用資料說話：怎樣稻作更能固碳減排

水稻生產試驗田。課題組供圖

記者 王方

農業是重要的溫室氣體排放源，年排放量為8。30億噸二氧化碳當量，佔排放總量的7%~8%。甲烷（CH4）、氮氧化物（如氧化亞氮N2O）等是溫室氣體“成員”，而農業活動正是它們的主要來源——CH4排放主要由水稻和牲畜生產造成，N2O主要是由施肥引起。

那麼，在“雙碳”背景下，不同水稻生產系統如何實現固碳減排？

華中農業大學植物科學技術學院教授曹湊貴帶領的農業生態研究團隊進行了10餘年稻作系統固碳減排研究。近日，華中農業大學宏觀農業研究院、植物科學技術學院農業生態研究團隊與中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所等單位合作，在《總體環境科學》發表了相關研究成果。

水稻生產的減排潛力

“水稻生產過程中，土壤有機物經過微生物分解驅動轉化為小分子，以氣態釋放，是自然過程，也是溫室氣體CO2、CH4和N2O的重要來源。”論文通訊作者曹湊貴向《中國科學報》解釋說。

他進一步指出，稻田中CH4和N2O的產生與排放受農事管理與環境因素影響，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質的含量，對稻田CH4和N2O的排放具有顯著的影響效果。

事實上，近年來，為滿足水稻低碳生產的需求，全球各地發展並採用了多種稻田種植模式及稻田固碳減排措施，並透過田間試驗對不同種植系統及某些措施的減排潛力進行了分析。

然而，如何比較不同水稻生產系統的減排潛力？考慮經濟因素的模式或減排技術的減排潛力是否有所不同？不同水稻生產系統減排潛力的限制因素是什麼？

“這些都是水稻低碳生產需要回答的問題，也是我們的研究論文希望回答的問題。水稻低碳生產能夠推動整個農業及食物系統的低碳生產。”曹湊貴表示。

據悉，曹湊貴團隊提出了“增匯、降耗、減排、迴圈”的低碳稻作理論，出版了《低碳稻作理論與實踐》專著，近期還發表了題為“水稻生產碳中和現狀及低碳稻作技術策略”的綜述論文。

實測資料結合模型模擬

“CH4和N2O是稻田排放的主要溫室氣體，二者的溫室效應遠高於CO2，在100年的尺度下，單位質量CH4和N2O的全球增溫潛勢分別是CO2的25和298倍。”論文第一作者、華中農業大學宏觀農業研究院博士後凌霖解釋了為何特別關注水稻生產的CH4和N2O排放。

該研究透過實測資料結合模型模擬分析，比較了不同水稻生產系統的單位經濟收入碳排放（碳足跡強度）。

她介紹：“研究中使用的觀測試驗資料來源於華中農業大學農業生態研究室多年多點多模式的觀測實驗。”

不過，實測資料通常只能用來進行點位試驗的分析，結論的適用範圍存在一定侷限，並且不同地點年份的資料缺乏統一尺度進行比較分析。“而採用實測資料結合模型分析並比較的方法，可以彌補這兩點，找到不同點位資料的共性規律，對實踐具有更好的指導意義。”凌霖說。

該研究基於採用統一的靜態箱—氣相色譜法，測定了稻閒模式、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系統，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排放試驗資料，結合生物地球化學迴圈DNDC模型，將觀測結果使用模型統一到相同環境背景進行比較模擬。

同時，該研究分別採用基於過程的生命週期評估（PLCA）方法和成本效益分析方法對生產系統的碳足跡和經濟效益進行計算，系統評估不同水稻生產系統不同減排措施下的經濟產出和碳足跡。

為水稻低碳高產提供指導

結果顯示，雙季稻系統的碳足跡強度最高，為每元產值釋放4。14公斤二氧化碳當量；稻油模式（雨養條件）的碳足跡強度最低，為每元產值釋放0。68公斤二氧化碳當量。稻蝦共作系統碳足跡強度均為每元產值釋放0。8公斤二氧化碳當量左右。

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

此外，經過對系統不同組分碳排放結果的分析發現，減少氮肥用量是稻旱輪作系統最重要和最有效的溫室氣體緩解措施，目前對應的措施有氮肥深施、施用緩釋肥等。

而雙季稻模式低碳發展限制因子主要是機械投入成本過高。曹湊貴建議，合作社、農業機械社會服務機構等組織透過向成員低價或無償提供農機，可以幫助農民減少生產成本。

總體來說，免耕、秸稈還田、氮肥減施、間歇灌溉及稻田種養等農藝措施均可實現碳盈餘，結合團隊多年的研究表明透過合理農藝措施、最佳化佈局稻作模式，能夠提高水稻生產碳中和水平。

團隊的研究不僅可為不同水稻生產系統增效低碳生產提供技術指導，還可為助力實現國家“雙碳”目標提供重要支撐。