茬高和灌溉量對(duì)華南地區(qū)再生稻種植系統(tǒng)的碳足跡有顯著影響
期刊：Field Crops Research
影響因子（2024）：5.6
中科院分區(qū)：農(nóng)林科學(xué)一區(qū)
全文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.fcr.2024.109609
DOI:10.1016/j.fcr.2024.109609
1 導(dǎo)讀
再生稻（RR）是指頭季收獲后，采用一定的栽培管理措施使稻茬上存活的休眠芽萌發(fā)成穗而再收獲一季水稻的種植模式，不需要像雙季稻那樣進(jìn)行育苗、耕作、播種和移植，比雙季稻（DR）具有更高的盈利性、成本效益和更低的勞動(dòng)力需求。在RR種植系統(tǒng)中，合理管理灌溉和留茬高度對(duì)于平衡作物生產(chǎn)、溫室氣體（GHGs）排放以及經(jīng)濟(jì)效益至關(guān)重要。然而，目前對(duì)農(nóng)業(yè)實(shí)踐如何影響RR種植系統(tǒng)中的作物生產(chǎn)、碳足跡（CF）和凈生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益（NEEB）知之甚少。本研究采用田間試驗(yàn)方法，設(shè)置農(nóng)戶常規(guī)灌溉的雙季稻（DRE、DRL）、農(nóng)戶常規(guī)灌溉的高茬再生稻（RHFWP，40cm）和低茬再生稻（RLFWP，10cm）、安全干濕交替灌溉的高茬再生稻（RHAWD，40cm）和低茬再生稻（RLAWD，10cm）六個(gè)處理，系統(tǒng)測(cè)定了雙季稻（早稻+晚稻）和再生稻種植模式的溫室氣體排放并核算出碳足跡，研究留樁和水分管理對(duì)水稻產(chǎn)量、溫室氣體排放和碳足跡的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在再生稻種植模式下，低留樁與安全灌溉相結(jié)合可在降低碳排放的同時(shí)，保持水稻較高產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。
2 結(jié)果
2.1 不同處理對(duì)水稻產(chǎn)量的影響
早季雙季稻（DRE）和晚季雙季稻（DRL）的年產(chǎn)量分別為6830.5-7151.2 kg ha?1和5842.3-6821.0 kg ha?1，兩者之間沒(méi)有顯著差異。高茬再生稻（RHAWD、RHFWP）和低茬再生稻（RLAWD、RLFWP）的再生季產(chǎn)量分別為2820.7-3102.4 kg ha?1和4054.6-4166.5 kg ha?1，再生稻的年產(chǎn)量比雙季稻降低了13.8-31.5%，主要由于再生稻的生長(zhǎng)周期短和作物生物量低。采用安全干濕交替技術(shù)
對(duì)再生稻生物量和籽粒產(chǎn)量無(wú)顯著影響。
2.2 不同處理對(duì)溫室氣體排放和碳足跡的影響
由圖2和圖3可知，不同水稻種植模式的稻田溫室氣體排放和碳足跡有顯著差異。再生稻種植模式的周年碳足跡和單位稻谷產(chǎn)量碳足跡分別比雙季稻種植模式降低了30.2-37.0%和6.21-23.7%。再生稻較低的碳足跡是由于溫室氣體CO2和CH4的排放量較低，一方面是由于種植周期短，另一方面是再生稻生物量較低。此外與雙季稻相比，再生稻由于肥料、種子、整地用柴油和灌溉用電均比雙季稻減少，間接碳排放比常規(guī)晚稻減少60.7-73.4%。相對(duì)常規(guī)灌溉，采用安全干濕交替技術(shù)可使再生稻溫室氣體排放和碳足跡分別減少17.6-33.2%和6.21-23.7%。留樁高度對(duì)再生稻溫室氣體排放和碳足跡有顯著影響。低留樁增加了再生稻溫室氣體排放和碳足跡，但是稻谷產(chǎn)提高，因此單位稻谷產(chǎn)量碳足跡降低了9.4%-12.1%。
圖 2 2019-2021年不同處理下作物凈初級(jí)生產(chǎn)力的CO2固定量（CNPP）、收獲物二氧化碳含量（CExport）、直接溫室氣體排放（GHGDirect）、間接溫室氣體排放（GHGIndirect）
圖 3 2019-2021年不同處理下作物生長(zhǎng)季碳足跡（CF）和產(chǎn)量比例CF（CFy）
2.3 不同處理對(duì)凈生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益的影響
由圖4可知，雙季稻（DR）的產(chǎn)量最高，其GYcost也最高，顯著高于再生稻（RR）。然而，雙季稻的AIcost和CFcost也最高，分別比RR高出200.7-224.5%和148.0-270.5%。這主要是因?yàn)殡p季稻需要更多的化肥、農(nóng)藥、種子、柴油和灌溉電力等農(nóng)業(yè)投入，同時(shí)其GHG排放量也較大。因此，盡管雙季稻的產(chǎn)量高，但由于其高投入和高碳足跡，其NEEB并不是最高的。與雙季稻相比，高留茬再生稻的GYcost較低，AIcost和CFcost也較低，但其NEEB低于雙季稻，主要由于產(chǎn)量較低導(dǎo)致的低GYcost。低留茬RR的GYcost高于RH，AIcost和CFcost也低于雙季稻，因此其NEEB高于雙季稻。在低留茬再生稻中，RLAWD（安全干濕交替灌溉的低留茬再生稻）的NEEB最高，主要是由于減少了溫室氣體排放和農(nóng)業(yè)投入品的使用。
圖 4 2019-2021年不同處理下的凈生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益（NEEB）
注：GYcost：經(jīng)濟(jì)效益，CFcost：碳排放成本，AI：農(nóng)業(yè)投入成本，NEEB：凈生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益。CNY：人民幣。凈生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益（NEEB）=GYcost?AIcost?CFcost。其中，NEEB為正值表示農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)收益大于其環(huán)境成本，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益；NEEB為負(fù)值則表示環(huán)境成本過(guò)高，經(jīng)濟(jì)效益較差。
3 結(jié)論
再生稻種植模式的周年碳足跡和單位稻谷產(chǎn)量碳足跡分別比雙季稻種植模式降低了30.2-37.0%和6.21-23.7%。再生稻較低的碳足跡是由于溫室氣體CO2和CH4的排放量較低，一方面是由于種植周期短，另一方面是再生稻生物量較低。此外與雙季稻相比，再生稻由于肥料、種子、整地用柴油和灌溉用電均比雙季稻減少，間接碳排放比常規(guī)晚稻減少60.7-73.4%。低留樁增加了再生稻溫室氣體排放和碳足跡，但是稻谷產(chǎn)提高，因此單位稻谷產(chǎn)量碳足跡降低9.4%-12.1%。相對(duì)常規(guī)灌溉，采用安全干濕交替技術(shù)可使再生稻溫室氣體排放和碳足跡分別減少17.6-33.2%和6.21-23.7%，同時(shí)對(duì)再生稻生物量和籽粒產(chǎn)量無(wú)顯著影響。因此，在再生稻種植模式下，低留樁與安全灌溉相結(jié)合可在降低碳排放的同時(shí)，保持水稻較高產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。