Page 45 - 《华中农业大学学报》2025年第3期

第 3 期 刘银涛 等：“稻-鸭-虾”体系对稻田生态系统碳排放及碳固定的影响研究 39

开展。供试水稻品种为华墨香 5号，供试虾为克氏原 度，m；dC/dt是采样箱内气体浓度变化率，t为采样过
螯 虾（Procambarus clarkii），供 试 鸭 品 种 为 武 禽 程中采样箱内的平均温度，℃。
10号。 水稻生育期 N 2 O和 CH 4 的累积排放量，采用 2个
1.2 试验设计 相邻的采样时期的均值与采样时间间隔的乘积累加
试验共设 5 个处理，水稻单作和稻-虾模式为对 得到 ［10］ ：
照组，稻-鸭-虾模式有单元格模式、游牧鸭模式和大 n )
田块模式 3 种处理，每种模式设置 3 次重复。试验具 ∑( F i + F i + 1 （2）
F C = i = 1 ×(t i + 1 - t i) × 24
体设置如下：水稻单作模式（monoculture，CK1）：传 2
式（2）中，F C为N 2 O和CH 4 的累积排放量，kg/hm ；；
2
统农户种植模式，种植密度 16 cm×30 cm，每穴 4株。
（F i +F i+1 ）是两次相邻采样气体通量，mg/（m·h）；
2
水稻施氮量 150 kg/hm ，基肥追肥质量比 7∶3。灌溉
2
（t i+1 －t i ）是两次相邻采样时间间隔，h；n 表示采样
方式为当地传统灌溉模式，除了晒田和收获期田间
次数。
自然晒干且不灌水外，其余时期田面水均保持 10
cm。稻-虾模式（rice-crayfish coculture，CK2）：小区 1.4 全球增温潜势和温室气体排放强度的测定
周围开挖围沟，种植密度 14 cm×30 cm，每穴 4 株。 全球增温潜势（global warming potential，GWP）
按照 Bayer 等 ［11］ 方法进行计算；温室气体排放强度
水稻移栽前不施用基肥，移栽后于 6月 30日和 7月 16
2
日分别施用尿素 45 和 22.5 kg/hm ，整个生育期内不 （greenhouse gas emission intensity，GHGI）按照 Mo‐
施用农药，其余田间管理措施同水稻单作一致。稻- hanty等 ［12］ 方法计算，公式如下：
鸭-虾单元投放模式（rice-duck-crayfish unit release P GWP = 30 × E CH 4 + 268 × E N 2 O （3）
2
model， CRXD）：采用单元模式，每单元开挖围沟，稻 式（3）中，P GWP 是GWP的测算量，kgCO 2 eq/hm ，
田四周用尼龙网搭建围栏，各田块留有单独鸭棚，供 表示 CH 4 与 N 2 O 排放量折算为等温室效应的 CO 2 排
鸭休憩、喂食用。各单元设置独立的进水口和出水 是 CH 4 的增温潜势， E N 2 O 是
放量的增温潜势；E CH 4
口，保证试验田水环境一致且又相互独立，在水稻移 N 2 O的增温潜势。温室气体排放强度由式（4）得到：
栽 14 d 后将雏鸭以 180 只/hm 的密度放入稻田实行 P GWP
2
I GHGI = （4）
鸭稻共作。稻-鸭-虾“游牧鸭”模式（rice-duck-cray‐ Q
fish “nomadic duck” model， NRXD）：在相邻 2 两块 式（4）中，I GHGI 是 GHGI 的测算量，kgCO 2 eq/kg，
2
田间设置鸭棚且留有通道，在水稻插秧后 10 d 左右 表示单位产量的CO 2 当量；Q是水稻产量，kg/hm 。
将雏鸭以 90 只/hm 的密度放入稻田实行鸭稻共作， 1.5 碳固定和碳中和效应测定
2
通过人工赶鸭的方式控制鸭活动区域。稻-鸭-虾大 碳中和效应参考陈松文等 ［13］ 方法计算。
田块模式（rice-duck-crayfish large field block model， G C = G s - G e （5）
BRXD）：在水稻移栽 14 d 后将雏鸭以 180 只/hm 的 式（5）中，G C 、G s 、G e 分别代表碳中和量、碳固定
2
密度放入稻田，田块面积 1.6 hm ，鸭在田间自由活 量、碳排放量， kg/hm 。其中：
2
2
动。其余田间管理与稻-虾模式（CK2）一致。 G s = B st × C st + B r × C r + Δ O × ρ × d × 0.37 （6）
1.3 CH 4、N 2O排放通量的测定 式（6）中，B st 是秸秆生物量，kg/hm ；C st 是秸秆
2
［8］
采用静态箱-气相色谱法 测定 CH 4 、N 2 O 浓度， 含碳量，%；B r 是根系生物量，kg/hm ；C r 是根系含碳
2
每批样品在 14 d内测定。检测条件：在 180 ℃的温度 量，%；Δ O 是土壤有机质变化量，kg/hm ；ρ 是土壤容
2
下，使用氢火焰离子化检测器（FID）分析 CH 4 浓度， 重，1.15 g/cm ；d 是耕作层厚度，20 cm；矫正系数取
3
通过电子捕获检测器（ECD）检测 N 2 O 浓度。载气为 值为0.37。
流 速 300 mL/min 的 高 纯 氮 气 ，燃 气 为 流 速 50 （7）
G e = G D + G I
mL/min 的氢气，助燃气为流速 300 mL/min 的空气。
G D =(C CH 4 × 25 + C N 2 O × 298) × 0.273 （8）
［9］
CH 4 和N 2 O的排放通量根据公式（1）计算 ： G I = ∑( q q j × ε j ) （9）
dC 273 i
F = ρ × h × × （1） 式（7）~（9）中，G D 为直接排放量、G I 为间接排放
dt 273 + t
式（1）中，F为气体通量，mg/（m·h）；ρ为标准状 量、 C CH 4 为 CH 4 排放量、 C N 2 O 为 N 2 O 排放量、 q 是农资
2
i
态下气体密度，kg/m ；h为采样箱顶部距离水面的高 投入量，kg/hm ；ε j 是温室气体排放系数 ［14］ 。
2
3