箱内气体浓度变化量; M为气体摩
次性施入不追肥, 故牛粪替代化肥+稻鸭共生(C+D)
尔质量(g·mol?1); V0为标准状态下的气体摩尔体积
和鸡粪替代化肥+稻鸭共生(P+D)处理均在施基肥
(mL·mol?1); P为采样时静态箱内气压; P0为标准状况
后第1天呈现氨挥发排放峰, 分别为0.11 和0.36
下大气压(101.3 kPa); T为采样时静态箱内气温(℃);
kg·hm?2·d?1。单施化肥+稻鸭共生(F+D)处理基肥后
V为密闭箱有效体积(m3); A为底座面积(m2)。
有两次追肥, 共出现3次氨挥发排放峰, 均发生在施
气体累积排放量计算公式(插值法)[20]:
肥后1~4 d内, 达峰后逐渐降低至不能监测的水平,
n
E = (F +F )=2 (t t) 24 (5)
C i i+1 i+1 i
i=1
排放峰值分别为 0.71 (基肥 )、 1.75 (蘖肥)和 2.38
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391

3.5
表 2 不同处理下稻田氨挥发累积量及挥发损失率
放鸭 Releasing duck
CK
C+D 06-24
Table 2 Accumulated ammonia volatilization and ammonia
3.0
P+D
穗肥 Panicle fertilizer
F+D volatilization loss rates of paddy field under different
08-07
蘖肥 Tiller fertilizer
2.5
treatments
06-20
2.0
氨挥发累积量 氨挥发损失率
处理 Cumulative ammonia Ammonia volatilization
1.5
Treatment volatilization loss rate
/[kg(NH3)·hm?2] /%
1.0
CK 0.10±0.07b /
0.5
C+D 0.25±0.09b 0.08±0.05b
0
P+D 0.84±0.60b 0.41±0.33b
F+D 18.54±6.55a 10.24±3.64a
?0.5
　　CK: 稻田不施肥、不养鸭; C+D: 牛粪替代化肥+稻鸭共生; P+D: 鸡
粪替代化肥+稻鸭共生; F+D: 单施化肥+稻鸭共生。同列不同小写字母
日期 ( 月- 日) Date (month-day)

表示处理间差异显著(P<0.05)。CK: rice monocropping with no fertilizer
and ducks; C+D: cattle manure replacing chemical fertilizer in rice-duck
CK: 稻田不施肥、不养鸭; C+D: 牛粪替代化肥+稻鸭共生; P+D:
symbiosis system; P+D: chicken manure replacing chemical fertilizer in rice-
鸡粪替代化肥+稻鸭共生; F+D: 单施化肥+稻鸭共生。CK: rice mono-
duck symbiosis system; F+D: chemical fertilizer in rice-duck symbiosis
cropping with no fertilizer and ducks; C+D: cattle manure replacing chemic-
system. Different lowercase letters in the same column mean significant
al fertilizer in rice-duck symbiosis system; P+D: chicken manure replacing
differences among treatments (P<0.05).
chemical fertilizer in rice-duck symbiosis system; F+D: chemical fertilizer
in rice-duck symbiosis system.
低98.65%和95.47% (P<0.05), 氨挥发损失率较F+D
图 1 不同处理下稻田的氨挥发速率
处理分别显著降低99.22%和96.00% (P<0.05)。

Fig. 1 Ammonia volatilization rate of paddy field under dif-
2.2 稻鸭共生下不同有机肥替代化肥对温室气体排
ferent treatments
放特征的影响

kg·hm?2·d?1 (穗肥)。与F+D处理相比, 有机肥替代化
2.2.1 N2O排放通量和累积排放量
肥 +稻 鸭 共 生 能 降 低 稻 田 氨 挥 发 速率 56.41%~
N2O排放通量如图2A所示。整个稻田生育期
87.05%。

N2O排放变化呈先升后降的规律, CK、C+D和P+D
2.1.2 氨累积挥发量和挥发损失率
处理的N2O排放通量保持在较低水平波动。F+D处
通过试验结果计算(表2)得出, F+D处理氨挥发
理N2O排放通量在施基肥和蘖肥后第3天达峰; 施
累积量和挥发损失率最高; 与F+D处理相比, C+D和
穗肥后第1天达峰随即降低, 可能是因为8月7日追
P+D处理均显著降低了稻田氨挥发累积量和挥发强
穗肥后的强降雨加快了土壤氧化亚氮生成。F+D处
度(P<0.05), C+D和P+D处理之间差异不显著。C+D
理的3次 排 放 峰 值 呈 穗肥 (54.47 μg·m?2·h?1)>基 肥
和P+D处理氨挥发累积量较F+D处理分别显著降 (22.16 μg·m?2·h?1)>蘖肥(15.3 μg·m?2·h?1)。与F+D处理

穗肥 Panicle fertilizer
80 500
蘖肥 Tiller fertilizer
08-07
(A) (B)
06-20 收鸭 Receiving duck
CK
09-13
穗肥 Panicle fertilizer
C+D 放鸭 Releasing duck
a
400
60
P+D 06-24
蘖肥 Tiller fertilizer
F+D
基肥 Base fertilizer
300
40
200
20
b
b
b
100
0
0
CK C+D P+D F+D
处理 Treatment
日期 ( 月- 日) Date (month-day)

CK: 稻田不施肥、不养鸭; C+D: 牛粪替代化肥+稻鸭共生; P+D: 鸡粪替代化肥+稻鸭共生; F+D: 单施化肥+稻鸭共生。不同小写字母表示处理
间差异显著(P<0.05)。CK: rice monocropping with no fertilizer and ducks; C+D: cattle manure replacing chemical fertilizer in rice-duck symbiosis system;
P+D: chicken manure replacing chemical fertilizer in rice-duck symbiosis system; F+D: chemical fertilizer in rice-duck symbiosis system. Different lowercase
letters mean significant differences among treatments (P<0.05).
图 2 不同处理下稻田N2O排放通量动态变化(A)和N2O累积排放量(B)
Fig. 2 Dynamic changes of N2O emission flux (A) and N2O accumulative emission (B) of paddy field under different treatments
http://www.ecoagri.ac.cn
NH 挥发速率
3
?2 ?1
NH volatilization rate /(kg·hm ·d )
3
N O 排放通量
2
?2 ?1
N O emission flux /(μg·m ·h )
2
05-21
05-21
05-23
05-25
05-27
05-29 06-21
06-13
06-22
06-21
06-23
06-23
06-25
06-25
06-27
06-27
07-13
07-28
08-08
08-09
08-11
08-13
08-28
09-14
09-27
N O 累积排放量
2
?2
N O accumulative emission /(kg·hm )
2
05-22
05-23
05-25
05-27
08-08
08-09
08-11
08-13
08-15
08-17
08-18
中国生态农业学报(中英文)?2025 第 33 卷
392
相比, 有机肥替代化肥+稻鸭共生显著减少56.71%~ 鸭共生模式会显著增加CH4排放。

56.93%稻田N2O排放通量。
2.2.3 CO2排放通量和累积排放量
N2O累积排放量如图2B所示。CK、C+D和P+D CO2排放通量如图4A所示。整个稻作期稻鸭
处理的N2O累积排放量放鸭后(蘖肥期+穗肥期)>放 共 生 下 各 处理 CO2排 放 变 化 呈 现 出 相 似 的 规
鸭前(基肥期), 蘖肥期排放量最小, N2O排放均集中 律, 基肥后放鸭前, 各处理CO2排放通量小幅波动
在基肥和穗肥期, 且3个处理间N2O累积排放差异 并缓慢上升; 稻鸭共生期各处理CO2排放通量呈
不显著。F+D处理的N2O排放量最大, 穗肥期N2O 现“Z字型”排放规律, 且最高CO2排放峰值均出现
排放量最高, 占处理总排放量的72.25%。F+D处理 在8月13日, 分别为 936.22 (CK)、1 333.01 (C+D)、
N2O总排放量较CK、C+D和P+D处理分别显著提 1 411.88 (P+D)和1 544.55 mg·m?2·h?1 (F+D)。
高 274.88%、239.30%和237.39% (P<0.05)。 CO2累积排放量如图4B所示。不同处理CO2
2.2.2 CH4排放通量和累积排放量 累积排放量的趋势一致: 穗肥期>蘖肥期>基肥期,
CH4的排放通量如图3A所示。基肥后放鸭前, CO2排放均集中在放鸭后水稻生育中后期。P+D处
CK和F+D处理CH4排放变化较小, C+D和P+D处 理和F+D处理之间CO2累积排放量差异不显著, 且
理CH4排放通量逐渐升高, P+D处理CH4排放量在 均 显 著 高于 CK和 C+D处理 (P<0.05)。 P+D处 理
CO2累积排放量较CK和C+D处理分别显著增加
6月13日达到峰值(60.81 mg·m?2·h?1)随之又降低。
穗肥后稻鸭共作期间, C+D处理的CH4排放通量变 102.82%和23.69% (P<0.05), 较F+D处理减少10.49%。
化呈现“小幅度双峰型”规律。在整个稻作期, C+D 与F+D处理相比, C+D处理CO2累积排放量显著减
和P+D处理的CH4排放通量均大于F+D和CK处 少30.54% (P<0.05)。
理, 较F+D处理增加136.65%~182.34%。 2.3 稻 鸭 共 生 下 不 同 有 机 肥 替 代 化 肥 对 水 稻 产 量 、
CH4累积排放量如图3B所示。C+D和P+D处 增温潜势和温室气体排放强度的影响
理与 CK和 F+D处理 CH4累 积 排 放 量 差 异 显 著 综合产量和温室效应如表3所示, P+D处理产量
(P<0.05), 两处理间差异不显著(P>0.05)。C+D处理 最高, CK处理产量为最高产量的58.4%, 说明基础地
蘖肥期CH4排放量最大, 占处理总排放量的53.19%; 力能达到最高产量处理3/5左右的生产力; P+D处理
而P+D处理基肥期CH4排放量最大, 占处理总排放 与CK和F+D处理对比, 分别增产71.3% 和10.7%
量的 47.65%。 C+D处理 CH4累积排放量较 CK和 (P<0.05), C+D处 理与 F+D处 理 对 比 减产 18.0%
F+D处理分别显著增加446.90%和61.96% (P<0.05), (P<0.05), C+D处理减产原因可能是养分释放特性与
较P+D处理减少16.23%。说明有机肥替代化肥+稻 水稻生长需肥特性不符, 在水稻后期表现出供肥不

100 300
穗肥 Panicle fertilizer
(A) (B)
08-07
蘖肥 Tiller fertilizer 穗肥 Panicle fertilizer
90
a
CK
06-20
a
蘖肥 Tiller fertilizer
250
C+D 收鸭 Receiving duck
80
P+D
09-13 基肥 Base fertilizer
放鸭 Releasing duck
F+D
70
06-24
200
60
50
b
150
40
30 100
20
c
50
10
0
0
CK C+D P+D F+D
处理 Treatment
日期 ( 月- 日) Date (month-day)

CK: 稻田不施肥、不养鸭; C+D: 牛粪替代化肥+稻鸭共生; P+D: 鸡粪替代化肥+稻鸭共生; F+D: 单施化肥+稻鸭共生。不同小写字母表示处理
间差异显著(P<0.05)。CK: rice monocropping with no fertilizer and ducks; C+D: cattle manure replacing chemical fertilizer in rice-duck symbiosis system;
P+D: chicken manure replacing chemical fertilizer in rice-duck symbiosis system; F+D: chemical fertilizer in rice-duck symbiosis system. Different lowercase
letters mean significant differences among treatments (P<0.05).
图 3 不同处理下稻田CH4排放通量动态变化(A)和CH4累积排放量(B)
Fig. 3 Dynamic changes of CH4 emission flux (A) and CH4 accumulative emission (B) of paddy field under different treatments
http://www.ecoagri.ac.cn
CH 排放通量
4
?2 ?1
CH emission flux /(mg·m ·h )
4
05-21
05-23
05-25
05-27
05-29
06-13
06-21
06-23
06-25
06-27
07-13
07-28
08-08
08-09
08-11
08-13
08-28
09-14
09-27
CH 累积排放量
4
?2
CH accumulative emission /(kg·hm )
4
第 2 期 白采禾等: 洱海流域不同类型有机肥替代化肥对稻鸭共生系统氨挥发和温室气体排放的影响
393

2 500 14 000
穗肥 Panicle fertilizer
(A)
(B)
08-07
蘖肥 Tiller fertilizer 收鸭 Receiving duck
穗肥 Panicle fertilizer
CK
12 000
06-20 09-13 a
2 000 C+D
蘖肥 Tiller fertilizer
a
P+D
放鸭 Releasing duck
基肥 Base fertilizer
F+D 10 000
06-24
1 500
b
8 000
1 000
6 000
c
4 000
500
2 000
0
0
CK C+D P+D F+D
Treatment
处理
日期 ( 月- 日) Date (month-day)

CK: 稻田不施肥、不养鸭; C+D: 牛粪替代化肥+稻鸭共生; P+D: 鸡粪替代化肥+稻鸭共生; F+D: 单施化肥+稻鸭共生。不同小写字母表示处理
间差异显著(P<0.05)。CK: rice monocropping with no fertilizer and ducks; C+D: cattle manure replacing chemical fertilizer in rice-duck symbiosis system;
P+D: chicken manure replacing chemical fertilizer in rice-duck symbiosis system; F+D: chemical fertilizer in rice-duck symbiosis system. Different lowercase
letters mean significant differences among treatments (P<0.05).
图 4 不同处理下稻田CO2排放通量动态变化(A)和CO2累积排放量(B)
Fig. 4 Dynamic changes of CO2 emission flux (A) and CO2 accumulative emission (B) of paddy field under different treatments

表 3 不同处理下水稻产量、全球增温潜势和温室气体排放强度
Table 3 Rice yield, global warming potential and greenhouse gas emission intensity under different treatments
水稻产量 全球增温潜势 温室气体排放强度
处理
Rice yield Global warming potential Greenhouse gas emission intensity
Treatment
/(kg·hm?2) /[kg(CO2-eq)·hm?2] /(kg·kg?1)
CK 6 583.5±178.5d 5 580.87±440.59b 0.82±006b
C+D 8 352.0±63.0c 12 997.37±2 290.34a 1.49±0.25a
P+D 11 278.5±118.5a 15 832.24±1 477.13a 1.34±0.13a
F+D 10 185.0±133.5b 13 799.78±1 341.54a 1.24±0.29a
　　CK: 稻田不施肥、不养鸭; C+D: 牛粪替代化肥+稻鸭共生; P+D: 鸡粪替代化肥+稻鸭共生; F+D: 单施化肥+稻鸭共生。同列不同小写字母表示处理
间差异显著(P<0.05)。CK: rice monocropping with no fertilizer and ducks; C+D: cattle manure replacing chemical fertilizer in rice-duck symbiosis system;
P+D: chicken manure replacing chemical fertilizer in rice-duck symbiosis system; F+D: chemical fertilizer in rice-duck symbiosis system. Different lowercase
letters in the same column mean significant differences among treatments (P<0.05).
足。C+D、P+D和F+D处理间全球增温潜势(GWP) (7.38)>CK (7.30)>C+D (7.25)>P+D (7.21)。土壤NH4+-N
和温室气体排放强度(GHGI)差异均不显著, 但均显 呈先降低又升高的趋势, CK、C+D、P+D和F+D处
著高于CK处理(P<0.05)。与CK处理相比, C+D、 理平均NH4+-N含量分别为15.25、16.85、17.21和
P+D和 F+D处 理的 GWP分 别 显 著 增加 132.89%、 13.85 mg·kg?1。土壤NO3?-N含量整体较低, 各处理
183.69%和 147.27% (P<0.05), GHGI分 别 显 著 增 加 NO3?-N浓度均平稳上升, 且持续维持在F+D>P+D>
81.71%、63.41%和51.22% (P<0.05)。以上表明, 与 C+D>CK。
稻田不施肥、不养鸭相比, 鸡粪替代化肥+稻鸭共生 田面水的pH、Eh、NH4+-N和NO3?-N浓度动态
能显著提高水稻产量, 同时也会显著增加全球增温 变化如图5B所示。各处理田面水pH在基肥后第5
潜势和温室气体排放强度。 天出现峰值, 其中F+D处理最大(10.28), 其余处理维
2.4 稻鸭共生下不同有机肥替代化肥对土壤及田面 持在9.0左右。F+D处理pH过高可能是因为施用的
水的pH、Eh、NH4+-N和NO3?-N含 量 动 态 变 化 尿素在水中会分解为氨和CO2, 其中氨是碱性的, 因
的影响 此反应阶段导致水的pH升高; 其他处理由于流入稻
田的灌溉水本身偏碱性(多次测量未进田灌溉水pH
土壤的pH、Eh、NH4+-N和NO3?-N浓度动态变
化如图5A所示。土壤Eh在整个生育期均为负值, 均在9.0左右), 导致稻田前期pH较高。7月13日之
除F+D处理前期Eh先降低再升高外, 其余处理均持 后, 稻田pH趋于平稳, 整体维持在7.5左右。田面
续升高, 并于8月13日达最高后又小幅降低(除 水Eh在228.7~458.9 mV波动, 整体呈小幅度上升趋
C+D处理)。除P+D处理外, 其余处理土壤pH均随 势。田面水NH4+-N浓度变化与N2O排放规律相似,
着 水 稻 生 长 稳 定 下 降 , 其 平均 pH排 序为 F+D 每次施肥后1~3 d内出现峰值, 基肥后各处理的田面
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CO 排放通量
2
?2 ?1
CO emission flux /(mg·m ·h )
2
05-21
05-23
05-25
05-27
05-29
06-13
06-21
06-23
06-25
06-27
07-13
07-28
08-08
08-09
08-11
08-13
08-28
09-14
09-27
CO 累积排放量
2
?2
CO accumulative emission /(kg·hm )
2
中国生态农业学报(中英文)?2025 第 33 卷
394

8.0 0
CK
(A)
C+D
?20
P+D
7.8
F+D ?40
7.6 ?60
?80
7.4
?100
7.2 ?120
?140
7.0
?160
6.8 ?180
28 2.0
26
1.8
24
22
1.6
20
18
1.4
16
14 1.2
12
1.0
10
8
0.8
06-13 07-13 08-13 09-13 06-13 07-13 08-13 09-13
日期 ( 月- 日) Date (month-day)
蘖肥 Tiller fertilizer
10.5 500
蘖肥 Tiller fertilizer 收鸭 Receiving duck
06-20
(B)
放鸭 Releasing duck 06-20 穗肥 Panicle fertilizer 09-13
10.0
放鸭 Releasing duck
06-24 450 08-07
06-24
穗肥 Panicle fertilizer
9.5
08-07
400
9.0 收鸭 Receiving duck
09-13
350
8.5
8.0 300
7.5
250
7.0
200
收鸭 Receiving duck
20 7
蘖肥 Tiller fertilizer 收鸭 Receiving duck
09-13
穗肥 Panicle fertilizer
06-20
09-13
蘖肥 Tiller fertilizer 08-07
穗肥 Panicle fertilizer 6
06-20
08-07
放鸭 Releasing duck
15
5 放鸭 Releasing duck
06-24
06-24
4
10
3
2
5
1
0
0
?1
日期 ( 月- 日) Date (month-day)

CK: 稻田不施肥、不养鸭; C+D: 牛粪替代化肥+稻鸭共生; P+D: 鸡粪替代化肥+稻鸭共生; F+D: 单施化肥+稻鸭共生。CK: rice monocropping
with no fertilizer and ducks; C+D: cattle manure replacing chemical fertilizer in rice-duck symbiosis system; P+D: chicken manure replacing chemical fertilizer
in rice-duck symbiosis system; F+D: chemical fertilizer in rice-duck symbiosis system.
图 5 不同处理下稻田土壤(A)及田面水(B) pH、Eh、NH4+-N和NO3?-N含量变化
Fig. 5 Dynamic changes of pH, Eh, and contents of NH4+-N and NO3?-N in soil (A) and surface water (B) of paddy field under
different treatments
水平均NH4+-N浓度排序为 F+D>P+D>C+D>CK。田 2.5 稻鸭共生下稻田氨挥发排放速率与田面水环境
面水NO3?-N含量在施穗肥之前均平稳在低浓度, 穗 和气象因子的相关性分析
肥后, CK处理NO3?-N含量表现为先升高后降低, 对试验监测数据氨挥发速率和各环境因子进行
C+D、P+D和F+D处理NO3?-N含量均呈现“Z字型”
相关性分析(表4)得出, 在有机肥替代化肥+稻鸭共
变化规律。
作下稻田氨挥发速率与田面水NO3?-N、NH4+-N、总
http://www.ecoagri.ac.cn
pH + ?1
+ ?1
NH -N /(mg·kg ) pH
NH -N /(mg·kg )
4 4
05-21
05-23
05-25
05-27
05-29
06-13
06-21
06-23
06-25
06-27
07-13
07-28
08-08
08-09
08-1 1
08-13
08-28
09-14
Eh /mV
? ?1
Eh /mV NO -N /(mg·kg )
3
? ?1
NO -N /(mg·kg )
3
05-21
05-23
05-25
05-27
05-29
06-13
06-21
06-23
06-25
06-27
07-13
07-28
08-08
08-09
08-1 1
08-13
08-28
09-14
第 2 期 白采禾等: 洱海流域不同类型有机肥替代化肥对稻鸭共生系统氨挥发和温室气体排放的影响
395

表 4 稻田氨挥发速率与田面水环境和气象因子的相关性分析
Table 4 Correlation analysis of ammonia volatilization rate with surface water environment and meteorological factors of paddy field
NH4+-N NO3?-N
NH3 pH Eh TN TDN R WS ST AT
NH3 1.000
pH ?0.033 1.000
?0.292
Eh 0.121 1.000
NH4+-N 0.445
?0.123 ?0.214 1.000
NO3?-N 0.412 ?0.514 0.352
0.128 1.000
0.493 0.824 0.473
TN ?0.213 ?0.010 1.000
0.489 0.816 0.466 0.995
TDN ?0.220 ?0.006 1.000
R ?0.060 0.022 ?0.026 ?0.044 ?0.196 ?0.104 ?0.114 1.000
0.653 ?0.459 ?0.633
WS ?0.170 0.012 ?0.137 ?0.145 0.019 1.000
?0.430 0.286 ?0.374
ST 0.011 0.259 ?0.065 0.045 0.059 0.034 1.000
?0.518
AT 0.175 0.150 0.196 0.085 0.062 0.164 0.166 0.222 0.038 1.000
　　和分别表示在P<0.05和P<0.01水平显著相关。Eh: 氧化还原电位; TN: 总氮; TDN: 可溶性总氮; R: 降雨量; WS: 风速; ST: 土壤温度; AT: 气温。
and indicate significant correlations at P<0.05 and P<0.01 levels, respectively. Eh: oxidation-reduction potential; TN: total nitrogen; TDN: total dissolved
nitrogen; R: rainfall; WS: wind speed; ST: soil temperature; AT: air temperature.

0.8
CH
4
氮(TN)和可溶性总氮(TDN)浓度均呈极显著正相
0.6
SMC
关 (P<0.01)。田面水 NO3?-N与 Eh、 TN和 TDN浓
0.4
AT
度呈极显著正相关(P<0.01), 与土壤温度(ST)呈显
+
NH -N
4
0.2
著正相关(P<0.05), 与pH和风速(WS)呈极显著负相
ST
0
关(P<0.01)。田面水NH4+-N与TN和TDN浓度呈极 CO
2
?
AP
NO -N
3
?0.2
显著正相关(P<0.01)。结果表明稻田氨挥发的挥发
AK
R
pH
?0.4
速率主要受田面水氮素浓度的影响, 间接受环境因
NO
?0.6 2
子影响。

?1.0 ?0.5 0 0.5 1.0
2.6 稻鸭共生下稻田温室气体排放速率与土壤环境 RDA1 (87.24%)

和气象因子的冗余(RDA)分析
和分别表示在 P<0.05和 P<0.01水平显著相关。两线条之间
夹条<90°呈正相关, 夹角>90°呈负相关, 夹角为90°表示不相关; 线条
本文通过冗余分析明确了土壤环境因子及气象
越长, 相关性越高。AP: 有效磷; AK: 速效钾; R: 降雨量; ST: 土壤温度;
因子与温室气体排放速率之间的关系。由图6可知,
AT: 气温; SMC: 土壤含水率; Eh: 氧化还原电位。 and indicate sig-
RDA1和RDA2对影响因子的解释率分别为87.24% nificant correlations at P<0.05 and P<0.01 levels, respectively. There is a
positive correlation between the two indicators when the angle between the
和0.14%。其中关键影响因子包括土壤NO3?-N (贡
corresponding lines is less than 90°, there is a negative correlation when the
献度 77.7%, P=0.002)、 土 壤 温度 (贡 献度 12.7%,
angle is larger than 90°, and there is no correlation when the angle equals to
P=0.02)、 土壤 pH (贡 献度 1.7%, P=0.364)、 土 壤 90°. The longer the line, the higher the correlation. AP: available phosphorus;
AK: available potassium; R: rainfall; ST: soil temperature; AT: air temperature;
NH4+-N (贡 献度 0.8%, P=0.584)、 Eh (贡 献度 0.7%,
SMC: soil moisture content; Eh: oxidation-reduction potential.
P=0.544)和降雨量 (贡献度0.7%, P=0.68)等。N2O、
图 6 稻田温室气体排放速率与土壤环境和气象因子的
CH4和CO2排放速率均与土壤NO3?-N呈极显著正相
冗余分析(RDA)
关(P<0.01), 与土壤温度呈显著正相关(P<0.05)。结 Fig. 6 Redundancy analysis (RDA) of greenhouse gas emis-
sion rate and soil environment and meteorological
果表明, 温室气体排放速率均受环境因子、气象因
factors of paddy field
子和氮素浓度的影响。

达峰, 并且施肥后氨挥发持续时间为10 d左右。对
3 讨论
于有机肥替代化肥+稻鸭共生处理仅有一次氨挥发

3.1 稻鸭共生下不同有机肥替代化肥对氨挥发排放 排放峰, 在基肥后1~2 d内达峰, 达峰后逐渐降至不
能监测水平。张靖等[25]综合两年的试验得出, 生物
特征的影响
有机肥替代化肥结合深施减氮可减少高达60%的稻
氨挥发过程复杂并受环境因子和气象因子等多
方面的共同耦合作用影响[24]。本试验中单施化肥+ 田氨挥发, 且不降低水稻产量, 可有效实现稻田氮肥
稻鸭共生处理氨挥发速率在每次施肥后1~4 d内均 减量、氨挥发减排。也有研究表明, 在不同稻作模
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RDA2 (0.14%)
中国生态农业学报(中英文)?2025 第 33 卷
396
式下, 无论施肥与否, 稻鸭共生均能够增加稻田土壤 稻鸭共生会降低N2O排放。
氮素的氨挥发速率, 其中肥料氮素的氨挥发损失量 稻田CH4主要是产甲烷菌在厌氧环境下利用土
占氮素氨挥发损失总量的 35.72%, 稻鸭共生明显产 壤中的理化物质通过代谢作用排放[36], 主要受施肥、
生了抑制氨挥发[26-27]。通过相关性分析可知, 田面水 土壤因子和环境气象因子的影响。有机肥替代化
NO3?-N、NH4+-N、总氮和可溶性总氮浓度均对稻田 肥+稻鸭共生处理的CH4排放通量在水稻生育前期
氨挥发存在极显著正相关影响。刘伯顺等[28]研究表 逐步升高, 至分蘖期和齐穗期达到峰值, 单施化肥+
明, 无其他条件干扰下, 氨挥发通量会随土壤及田面 稻鸭共生处理也在穗肥期达到排放峰值, 后期又逐
水NH4+-N含量的增加而升高, 且两者呈极显著正相 步降低, 本试验结果与前人研究稻田综合种养CH4
关关系。与本研究结果NH4+-N浓度与稻田氨挥发 排放峰值结果一致[35,37-38]。主要原因可能是水稻生育
排放速率呈极显著正相关相吻合。追施氮肥时, 稻 前期, 稻田一直处于淹水状态且田面水体积维持饱
田均处于高温淹水状态, 普通尿素撒施会快速水解 和, 有助于CH4产生和排放, 水稻分蘖期根系活动频
并迅速转化为NH4+-N, 由于前期水稻生长发育吸氮 繁, 呼吸作用旺盛, 此时CH4排放达到峰值。随后,
能力不强, NH4+-N大部分转化为NH3, 进而提高氨挥
在水稻不断生长发育过程中, 根系不断壮大, 分泌物
发速率。随后, 由于土壤吸附和水稻吸收, 田面水 增加, 为产甲烷菌的代谢提供底物, 厌氧条件降低了
NH4+-N浓度逐渐降低, 氨挥发也随之减弱[18,29]。从减 土壤Eh, Eh越低CH4排放量越大[12,36,39]。有研究结
少稻田氨挥发角度看, 鸡粪和牛粪替代化肥+稻鸭共 果表明, 有机肥替代化肥比单施化肥能使稻田土壤
生具有较好的氨挥发减排效益, 可提高氮肥利用 CH4排放量增加82.16%[40]; 有机肥替代比例越大,
效率。 CH4的排放量越多, 这与本研究结果一致。综合试验
3.2 稻鸭共生下不同有机肥替代化肥对温室气体排 结果来看, 有机肥替代化肥+稻鸭共生会增加CH4
放特征的影响 排放。
稻田N2O的产生及释放量主要与土壤中微生物 稻田CO2排放主要取决于稻作系统呼吸作用
的硝化和反硝化作用[30]、反应产物中N2O的比例、 (土壤呼吸、微生物分解过程、植株光合作用和呼吸
N2O逸散进入大气前在土壤中的扩散程度及土壤是 作用等), 主要受植株生长情况、气象因子和土壤环
否具有淹水层有关[31]。本研究中, N2O排放通量峰值 境因子的影响[41-42]。本试验结果表现为: 各处理稻田
均出现在每次施肥后1~3 d内, 水稻成熟后期稻田水 CO2排放变化呈现出相似规律, 整体为上升趋势。这
可能是因为水稻移栽初期, 植株较小, 根系尚未发育
层快速下降, 水层较浅时也出现了N2O排放峰值, 与
赵峥等[32]和谢义琴等[33]研究中N2O排放峰值主要 完全, 光合作用和呼吸作用均较弱, 随着植株和鸭子
出现在施肥和稻田水层较浅后的结果一致。在水稻 生长发育, 光合作用和呼吸作用得到提升, 稻田CO2
生长季的持续淹水期间, N2O主要通过水稻植株排 排放通量也逐渐增加, 水稻生长后期植株衰老会导
放, 在稻田无水时, N2O主要通过直接扩散途径排向 致CO2排放降低, 但由于稻田后期排水, 影响土壤氧
大气[31]。鸭子的生物扰动会刺激水稻植株形态, 改善 化还原状况, 刺激微生物活动, 又增加了CO2排放通
水稻生理过程, 使氧气更容易传输到水稻根际, 进而 量[43-44]。有研究表明, 稻鸭共作模式在整个水稻生育
通过硝化和反硝化作用产生N2O, 增加水溶性N2O 期和放养鸭期间均能显著提高稻田CO2排放[45], 稻
的扩散与释放[9-10]。整个稻作期, 单施化肥+稻鸭共生 鸭共生CO2排放量为常规种植的1.11倍[46-47], 这是由
处理的N2O累积排放通量均高于有机肥替代化肥+ 于鸭子活动增加了土壤与氧气的接触机会, 促进了
稻鸭共生处理。粪肥的施入为土壤微生物提供了丰 土壤微生物好氧呼吸, 导致CO2排放增加。史雅
富的碳源和氮源, 刺激土壤微生物活动, 增加微生物 童[40]对比单施化肥和有机肥替代化肥的数据发现,
耗氧, 降低Eh, 提高了反硝化速率, 增加了N2排放, 有机肥替代化肥能使稻田土壤CO2排放整体增加
抑制N2O排放, 从而减少了N2O的累积排放量[12-13,34]。 16.27%。通过相关分析, CO2排放速率与气温、土温、
吕凤莲等[35]研究得出, 在同一作物生长季中, 有机肥 NO3?-N和Eh呈正相关关系, 与前人研究结果一致。
替代化肥比例在75%和100%时, N2O排放峰值较其 本试验中土壤Eh和NO3?-N浓度在水稻生育期均呈
他替代比例显著降低, 并且减排效应随替代比例增 现上升趋势, 与CO2排放速率相对应。综合CO2累
加而增加。以上进一步表明, 本试验有机肥100%替 积量来看, 有机肥替代化肥+稻鸭共生相比单施化
代化肥的N2O减排效果会更显著, 有机肥替代化肥+ 肥+稻鸭共生能在一定程度上降低CO2排放, 但在整
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第 2 期 白采禾等: 洱海流域不同类型有机肥替代化肥对稻鸭共生系统氨挥发和温室气体排放的影响
397
个稻田生育期和放养鸭期间CO2排放速率均呈上升 附作用, 使得土壤NH4+-N含量也随之减少。而土壤
趋势。 NO3?-N含量稳定上升(图5A), 稻作后期多以NO3?-N

3.3 稻 鸭 共 生 下 有 机 肥 替 代 化 肥 对 稻 田 产 量 、 全 球 的形式保存在土壤中[55]。鸭子在田间踩踏活动加速
增温潜势和温室气体排放强度的影响 气体交换, 水稻根系泌氧增强, 提高田面水含氧量,
在农业生产中, 可持续发展农业常与GWP和 使田面水Eh整体呈升高趋势。土壤和田面水的pH
GHGI紧密联系[48]。前人研究表明, 稻鸭共生模式在 均随稻作生育期逐渐降低, 并稳定在7左右, 稻作后
期有机肥替代化肥处理田面水pH总体高于单施化
稻田生态系统中可延长食物链的增环作用, 鸭子通
肥处理, 说明有机肥更有利于缓解土壤酸化。由相
过其持续运动觅食等不同程度地影响稻田温室气体
关性分析可知, 影响氨挥发的主要因素为田面水氮
排放和GWP[49]。在施肥方面, 姜海斌等[50]在研究洱
素指标, 影响温室气体排放的主要因素为土壤环境
海流域不同施肥模式对氮磷流失的影响中设置了常
因子和气象因子。各指标之间直接或间接影响着氨
规施氮量、当地平均施氮量和有机肥完全替代施氮
挥发和温室气体排放速率。结果表明, 稻鸭共生下
量, 分别为195、120 和156 kg·hm?2, 其中有机肥替代
有机肥替代化肥与不施肥相比, 增加了CH4和CO2
的总氮流失量为19.23%。聂云[51]研究26年的黄壤
累积排放量, 提高了GWP和GHGI, 与单施化肥相比
稻田温室气体排放特征发现, 有机肥100%替代化
减少了氨挥发损失率和N2O累积排放量, 但是对
肥(施氮量为165 kg·hm?2), GWP随施氮量和有机替
GWP和GHGI无显著影响。
代比例的增加而增加, 100%有机肥替代较单施化肥
处理能提高306.25%的GHGI。也有研究表明, 综合
4 结论
作物产量、GWP和GHGI考虑, 有机肥配施化肥既
1)稻田氨挥发主要集中在施肥后两周内, 且氨
能增加作物产量, 又能降低GWP和GHGI[52]。本试
挥发速率均在施肥后1~4 d内达峰值, 相较单施化
验结果显示, 有机肥替代化肥+稻鸭共生与单施化
肥+稻鸭共作处理, 有机肥替代化肥+稻鸭共生处理
肥+稻鸭共生的GWP和GHGI差异不显著。原因可
均能显著降低稻田氨挥发速率、减少氨挥发累积量
能是: 本试验有机肥替代化肥处理施氮量与单施化
和挥发损失率。鸡粪和牛粪替代化肥+稻鸭共生处
肥处理施氮量相同, 且有机肥为移栽前施用并翻入
理间无显著差异。影响氨挥发的主要因素为田面水
土壤, 未显著增加GWP和GHGI与有机肥的施用方
NH4+-N、NO3?-N、总氮和可溶性总氮浓度。
式和翻耕深度有很大关系。与单施化肥+稻鸭共生
2)与单施化肥+稻鸭共生相比, 有机肥替代化
相比, 有机肥替代化肥+稻鸭共生均能显著减少稻田
肥+稻鸭共生均显著减少稻田N2O排放通量和N2O
N2O累积排放量, 但同时也显著增加了稻田CH4累
累积排放量, 同时也显著增加了稻田CH4排放通量
积排放量。在百年尺度上N2O和CH4的增温潜势分
和CH4累积排放量, 鸡粪替代化肥+稻鸭共生与单施
别是CO2的265和28倍[21], 说明本研究CH4的温室
化肥+稻鸭共生处理之间CO2累积排放量无显著差
效应远大于N2O温室效应。由此可见, 降低稻田
异。影响温室气体排放的主要因素是土壤温度、pH、
CH4排放对缓解温室气体增温潜势至关重要[53]。
Eh、NH4+-N、NO3?-N浓度和降雨量。
3.4 氨 挥 发 、 温 室 气 体 与 土 壤 和 田 面 水 环 境 因 子 及
3)与单施化肥+稻鸭共生相比, 由于有机肥替代
气象因子的关系
化肥+稻鸭共生显著减少稻田N2O累积排放量的同
结合相关性分析和试验结果可以发现, 在稻鸭
时也显著增加了稻田CH4累积排放量, 其与单施化
共生模式下, 随着稻作生育期温度的升高, 有机肥施
肥+稻鸭共生的全球增温潜势(GWP)和温室气体强
入可以促进土壤微生物量积累, 提高酶活性, 平衡土
度(GHGI)差异不显著。
壤氮素供应[54], 有利于水稻生长发育和保质保产。田
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