水稻田試驗(yàn)設(shè)計(jì)與種植方法第二章試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法第二章試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法2.1試區(qū)概況本研究于2005年6月至2006年10月連續(xù)2年在江蘇省昆山市水利技術(shù)排灌試驗(yàn)基地（31?15‘15〃N,120?57'43〃E）內(nèi)進(jìn)行。試區(qū)為太湖流域水網(wǎng)地區(qū)低洼平原，平均海拔在1.5m左右，屬北亞熱帶南部季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和濕潤，年平均氣溫16.5?，年際變化較小;年降雨量1097.1mm，大都集中在4,9月份，且年，平均無霜期239d。際變化較大;年蒸發(fā)量1365.9mm，日照時(shí)數(shù)2085.9h試區(qū)面積共約0.7公頃，全部種植水稻，土壤相對肥沃，地下水位較高，但排10月底，小麥11月初，次年5灌條件優(yōu)越。當(dāng)?shù)亓?xí)慣稻麥輪作，即水稻6月初,月中旬，本研究主要在水稻生育期內(nèi)進(jìn)行。土壤類型為第四紀(jì)疏松堆積物覆蓋發(fā)育而成，為潴育型水稻土，耕層土壤質(zhì)地為:重壤土（卡慶斯基制）或粉土（中國制），土層土壤（0~18cm）有機(jī)碳30.3g/kg，全N、P、K含量分別為1.79g/kg、1.4g/kg、20.86g/kg，pH值7.4（引自《江蘇省昆山土壤志》，1984）。2.2試驗(yàn)處理及布置2.2.12005年供試水稻品種為早熟晚粳型9998-3，2005年5月20日播種，6月23日移栽（株距16.7cm，行距26.7cm），拉線插秧，每穴本苗固定（3,4株），嚴(yán)格控制小區(qū)基本苗量，插秧后磨平腳坑，10月26日收割。05年水稻生育期的劃分（參考文獻(xiàn)）見表2.1，農(nóng)藝措施匯總見表2.2。試驗(yàn)安排淹水處理和控制灌溉（以下簡稱“控灌”）兩種水分處理，其它條件和措施完全一致，每處理3個(gè)重復(fù)，計(jì)6個(gè)小區(qū)。淹水處理參考大部分稻田甲烷排放相關(guān)文獻(xiàn)中的灌溉制度，采用“淺水”型，即在移栽后田間始終保持3?5cm淺水層，收獲前10天落干?？毓嗵幚碓谘砻绫咎镆圃院蟮姆登嗥谔锩姹Ａ??25mm薄水層，以后的各個(gè)生育期除生產(chǎn)性用水外，灌溉后田面不建立灌溉水層，以根層土壤水分為控制指標(biāo)，確定灌水時(shí)間和灌水定額，其各生育期具體土壤水分調(diào)控指標(biāo)見表2.3。表2.12005年水稻生育期劃分（江蘇昆山）生育期返青期分蘗期拔節(jié)孕穗期抽穗開花期乳熟期黃熟期第1頁前期中期后期生育期持續(xù)日期6.24—7.17.2—7.67.7—7.257.26—8.58.6—9.19.2—9.99.10—10.610.7—10.26生育期持續(xù)天數(shù)8915112783215移栽后天數(shù)序號1~89,1718,3233,4344,7071,7879,105106,125表2.22005年小區(qū)農(nóng)藝措施匯總（江蘇昆山）日期措施名稱標(biāo)準(zhǔn)用量4-22.25X10kg?hm6月19日底肥有機(jī)肥（豬糞）-26月23日返青肥復(fù)合肥（N:PO:KO=10%:6%:9%）375kg?hm252-2農(nóng)用碳酸氫銨，總氮大于等于17.5%375kg?hm7月1日蘗肥除草劑（咔嘧磺隆），與肥料混施60g/畝蟲殺手，又名殺蟲安50~70g/畝7月6日農(nóng)藥、拔草閃蟲螟60~80ml/畝新一佳48%乳油，chlorpyrifos（毒死俾）100ml/畝7月20日農(nóng)藥稻得力40%可濕性粉劑毗蟲啉，imidacloprid100g/畝廣信10%乳油，imidacloprid10ml/畝7月26日人工除草賽突凈100g/畝7月31日農(nóng)藥紋枯凈25g/畝噠嗪，唑磷乳油90ml/畝-2尿素：總N?46.2%150kg?hm8月11日穗肥-2復(fù)合肥(N:P2O5:K2O=10%:6%:9%)150kg?hm稻得力100g/畝大功臣2號20g/畝8月23日農(nóng)藥50%甲胺磷乳油500g/畝5%井岡霉素500g/畝安利素25g/畝5%井岡霉素500g/畝井?三環(huán)懸浮劑100g/畝8月30日農(nóng)藥蟲潰定乳油100g/畝蟲殺手100g/畝新一佳48%乳油，chlorpyrifos（毒死俾）100ml/畝9月17日農(nóng)藥大功臣10%可濕性粉劑毗蟲啉imidacloprid20g/畝同一順40.7%乳油，chlorpyrifos（毒死俾）160ml/畝9月28日農(nóng)藥大功臣10%可濕性粉劑毗蟲啉imidacloprid64g/畝表2.3水稻控制灌溉各生育期根層土壤水分控制標(biāo)準(zhǔn)（江蘇昆山）分蘗期拔節(jié)孕穗期抽穗開生育期返青期乳熟期黃熟期花期前期中期后期前期后期100%100%100%100%100%100%100%灌水百分比*自然第2頁第二章試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法54.3654.3649.7149.7147.8147.8125mm***54.36上限含水量/%**落干70%65%60%70%75%80%70%百分比*灌水自然35.3332.6234.837.2833.4738.28下限落干5mm***38.05含水量/%**0-200-200-200-300-300-400-40根層觀測深度/cm薄水輕控重控中控輕控輕控中控說明不灌水返青促分蘗促轉(zhuǎn)換促壯稈促大穗保結(jié)實(shí)?；钍熳ⅲ海?）表中所列含水量均系指體積含水量，為根層觀測深度內(nèi)土壤含水量平均值。（2）*系指所控制的土壤含水量占土壤飽和含水量的百分比;**系指所控制的土壤實(shí)際含水量;***系指返青期田間水層深度。（3）控灌處理中只有當(dāng)現(xiàn)場觀測的土壤水分達(dá)到灌水下限時(shí)，才能灌水至上限，灌水后田面不保留水層。如遇降大雨，田面可蓄水（分蘗后期除外），但蓄水不超過50mm深，蓄水歷時(shí)不超過5天。（4）防治病蟲及施肥等生產(chǎn)用水，應(yīng)盡量結(jié)合灌水進(jìn)行。如生產(chǎn)用水需保持適宜水層，則控灌處理應(yīng)在達(dá)到效果后適時(shí)排除積水，水層淹沒天數(shù)不宜超過7天。為了消除一定的土壤空間變異，不同處理小區(qū)交錯(cuò)布置如圖2.1。小區(qū)周圍有210m以上的保護(hù)地，每個(gè)小區(qū)面積為150m（20mX7.5m），各小區(qū)之間用磚砌混凝土田埂隔離（高30cm，寬30cm），田埂向地下內(nèi)嵌50cm深的塑料防滲膜，防止小區(qū)間的水分滲漏交換。采樣點(diǎn)選在每個(gè)小區(qū)中央離田埂2m處，水稻插秧后立即預(yù)埋兩個(gè)矩形硬塑料底座（80cmX80cm和40cmX20cm），底座嵌入地下9cm（底座設(shè)計(jì)見第2.3節(jié)），并在田間埋設(shè)TDR探頭和溫度傳感器（具體埋置深度見第2.3節(jié)），用于同時(shí)監(jiān)測不同深度的土壤水分和溫度。保護(hù)地淹控淹控淹控水灌水灌水灌處處處處處處理理理理理理1區(qū)2區(qū)3區(qū)4區(qū)5區(qū)6區(qū)西東圖2.1田間試驗(yàn)布置（江蘇昆山）2.2.22006年06年的試驗(yàn)設(shè)計(jì)在05年基礎(chǔ)上做了一定改進(jìn)。？05年小區(qū)間的防滲效果不是很理想，06年在小麥?zhǔn)崭詈螅诟餍^(qū)內(nèi)部重新筑土埂，土埂再向地下內(nèi)嵌30cm第3頁2深的防滲膜（圖2.2），因此，小區(qū)的有效面積縮小為7.07mX19.52m,138m;?05年控灌小區(qū)排水不暢，06年旋耕時(shí)人為使小區(qū)坡度由北向南一定傾斜;？05年小區(qū)灌水速度太慢，后期水表讀數(shù)模糊，06年加粗了灌水水管和更換成新水表;？05年靜態(tài)箱采樣易損傷水稻，06年水稻采用寬窄行方式移栽（株距16cm，行距18cm和35cm），拉線插秧，每穴定3苗（圖2.3）。另外，除了水稻生育期和農(nóng)藝有所不同（見表2.4和2.5），其它所有條件（如水稻品種、試驗(yàn)處理及布置、水分控制等）與05年一致。圖2.2小區(qū)內(nèi)部重新筑土埂、坡度由北向南傾斜圖2.3拉線定穴、寬窄行插秧（2006，江蘇昆山）表2.42006年水稻生育期劃分（江蘇昆山）分蘗期生育期返青期拔節(jié)孕穗期抽穗開花期乳熟期黃熟期前期中期后期生育期持續(xù)日期6.26—7.17.2—7.107.11—7.257.26—8.48.5—8.308.31—9.89.9—10.310.4—10.27生育期持續(xù)天數(shù)7915102692524移栽后天數(shù)序號1,78,1617,3132,4142,6768,7677,101102,125表2.52006年小區(qū)農(nóng)藝措施匯總（江蘇昆山）日期措施名稱標(biāo)準(zhǔn)用量-26月22日基肥復(fù)合肥（15-15-15,總養(yǎng)分?45%）375kg?hm-2尿素（N%>46.2%）105kg?hm6月30日返青肥配施除草粉劑，0.4%芐嘧磺隆bensulfurno-methyl,9.6%丁草胺butachlor500g/畝閃動螟，20%乳油，防治三化螟80ml/畝7月13日農(nóng)藥同一順chlorpyrifos，防治飛虱、二化螟80ml/畝大功臣（毗蟲啉）imidaclorpid，防治稻飛虱40g/畝-27月20日分蘗肥尿素（N%>46.2%）225kg?hm蟲殺手（殺蟲安）50%可溶性粉劑，防治水稻二化螟，稻叢卷葉螟100g/畝7月26日噴灑殺蟲劑40%毗殺單可濕性粉劑，毗蟲啉1.7%，殺蟲單38.3%，防治稻叢卷葉螟100g/畝第4頁第二章試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法賽突凈50%可濕性粉劑，毗蟲啉1.7%，殺蟲單48.7%，防治水稻二化螟、120g/畝三化螟、稻叢卷葉螟、稻飛虱8月8日噴灑殺蟲劑紋枯凈20%jingangmycin可濕性粉劑，防治水稻紋枯病50g/畝正迎40%毗殺單可濕性粉劑，防治稻叢卷葉螟、稻飛虱100g/畝-28月17日穗肥尿素（N%>46.2%）150kg?hm井崗霉素，防治水稻紋枯病285ml/畝8月19日噴灑殺蟲劑大功臣（毗蟲啉10%可濕性粉劑）imidaclorpid，防治稻飛虱20g/畝銳勁特氟蟲臘30g/畝5%井崗霉素，防治水稻紋枯病285ml/畝稻得力40%毗.殺單可濕性粉劑，imidaclopridmonosultap100g/畝8月30日農(nóng)藥閃動螟，20%乳油，防治三化螟80ml/畝興欣安利素（氨基酸、葉面肥（Cu,Fe,Mn,Zn,B）25g/畝9月4日噴灑農(nóng)藥20%井?三環(huán)懸浮劑，三環(huán)唑？15%，防治稻瘟病，特別是穗頸病100g/畝東寶，噻嗪酮（撲虱靈），防治稻飛虱30g/畝9月13日噴灑農(nóng)藥48%乳油，防治稻廛紋，稻叢卷葉螟120ml/畝東寶，噻嗪酮（撲虱靈），防治稻飛虱30g/畝9月26日噴灑農(nóng)藥同一順chlorpyrifos，防治飛虱、二化螟80ml/畝2.3靜態(tài)箱及其底座設(shè)計(jì)2.3.1靜態(tài)箱設(shè)計(jì)靜態(tài)箱由6mm厚的透明有機(jī)玻璃制成?？紤]每次同時(shí)測2個(gè)相鄰小區(qū)，頂箱（包括大箱和小箱）、中段箱分別制作2個(gè)。頂箱:大箱規(guī)格80cmX80cmX60cm（長X寬X高），用于測量稻田甲烷排放（如圖2.4和2.5）;小箱規(guī)格40cmX20cmX30cm（長X寬X高），用于測量棵間甲烷排放。箱四面和頂部封閉，底部開口，箱內(nèi)頂部安裝1個(gè)微型風(fēng)扇（12V，直徑10cm），頂部打孔接出風(fēng)扇電源線，側(cè)面打孔接入F46采氣管線（05年2m長，06年1m長），采氣管伸入箱內(nèi)20cm左右，箱外與帶有三通閥的50ml塑料針筒相連，抽樣后立即用三通轉(zhuǎn)向閥將氣體轉(zhuǎn)入氣袋。箱外先包一層約5cm厚的海綿，然后覆蓋一層鋁箔以減小采樣期間由于太陽輻射引起的箱內(nèi)溫度變化。所有接口部分均涂以硅膠密封。箱內(nèi)溫度（以下簡稱箱溫）的測量，05年采用頂部打孔接入1個(gè)溫度探頭，用溫度數(shù)顯儀表讀取;鑒于05年溫度探頭后期測量時(shí)出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，06年改進(jìn)了箱溫測量方法，在箱頂打孔接入曲管式水銀氣溫計(jì)（如圖2.4和2.5）。中段箱:80cmX80cmX50cm（長X寬X高），無頂，頂部周圍有水封槽，水封槽規(guī)格與底座一致（見硬塑料底座設(shè)計(jì)）。箱底部開口，箱外也用海綿和鋁箔包裹。主要用于水稻后期加層。第5頁改進(jìn)05年06年溫度數(shù)顯表蓄電池水銀溫度計(jì)氣溫探頭微型風(fēng)扇采氣管三通轉(zhuǎn)向閥注射器氣袋硬塑料底座圖2.4稻田甲烷氣體采集箱（靜態(tài)箱）示意圖

圖2.5稻田甲烷氣體采集箱（靜態(tài)箱）實(shí)物圖2.3.2硬塑料底座設(shè)計(jì)在插秧后立即預(yù)埋硬塑料底座，水槽規(guī)格1cmX0.2cmX4cmX9cm（寬X硬塑料厚X內(nèi)壁深X外壁深），頂面與稻田泥面齊平，圍成80cmX80cm和40cmX20cm區(qū)域，分別6個(gè)。2.4田間采樣2.4.12005年6月22日開始采集第一次氣樣（泡田），移栽后第3天開始采集返青期第一次氣樣，之后每隔3天采樣1次，直到黃熟期的10月21日（見表2.6），采樣時(shí)刻為上午10:00,11:30（圖2.6）。每個(gè)樣點(diǎn)蓋箱后用秒表計(jì)時(shí)，在第0、5、10和15min采樣，每個(gè)樣點(diǎn)共4個(gè)樣，大箱第6頁第二章試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法和小箱的氣袋（120mL，大連德霖氣體包裝有限公司生產(chǎn)）樣品量均為100mL。同時(shí)記錄田間水層以計(jì)算箱內(nèi)部有效高度（即地面或水面至罩頂?shù)木嚯x），以及土層溫度（0、5、10、20、40cm）、氧化還原電位Eh等。日變化的采樣只在水稻每個(gè)生育階段的中后期選取一天進(jìn)行，代表日期分別是6月30日、7月16日、8月5日、8月26日、9月6日、9月26日和10月13日，分別代表水稻返青期、分蘗中期、分蘗后期、拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期、乳熟期和黃熟期。由于夜間人工取樣困難，實(shí)際測量工作只在白天的7:00~8:30、10:00~11:30、13:00~13:30、15:00~16:30、18:00~19:30進(jìn)行，考慮到9月中旬以后天黑較早，9月26日和10月13日的最后一個(gè)時(shí)刻取樣被提前到17:00~18:30。甲烷氣樣具體采集步驟如下：第?步:準(zhǔn)備工作。試驗(yàn)前，將氣袋編號，在測試當(dāng)日9:30左右將靜態(tài)箱和工具箱全部搬至田頭（若遇高溫天氣，放在樹下蔭涼處），并架設(shè)好木制天橋。第?步:水槽灌水。試驗(yàn)小區(qū)田面均有水層時(shí)，底槽不用灌水；田面無水層時(shí)，需提前給底槽灌水;水稻后期靜態(tài)箱加層，每次罩上中段箱后，還需提前給中段箱的水槽灌水。第?步:氣袋手動抽真空。檢查注射器（即塑料針筒）與三通已連接好，使氣袋呈打開狀態(tài)。將三通帶硅膠管一端與氣袋連接，利用注射器和三通將氣袋抽真空。第?步:采集氣樣。大約9:50左右將靜態(tài)箱罩在硬塑料底座上。將采氣管與注射器連接，用箱內(nèi)氣體抽洗注射器2~3次，最后停至0刻度。10:00整秒表開始計(jì)時(shí)，在第0、5、l0和15min分別采集氣樣。采集氣樣時(shí)，輕拉注射器手柄至滿刻度，立即調(diào)整三通使采氣管端關(guān)閉，注射器與氣袋連通，然后慢慢將注射器中的氣體轉(zhuǎn)推向氣袋，又迅速調(diào)整三通使氣袋端關(guān)閉，并旋轉(zhuǎn)關(guān)閉氣袋，最后取下氣袋，至此甲烷氣樣采集完畢。注意，每次采氣樣前氣袋均提前抽真空。值得說明的是，每個(gè)小區(qū)中的大箱和小箱作為一對，共用一個(gè)秒表計(jì)時(shí)，安排兩個(gè)人同時(shí)進(jìn)行采集。每次同時(shí)采集兩個(gè)小區(qū)，但分別計(jì)時(shí)。每一對試驗(yàn)處理16個(gè)數(shù)據(jù)全部測量完大約需要20分鐘，測量完后盡快地將所有試驗(yàn)器材搬至第二對試驗(yàn)處理，重復(fù)采集過程，3對試驗(yàn)處理的總耗時(shí)控制在90分鐘內(nèi)。表2.62005年采樣日期分布（江蘇昆山）階段日期移栽后天數(shù)/d階段日期移栽后天數(shù)/d泡田06-22009-0271抽穗開花期06-26309-0675返青09-10790630707-041109-1483前期07-081509-1988乳熟期07-142109-2392分蘗中期07-162309-269507-202709-2998第7頁07-243110-0910807-283510-13112黃熟期08-013910-17116后期10-2112008-054308-094708-135108-2159拔節(jié)孕穗期08-266408-3068注:水稻生長時(shí)期為06-24,10-26,表中灰色加粗區(qū)域?yàn)槿张欧挪蓸尤掌?。AB圖2.6試驗(yàn)人員在田間采樣（2005,江蘇昆山）（A、B分別對應(yīng):水稻早期和晚期）2.4.22006年06年的田間采樣方案與05年基本一致。采樣時(shí)刻為上午10:00,11:30（圖2.7），每個(gè)樣點(diǎn)分別在蓋箱后第0、5、l0、和15min采樣，考慮到小箱體積較小，抽樣過多可能產(chǎn)生負(fù)壓，06年小箱氣體樣品量改為約50mL。鑒于05年發(fā)現(xiàn)水稻返青至分蘗期出現(xiàn)甲烷排放高峰，06年的田間采樣在返青至分蘗期每隔2天采樣1次，之后仍每隔3天采樣1次，且在施肥和排水初期有意識加測。即6月24日開始采集第一次氣樣（泡田），移栽后第6天開始采集返青期第一次氣樣，之后每隔2天，直到8月8日開始每隔3天取一次氣樣，見表2.7。日變化采樣的代表日期分別是7月3日、7月15日、8月2日、8月20日、9月6日、9月27日和10月10日，分別代表水稻返青至分蘗前期、分蘗中期、分蘗后期、拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期、乳熟期和黃熟期，與05年基本一致。只在白天取樣，每隔3個(gè)小時(shí)取樣1次，即7:00~8:30、10:00~11:30、13:00~13:30、15:00~16:30、18:00~19:30，其中9月27日和10月10日的最后一個(gè)時(shí)刻取樣被提前到17:00~18:30。表2.72006年采樣日期分布（江蘇昆山）階段日期移栽后天數(shù)/d階段日期移栽后天數(shù)/d階段日期移栽后天數(shù)/d泡田06-240拔節(jié)孕穗期08-0542乳熟期09-1179第8頁第二章試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法返青06-30608-084509-158308-124909-198707-039前期07-061208-165309-239107-091508-185509-279507-121810-0510308-205708-2461黃熟期07-152110-10108分蘗中期07-192508-286510-1511307-212708-316807-243009-0270抽穗開花期07-273309-0674后期07-303609-087608-0239注:水稻生長時(shí)期為06-25,10-27,表中灰色加粗區(qū)域?yàn)楸砣张欧挪蓸尤掌?。ABCD圖2.7試驗(yàn)人員在田間采樣（2006年，江蘇昆山）（A、B、C、D依次對應(yīng):分蘗中期、拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期、黃熟初期）2.5樣品進(jìn)樣及分析2.5.1樣品進(jìn)樣樣品進(jìn)樣前，需按編號整理好氣袋，然后逐一進(jìn)樣。當(dāng)樣品量較大時(shí)（50mL以上），采第9頁用六通閥進(jìn)樣;反之，采用微量注射器進(jìn)樣。六通閥進(jìn)樣:將氣袋用硅膠管與六通閥進(jìn)樣口連接，六通閥出口用橡膠管延伸至放入裝滿水的燒杯中。進(jìn)樣時(shí)，擠壓氣袋使出口處燒杯中有大量氣泡排出后，估計(jì)進(jìn)樣閥的環(huán)形定量進(jìn)樣管（容積3ml）已被沖洗干凈并充滿氣樣時(shí)，即可轉(zhuǎn)動進(jìn)樣閥將樣品注入GC，然后取下氣袋。注射器進(jìn)樣:用微量注射器針扎氣袋氣墊，抽取約5mL氣樣，輕推注射器手柄至2mL刻度，然后針扎色譜儀上的進(jìn)樣氣墊直接進(jìn)樣。05年的氣樣全部采用六通閥進(jìn)樣;06年除了大箱氣樣采用六通閥進(jìn)樣，其他氣樣（小箱氣樣、土壤溶液氣樣以及土培氣樣）均采用微量注射器進(jìn)樣。2.5.2色譜條件色譜設(shè)定及原理:氣樣CH濃度用帶有氫火焰離子化檢測器（FID）的SP-2000A型氣相4FID檢測器對CH響應(yīng)強(qiáng)色譜儀（山東魯南瑞虹化工有限公司）分析，其設(shè)定條件見表2.8。4烈，而對O、N無響應(yīng)。色譜信號和峰面積數(shù)據(jù)由積分儀（或色譜工作站）記錄貯存，直接22計(jì)算出濃度值。標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作:樣品進(jìn)樣前，需利用甲烷標(biāo)氣制作標(biāo)準(zhǔn)曲線。特別是06年大箱和小箱的樣品進(jìn)樣方式不一樣，測試氣樣濃度之前，需要分別制作標(biāo)準(zhǔn)曲線。從連續(xù)兩年的試驗(yàn)來-1看，稻田甲烷的濃度范圍較廣（1?1000^L,L以上），而購買的甲烷標(biāo)氣種類有限，所以制作標(biāo)準(zhǔn)曲線的標(biāo)氣之間的濃度通過手工配制，但仍保證制作的標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)在0.999以上。標(biāo)氣的選用：另外，每次標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作還本著經(jīng)濟(jì)的原則根據(jù)實(shí)際情況選擇標(biāo)氣，即利用上次的氣樣濃度預(yù)測下次氣樣濃度范圍，從而選擇標(biāo)氣。例如05年水稻分蘗前期稻田甲-1烷濃度較高（小箱濃度近1000uL,L），選擇了較寬濃度范圍的標(biāo)氣;而后期甲烷濃度明顯下-1降，高濃度標(biāo)氣（620^L,L）就不再使用了。同樣，由于06年氣樣甲烷濃度整體上相對05-1年有所減少，最大濃度不超過300uL,L，而且出現(xiàn)較少，所以06年基本上只選用了2種濃度-1-1的甲烷標(biāo)氣，即11.6uL,L和110uL,L。表2.8氣相色譜儀的設(shè)定條件項(xiàng)目05年06年儀器廠家山東魯南瑞虹化工有限公司氣相色譜儀型號SP2000A分析軟件N2000雙通道在線色譜工作站V3.20不銹鋼柱2mX2mmX0.5nm0.8mX3mmX0.5mm填料TDX-01碳分子篩檢測器氫火焰離子化檢測器（FID）進(jìn)樣定量管體積/mL3-1載氣（高純N2）流速/mL?min6036-1燃?xì)猓℉2）的流速/mL?min4032第10頁第二章試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法-1助燃?xì)猓兛諝猓┝魉?mL?min350300檢測器溫度/?160140分離柱溫度/?130110進(jìn)樣器溫度/?140110出峰時(shí)間/min2.60.8-1最低探測限/UL,L0.15標(biāo)氣提供商南京麥克斯南分特種氣體有限公司-1標(biāo)氣濃度/uL,L11.6/110/62011.8/94.9/620計(jì)算方法高度，外標(biāo)曲線法2.5.3甲烷排放通量計(jì)算假定CH以定常的速度排放或吸收（參考文獻(xiàn)），在一個(gè)封閉體系內(nèi)其濃度的變化可用一4-1元線性方程來表示：。式中，C、C為CH實(shí)際濃度和初始濃度，口L,L,t為密CktC,,040閉歷時(shí)，min，如圖2.8。對上述方程求導(dǎo)得:dC/dt,k。顯然該線性方程的斜率代表了CH4-1-1的排放速率（uL,L,min）。-1L?L甲烷濃度/□歷時(shí)/圖2.8靜態(tài)箱內(nèi)CH濃度隨時(shí)間變化圖4假定采樣箱橫截面積為A,有效高度為H(有水層時(shí)為水面至箱頂?shù)母叨?無水層時(shí)即為。據(jù)此，CH單位面積上的排放通量可表示為:參考文獻(xiàn)箱高)，則箱內(nèi)空氣體積VAH,4air,,,VdCdmair(2,1)F,,dtAdtA,,m,，273.2對一定質(zhì)量的氣體，由克拉珀龍方程得：PVRT，，CH,mP,(2,2),,,273.2V，RT，，CH綜合式(2,1)和式(2,2)可得：第11頁P(yáng)dC,FH,,,,(2,3)RTdt(273.2)，其中，F(xiàn)為CH排放通量;dm為箱內(nèi)CH質(zhì)量變化量；P為箱內(nèi)CH氣體的密度;A為米樣444箱橫截面積；H為箱內(nèi)有效高度;V為箱內(nèi)氣體的體積;dC/dt為箱內(nèi)CH濃度隨時(shí)間的變air4-1化率；口為CH摩爾質(zhì)量(16.123g,mol);P為箱內(nèi)平均氣壓，對于非高海拔區(qū)可視P為標(biāo)45-1-1準(zhǔn)大氣壓，即P=1.01235X10Pa;R為普適氣體常數(shù)(8.31441J,mol,K);T為箱內(nèi)平均氣溫。把有關(guān)常數(shù)代入式(2,3)，并進(jìn)行單位換算后可得簡化后的甲烷排放通量計(jì)算公式為：516.1231.0132510117.894，，dCdC,,26(2,4)FHH,，，，，，,,,(10)(6010)dtTdt，273.28.31441273.2，，T，，-2-1式中，F(xiàn)為CH排放通量，mg,m,h;T為箱內(nèi)平均氣溫，？;H為箱內(nèi)有效高度，cm;dC/dt4-1-1為箱內(nèi)CH濃度隨時(shí)間的變化率，口L,L,min，由每組4個(gè)甲烷濃度值與對應(yīng)的抽樣時(shí)刻0、45、10、15min擬合直線的斜率決定。2.6其它觀測項(xiàng)目與方法土壤指標(biāo)土壤飽和體積含水率測定目的:確定控灌土壤水分下限的相對指標(biāo)，即不同生育階段土壤含水量占飽和含水量的百分比。取樣時(shí)間:前茬小麥?zhǔn)崭詈蠓?。測定方法如下:用環(huán)刀取土烘干法分層測定0-40cm土層的飽和體積含水率，分層方案為0~10，10~20，20~30，30~40cm，具體取樣方案及步驟如下：第?步:準(zhǔn)備12環(huán)刀套(含兩端的蓋子)，將環(huán)刀和兩端蓋子對應(yīng)編號，稱量每套的環(huán)刀的重量。第?步:在任一個(gè)小區(qū)的中央位置，挖一長約1.5米、寬約1米、深1米的深坑，坑的一個(gè)長1.5米的面(向陽面)做成垂直剖面，剖面削齊鏟平。第?步:在剖面上，將環(huán)刀分別垂直壓入對應(yīng)深度5cm、15cm、25cm和35cm，每層3個(gè)重復(fù)，重復(fù)間的間距控制在10cm以內(nèi)。注:土壤比較密實(shí)時(shí)，可借助橡皮錘輕輕敲打環(huán)刀。第?步：12個(gè)環(huán)刀全部壓入后，用刀挖掘環(huán)刀周圍土壤，取出環(huán)刀。第?步:用削土刀細(xì)致地切除環(huán)刀兩端的多余土壤，使土壤和環(huán)刀齊平，兩端蓋好蓋子，按土層和環(huán)刀編號進(jìn)行記錄。注意:取土過程中環(huán)刀和蓋子應(yīng)保持對應(yīng)。第?步:將環(huán)刀帶回實(shí)驗(yàn)室，放入烘箱烘12個(gè)小時(shí)(105?)，稱重。環(huán)刀內(nèi)干土重(g)3,第?步:按下式計(jì)算土壤干容重:土壤干容重(g/cm),3環(huán)刀體積(cm),,G,第?步:再按下式計(jì)算土壤飽和體積含水量:，式中，為飽和體積含水,，體體G3量，％;為土壤干容重，g/cm;G為土壤比重，無量綱。，第12頁第二章試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法土壤含水率測定目的:確定控灌的最適宜灌水時(shí)間和灌水定額，它是控灌最核心的技術(shù)組成。每個(gè)控灌小區(qū)（1區(qū)、4區(qū)和5區(qū)）田頭和田尾分別預(yù)埋一組TDR探針（0,20cm、10,30cm和20~40cm），返青期后，田面無水層時(shí)，上午8:00（05年每隔1天，06年每天）用TDR定點(diǎn)采集土壤含水量；田面有水層時(shí)，測水層變化。水稻控制灌溉各生育期指導(dǎo)灌溉的監(jiān)測深度見表2.3。土壤Eh（氧化還原電位）測定目的:探求控灌條件下土壤理化性質(zhì)變量指標(biāo)一一氧化還原電位Eh與稻田甲烷排放的關(guān)系。2005年:主要測試儀器為南土所生產(chǎn)的便攜式Eh測定計(jì)，主要測量不同灌溉處理田間不同深度（5cm、10cm、20cm和40cm）的Eh值。由于該Eh計(jì)的鉑電極和參比電極均為玻璃電極，又裸露，測定不同深度土壤Eh時(shí)，需要挖取田泥至對應(yīng)深度，而且該Eh計(jì)在田間測量時(shí)讀數(shù)的穩(wěn)定時(shí)間較長，實(shí)際操作較煩雜。所以05年的Eh測量整個(gè)水稻生育期只在幾個(gè)代表日共進(jìn)行了6次，即07-28，08-05，08-26，09-10，09-26，10-12，讀數(shù)結(jié)果加上參比電位值（約240mV）進(jìn)行修正。2006年:在淹灌和控灌小區(qū)（分別對應(yīng)3區(qū)和4區(qū)）底座附近不同深度分別長期預(yù)埋一組213型鉑電極（上海精密科學(xué)儀器有限公司雷磁儀器廠生產(chǎn)）（5cm、10cm和20cm）。取氣樣當(dāng)日提前半小時(shí)（約9:30）將232型參比電極（上海精密科學(xué)儀器有限公司雷磁儀器廠生產(chǎn)）插于鉑電極附近的表層土壤，將鉑電極和參比電極同時(shí)接入便攜式ORP測定儀（南京土壤研究所），用秒表計(jì)時(shí)，均在平衡2min讀數(shù)，讀數(shù)結(jié)果加上參比電位值（約240mV）即為實(shí)際土壤氧化還原電位。土壤溫度測定目的:探求控灌條件下不同深度土溫與稻田甲烷排放的關(guān)系。2005年:插秧后在淹灌和控灌小區(qū)（分別對應(yīng)3區(qū)和4區(qū)）分別預(yù)埋一組土溫傳感器，埋置深度為5、10、20、40cm，地表溫度由地表溫度計(jì)直接測量。在每次取氣樣當(dāng)日提前半小時(shí)（約9:30），用讀數(shù)表直接讀取不同土層的溫度值。10月份后，讀數(shù)出現(xiàn)異常，可能是土溫傳感器埋置時(shí)間過久，已經(jīng)損壞。2006年:插秧后在淹灌和控灌小區(qū)（分別對應(yīng)6區(qū)和5區(qū)）底座附近分別預(yù)埋一組曲管式水銀土壤溫度計(jì)（0cm、5cm、10cm、15cm和20cm）（河北省衡水測溫儀表廠），其中6區(qū)還長期放置一支水溫溫度計(jì)，每天8:00、10:00、14:00和18:00讀取土壤溫度和水溫。2.6.2灌排水量觀測目的:確定兩種灌溉處理下的作物需水量和田間耗水量。灌水量可從進(jìn)水口水表上直接讀出，并記錄每次灌水日期。第13頁排水量可從田間標(biāo)尺上讀出排水前后的水層變化，計(jì)算出差值即為排水量。2.6.3常規(guī)氣象觀測目的:探求控灌條件下氣象因子與水稻需水規(guī)律、稻田甲烷排放的關(guān)系。自動氣象站（澳大利亞ICT有限公司）位于試驗(yàn)小區(qū)東側(cè)，自2005年6月開始?xì)庀笥^測，主要觀測指標(biāo)包括:空氣溫濕度、大氣壓、降雨量、蒸發(fā)量、風(fēng)速風(fēng)向、日照時(shí)數(shù)、總輻射，氣象數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)置為所有觀測指標(biāo)每小時(shí)采集1次。2.6.4水稻植株相關(guān)指標(biāo)水稻植株相關(guān)指標(biāo)包括植株生態(tài)指標(biāo)、植株生理指標(biāo)、測產(chǎn)與考種等，觀測目的是為了探求控灌條件下與水稻植株相關(guān)的各項(xiàng)指標(biāo)與甲烷排放的關(guān)系。2.6.4.1植株生態(tài)指標(biāo)植株生長狀況觀測參照農(nóng)業(yè)氣象觀測規(guī)范進(jìn)行（姚克敏等，1995）。,1,基本苗量調(diào)查:水稻返青期結(jié)束后，對每個(gè)小區(qū)調(diào)查苗量。,2,莖蘗株高:返青期時(shí)?在5區(qū)和6區(qū)圈定一個(gè)規(guī)則區(qū)域(每小區(qū)20株)，開始分蘗時(shí)每隔5天當(dāng)日16:00時(shí)觀測1次圈定區(qū)域的每穴苗數(shù)和對應(yīng)株高，臨近分蘗高峰期至抽穗期每隔2~3天加測一次。株高在抽穗前為土面至最高葉尖的高度，抽穗后為土面至穗頂(不計(jì)芒)的高度。,3,莖桿、根系、干物質(zhì):每10天當(dāng)日16:00時(shí)，各處理取2株有代表性的植株(代表性植株根據(jù)最近一次觀測的莖蘗與株高選擇)。05年只進(jìn)行了干物質(zhì)觀測，將植株分為根、莖、葉、鞘、穗，分裝入信封(注明日期和處理)放入烘箱，105?殺青(30分鐘)，70?烘48小時(shí)后測定干重。06年增加了莖桿和根系的觀測，采用直尺測定節(jié)間長度，游標(biāo)卡尺測定莖桿壁厚;采用排水法，測定根系體積(阿基米德原理)；采用甲烯藍(lán)比色法，測定根系總吸收面積、活躍吸收面積。,4,葉面積：葉面積的觀測05年沒有進(jìn)行，06年每5天下午16:00時(shí)，田間選擇有代表性植株3-5株，分上、中、下三層，數(shù)清每層葉片數(shù)目，然后分別針對上、中、下三層選取適當(dāng)數(shù)量(5片/株)葉片利用CI203手持式激光葉面積測定儀(美國CID公司)測定葉面積，同時(shí)獲得各葉片的長、寬等葉片形狀參數(shù)。,5,冠層指標(biāo):采用CI-100數(shù)字式植物冠層圖像分析儀(澳大利亞ICT有限公司)，每5天下午16:00時(shí)，觀測冠層葉面積指數(shù)(CLAI)、平均葉傾角(MIFA)、直射傳播系數(shù)(TR)、葉片分布(LD)、散射輻射傳播系數(shù)(TD)、冠層消減指數(shù)(K)等指標(biāo)。2.6.4.2植株生理指標(biāo),1,光合:采用CI-301PS便攜式光合測定系統(tǒng)(美國CID公司)，水稻返青期以后的各個(gè)生育階段，選擇晴好天氣，每5天8:00-18:00每2小時(shí)進(jìn)行一次全部生理指標(biāo)的測定，包括:凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(E)、氣孔導(dǎo)度(C)、葉片溫度(Tl)、空氣溫度(Ta)、相對濕度(Rh)等，盡可能包含較多的水分狀況，05年每個(gè)處理只選擇10片上層全展功能葉片進(jìn)行測量，06年分上中下三層各選5片全展功能葉片進(jìn)行測量。測量時(shí)注意植株生理指標(biāo)正常范第14頁第二章試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法圍，見表2.9。表2.9生理指標(biāo)正常范圍濃度進(jìn)口CO濃度空氣溫度葉片溫度進(jìn)口濕度出口濕度胞間CO22指標(biāo)/?/?/%/%/ppmv/ppmv范圍0~400~400~1000~10050~300300~600出口CO濃度光合速率蒸騰速率氣孔導(dǎo)度輻射2指標(biāo)-2-1-2-1-2-1-2-1/ppmv/umol?m?s/umol?m?s/umol?m?s/umol?m?s范圍300~600-2~401~5100~40020~1600,2,葉片葉綠素含量:該項(xiàng)目只在06年進(jìn)行，在田間取3片全展功能葉片用UV2800（A）型紫外可見分光光度計(jì)（美商獨(dú)資尤尼柯（上海）儀器有限公司）至室內(nèi)測定葉片葉綠素含量，測量與光合測量（10:00）同步。2.6.4.3測產(chǎn)及考種收割前3~5天，在各小區(qū)考察穗長、成穗數(shù)、每穗粒數(shù)（包括實(shí)粒、空癟粒和已脫落粒）、實(shí)粒數(shù)、千粒重，計(jì)算理論產(chǎn)量和實(shí)際產(chǎn)量。-6其中：理論產(chǎn)量二成穗數(shù)X每穗實(shí)粒數(shù)X千粒重X10實(shí)際產(chǎn)量按小區(qū)單打單收測算。測量各小區(qū)稻谷濕重后，每小區(qū)隨機(jī)取一袋曬干后測干重，計(jì)算含水量。，根據(jù)干重二濕重X（1-9）計(jì)算各小區(qū)的實(shí)際產(chǎn)量。2.6.5土壤溶液中CH4濃度的測定測定目的:通過比較不同深度土壤溶液中的甲烷濃度，以弄清稻田甲烷在土壤內(nèi)部的分布，從側(cè)面反映稻田甲烷在土壤中的氧化及甲烷向植株根部區(qū)域的液相擴(kuò)散現(xiàn)象。2.6.5.1土壤溶液的提取土壤溶液提取的主要工具為吸壓式土壤溶液取樣器（北京渠道科學(xué)器材有限公司），該儀器由三部分組成，分別是帶陶瓷頭（直徑31mm，長約7cm）的取樣器、轉(zhuǎn)移用燒杯以及手動真空泵（圖2.9）。取樣器有多種長度，用于不同深度土壤溶液的取樣，提取土壤溶液之前，需提前給取樣器提供一定程度的負(fù)壓（-80KPa以下），12~24小時(shí)后取樣。第15頁氣壓表手動真空泵三角燒杯陶瓷頭圖2.9土壤溶液采集示意圖土壤溶液中取氣樣方法2005年:水稻返青時(shí)在淹灌和控灌小區(qū)（分別對應(yīng)3區(qū)和4區(qū)）底座附近分別預(yù)埋一組土壤溶液取樣器（5cm、10cm、20cm和40cm）。05年只在田間日排放取氣樣當(dāng)日9:00取土壤溶液（取樣日期見表2.6），整個(gè)水稻生育期共進(jìn)行了6次，黃熟期最后1次取樣失敗。每個(gè)深度每次抽取約100mL土壤溶液，并緩慢轉(zhuǎn)入玻璃燒杯（約250mL）。水樣采集完后立即平穩(wěn)地拿回現(xiàn)場辦公室蔭涼處（25?左右）敞開靜置10分鐘，然后用注射器從燒杯中抽取約50mL本底氣樣轉(zhuǎn)移至氣袋（氣袋事先抽好真空），然后立即密封玻璃燒杯，手動劇烈振蕩燒杯5-10分鐘，然后再次抽取約50mL氣樣并轉(zhuǎn)移至新的氣袋，同時(shí)記錄室內(nèi)氣溫。水稻返青時(shí)在淹灌和控灌小區(qū)（分別對應(yīng)6區(qū)和5區(qū)）底座附近分別預(yù)埋一組2006年：土壤溶液取樣器（5cm、10cm、20cm和30cm）。從分蘗期開始，每5~8天抽取1次土壤溶液。每個(gè)深度每次抽取約80,100mL土壤溶液，并緩慢轉(zhuǎn)入醫(yī)用注射瓶（約300mL），收集完后一起帶回室內(nèi)。所有裝有土壤溶液的醫(yī)用注射瓶先在室溫下（25?左右）靜置30分鐘，然后用注射器分別抽取瓶中溶液的上空氣體（振蕩前）轉(zhuǎn)入氣袋（20mL））（氣袋事先抽好真空），立即蓋好瓶塞，用HY-4調(diào)速多用振蕩器（轉(zhuǎn)速360rpm，振幅20mm)(蘇州威爾實(shí)驗(yàn)用品有限公司)振蕩10min(秒表計(jì)時(shí))，然后再用注射器密封抽取瓶中溶液的上空氣體(振蕩后)轉(zhuǎn)入氣袋(20mL)(氣袋事先抽好真空)。最后將所有氣袋7日內(nèi)帶回實(shí)驗(yàn)室用氣相色譜儀分析氣樣甲烷濃度。注意，氣樣取完后，將土壤溶液裝入量筒測量其體積，同時(shí)記錄室內(nèi)氣溫。2.6.5.3土壤溶液中甲烷濃度的計(jì)算通過下式計(jì)算不同深度土壤溶液中CH濃度:參考文獻(xiàn)4(())(())CVVCVCVVCV,，,,,,,，,,,,,,P,airlairairlair00C,,,(2—5)solVVRT(273.2)，ll第16頁第二章試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法C其中，為單位體積土壤水中溶解的CH質(zhì)量;和分別為瓶中振蕩前和振蕩后氣樣的CC40solCH濃度;和分別為瓶中空氣和溶液體積；a為水汽比系數(shù)，25?時(shí)，取a,0.03;,VV4airl-1-1-1為CH密度;為CH的摩爾質(zhì)量(16.123g,mol);R為普適氣體常數(shù)(8.31441J,mol,K);,445P,，1.0132510為瓶中氣壓，取;為室溫，？。PTPa把有關(guān)常數(shù)代入式(2,5)，經(jīng)整理可得如下的簡化通量計(jì)算公式：,62((0.03))10CVVCV,，,,,，16.1231.0132510，，airlair0C,,solVT8.31441(273.2)，，l,4((0.03))CVVCV,，,,,1.964910，airlair0(2—6),,VT，273.2l-1C其中，為CH在土壤水中溶解度，mg,CH,mL,HO;和分別為瓶中振蕩前和振蕩CC4420sol后氣樣的CH濃度，ppmv;為瓶中空氣體積，即瓶的總?cè)莘e減去瓶中溶液體積，mL;VV4airl為瓶中溶液體積，mL;為室溫，？。T2.6.6土樣的采集、培養(yǎng)及其CH4產(chǎn)生率的測定試驗(yàn)?zāi)康?采用密閉恒溫厭氧培養(yǎng)方法測定不同土層深度甲烷的產(chǎn)生率，將其與稻田甲烷排放通量相比較，從機(jī)理上闡明稻田甲烷產(chǎn)生的規(guī)律性。該項(xiàng)研究05年失敗，主要在06年開展。06年由于前期做了一些預(yù)研究工作，土樣的培養(yǎng)直到7月30日才形成定稿方案。即每隔1周分別在淹灌和控灌小區(qū)