中国稻田CH4排放对施氮的响应及影响因素Meta分析(2)
Key words: Rice fields; CH4 emissions; Nitrogen application; Meta-analysis
引言：甲烷 (CH4) 是一种重要的温室气体，其增温潜势是CO2的28倍，占全球温室气体排放约15%[1]。稻田是最大的人为CH4排放源，其CH4排放量占大气中总排放量的5%-19%[1]。中国是水稻生产大国，其稻田CH4排放量约占世界稻田CH4排放量的19.6%，已引起国内外广泛关注[2-3]。但是，水稻生产需要大量N素投入 [4]。研究发现，N素添加会显著影响甲烷菌及甲烷氧化菌等土壤微生物活性，进而可能影响CH4排放[5-6]。然而，IPCC对CH4排放清单的估算并未考虑氮肥对稻田CH4排放的影响[7]。因此，研究稻田CH4排放对N素施用的响应对预测稻田甲烷排放、制定减排政策、赢得国际气候谈判具有重要意义。
稻田CH4排放是CH4产生、再氧化和向大气传输三大过程共同作用的净效应[5]。在淹水厌氧条件下，产甲烷菌通过降解作物残体及根系分泌物等有机物质而产生CH4；由产甲烷菌产生的CH4大部分被甲烷氧化菌消耗掉，而未被氧化的CH4通过水稻通气组织或直接游离扩散进入空气[8]。针对稻田CH4产生过程，Schimel [9] 提出了N素调控稻田CH4排放的可能途径：在植株/生态系统水平上，NH4+-N促进水稻植株生长而提供更多的甲烷产生的有机类前体物质，从而促进CH4排放；在微生物群落水平上，NH4+-N促进甲烷氧化菌的生长，从而降低CH4排放；在生化水平上，NH4+与CH4的大小与结构相似，从而竞争CH4氧化而促进其排放。因此，N素对稻田CH4排放的排放是以上三条途径综合作用的结果。
目前，我国已开展了一系列施肥对稻田CH4排放影响的试验研究。但是，研究结果差异较大，相互矛盾的结果均有报道。目前，还未形成一致结论。例如，郑土英等[10]、石生伟等[11]、李成芳等[12]、Shang等[13] 均发现N素施用促进稻田CH4排放；而秦晓波等[14]、焦燕等[15]、鲁春霞等[16]、Dong等 [17]均发现N素施用降低稻田CH4排放。因此，稻田CH4排放对N素施用的响应可能是一系列农艺措施及环境因子综合作用的结果。尽管马静等[18]定性地综述了氮肥种类、施用量、施用方式和施用时间对稻田CH4 排放的影响，然而，目前依然缺乏全国尺度上的稻田CH4 排放响应N素施用的定量研究。Meta分析是一种针对同一主题的一系列独立个案研究出现矛盾结论时给予综合定量统计的分析方法[19]，在大尺度生态学研究中已得到广泛应用[19]。因此，针对稻田CH4 排放响应N素施用相互矛盾的试验结果，本研究拟采用Meta分析方法，从全国尺度上整合各主要稻区的研究资料进行定量分析，以回答以下科学问题：(1) 肥水管理措施如何影响稻田CH4 排放对N素施用响应？(2) 栽培耕作措施如何影响稻田CH4 排放对N素施用响应？(3) 种植模式及区域资源因子如何影响稻田CH4 排放对N素施用的响应？
1 研究区域与研究方法
1.1 研究区域
研究区域涉及我国主要稻区 (如图1)，包括华南双季稻稻作区 (广西)、华中双季稻稻作区 (上海、江苏、安徽、湖南、湖北、重庆、四川)、华北单季稻稻作区 (北京)、东北早熟单季稻稻作区 (黑龙江、辽宁)。气候包括亚热带季风性气候和温带季风性气候。种植制度包括一熟制、两熟制和三熟制。
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