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含碳和不含碳的温室气体对环境气候条件构成严重威胁。然而，含碳温室气体，即二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)的人为排放在稻田中引起了极大的关注。据估计，从2001年到2011年，全球农业总排放量从47亿吨二氧化碳增加到53亿吨以上，增幅为14%。主要作物是水稻的亚洲约占44%。截至2008年，全球农业温室气体排放量估计为人为温室气体排放总量的10-12%。中国约占世界稻田种植面积的19%。因此，在实施减排措施时，必须对水稻土的碳排放进行分析。。
FGDG是燃煤电厂的副产品，富含Ca2+和SO42-离子，其主要化学成分为CaSO4.2H2O，其在水稻土中的作用机理是土壤环境中的Ca2+离子与CO2反应生成的CaCO3具有更高的化学稳定性，增强了土壤中碳的固定性，从而降低了碳的排放二氧化碳排放量。另外，SO42-离子可以改善硫酸盐还原菌的微生物群落，增强对氢和乙酸的竞争，进而阻碍产甲烷菌的活性。从而间接减少CH4的排放，同时鼓励CO2的排放。生物炭是一种由碳质材料形成的黑碳，旨在用作土壤改良剂。它是一种稳定的基质，由有机物在低氧或无氧条件下通过热解过程燃烧而成。生物炭具有改善土壤结构、改善土壤环境条件、减少温室气体排放、增加土壤碳汇等优点。土壤水分、低pH值等环境条件的改善，增强了土壤微生物群落。这会增加新陈代谢和呼吸，最终导致土壤在有氧条件下的二氧化碳排放。其他研究者也报道了利用生物炭作为土壤改良剂可以增加土壤可溶性有机碳的有效性。因此，在厌氧条件下为产甲烷菌提供底物，这可能会促进土壤中CH4的排放，就像在水稻土中一样。
在这一背景下，研究的重点是确定FGDG是否能对抗生物炭促进的CO2排放效应。因此，研究了FGDG与生物炭联合使用对重庆市水稻土碳排放的影响。采用静态暗箱气相色谱法对水稻生长期和休耕期稻田土壤中CO2和CH4的排放进行了原位测定。实验分为六个处理，分别采用不同的FGDG和生物炭施用量组合，每个处理重复三次。T0(未种植水稻，未施用FGDG和生物炭)、T1(种植水稻，但未施用FGDG和生物炭)、T2(种植水稻，施用4thm-2生物炭，未施用FGDG)、T3(种植水稻，施用4thm-2生物炭和4thm-2生物炭)、T4(种植水稻，施用4thm-2生物炭和8thm-2FGDG)和T5(种植水稻，施用4thm-2生物炭hm-2和16thm-2FGDG)。分析了稻田生态系统中CO2和CH4的排放，并对稻田生态系统的NECB进行了评价，以确定FGDG是否具有阻止生物炭对碳排放影响的能力。研究结果如下：
1.水稻土性质的动态变化。
在水稻生长期，单施4thm-2生物炭与混施4thm-2生物炭和16thm-2FGDG相比，FGDG显著提高了土壤平均DOC33.21%(P<0.05)。其他处理的DOC含量无明显变化。休耕期，裸地处理(T0)与水稻处理(T1-T5)比较，结果表明，水稻种植显著提高了土壤含水量11.36%(P>0.05)。另一方面，其他处理的含水量没有显著变化。在水稻生长期和休耕期，水稻种植、单独施用生物炭、脱硫石膏和生物炭联合施用对土壤温度、Eh和pH均无显著影响(P>0.05)。
2.稻田瞬时CH4排放通量
在水稻生长期，T0、T1、T2、T3、T4和T5处理的CH4排放通量平均值分别为7.60±0.67、4.87±0.98、7.58±0.83、1.60±0.21、1.01±0.28和0.51±0.09mgCm-2h-1。与裸地处理(T0)和水稻种植处理(T1-T5)相比，种植水稻降低了平均CH4排放通量35.92%，但变化不显著(P>0.05)。单次施用生物炭处理4thm-2的T2，其CH4排放通量平均增加55.65%，但变化不显著。将4thm-2生物炭(T2)单次施用量与生物炭与FGDG联合施用量(T3-T5)在不同施用量下比较，T3-T4和T5的平均CH4排放通量分别显著降低78.89%、86.68%和93.27%(P>0.05)。休耕期不同处理水稻土CH4排放通量平均值分别为0.09±0.01、0.20±0.05、0.21±0.07、0.21±0.05、0.19±0.05和0.18±0.02mgCm-2h-。结果表明，光照处理T0与水稻种植处理相比，水稻种植使CH4排放通量平均增加122.22%，但变化不显著(P>0.05)。单次施用生物炭(T2)对CH4排放通量的影响不大，平均增加了5%，而FGDG和T3-T5联合施用对CH4排放通量的影响不大，平均降低了0-14.29%。
3.水稻土CH4累积排放量
在水稻生育期，T0、T1、T2、T3、T4和T5处理的累积CH4排放通量分别为130.19、86.30、130.82、26.90、16.70和7.64kgChm2。将光照处理(T0)与水稻种植处理(T1-T5)进行比较，结果表明，水稻种植可使CH4累积排放量减少33.71%。但变化不显著，说明水稻种植对稻田土壤CH4排放无显著影响(P>0.05)。在T2处理中单独应用生物炭显著增加了CH4的累积排放量51.59%，而在T3、T4和T5处理中联合应用FGDG和生物炭显著降低了CH4的累积排放量79.44%、87.23%和94.16%(P>0.05)。随着FGDG施用量的增加，累积CH4排放的减少率增加，说明FGDG可以抑制生物炭增加CH4排放的负面效应，且FGDG施用量越高，抑制效应越明显。休耕期，T0、T1、T2、T3、T4和T5处理的CH4累积排放通量分别为6.24、9.63、10.90、32.18、7.45和8.69kgChm-2。光照处理(T1)与水稻种植处理(T1-T5)相比，水稻种植对CH4的累积排放量增加了54.33%(P>0.05)。单独使用生物炭(T2)也显著增加了13.19%的累积CH4排放量。以4、8和16thm-2的速率施用FGDG，CH4的累积排放量分别增加了195.23%、31.65%和20.28%，且无显著变化。整个试验期CH4排放主要集中在水稻生育期，占整个试验期的45.53%～95.4%。
4.稻田CO2瞬时排放通量
在水稻生长期，T0、T1、T2、T3、T4和T5处理水稻土的平均CO2排放通量分别为51.71±9、60.56±7.91、64.64±8.14、74.08±10.74、68.48±8.96和63.07±8.92mgCm-2h-1。与裸地处理(T0)和水稻种植处理(T1-T5)相比，种植水稻增加了17.12%的平均CO2排放通量，但变化不显著(P>0.05)。生物炭在4thm-2处理T2中的单次施用表明，生物炭显著提高了CO2的平均排放通量6.74%。在T3和T4处理中，以4thm-2和8thm-2施用FGDG，平均CO2排放通量分别增加14.60%和5.94%，而16thm-2施用FGDG，平均CO2排放通量减少2.43%，但变化不显著。休耕期水稻土CO2排放通量平均值分别为63.97±7.16、58.89±8、61.43±7.56、74.93±8.45、55.24±9.11和41.96±6.33mgCm-2h-1。与裸地处理(T0)和水稻种植处理(T1-T5)相比，种植水稻使CO2平均排放通量降低了7.94%，但变化不显著(P>0.05)。生物炭在4thm-2处理T2中的单次施用表明，生物炭显著提高了CO2的平均排放通量4.31%。4thm-2FGDG与生物炭混合后，CO2平均排放通量增加了21.98%，而8、16thm-2FGDG与生物炭混合后，CO2平均排放通量分别降低了10.08%和31.70%，均无显著变化。然而，值得注意的是，本研究所分析的二氧化碳来自微生物呼吸和土壤有机质分解。
5.水稻土累积CO2排放量
整个生育期，T0、T1、T2、T3、T4和T5处理的累积CO2排放量分别为923.70、1084.41、1028.16、1301.07、1220.63和1091.76kghm-2。与裸地处理(T0)和水稻种植处理(T1-T5)相比，种植水稻增加了17.40%的累积CO2排放，但变化不显著，说明种植水稻对水稻土CO2排放的影响不显著(P>0.05)。单独施用生物炭可使CO2的累积排放量减少5.19%，而FGDG和生物炭的联合施用则使CO2的累积排放量略有增加。T3、T4和T5处理的CH4累积排放量分别增加了26.54%、18.72%和6.19%，但无显著性差异(P>0.05)。整个休耕期，各处理的累积CO2排放通量分别为2678.3、3215.31、3130.76、4032.53、2783.47和2326.62kgChm-2。光照处理(T0)与水稻种植处理(T1-T5)相比，水稻种植增加了20.05%的CO2累积排放量，但差异不显著(P>0.05)。单次施用生物炭处理T2，CO2累积排放量减少2.63%。另一方面，4thm-2和16thm-2混合施用FGDG，累计CO2排放量分别增加28.80%和减少11.09%和25.69%，变化不显著。整个观测期，水稻土CO2累积排放通量主要集中在休耕期，约占整个研究期的68.06%～75.6%。
6.稻田净生态系统碳收支
在整个水稻生育期，单一施用生物炭和FGDG与生物炭联合施用对稻田净碳平衡无显著影响(P>0.05)。休耕期，4t/hm2FGDG混施显著增加碳耗，16t/hm2FGDG混施显著降低碳耗(P<0.05)。
综上所述，在水稻生育期，单一施用生物炭可在一定程度上增加CH4排放，减少CO2排放，但变化不大。施用FGDG可显著降低水稻土CH4排放(P<0.05)，而CO2排放略有增加。休耕期，单独施用生物炭或与FGDG联合施用对CH4和CO2排放无显著影响(P>0.05)。FGDG的加入增加了水稻土中SO42-，促进了硫酸盐还原菌的生长，增强了与产甲烷菌的竞争优势，抑制了CH4的产生和排放。相比之下，氢和乙酸是产甲烷的重要底物，但它们也被SO42-氧化消耗，它们的浓度可以降低到产甲烷菌可用的阈值以下，这可能有助于抑制CH4的产生。此外，SO42-的还原产物S2-可能对产甲烷菌有毒。同时，生物炭的应用可以增强甲烷氧化菌的丰富度，降低产甲烷菌与甲烷氧化菌的比例，也可以抑制甲烷的生成。FGDG和生物炭联合应用对含碳温室气体的影响需要进一步关注。
FGDG是燃煤电厂的副产品，富含Ca2+和SO42-离子，其主要化学成分为CaSO4.2H2O，其在水稻土中的作用机理是土壤环境中的Ca2+离子与CO2反应生成的CaCO3具有更高的化学稳定性，增强了土壤中碳的固定性，从而降低了碳的排放二氧化碳排放量。另外，SO42-离子可以改善硫酸盐还原菌的微生物群落，增强对氢和乙酸的竞争，进而阻碍产甲烷菌的活性。从而间接减少CH4的排放，同时鼓励CO2的排放。生物炭是一种由碳质材料形成的黑碳，旨在用作土壤改良剂。它是一种稳定的基质，由有机物在低氧或无氧条件下通过热解过程燃烧而成。生物炭具有改善土壤结构、改善土壤环境条件、减少温室气体排放、增加土壤碳汇等优点。土壤水分、低pH值等环境条件的改善，增强了土壤微生物群落。这会增加新陈代谢和呼吸，最终导致土壤在有氧条件下的二氧化碳排放。其他研究者也报道了利用生物炭作为土壤改良剂可以增加土壤可溶性有机碳的有效性。因此，在厌氧条件下为产甲烷菌提供底物，这可能会促进土壤中CH4的排放，就像在水稻土中一样。
在这一背景下，研究的重点是确定FGDG是否能对抗生物炭促进的CO2排放效应。因此，研究了FGDG与生物炭联合使用对重庆市水稻土碳排放的影响。采用静态暗箱气相色谱法对水稻生长期和休耕期稻田土壤中CO2和CH4的排放进行了原位测定。实验分为六个处理，分别采用不同的FGDG和生物炭施用量组合，每个处理重复三次。T0(未种植水稻，未施用FGDG和生物炭)、T1(种植水稻，但未施用FGDG和生物炭)、T2(种植水稻，施用4thm-2生物炭，未施用FGDG)、T3(种植水稻，施用4thm-2生物炭和4thm-2生物炭)、T4(种植水稻，施用4thm-2生物炭和8thm-2FGDG)和T5(种植水稻，施用4thm-2生物炭hm-2和16thm-2FGDG)。分析了稻田生态系统中CO2和CH4的排放，并对稻田生态系统的NECB进行了评价，以确定FGDG是否具有阻止生物炭对碳排放影响的能力。研究结果如下：
1.水稻土性质的动态变化。
在水稻生长期，单施4thm-2生物炭与混施4thm-2生物炭和16thm-2FGDG相比，FGDG显著提高了土壤平均DOC33.21%(P<0.05)。其他处理的DOC含量无明显变化。休耕期，裸地处理(T0)与水稻处理(T1-T5)比较，结果表明，水稻种植显著提高了土壤含水量11.36%(P>0.05)。另一方面，其他处理的含水量没有显著变化。在水稻生长期和休耕期，水稻种植、单独施用生物炭、脱硫石膏和生物炭联合施用对土壤温度、Eh和pH均无显著影响(P>0.05)。
2.稻田瞬时CH4排放通量
在水稻生长期，T0、T1、T2、T3、T4和T5处理的CH4排放通量平均值分别为7.60±0.67、4.87±0.98、7.58±0.83、1.60±0.21、1.01±0.28和0.51±0.09mgCm-2h-1。与裸地处理(T0)和水稻种植处理(T1-T5)相比，种植水稻降低了平均CH4排放通量35.92%，但变化不显著(P>0.05)。单次施用生物炭处理4thm-2的T2，其CH4排放通量平均增加55.65%，但变化不显著。将4thm-2生物炭(T2)单次施用量与生物炭与FGDG联合施用量(T3-T5)在不同施用量下比较，T3-T4和T5的平均CH4排放通量分别显著降低78.89%、86.68%和93.27%(P>0.05)。休耕期不同处理水稻土CH4排放通量平均值分别为0.09±0.01、0.20±0.05、0.21±0.07、0.21±0.05、0.19±0.05和0.18±0.02mgCm-2h-。结果表明，光照处理T0与水稻种植处理相比，水稻种植使CH4排放通量平均增加122.22%，但变化不显著(P>0.05)。单次施用生物炭(T2)对CH4排放通量的影响不大，平均增加了5%，而FGDG和T3-T5联合施用对CH4排放通量的影响不大，平均降低了0-14.29%。
3.水稻土CH4累积排放量
在水稻生育期，T0、T1、T2、T3、T4和T5处理的累积CH4排放通量分别为130.19、86.30、130.82、26.90、16.70和7.64kgChm2。将光照处理(T0)与水稻种植处理(T1-T5)进行比较，结果表明，水稻种植可使CH4累积排放量减少33.71%。但变化不显著，说明水稻种植对稻田土壤CH4排放无显著影响(P>0.05)。在T2处理中单独应用生物炭显著增加了CH4的累积排放量51.59%，而在T3、T4和T5处理中联合应用FGDG和生物炭显著降低了CH4的累积排放量79.44%、87.23%和94.16%(P>0.05)。随着FGDG施用量的增加，累积CH4排放的减少率增加，说明FGDG可以抑制生物炭增加CH4排放的负面效应，且FGDG施用量越高，抑制效应越明显。休耕期，T0、T1、T2、T3、T4和T5处理的CH4累积排放通量分别为6.24、9.63、10.90、32.18、7.45和8.69kgChm-2。光照处理(T1)与水稻种植处理(T1-T5)相比，水稻种植对CH4的累积排放量增加了54.33%(P>0.05)。单独使用生物炭(T2)也显著增加了13.19%的累积CH4排放量。以4、8和16thm-2的速率施用FGDG，CH4的累积排放量分别增加了195.23%、31.65%和20.28%，且无显著变化。整个试验期CH4排放主要集中在水稻生育期，占整个试验期的45.53%～95.4%。
4.稻田CO2瞬时排放通量
在水稻生长期，T0、T1、T2、T3、T4和T5处理水稻土的平均CO2排放通量分别为51.71±9、60.56±7.91、64.64±8.14、74.08±10.74、68.48±8.96和63.07±8.92mgCm-2h-1。与裸地处理(T0)和水稻种植处理(T1-T5)相比，种植水稻增加了17.12%的平均CO2排放通量，但变化不显著(P>0.05)。生物炭在4thm-2处理T2中的单次施用表明，生物炭显著提高了CO2的平均排放通量6.74%。在T3和T4处理中，以4thm-2和8thm-2施用FGDG，平均CO2排放通量分别增加14.60%和5.94%，而16thm-2施用FGDG，平均CO2排放通量减少2.43%，但变化不显著。休耕期水稻土CO2排放通量平均值分别为63.97±7.16、58.89±8、61.43±7.56、74.93±8.45、55.24±9.11和41.96±6.33mgCm-2h-1。与裸地处理(T0)和水稻种植处理(T1-T5)相比，种植水稻使CO2平均排放通量降低了7.94%，但变化不显著(P>0.05)。生物炭在4thm-2处理T2中的单次施用表明，生物炭显著提高了CO2的平均排放通量4.31%。4thm-2FGDG与生物炭混合后，CO2平均排放通量增加了21.98%，而8、16thm-2FGDG与生物炭混合后，CO2平均排放通量分别降低了10.08%和31.70%，均无显著变化。然而，值得注意的是，本研究所分析的二氧化碳来自微生物呼吸和土壤有机质分解。
5.水稻土累积CO2排放量
整个生育期，T0、T1、T2、T3、T4和T5处理的累积CO2排放量分别为923.70、1084.41、1028.16、1301.07、1220.63和1091.76kghm-2。与裸地处理(T0)和水稻种植处理(T1-T5)相比，种植水稻增加了17.40%的累积CO2排放，但变化不显著，说明种植水稻对水稻土CO2排放的影响不显著(P>0.05)。单独施用生物炭可使CO2的累积排放量减少5.19%，而FGDG和生物炭的联合施用则使CO2的累积排放量略有增加。T3、T4和T5处理的CH4累积排放量分别增加了26.54%、18.72%和6.19%，但无显著性差异(P>0.05)。整个休耕期，各处理的累积CO2排放通量分别为2678.3、3215.31、3130.76、4032.53、2783.47和2326.62kgChm-2。光照处理(T0)与水稻种植处理(T1-T5)相比，水稻种植增加了20.05%的CO2累积排放量，但差异不显著(P>0.05)。单次施用生物炭处理T2，CO2累积排放量减少2.63%。另一方面，4thm-2和16thm-2混合施用FGDG，累计CO2排放量分别增加28.80%和减少11.09%和25.69%，变化不显著。整个观测期，水稻土CO2累积排放通量主要集中在休耕期，约占整个研究期的68.06%～75.6%。
6.稻田净生态系统碳收支
在整个水稻生育期，单一施用生物炭和FGDG与生物炭联合施用对稻田净碳平衡无显著影响(P>0.05)。休耕期，4t/hm2FGDG混施显著增加碳耗，16t/hm2FGDG混施显著降低碳耗(P<0.05)。
综上所述，在水稻生育期，单一施用生物炭可在一定程度上增加CH4排放，减少CO2排放，但变化不大。施用FGDG可显著降低水稻土CH4排放(P<0.05)，而CO2排放略有增加。休耕期，单独施用生物炭或与FGDG联合施用对CH4和CO2排放无显著影响(P>0.05)。FGDG的加入增加了水稻土中SO42-，促进了硫酸盐还原菌的生长，增强了与产甲烷菌的竞争优势，抑制了CH4的产生和排放。相比之下，氢和乙酸是产甲烷的重要底物，但它们也被SO42-氧化消耗，它们的浓度可以降低到产甲烷菌可用的阈值以下，这可能有助于抑制CH4的产生。此外，SO42-的还原产物S2-可能对产甲烷菌有毒。同时，生物炭的应用可以增强甲烷氧化菌的丰富度，降低产甲烷菌与甲烷氧化菌的比例，也可以抑制甲烷的生成。FGDG和生物炭联合应用对含碳温室气体的影响需要进一步关注。