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農(nóng)業(yè)是重要的溫室氣體排放源，年排放量為8.30億噸二氧化碳當(dāng)量，占排放總量的7%~8%。甲烷（CH₄）、氮氧化物（如氧化亞氮N₂O）等是溫室氣體“成員”，而農(nóng)業(yè)活動(dòng)正是它們的主要來源——CH₄排放主要由水稻和牲畜生產(chǎn)造成，N₂O主要是由施肥引起。

那么，在“雙碳”背景下，不同水稻生產(chǎn)系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)固碳減排？

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院教授曹湊貴帶領(lǐng)的農(nóng)業(yè)生態(tài)研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了10余年稻作系統(tǒng)固碳減排研究。近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)宏觀農(nóng)業(yè)研究院、植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院農(nóng)業(yè)生態(tài)研究團(tuán)隊(duì)與中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所等單位合作，在《總體環(huán)境科學(xué)》發(fā)表了相關(guān)研究成果。

水稻生產(chǎn)的減排潛力

“水稻生產(chǎn)過程中，土壤有機(jī)物經(jīng)過微生物分解驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)化為小分子，以氣態(tài)釋放，是自然過程，也是溫室氣體CO₂、CH₄和N₂O的重要來源?！闭撐耐ㄓ嵶髡卟軠愘F向《中國科學(xué)報(bào)》解釋說。

他進(jìn)一步指出，稻田中CH₄和N₂O的產(chǎn)生與排放受農(nóng)事管理與環(huán)境因素影響，尤其是水分管理、秸稈還田及氮肥管理措施，直接影響稻田土壤氧化還原狀況和土壤中易分解有機(jī)質(zhì)的含量，對稻田CH₄和N₂O的排放具有顯著的影響效果。

事實(shí)上，近年來，為滿足水稻低碳生產(chǎn)的需求，全球各地發(fā)展并采用了多種稻田種植模式及稻田固碳減排措施，并通過田間試驗(yàn)對不同種植系統(tǒng)及某些措施的減排潛力進(jìn)行了分析。

然而，如何比較不同水稻生產(chǎn)系統(tǒng)的減排潛力？考慮經(jīng)濟(jì)因素的模式或減排技術(shù)的減排潛力是否有所不同？不同水稻生產(chǎn)系統(tǒng)減排潛力的限制因素是什么？

“這些都是水稻低碳生產(chǎn)需要回答的問題，也是我們的研究論文希望回答的問題。水稻低碳生產(chǎn)能夠推動(dòng)整個(gè)農(nóng)業(yè)及食物系統(tǒng)的低碳生產(chǎn)?！辈軠愘F表示。

據(jù)悉，曹湊貴團(tuán)隊(duì)提出了“增匯、降耗、減排、循環(huán)”的低碳稻作理論，出版了《低碳稻作理論與實(shí)踐》專著，近期還發(fā)表了題為“水稻生產(chǎn)碳中和現(xiàn)狀及低碳稻作技術(shù)策略”的綜述論文。

實(shí)測數(shù)據(jù)結(jié)合模型模擬

“CH₄和N₂O是稻田排放的主要溫室氣體，二者的溫室效應(yīng)遠(yuǎn)高于CO₂，在100年的尺度下，單位質(zhì)量CH₄和N₂O的全球增溫潛勢分別是CO₂的25和298倍?！闭撐牡谝蛔髡?、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)宏觀農(nóng)業(yè)研究院博士后凌霖解釋了為何特別關(guān)注水稻生產(chǎn)的CH₄和N₂O排放。

該研究通過實(shí)測數(shù)據(jù)結(jié)合模型模擬分析，比較了不同水稻生產(chǎn)系統(tǒng)的單位經(jīng)濟(jì)收入碳排放（碳足跡強(qiáng)度）。

她介紹：“研究中使用的觀測數(shù)據(jù)源于華中農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)生態(tài)研究室多年多點(diǎn)多模式的觀測試驗(yàn)。”

不過，實(shí)測數(shù)據(jù)通常只能用來進(jìn)行點(diǎn)位試驗(yàn)的分析，結(jié)論的適用范圍存在一定局限，并且不同地點(diǎn)年份的數(shù)據(jù)缺乏統(tǒng)一尺度進(jìn)行比較分析?！岸捎脤?shí)測數(shù)據(jù)結(jié)合模型分析并比較的方法，可以彌補(bǔ)這兩點(diǎn)，找到不同點(diǎn)位數(shù)據(jù)的共性規(guī)律，對實(shí)踐具有更好的指導(dǎo)意義?！绷枇卣f。

該研究基于采用統(tǒng)一的靜態(tài)箱—?dú)庀嗌V法，測定了稻閑模式、稻油輪作模式、稻麥輪作模式、雙季稻和稻蝦共作模式等水稻生產(chǎn)系統(tǒng)，在不同耕作方式、不同氮肥及水分管理措施、不同秸稈還田處理等條件下的CH₄和N₂O排放試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合生物地球化學(xué)循環(huán)DNDC模型，將觀測結(jié)果使用模型統(tǒng)一到相同環(huán)境背景進(jìn)行比較模擬。

同時(shí)，該研究分別采用基于過程的生命周期評估（PLCA）方法和成本效益分析方法對生產(chǎn)系統(tǒng)的碳足跡和經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行計(jì)算，系統(tǒng)評估不同水稻生產(chǎn)系統(tǒng)不同減排措施下的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出和碳足跡。

為水稻低碳高產(chǎn)提供指導(dǎo)

結(jié)果顯示，雙季稻系統(tǒng)的碳足跡強(qiáng)度最高，為每元產(chǎn)值釋放4.14公斤二氧化碳當(dāng)量；稻油模式（雨養(yǎng)條件）的碳足跡強(qiáng)度最低，為每元產(chǎn)值釋放0.68公斤二氧化碳當(dāng)量。稻蝦共作系統(tǒng)碳足跡強(qiáng)度均為每元產(chǎn)值釋放0.8公斤二氧化碳當(dāng)量左右。

研究結(jié)果表明，水稻與旱地作物（如小麥、油菜等）輪作以及稻田綜合種養(yǎng)等模式可以實(shí)現(xiàn)高收入低排放。

此外，經(jīng)過對系統(tǒng)不同組分碳排放結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn)，減少氮肥用量是稻旱輪作系統(tǒng)最重要和最有效的溫室氣體緩解措施，目前對應(yīng)的措施有氮肥深施、施用緩釋肥等。

而雙季稻模式低碳發(fā)展限制因子主要是機(jī)械投入成本過高。曹湊貴建議，合作社、農(nóng)業(yè)機(jī)械社會(huì)服務(wù)機(jī)構(gòu)等組織通過向成員低價(jià)或無償提供農(nóng)機(jī)，可以幫助農(nóng)民減少生產(chǎn)成本。

總體來說，免耕、秸稈還田、氮肥減施、間歇灌溉及稻田種養(yǎng)等農(nóng)藝措施均可實(shí)現(xiàn)碳盈余，結(jié)合團(tuán)隊(duì)多年的研究表明通過合理農(nóng)藝措施、優(yōu)化布局稻作模式，能夠提高水稻生產(chǎn)碳中和水平。

團(tuán)隊(duì)的研究不僅可為不同水稻生產(chǎn)系統(tǒng)增效低碳生產(chǎn)提供技術(shù)指導(dǎo)，還可為助力實(shí)現(xiàn)國家“雙碳”目標(biāo)提供重要支撐。（記者王方）

責(zé)任編輯：吳婷