全 文 ：第 ll卷 第 4期
2 0 0 3年 1 0月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco—Agriculture
VO1．11 NO．4
0ct．． 2003
稻田温度与甲烷排放通量关系的研究
王 玲 谢 德 体
(西南 农业 大 学 资源 与环 境学 院 重 庆
刘海隆 阳作 明
400716)(重庆市气象局 重庆 400039)
摘 要 稻 田温度与 cH 排放通量有 密切关系，通过灰关联分析发现稻 田 5cm 深处温度与 cH 排放通量关系最 密
切 ，水稻 抽穗 期 CH 排 放 通量 达 极大 值 ，而完 熟期 CH 排放 通 量达 极 小值 。 温度 对 CH 排 放 通 量 的增 效 应 明 显 ，减
效应 较 弱。 稻 田温度 与 CHd排 放 通量 的关 系呈 s型 曲线 相 关关 系。
关键词 稻 田温度 甲烷排 放 通量 效 应
Study on the relation between paddy field temperature and methane emission flux．WANG Ling，XIE De—Ti(College of
Resources and Environmental Sciences，Southwest Agricultural University，Chongqing 400716)，LIU Hai—Long，YANG
Zuo-Ming(Meteorological Bureau of Chongqing，Chongqing 400039)，CJEA，2003，11(4)：29～31
Abstract There are consanguineo us connections between the paddy field temperature and the methane emision flux．Af—
ter analyzing four kinds of temperature by gray association，the results show that the paddy field temperature at 5 cm be—
low is the closest one．The methane emision flux attains the max．in the tassel period and attains the min．in the ripe pe—
riod ．The temperature increasing effect is clearer than the decreasing effect．Finally，the correlativity between paddy field
temperature and the methane emision flux submits to the curve of S．
Key words Paddy field temperature，M ethane emision flux，Efleet
CH 是重要的温室气体，稻田是大气 CH 最主要的排放源之一，稻田 CH 排放受温度 、耕种制度 、土壤类
型 、昼夜 时间 、纬度 、品种 、施肥 量和施 肥方 式 、生 长季 节等 多 因素 影 响 ，其 中温度 对 CH 排 放 产生 重要 影
响。研究表明 1天中随稻田温度的升高和氧化还原 电位 (Eh)的下降，稻 田 CH 排放通量极显著增加 ，且
稻 田 5cm 土层深处 温度与 CH 排放通 量相关性最佳 ’引。本试验研究 了稻 田 5cm 土层深处温度与 CH 排 放
通量 的季节变化及 水稻生育期 不同时段 CH 排放通量与 土壤温度 的增 减效应 。
1 试验材料与方法
试验 于 1995年 5月 ～1999年 8月在 重庆市北碚 区西南农业 大学试 验场 进行 。该 地位 于东经 106。26 ，
北纬 30。26 ，海拔高度 230m，≥0℃年积温 6655℃ ，年均降水量 1105．4mm，年 日照时数 1276．7h，供试土壤为
灰色紫泥水稻土 ，耕作层 pH值 为 7．14，有机质含量 34．56g／kg，全 N1．87g／kg，有效氮 146mg／kg，有效磷
8．4rng／kg，有效 钾 161．8mg／kg。试验 小区面积 20m ，重复 4次 。供试 水稻 品种 为“汕 优 63”，栽 秧前施 入底
肥 ，其 中尿素 190kg／hm ，过磷酸 钙 500kg／hm2，氯化钾 75kg／hm2，水稻 分蘖期 1次追施 尿素 80kg／hm2，氯 化
钾 75kg／hm 。1996年栽 秧前 还施 人人 畜粪 2000kg／hm 。1995～1999年水 稻返 青 期分 别为 5月 15日、23
日、15日、14日和 10日，分 蘖期 分别 为 5月 31日、29日、25日、25日和 20日，孕 穗期 分 别 为 7月 5日、10
日、1日、4日和 1日，抽穗 期分别 为 7月 15日、19日、11日、13日和 11日，乳熟期 分别 为 7月 30日、8月 10
日、7月 24日、7月 28日和 7月 28日，成熟期分别为 8月 14日、24日、7日、12日和 11日。采用静态箱法采
集 CH 气体样品，箱高 lm，底面 51cm×51cnl。水稻生长期 内每 7d采样 2次 ，水稻收获后每 7d采样 1次。
用 FID作检测器 ，用色相谱测定 CH 样品浓度。采用主分量分析法重点研究分析 1995年和 1998年典型稻
田 5cm 土层深处 温度与 CH 排放通量 的关系 。
2 结果与分析
2．1 CH。排放通量与相关因子灰关联度
灰关联分 析是基 于灰色系统 的灰色过 程 ，以动态 过程 为 主 ，分 析和 确定 各 因子 间 的影 响程度 或 因子对
*国家 自然科学基金项 目(49771073)~中国科学院重点基金项 目(K2952一儿．203)共同资助
收稿 日期：2002-12-16 改回日期 ：2003．01．20
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中 国 生 态 农 业 学 报 第 11卷
各 行为的贡献测 度。为探究 可能影响 CH 排放通量 的因子 ，取各 年 CH 排放通 量 的平 均值 及相 对应 的稻 田
5 m土层 深处温度 、平均气温 、最高气 温 、最低 气温 的平均 值进 行灰关 联分 析 ，处理 过程设 CH 排放 通量 (母
系列 )为 X0，子系列稻 田 5cm 土层深处 温度为 z。，平均气 温为 z ，最 高气 温为 z。，最低 气温为 z 。将 同一
数列中所有数据分 别除 以第 1个数据 z。得到 1个新 的数列 。， 。， z， 。， 。求 差序列 A1(k)
l 。(k)一 。(k)l，A (k)=l 。(k)一 (k)l，A。(k)=l 。(k)一 。(k)l，A (k) l 。(k)一 (k)l，其
中 k=1，2，3，4。求 两级最大差 ma
．
x m
．
ax l 。(k)一 ，(k)与最小差m in，m inl o(忌)一 ，(k)l并求关联系数
。(k)为 ：
o．s 4⋯
求灰关联 度 ，由下式 ：
y(z。，z )= 1∑ r[ 。(k)， (k)] (2)
得出 y(X0，X1)=0．656，y(z。，z )=0．648，y(z。，z 3)=0．651，y(z。，z )=0．649，排 出 关 联 序
y(z。，z。)>y(z。，z。)>y(z。，z )>y(z。，z )，分析 表 明所有温 度 因子 中稻 田 5cm 土层深 处温 度与 CH
排放通量关系最密切，其次为最高气温、最低气温和平均气温。
2．2 CI-I 排放通量与稻田 Sere土层深处温度相关性
CH 排放受多 因素影响 ，为排除不 同施肥 量 、灌水 量等 因素造 成 的差异 ，对 5年水稻 生长期 间 CH 排 放
通量进行信度为0．05的方差检验 ，结果表明 1995年与 1998年、1997年与 1999年 CH 排放通量均无显著差
异 ，而 1996年则 差异较大 ，这可能 与 1996年栽秧 前施入大 量有 机肥有 较大关 系。CH 排放 通量 和稻 田 5cm
土层深处温 度观测数据可视作 2个时 间序 列 ，应用 主分量分 析法 分解 1995年和 1998年 CH 排放通 量场 序
列及对应的稻 田温度场序列 ，CH 排 放通 量第 1主分量 方差贡献 为 52．08％，第 2主分量 方差 贡献 为
47．91％，二者 累计 方差贡献为 99．99％ ；稻 田温度排放通 量第 1主分 量方 差 贡献 为 84．39％，第 2主 分量 方
差贡献为15．56％，二者累计方差贡献为 99．95％。表明 CH 排放通量场序列和稻 田温度场序列的前 2个典
型场之和可以概括整个场量时间序列的演变特征 ，其中第 1典型场描述了 CH 排放通量和稻 田温度随水稻
生 育期 增 加 的 变化 规 律 ．第 2典 型场 则描 述 了二 者 随水 稻 生 育 期 下 降 的变 化 规律 (见图 1和 图2)。由 图1
水稻生长期(月一日)
图 1 C|{4排 放通 量 典型 场变 化分 布
Fig．1 The main heft of methane emission flux
水稻生长期(月一日)
图 2 稻 田温度 典 型场 变化 分 布
Fig．2 The main heft of paddyfield temperature
和图 2可知 水 稻 生
长期 间 CH 排 放通
量分 别于 5月 下句
水稻分 蘖期 、6月 下
旬水 稻枝 梗 分化 期
和 7月 中旬 末抽 穗
期出 现 3次 较 明显
的极 大值 ，其 中 以
抽穗期 CH 排放通
量 最 大 ；分 别 于
6月 中旬 水 稻拔 节
期 、7月上旬孕穗期 、7月下旬末水稻乳熟期和 8月中旬水稻完熟期出现 4个极小值，其 中以完熟期 CH4排放
通 量最 小 。稻 田温 度变 化则呈小 幅波 动且总体上 升趋 势 ，5月下旬 ～6月 上旬 出现 1个 大 的波 谷 ，8月上 旬
达最 高峰值 。单从极值 看 CH 排放通 量与稻 田温度 的增减并不一致 。
CH4排放通量主分量与稻田温度相关关系见表 1。由表 1可知 CH4排放通量第 1主分量与稻 田温度第
1主分量呈显著正相关(通过 a=0．001的 t检验)，并与稻田温度呈显著正相关，表明水稻生长期 内温度升
高促进了 CH 排放。但稻田温度第 2主分量与 CH 排放通量主分量相关并不显著 ，表明水稻生长期 内稻田
温度降低并未引起 CH 排放通量显著变化 ，这可能是由于稻田温度与 CH 排放通量间存在 1个阈值
，而该 时
期温度高 于这一 阈值缘故所 致 。1995～1999年 CH 排放通 量与稻 田温度 间呈 S型 曲线相 关关系
， 即 ：
p、避赠群
q． 山． E、删赠辍|丰，Hu
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第 4期 王 玲等 ：稻 田温度与甲烷排放通量关系的研究 31
y H4= _ 1 (R = 0
． 8007) (3)
回归 方 差 与 原 方差 在 a=0．05时 无 表 1 CH,排放通量主分量与稻田温度的关系
显著差异 。
2．3 稻田温度与 c=H4排放通量季节变化规律
1995～ 1999年 5年 月 平 均 值 表 明
CH 排放 通量与稻 田温度季节变 化有 较好
一 致性 ，cHd排放通量季节变化呈双峰型
曲线 ，春 季 随 气 温 升 高 CHd排 放 通 量 增
加 ，4月 份 出现 次 高 值 ，6月 份 出 现 最 高
值 ，以后 开始下降 ，至 11月 ～翌年 3月份
Tab．1 The relation between methane emission flux and paddflield temperature
项 目
Items
C 排放 通量 Meth~e emission flux
第 l主分量 第 2主分量
The first main component The second main compo nent
处于全年最低水 平 。稻 田温度季节变化 呈单峰型 曲线 ，8月份达最大值 。C}{d排 放通量 与稻 田温度季节 变化
拟合 关系式 为 ：
y叽 1
0．0357+ 舳 4) (4)
回归方差 与原 方差在 a=0．01时无 显著差异 。
3 小结与讨论
各 温度 因子 中稻 田 5cm 土层深处温 度 与 CH4排 放通 量关 系最 密切 ，其 次 为最高 气温 、最低气 温 和平 均
气温 。水 稻生长期 间 CH4排放 通量分别 于 5月下 旬水 稻分蘖 期 、6月下 旬水 稻枝 梗分 化期 和 7月 中旬末 水
稻抽穗 期出现 3次较 明显 的极 大值 ，分别 于 6月 中旬水 稻拔节期 、7月上 旬孕穗期 、7月下 旬末水稻乳熟 期和
8月中旬水稻完熟期出现 4次较明显的极小值 。已有研究表明，cH4释放率有较强 日变化，水稻生育初期 日
变幅较高，后期降低 。本研究表明整个水稻生育期间稻 田温度与每个生育期 cHd释放率并非均显著相关 ，
有时甚至不相关。cH4排放通量季节变化呈双峰型变化 ，春季随气温升高 cHd排放通量增加，4月份出现次
高值 ，6月份 出现最高值 ，与稻 田温 度间各 自的倒 数成直线相关关 系 ，而稻 田温 度 8月份 达最大值 ，稻 田温度
对 CH4排放 通量 的影 响是否具有 阈值 尚需进一 步深入研究 。
参 考 文 献
l 蔡祖充，沈光裕 ，颜晓元等．土壤质地、温度和 Eh对稻田甲烷排放的影响．土壤学报，1998，35(2)：145～153
2 孙向阳．北京低山区森林土壤中 CH4排放通量的研究 ．土壤与环境，2000，9(3)：173～176
3 魏朝富，高 明，黄 勤等．耕种制度对西南地 区冬水田甲烷排放的影响．土壤学报，2000，37(2)：157～165
4 Sch~tzH．et a1．意大利稻 田甲烷释放率的 日变化、生长季变化及不同施肥处理的影响．国外农业环境保护 ，1992，34(4)：14～17
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