下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
在国内外研究中，论述稻田CH 4 和N 2 O排放规律、互为消长的相关关系及对环境影响的文献相对较多 [7，15-20] ，对稻田CO 2 排放通量的相关研究较少，缺乏对稻田CO 2 、CH 4 和N 2 O三种温室气体排放通量的同步监测 [21，22] 。研究水稻生长季节CO 2 、CH 4 和N 2 O排放规律及其与环境因子的相互作用关系，可以为稻田温室气体减排提供理论依据。本书通过大田对比试验，采用静态箱-气相色谱法对稻田CO 2 、CH 4 和N 2 O排放通量进行田间采集测量，寻求水稻生长季节稻田CO 2 、CH 4 和N 2 O的排放规律，对它们与土壤温度、水分状况及施肥水平等因子之间的相关性进行探讨分析。
水稻的整个生育过程都离不开水，水稻的基本需水包括生理需水和生态需水。对于稻田温室气体的减排，合理的水分管理尤为重要。稻田土壤中，CH 4 、N 2 O和CO 2 的排放处于的土壤水分环境存在较大差异。当CO 2 排放量较大时，土壤水分含量接近或高于CH 4 氧化的最佳土壤水分含量，CH 4 氧化所处的最佳水分含量与N 2 O排放最大时的土壤含水量呈现极显著的负相关性 [23] 。水分状况不仅影响土壤中N 2 O的产生，同时也极大地影响着水田产生的N 2 O向大气中传输。水层深度对稻田温室气体排放也有一定的影响。淹水状态下稻田CO 2 排放速率随着水层深度的升高而逐渐下降。然而，水层深度与CH 4 排放通量之间的关系很难定量的描述。邹建文等 [24] 的研究发现，水层深度在0~10cm范围内，水层深度在5cm左右时CH 4 排放通量通常较大，但并未发现水层深度与CH 4 排放通量具有明显相关性。
CH 4 是土壤中极端厌氧条件下产甲烷菌作用于产甲烷基质的结果，稻田的灌溉模式对CH 4 的排放起到至关重要的作用。在长期淹灌水层的作用下，稻田土壤处于长期饱和的状态，从而形成了无氧环境，此时土壤氧化还原电位处于较为适宜的范围。在此条件下，产CH 4 菌的作用增强，促使土壤中产生大量的CH 4 气体，大约是排放到大气中的5倍。已有研究证明，稻田长期的淹水状态和高度饱和的土壤水分环境会使稻田土壤产生的CH 4 气体大量激增，耗水量高的灌概模式相比于节水灌溉稻作模式，CH 4 的排放也明显增加 [25，26] 。但对于稻田的水分管理模式，也有不同的研究结果。魏海苹等 [27] 通过对1987—2011年中国稻田CH 4 排放观测数据分析，在淹水、淹水—间歇灌溉、淹水—烤田—淹水和淹水—烤田—淹水—湿润灌溉4种水分管理方式作用下，很难确定稻田CH 4 排放是否按此比例变化。
土壤的氧化还原电位Eh是影响CH 4 排放的主要因素之一，而土壤湿度严重影响着土壤Eh值。一些研究表明，只有当土壤Eh值< -150mV时稻田土壤才会产生CH 4 ，当Eh值低于这一数值时，CH 4 排放量随Eh值下降呈指数增加 [28] 。稻田产生CH 4 的必要条件就是较低的低氧化还原电位，氧化还原电位越低，CH 4 产生的量就越大。土壤氧化还原电位可以通过控水晒田的方式来实现，在控水晒田环境下，土壤产甲烷菌的活性会显著降低，从而使稻田CH 4 排放得到抑制。相对于持续淹水灌溉管理模式，水稻在生长期内的排水烤田措施会显著减少稻田CH 4 排放 [29] 。这是因为排水烤田措施改变了产甲烷菌的生存条件，通过改善土壤的通气透水性能，提高了土壤氧化还原电位，在烤田时氧化还原电位可达400~800mV，使产甲烷菌的生存环境恶化，从而使CH 4 的形成和排放得到很大程度的抑制。丁维新等 [30] 研究表明，在土壤10cm左右的土层是CH 4 氧化的主要发生层次，该层次土壤水分状况变化明显，显著影响CH 4 的氧化，当土壤含水量在20%~70%之间变化时，CH 4 氧化的最为彻底，烤田为CH 4 氧化菌提供合适的土壤水分环境。
此外，国内针对水层深度对CH 4 排放的影响也做了一些研究。傅志强等 [31] 对早稻田进行了连续两年的水层深度研究发现，相比于浅水灌溉，深水灌溉处理的稻田CH 4 的排放显著减少，并且水层深度越深，CH 4 排放的量就越少。李茂柏等 [32] 认为深水灌溉减少稻田CH 4 排放可能由于降低了稻田土壤和水层的温度，从而抑制了CH 4 的生成。多数产甲烷菌活动最适温度为35~37℃ [33] 。而土壤中微生物的活性及有机质的分解都与水层温度密切相关。深水灌溉使田面水层温度发生变化，一般深水灌溉的田面水层温度低于浅水灌溉，温度的降低也显著降低了土壤中微生物的活性，不利于有机质的分解，也抑制了土壤中产甲烷菌的活性，从而减少了CH 4 的产生。
水分状况是影响土壤硝化与反硝化过程的最重要因素，而土壤水分状况受灌溉模式的影响较大。研究表明，稻田长期处于淹水状态时，其N 2 O的排放很少，而田面无水层时，N 2 O的排放会占到水稻整个生育期排放总量的85%以上。稻田N 2 O也在稻田土壤水分干湿变化剧烈时排放量增加。有研究发现，在稻田生态系统中，当土壤湿度为 90%~100% WHC（Water Holding Capacity田间持水量）或 77%~86%WFPS（Water Filled Pore Space土壤孔隙容水量）之间变化时，N 2 O的排放量最大 [34] 。
有研究表明，在施肥量不同的情况下，土壤N
2
O的排放通量与土壤中相应的无机氮含量间基本呈正相关关系（r值均大于0.8783），二者之间呈显著相关
[35]
。但当施肥条件相同时，稻田各生育阶段的N
2
O排放通量与相应的土壤硝态氮含量做相关性分析，发现二者之间并不是简单的直线相关关系。稻田土壤N
2
O排放不仅与土壤中无机氮含量有关，还受到土壤中的温度、土壤水分状况等因素的影响。在大田试验中，由于环境因素较为多变，在环境因子发生较多改变时，各生育阶段的N
2
O排放通量就不能只从土壤
—N含量直接推算。
稻田N 2 O是土壤微生物硝化与反硝化过程的中间产物。稻田N 2 O从产生到排放进入大气要经历的过程为：①在土壤硝化与反硝化过程中产生；②以气泡、液相扩散和植株体内通气组织传输的方式进入大气 [2] 。稻田土壤中的好气性的硝化细菌和亚硝化细菌，在土壤通气状况良好条件下，共同作用完成硝化过程。因此，稻田田面的水层深度，是影响N 2 O排放的重要因子。有研究表明，在稻田保持有水层状态时，有87.3%的N 2 O进入大气主要是通过水稻植株体内的通气组织，在水稻黄熟期的晒田阶段，只有17.5%的N 2 O通过此种方式进入大气 [26] 。烤田改善了土壤水分环境，在土壤中产生了大量的O 2 ，硝化及反硝化反应同时加强，促进稻田土壤产生较多的N 2 O；水层较深时，土壤处于强还原状态，使生成的N 2 O进一步还原为N 2 ，使N 2 O产生受到强烈的抑制。
目前我国的稻田水分管理主要以水旱轮作为主，在水稻生长前期淹水、中期烤田、后期干湿交替，生育末期落干再晒田。土壤氧化还原电位、微生物活性及土壤中氮素的动态变化均会受到田间复杂的土壤水分环境的强烈影响 [36] 。水稻长期淹水的状态影响了土壤的通透性，促进了反硝化作用；在长期淹水状态下，水充满土壤空隙，土壤中会积累大量的N 2 O；如果淹水的时间变短，土壤中的N 2 O就不会被大量还原成N 2 ，当土壤水分下降时，储存在水和土壤中的N 2 O就被大量释放出来 [37] 。有学者认为 [38] ，频繁的水层变化及烤田技术能使稻田N 2 O的排放显著提高，但由于稻田控水时期往往处于作物生长旺盛时期，土壤氮素含量不高，因此N 2 O排放的增幅也处于较低水平，从全球变暖潜能值GWP（Global Warming Potential）的总体看影响不显著。
在水稻各生育阶段，稻田N 2 O的排放存在明显的季节性变化。有研究表明 [39] ，N 2 O排放峰值主要出现在水分剧烈交替阶段，如烤田及随后的复水期，此阶段N 2 O的排放量占水稻生长期N 2 O排放总量的70%~94%，说明稻田土壤水分环境状况强烈的影响着水稻生长期稻田土壤排放N 2 O的量。这与袁伟玲的研究结果一致 [40] 。稻田的间歇灌溉管理模式使得稻田N 2 O排放通量比长期淹灌模式稻明显降低，其原因可能是稻田土壤的厌氧环境造成的。虽然反硝化速率的进程提高是在长期淹水环境中，但水层的深度也使得N 2 O的扩散时间延迟，从而使大量的N 2 O被还原为N 2 ，使N 2 O得排放大大降低。另外在长期的土壤厌氧环境条件下，削弱了土壤的硝化作用，不能补充NO 3- 基质，降低了反硝化速率。而在水稻生育后期进行排水晒田，能有效改良土壤通气条件，增加稻田土壤N 2 O的产生量。
关于N 2 O对水分条件的响应也有不同的观点：石生伟，李玉娥等 [41] 在对湖南的双季稻研究时，并未发现水分变化是驱动稻田N 2 O排放的主要因素。其研究指出当土壤物理参数（水分、温度、土壤通气性等）达到硝化-反硝化作用条件时，并不排放N 2 O，只有在化学参数（速效氮含量、pH值等）符合N 2 O排放要求时，才会启动排放过程。
CO 2 作为最主要的温室气体和全球碳循环中的重要因子，一直都受到广大研究者的重点关注 [42-44] 。CO 2 对温室效应的贡献率达到55% [45] 。科学家们在世界各地区针对稻田生态系统CO 2 的排放做了多年的观测和研究工作；国内对稻田CO 2 的排放及其估算也做了大量的研究及报道 [24，46] 。在温室气体中，CO 2 的排放计算与评价相对复杂。水稻在生长过程中，通过光合作用吸收CO 2 ，还通过根系和土壤呼吸释放CO 2 。植株的生长发育参与稻田CO 2 排放的季节变化，是稻田CO 2 排放季节变化的主要驱动因子。在预测未来气候变化和减排决策时，还要分析稻田生态系统的碳平衡，判断水稻田生态系统中的碳源与碳汇 [47] 。
稻田生态系统中CO 2 的交换是一个相当复杂的过程，有研究将稻田系统认为是大气CO 2 的汇 [48] 。水分状况也在很大程度上影响着稻田CO 2 的排放，成为影响稻田CO 2 排放的重要因子。曾有研究发现，相对于长期淹水状态，稻田CO 2 排放在排水期间的净固定量高于间歇灌溉模式下的净固定量 [49] 。邹建文等 [24] 的研究也表明，如果没有植株作用的条件下，土壤水分成为稻田CO 2 排放季节变化的主要驱动因子，土壤温度及大气温度与排水落干时期的稻田CO 2 排放呈极显著正相关关系。因此，研究稻田CO 2 排放的季节性规律及碳的收支状况，可以为全球温室气体排放总量及气候变化提供理论参考。
国内关于稻田CO 2 排放的研究主要集中在季节和日变化及其影响因素上 [50-53] ，在土地利用方式和施肥条件对CO 2 排放的影响进行了相关研究 [54，55] ，但关于稻田的水分管理或施肥条件对CO 2 排放的影响研究较少 [24，56] 。有研究显示，稻田系统CO 2 的排放通量一方面与温度的变化有关，另一方面也受灌溉、作物生长状况的影响 [57] 。
许多研究发现土壤呼吸CO 2 排放受环境因子的影响较大，土壤呼吸与土壤温度、土壤湿度、降水有显著的相关关系 [58-60] 。邹建文在2001年稻田生态系统呼吸的研究中发现，稻田生态系统呼吸季节变化的85%来自于植株自养呼吸和土壤呼吸。
土壤水分也是影响土壤呼吸的重要因子。在旱地生态系统中土壤呼吸的研究中 [61] ，土壤呼吸的变化可以由土壤湿度的水分函数表述为 [62]
式中 W——土壤湿度；
a、c——常数。
f（W）的值为0~1。可见，土壤温湿度是土壤呼吸的主要影响因素。除了土壤温湿度外，土壤呼吸与根的生物量 [63，64] 及土壤碳库量 [65] 也存在显著相关关系。目前研究土壤呼吸CO 2 排放量的估算模型主要用来描述这些生物和非生物因素对土壤呼吸的影响。
土壤含水率对土壤CO 2 的排放和产生重要影响。当温度升高到10℃以上时，厚0~5cm的土壤含水率与土壤CO 2 排放通量均呈显著的正相关关系 [66] 。有研究显示土壤水分含量在一定的范围内，CO 2 释放量与土壤含水量呈极显著相关关系 [67，68] 。
稻田温室气体的排放会受到土壤C（碳）、N（氮）循环过程的影响。施用的氮肥或有机肥的种类及用量，会使土壤原有的C库、N库发生复杂的生物化学和物理化学变化，从而影响温室气体的产生及释放 [69] 。大量CO 2 等温室气体的产生是因为能源消耗过大而产生的。化学氮肥的生产过程中不仅消耗能源，而且也参与农田温室气体排放的过程，从而使化学氮肥施用成为促进农田温室气体产生及排放的主要因素。大量研究表明，与不施肥处理相比，长期施用肥料显著提高了稻田生态系统CH 4 和CO 2 的排放量，有机肥料与化肥配施较单纯施用化学肥料下土壤碳（CH 4 和CO 2 ）排放增加 [70，71] 。稻田产生的CH 4 释放到大气中主要以植株为主要途径。化学氮肥的施用促进了植株体生长，从而使CH 4 通过植株向大气传输的能力得到进一步提高。氮肥施用量的不同及施肥管理的条件变化，会使温室气体排放格局发生改变。氮肥的施入可以使稻田N 2 O排放量显著增加，同时由于微生物得到了大量的营养底物，微生物的活性增强，分解及呼吸作用也大大增强 [72] ，进而增加了稻田CO 2 和CH 4 的排放量。因而要减少稻田温室气体的排放，必须要降低化学氮肥的施用量。
关于尿素对稻田CH
4
排放的影响存在不同观点。有部分学者研究指出，尿素促进了稻田CH
4
的排放
[73-75]
。这是由于稻田CH
4
的产生得到了更多的前体基质，根系的发育得到促进，根系的分泌物也大大增加；土壤产生的CH
4
主要通过植株途径向大气中释放，尿素促进水稻植株生长，从而提高了CH
4
通过植株向大气传输的能力，这与马静、徐华、蔡祖聪的研究结果一致
[76]
。还有一些学者有相反的观点
[11，19，77，78]
，尿素施用降低了稻田CH
4
的排放。可能是因为施用铵态氮肥虽然对土壤氧化甲烷具有一定的抑制作用，但如果CH
4
和
—N浓度变得比较高时，甲烷氧化菌的生长反而得到了促进，被促进的CH
4
氧化菌氧化了更多的CH
4
，从而导致水稻生育后期CH
4
的排放量降低。
施用尿素对稻田CH 4 排放的影响，在不同地区会得到不同的结果：在太湖地区对单季稻CH 4 排放的研究表明 [79] ，施用尿素比施用碳铵的CH 4 排放量增长10%~70%：在北京的试验没有得到相似的结论 [80] ；在江苏省的试验也显示尿素对爽水性稻田CH 4 排放的影响没有表现出明显的规律 [81] 。化学氮肥抑制了稻田土壤中甲烷菌的氧化，因而促进了CH 4 的排放，铵态氮的长期施用使CH 4 氧化能力下降达数十倍。硝态氮对CH 4 氧化能力有一定的抑制作用，但长期观测影响不明显 [82] 。此外，施肥对CH 4 产生的影响也会依据土壤性质呈现出种不同的效应 [83] 。因此，化学氮肥的施用具体对稻田CH 4 排放产生什么影响还有待于进一步研究。
施用磷肥对水稻温室气体排放的影响目前研究较少。有限的研究指出，施用磷肥由于含有S而降低稻田CH
4
排放
[84]
。磷肥对N
2
O排放的影响表现为参与植物光合活动中促进植株体内
—N的还原，从而降低作物在胁迫环境中N
2
O排放。施用磷肥可以增加土壤磷酸酶活性，改变土壤pH值，土壤生物学性质的变化会增加或会降低N
2
O排放
[85，86]
。有研究认为P对N
2
O的影响主要是通过促进作物对N的吸收利用而减少N
2
O排放。
长期不同的施肥处理也影响着稻田CH 4 的排放，刘金剑等的研究结果表明，单施化肥的各处理中由于养分缺失情况的不同，CH 4 平均排放通量和累积排放量具有一定的差异 [87] 。吕琴等在黄松稻田上进行的氮磷处理实验 [88] 的研究得出，稻田CH 4 排放通量相对于长期不施肥处理明显升高。也有研究认为土壤的CH 4 氧化活性虽然能受到尿素的抑制，而肥料中的P和K会使CH 4 氧化的活性增强 [89] ，因而混合施肥中的钾或磷能有效缓解由尿素引起的抑制作用。秦晓波等 [90] 对湖南省望城县晚稻CH 4 排放进行了研究，结果表明土壤pH值在5~5.56和6.2~6.8两个范围之间时，晚稻CH 4 排放通量和土壤pH值呈显著正相关。因此，对于施用氮肥对稻田温室气体排放的影响还有待进一步研究。
有研究指出，不同施肥处理对CH 4 排放的季节变化趋势造成的影响不大，但对于CH 4 的总排放量会有所改变。化学肥料和有机物料的施用相对不施肥处理（NF），稻田CH 4 的排放速率显著提高 [71] 。施用有机肥料也会显著影响稻田CH 4 的排放，长期施用有机肥料会使稻田甲烷排放量明显增加 [91，92] 。长期施用有机肥对削弱土壤碳释放，抑制大气CO 2 浓度升高具有重要作用 [93] 。对于稻田施用有机肥料，不同的施肥方式对CH 4 的排放产生不同的影响。有学者研究 [94，95] ，稻田经过长期施用处理后的秸秆或猪粪，相对于单施化肥，CH 4 的排放量显著增加了。Chen [96] 等进行了25年长期肥料试验研究，发现连续多年在稻田施用畜禽粪便能够使土壤中有机碳含量增加，但也促使稻田CO 2 的释放增加。
稻田温室气体的排放也受到施肥水平的影响。作为农业大国，中国的农田施肥量一直处于较高的水平。大量研究表明稻田中排放N 2 O的增加与施入肥料的量有直接关系 [72，97 -100] ，氮、磷肥通过影响稻田CH 4 的产生、氧化和运输等环节而影响最终排放 [101，102] 。曾有研究发现，施氮肥能降低稻田CH 4 排放的10%~20% [103] 。氮、磷肥的施用在水稻不同生长阶段对CH 4 和N 2 O排放的影响较为复杂，应该注重二者整体的温室效应。王效科等 [104] 的研究表明，当化肥施用量减少一半和不施用时，土壤N 2 O的排放大大减少，分别占当前排放量的22%和41%。施肥水平显著影响CH 4 和N 2 O的排放通量，CO 2 排放量与水稻生长特性有密切关系；施肥水平的提高没有促进土壤有机质的积累。张鲜鲜 [105] 等对上海嵩明岛稻田进行研究时发现，在70%施肥水平下，相比100%施肥水平处理，稻田的干物质积累及实际产量并没有产生显著差异，而土壤温室气体排放量显著降低。
但国内也有研究表明，稻田氮肥用量增加可以降低土壤中CH 4 的排放，但却增加了N 2 O的排放 [13] 。因而降低氮肥的施用可以显著降低温室气体的排放，但稻田温室气体排放对化肥施用量的响应，还与不同地区、不同作物品种间会有差异 [106] 。稻田CH 4 的排放量与氮肥施用量之间关系较为复杂，而稻田N 2 O的排放量随氮肥施用量增加而升高。可以使产量在保持不变的同时适当减少肥料的施用量，使稻田温室气体的排放量得到一定的抑制。
施用有机肥促进稻田CH 4 的排放，其排放量取决于有机物的成分和性质，有机肥的施用量也影响CH 4 的排放。有研究指出 [107-109] ，随着稻田有机肥施用量增加，CH 4 排放量也有增加的趋势。施猪粪的稻田比不施有机肥稻田CH 4 排放量高94.84% [110] 。但有机肥施用量和CH 4 排放量之间并不是简单的线性关系。施用氮肥后有多少以氮氧化物和氨气形式排放到大气并转化为N 2 O还不能准确估算；通过土壤淋洗进入水体的按态氮、硝态氮最终转化为N 2 O的量也不能准确估算。若要对生态系统中N 2 O的排放量进行合理估算，必须加强对施用肥料所引起的间接N 2 O的排放进行相关研究。
为保持土壤肥力，提高粮食产量，土壤中通常有机肥与化肥混施。稻田施用有机厩肥、绿肥和秸秆直接还田为产甲烷菌提供了良好的生长环境和产甲烷基质，明显促进稻田CH 4 的排放。施用堆腐秸秆（好氧分解）或非水稻生长期稻田排水阶段秸秆还田能极大降低CH 4 的排放量 [111] 。化学肥料配施传统的土壤培肥方法，如畜禽粪便和秸秆还田方式，能有效提高土壤碳库储量，但同时也会使土壤呼吸作用增强，增加CO 2 和CH 4 的排放量 [112 -114] 。
水和肥是影响稻田CH 4 和N 2 O排放两大主控因子 [19] 。水、肥在水稻生长发育过程中相互影响又相互制约，不同的水肥处理对于温室气体排放的影响是不同的 [115] 。但目前的大多数针对稻田排放CH 4 和N 2 O两种气体的研究是分开的，相关的综合研究还很少 [116，117] 。稻田CH 4 和N 2 O排放存在明显的消长关系，有利于控制CH 4 排放的水分管理或施肥措施又会促进N 2 O的排放，而一些控制N 2 O排放的措施，又影响到CH 4 的排放 [90] 。单独针对CH 4 或N 2 O的排放提出的调控措施，都有可能增加另一种气体的排放，甚至可能引起总温室气体效应的增加 [118] 。因此研究水肥因子对稻田温室气体排放的影响，并对温室气体效应进行总体评估，对稻田减排尤为重要。
关于水稻生长的水肥管理，以水氮互作效应的研究较多。有研究发现，当水稻在出现水分胁迫时，氮肥会产生一定的“以肥调水”效应 [119] ；也有研究显示，水氮互作条件下，水稻水分胁迫增强时，氮肥施用量降低可促进水稻吸氮作用而提升氮肥利用率 [120] ；Behera S.K.等 [121] 通过对施肥水平与灌溉管理模式的耦合效应研究，提出了适应亚热带半湿润灌区的合理水肥管理模式。这些研究都集中在水肥因素对水稻水分利用率及肥料利用率上，对温室气体减排的研究较少。稻田水肥耦合效应对温室气体排放的影响并不完全清楚，缺少综合性、长时间、大规模的水肥耦合效应试验研究，水肥耦合的减排效应及机理尚不清楚。
稻田CH 4 的排放是一个复杂的微生物、物理和化学过程，是CH 4 产生、氧化和传输共同作用的结果。目前在稻田CH 4 排放的影响因素研究中，关于水分管理的研究较多，大多数学者认为水分管理条件是影响稻田CH 4 排放最重要的因素 [27，32，37] 。但目前的各种研究中，对于施用化学氮肥对CH 4 排放的影响机理还没有定论，很多研究测定的结果也不一致。施用肥料的种类和数量虽然直接影响CH 4 的排放，但也会受到水分的严重制约，由环境和水肥管理因子决定的多元统计模型可解释稻田CH 4 排放空间变异 [27] ，因此研究水肥因子共同作用下的稻田减排意义重大。
土壤水分是影响农业源氧化亚氮排放的首要因素 [122] 。土壤中N的化学反应会受到土壤水分条件的强烈影响，当灌溉使土壤中水分含量增加时，土壤中大量的N与水发生一系列化学反应，生成大量的N 2 O释放到大气中。国外针对水氮作用对温室气体排放的影响做了较多研究 [123-125] 。水稻在生长发育过程中，施入的氮肥不断溶解在水中，使土壤溶液中NO -3 浓度不断发生变化，而土壤溶液中NO -3 浓度是影响稻田N 2 O排放的一个重要因子。彭世彰等 [126] 通过对稻田浅层土壤溶液中NO -3 浓度研究得出，施肥方式相同时，灌溉模式对稻田浅层土壤溶液中NO -3 浓度变化影响较大，控制灌溉使得稻田浅层土壤溶液中NO -3 浓度高于淹灌。灌溉方式相同时，不同施肥处理稻田地表水和各层土壤溶液中NO -3 浓度随灌溉模式的不同表现出相反的变化规律。而肥料利用率的提高，又受到土壤水分的严重影响，合理的灌溉模式，会促进作物对可溶性氮肥的吸收利用，从而减少N 2 O排放。
在水肥互作对稻田CH 4 和N 2 O排放量影响的研究中，利用数学模型模拟和预测稻田CH 4 和N 2 O排放的较多。在所有的模型研究中，主要有机理模型和经验模型两种。机理模型可以通过过程模拟CH 4 和N 2 O的排放，解释导致结果的具体原因。
目前，利用水肥管理模式分析对全球温室气体变化的研究主要集中在生态系统对气候变化的响应、生态系统管理对气候变化的影响和扰动对生态系统的影响等方面 [126，127] ，而对稻田CH 4 和N 2 O排放的经验模型研究较少。卢燕宇等 [129] 通过调研多年来稻田CH 4 和N 2 O排放的研究结果，分析了CH 4 和N 2 O排放与各环境因子之间的关系，对稻田CH 4 和N 2 O排放系数进行了研究。邹建文等 [60] 采用IPCC排放系数法，利用国内外文献报道的我国稻田N 2 O季节排放通量的数据资料，建立了不同水分管理方式下水稻生育期N 2 O直接排放量的估算模型。王孟雪等 [130] 研究表明由于黑龙江寒地水稻生育期不同于南方，CH 4 和N 2 O季节排放特征也有所不同。因此，一些学者针对南方稻田N 2 O排放模型研究，无法反映黑龙江省稻田CH 4 和N 2 O排放的实际情况。目前，还未有关于节水灌溉模式下寒地稻田生长季温室气体CH 4 和N 2 O排放量模型研究。由于不同区域间气候、土壤和作物类型以及管理模式的差异，采用任何一种模型估算所有地区温室气体排放量都会存在很大的不确定性。
在利用数学模型模拟环境因子对土壤N 2 O排放作用的影响研究中，主要有机理模型（白箱模型或灰箱模型）和经验模型（黑箱模型）两种。机理模型是通过研究氮肥循环过程来模拟N 2 O的排放得出数学方程式。目前应用最多的机理模型主要有DNDC模型 [131] 、CASA模型 [126，127] 、CENTURY模型 [132] 、ENTURY-NGAS [133] 、DAYCENT模型 [134] 、ECOSYS模型 [135] 等，其中以DNDC模型应用最为广泛 [136-141] 。DNDC模型的应用多数都是大尺度估算某国家或地区稻田N 2 O的排放量。由于地域环境条件的限制，DNDC模型应用上具有一定制约性。经验模型是利用大量输入—输出数据和统计方法构建的模型。目前关于稻田N 2 O排放的经验模型主要以回归模型为主。如Freibauer等将欧洲的温带和亚寒带地区的N 2 O排放量进行了逐步多元线性回归 [142] 。目前关于N 2 O排放量计算的经验模型多数也是区域或全球稻田N 2 O排放清单的编制，模型影响因子多数只考虑氮肥用量这一个因素。通过点位数据模拟N 2 O排放通量的经验模型研究较少；尚未在相关文献资料中查询到有关于黑龙江寒地水稻生育期N 2 O排放通量的模型的研究。
目前国内外使用最广泛的CH 4 排放量估算模型是由Zou JW等开发的CH 4 MOD [11] 和李长生 [12] 的DNDC模型，这两类模型都是基于稻田CH 4 产生、传输及排放过程的机理模型。由于这两类模型都是在特定环境下得出的，很多学者通过大量的观测数据修正后，应用在田间尺度或区域尺度上对稻田CH 4 排放量进行估算 [23，130，139] 。基于环境因子的CH 4 排放量估算的经验统计模型研究较少；尚未在相关文献资料中查询到关于黑龙江寒地稻作区CH 4 排放通量的经验模型。