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太湖流域是我国重要的水稻生产基地，然而过量施肥导致氮肥利用率降低和氮素的氨挥发、反硝化、径流和淋溶等损失增强。对水稻田NH3、CH4和N2O排放规律及减排措施的研究可以为研发新型农田管理技术和措施提供科学依据。施用生物质炭和脲酶/硝化抑制剂等措施是农田系统固碳减排的有效措施，但对NH3、 CH4和N2O的影响尚存争议，可能与生物质炭用量、抑制剂类型、氮肥种类等有关。本研究在江苏省苏州市和句容市开展三年田间试验，评估不同用量生物质炭以及与抑制剂联用对稻田NH3、 CH4和N2O排放的影响。
2013-2016年连续开展了3年的稻麦轮作田间小区试验。2013-2014年田间试验设置8个处理:①不施肥(control);②常规施氮(CN);③优化施氮(ON);④优化施氮加7.5 t ha-1生物质炭(ONB1);⑤优化施氮加15 t ha-1生物质炭(ONB2);⑥优化施氮加硝化和脲酶抑制剂(ONI);⑦优化施氮加硝化/脲酶抑制剂和7.5 t ha-1生物质炭(ONIB1);⑧优化施氮加硝化/脲酶抑制剂和15 t ha-1生物质炭(ONIB2)。生物质炭在2013年6月一次性施入土壤，小麦季不施生物质炭。2014-2016年田间试验设置7个处理:①不施肥(control);②常规施氮(N);③单施生物质炭(B);④常规施氮加7.5 t ha-1生物质炭(NB);⑤常规施氮加7.5 t ha-1生物质炭和脲酶抑制剂(NBUI);⑥常规施氮加7.5 t生物质炭和硝化抑制剂(NBNI);⑦常规施氮加7.5 t ha-1生物质炭和脲酶和硝化抑制剂(NBDI)。生物质炭在2014年6月一次性施入土壤。取得的主要结论如下:
与常规施氮处理相比，优化施氮处理显著降低稻麦两季NH3累积排放量和单位产量NH3排放量，降幅分别为14.0-14.2％和13.21-16.28％。相反，施用7.5t ha-1和15 t ha-1生物质炭促进了当季NH3排放和单位产量NH3排放，主要原因是提高了土壤NH4+含量和田面水pH升高，但是7.5 t ha-1生物质炭降低了次年水稻季的NH3排放，可能是因为生物质炭高的吸附作用固定更多的NH4+或者促进了硝化作用。与水稻季相反，施用生物质炭显著促进了小麦季NH3排放，提高了单位产量NH3排放量，土壤pH值升高可能是导致小麦季排放更多NH3的主要因素。脲酶抑制剂氢醌（对苯二酚，HQ）与7.5 t ha-1生物质炭联用连续两年显著降低NH3排放量和单位产量NH3排放量。硝化抑制剂双氰胺(DCD)与7.5 t ha-1生物质炭联用显著增加水稻和小麦季NH3排放。7.5 t ha-1生物质炭与HQ和DCD联用在生物质炭添加当季对NH3排放无显著影响，但是显著降低了次年水稻和小麦季NH3排放量和单位产量NH3排放量。DCD会削弱HQ对NH3排放的抑制效果。生物质炭单独施用或者与HQ和HQ+DCD联用提高了小稻和小麦产量。因此，HQ或者HQ+DCD与7.5 t ha-1生物质炭配施既能有效减少稻麦轮作系统NH3挥发损失，又能增加作物产量，显著降低单位产量NH3排放量，对稻麦集约化生产具有减排增产的效应。
与对照处理相比，氮肥施用显著增加了CH4排放，但是增加效应随氮肥用量增加而降低。相反，与常规施氮相比，施用生物质炭显著降低土壤CH4排放，降幅为13.24-27.10％，可能是由于生物质炭改善土壤通气性、增加甲烷氧化菌pmoA丰度或者降低产甲烷菌mcrA的丰度。生物炭与HQ、DCD或HQ+DCD联用进一步抑制了CH4的排放，主要是由于水稻根系生物量和土壤Eh的增加。氮肥常规施用和优化施用处理的单位产量的CH4排放量最高，7.5 t ha-1生物质炭与HQ或HQ+DCD联用处理的单位产量的CH4排放量最低。因此，7.5 t ha-1生物炭与HQ或HQ+DCD联用是提高水稻产量、减少农田系统CH4排放的有效措施。
施用7.5和15 t ha-1生物质炭显著增加了水稻季土壤N2O排放，可能是由于生物质炭带入较多无机氮以及降低NO3-的淋溶损失和增加土壤pH有关。施用15 t ha-1生物质炭显著增加了小麦季N2O排放，相反7.5 t ha-1生物质炭却显著降低小麦季N2O排放。HQ、DCD或HQ+DCD与生物质炭联用显著降低水稻和小麦季N2O排放，以ONIB1或者NBDI处理的减排效果最好。施用生物质炭和抑制剂显著降低水稻-小、麦轮作系统的综合温室效应。因此，7.5 t ha-1生物质炭与HQ+DCD联用是一种值得在稻作地区进行推广的温室气体减排措施。
综上所述，生物质炭和抑制剂对稻田NH3、CH4和N2O排放的影响不同。优化氮肥用量显著降低了稻田NH3和N2O排放，但是促进了CH4排放和单位产量的CH4排放量。施用生物质炭显著降低了稻田CH4排放量和单位产量的CH4排放量，但是显著增加了水稻季N2O排放和NH3挥发。7.5 t ha-1生物质炭与HQ+DCD联用显著降低水稻-小麦系统NH3、CH4和N2O排放，增加了作物产量，降低了综合温室效应和温室气体排放强度。
2013-2016年连续开展了3年的稻麦轮作田间小区试验。2013-2014年田间试验设置8个处理:①不施肥(control);②常规施氮(CN);③优化施氮(ON);④优化施氮加7.5 t ha-1生物质炭(ONB1);⑤优化施氮加15 t ha-1生物质炭(ONB2);⑥优化施氮加硝化和脲酶抑制剂(ONI);⑦优化施氮加硝化/脲酶抑制剂和7.5 t ha-1生物质炭(ONIB1);⑧优化施氮加硝化/脲酶抑制剂和15 t ha-1生物质炭(ONIB2)。生物质炭在2013年6月一次性施入土壤，小麦季不施生物质炭。2014-2016年田间试验设置7个处理:①不施肥(control);②常规施氮(N);③单施生物质炭(B);④常规施氮加7.5 t ha-1生物质炭(NB);⑤常规施氮加7.5 t ha-1生物质炭和脲酶抑制剂(NBUI);⑥常规施氮加7.5 t生物质炭和硝化抑制剂(NBNI);⑦常规施氮加7.5 t ha-1生物质炭和脲酶和硝化抑制剂(NBDI)。生物质炭在2014年6月一次性施入土壤。取得的主要结论如下:
与常规施氮处理相比，优化施氮处理显著降低稻麦两季NH3累积排放量和单位产量NH3排放量，降幅分别为14.0-14.2％和13.21-16.28％。相反，施用7.5t ha-1和15 t ha-1生物质炭促进了当季NH3排放和单位产量NH3排放，主要原因是提高了土壤NH4+含量和田面水pH升高，但是7.5 t ha-1生物质炭降低了次年水稻季的NH3排放，可能是因为生物质炭高的吸附作用固定更多的NH4+或者促进了硝化作用。与水稻季相反，施用生物质炭显著促进了小麦季NH3排放，提高了单位产量NH3排放量，土壤pH值升高可能是导致小麦季排放更多NH3的主要因素。脲酶抑制剂氢醌（对苯二酚，HQ）与7.5 t ha-1生物质炭联用连续两年显著降低NH3排放量和单位产量NH3排放量。硝化抑制剂双氰胺(DCD)与7.5 t ha-1生物质炭联用显著增加水稻和小麦季NH3排放。7.5 t ha-1生物质炭与HQ和DCD联用在生物质炭添加当季对NH3排放无显著影响，但是显著降低了次年水稻和小麦季NH3排放量和单位产量NH3排放量。DCD会削弱HQ对NH3排放的抑制效果。生物质炭单独施用或者与HQ和HQ+DCD联用提高了小稻和小麦产量。因此，HQ或者HQ+DCD与7.5 t ha-1生物质炭配施既能有效减少稻麦轮作系统NH3挥发损失，又能增加作物产量，显著降低单位产量NH3排放量，对稻麦集约化生产具有减排增产的效应。
与对照处理相比，氮肥施用显著增加了CH4排放，但是增加效应随氮肥用量增加而降低。相反，与常规施氮相比，施用生物质炭显著降低土壤CH4排放，降幅为13.24-27.10％，可能是由于生物质炭改善土壤通气性、增加甲烷氧化菌pmoA丰度或者降低产甲烷菌mcrA的丰度。生物炭与HQ、DCD或HQ+DCD联用进一步抑制了CH4的排放，主要是由于水稻根系生物量和土壤Eh的增加。氮肥常规施用和优化施用处理的单位产量的CH4排放量最高，7.5 t ha-1生物质炭与HQ或HQ+DCD联用处理的单位产量的CH4排放量最低。因此，7.5 t ha-1生物炭与HQ或HQ+DCD联用是提高水稻产量、减少农田系统CH4排放的有效措施。
施用7.5和15 t ha-1生物质炭显著增加了水稻季土壤N2O排放，可能是由于生物质炭带入较多无机氮以及降低NO3-的淋溶损失和增加土壤pH有关。施用15 t ha-1生物质炭显著增加了小麦季N2O排放，相反7.5 t ha-1生物质炭却显著降低小麦季N2O排放。HQ、DCD或HQ+DCD与生物质炭联用显著降低水稻和小麦季N2O排放，以ONIB1或者NBDI处理的减排效果最好。施用生物质炭和抑制剂显著降低水稻-小、麦轮作系统的综合温室效应。因此，7.5 t ha-1生物质炭与HQ+DCD联用是一种值得在稻作地区进行推广的温室气体减排措施。
综上所述，生物质炭和抑制剂对稻田NH3、CH4和N2O排放的影响不同。优化氮肥用量显著降低了稻田NH3和N2O排放，但是促进了CH4排放和单位产量的CH4排放量。施用生物质炭显著降低了稻田CH4排放量和单位产量的CH4排放量，但是显著增加了水稻季N2O排放和NH3挥发。7.5 t ha-1生物质炭与HQ+DCD联用显著降低水稻-小麦系统NH3、CH4和N2O排放，增加了作物产量，降低了综合温室效应和温室气体排放强度。