1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）
1本课题的意义
中国是农业大国，稻区辽阔，分布面积广泛。全国稻田面积约4.4亿亩，2015年稻田综合种养面积2252.4万亩，占水稻种植面积的5.1%。全国适合综合种养面积约6750万亩，占现有稻田面积的15%，可见稻田综合种养发展潜力巨大，发展前景广阔。由于稻田也是大气中n2o的重要排放源，了解其碳、氮交换过程提供更多的科学依据和理论基础，从而有助于降低当前稻虾共作系统温室气体排放估算的不确定性，为编制国家农业温室气体排放清单提供数据支撑。
2国内外研究概况
2. 研究的基本内容和问题
1 研究目标
氧化亚氮（n2o）是大气中仅次于二氧化碳（co2）的重要温室气体。淡水生态系统和湿地生态系统是全球陆域生态系统的重要组成部分，近年来，关于稻田以及河流、湖泊、水库等淡水水体、湿地、沼泽湿地温室气体排放的研究日益增多。中国是农业大国，由稻田用地转变而来的稻田与养殖湿地结合的共作系统的面积逐渐增加。其中稻虾共作已经成为许多农户首选的一种共作模式。为全面了解稻虾共作模式对温室气体的影响，准确评估其温室气体排放强度，为了解其碳、氮交换过程提供更多的科学依据和理论基础，从而有助于降低当前稻虾共作系统温室气体排放估算的不确定性，为编制国家农业温室气体排放清单提供数据支撑。
2 研究内容和拟解决的关键问题
3. 研究的方法与方案
| 研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析 1 研究方法 （1）漂浮箱法（Floating Chambers） 漂浮箱法是一种原理简单、操作方便的水-气界面温室气体观测方法，与陆地生态系统箱法相似。利用水面漂浮装置（如汽车轮胎、泡沫等）放置一个顶部密封、底部中通的采样箱，收集水体表层扩散排放的温室气体，每隔一段时间测量一次采样箱中待测温室气体的体积浓度。根据气体体积浓度随时间的变化率，计算出覆盖水面区域待测温室气体的排放通量。计算公式如下： F = S × F1 × F2 × V / A 式中，F: 待测温室气体的排放通量（mg m-2 d-1）；S: 观测时间阶段内不同时间气体浓度进行回归分析得到的曲线斜率，表示气体浓度随时间变化的速率（ppm s-1）；V: 采样箱水面以上部分的体积（m3）；A: 采样箱覆盖水面的面积（m2）； F1和F2: 转化系数。 （2）梯度法（Gradient Descent） 水-气界面CO2和CH4的扩散通量取决于水体和大气中相应气体的浓度以及气体本身的交换系数（K）。基于这一原理，同时测定大气和表层水体中温室气体浓度值，利用两者差值和气体交换系数，计算得到温室气体的排放通量。公式如下：F = K × ( Cw - Ca ) 式中，F: 待测温室气体排放通量（umol m-2 d-1）；Cw: 水体表层溶解的温室气体浓度（umol L-1）；Ca: 大气中对应温室气体的浓度；K: 气体交换系数（cm h-1），与表层水体的湍流状况有关。 本方法简单、快速，每天可多次测定，但水样需要立即分析。由于采样和运输等过程干扰，实验室测定的水体中气体浓度与理论计算的溶解度有差别。环境因素（风速、降雨等）会增加观测结果的不确定性。本法观测得到的气体排放通量值一般都低于漂浮箱法的测定结果。 （3）倒置漏斗法（Invert Funnel） 倒置漏斗法主要适用于通过冒泡方式排放的温室气体采集和分析。其基本原理是将倒置的漏斗放置在水体表层以下的一定深度，通过连接装置收集水下气体产生的气泡，分析收集装置中的气体浓度，估算出气泡方式排放的气体通量。 （4）可调谐二极管激光吸收法（Tunable Diode Laser Absorption Sepectroscopy, TDLAS） 本方法利用二极管激光器波长调谐特性，高频、精确测定区域不同高度温室气体浓度，利用浓度梯度估算出观测区域温室气体的排放通量。TDLAS方法精度高、响应迅速，可实现大区域内（如水库等开阔水域等）多种气体同时观测。但是本方法对下垫面的要求较高，地形复杂区域难以满足。另外，湍流交换系数通过半经验方法确定，在风速过低或者太高的情况下，误差会较大。 （5）涡度相关法（Eddy Covariance） 采用涡度相关技术可以观测到比箱法更大区域的温室气体排放通量，且无需安排值班人员长时间连续监测。不过该方法成本高，技术复杂，而且需要专业人员维护；下垫面要求广阔、平坦，水面波浪影响难以满足要求。该方法目前主要运用于陆地生态系统碳通量的研究。
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| 2 技术路线
3 实验方案 （1）水稻品种选择 “虾蟹丰1号”渔稻针对虾、蟹的生物学特性和养殖生态要求，采用现代生物技术培育的高效环保型水稻良种“虾蟹丰1号”渔稻，其具有生育期适中、茎秆粗壮、抗病虫害、抗倒伏且耐肥性强等特点。 （2）水稻播种与移栽 水育秧苗长至高25cm～30cm开始分苗，株距行距均为50cm，每扦插20行稻秧，间隔5行空白水域，促进水体流动，为青虾生长提供足够溶解氧。 （3）喷药与施肥 水稻采用不喷药、不施肥的原生态栽培模式。池塘中的部分害虫、虫卵被青虾摄食，病害得到有效控制，因此全程不施用农药，同时池塘水体中的青虾残饵、排泄物、底泥等为其生长提供丰富营养物质，也不需要施用化肥。 （4）水分管理 青虾放养初期，田水宜浅，保持在10cm左右。一般栽秧后10天～15 天开始晒田。养虾田应轻晒，不能完全将田水排干，水位降低到田面露出即可。复水后，随着青虾的不断长大和水稻的抽穗、扬花、灌浆均需大量水分，所以应将田水逐渐加深到20cm～30cm，以确保两者需水量。在水稻有效分蘖期采取浅水勤灌，保证水稻的正常生长；进入水稻无效分蘖期，水深可调节到30cm。 （5）气体采集 试验均采用静态暗箱-气相色谱法同步观测稻田养殖地N2O排放通量。为了减少采样过程对采样点的人为干扰，养殖湿地均搭设了栈桥。 |
| 4可行性分析 （1）技术可行性 本研究主要采用静态暗箱-气相色谱法原位观测和比较常规稻田和稻虾循环养殖地N2O排放，探讨不同农业湿地温室气体的排放强度、排放特征、驱动机制和综合温室效应等。是一种较为成熟方便的研究技术。 （2）经济可行性 本研究经济花费主要用于稻田施肥与鱼塘蟹塘的饲料与实验过程消耗品，整体较为经济。 （3）操作可行性 本研究选择可长期观察、一定程度自主管理的稻田，稻虾循环养殖地进行观察，尽量不影响周边居民点。 |
4. 研究创新点
本项目以常规稻田和稻虾循环养殖地为研究对象，具有典型中国农业发展未来趋势的区域特色，为农业生产方式转变的温室气体减排潜力评估提供数据支撑。强调以全年种植/养殖周期为时间尺度对稻田和稻虾循环养殖地n2o排放及其综合温室效应进行比较。
除了比较稻田和稻虾循环养殖地温室气体排放强度外，还将两种不同农业生产方式农民全年经济净收益进行比较，实现环境效益和经济效益的有机结合。
基于稻田和稻虾循环养殖地全年温室气体排放和农民经济净收益提出单位综合温室效应净收益，明确农业生产方式转变可以有效实现减排和增收的双赢目标。
5. 研究计划与进展
| 研究计划及预期进展 1 研究计划 表1 稻麦轮作周期水稻和冬小麦主要生育期及肥料运筹
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| 2 预期进展 （1）文献收集与整理阶段 本阶段的工作已经基本完成，下一步需要做的工作是不断的补充最新的研究成果与典型案例。 （2）初稿写作阶段 本阶段的主要工作是在上一阶段收集与整理的基础上进一步理清理论争议，找到研究方法与理清文章各争议点逻辑关系，并进行论文的初稿写作。 （3）论文修改与完善阶段 本阶段的主要工作在于通过与导师、学者、同学交流探讨，发现论文写作的不足及改进的方法，并进一步规范论文写作格式，达到毕业论文要求。 |
