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來源：《農業環境科學學報》2020 年 04 期「農業與全球變化」專刊
作者：周勝1,2，張鮮鮮1,2，王從1,2，孫會峰1,2，張繼寧1,2
單位：1. 上海市農業科學院生態環境保護研究所；2. 上海低碳農業工程技術研究中心
摘 要
水稻生產過程是人為源溫室氣體甲烷（Methane，CH4）和氧化亞氮（Nitrous oxide，N2O）的重要排放源，稻田中CH4 和N2O 的產生與排放受農事管理與環境因素影響，尤其是水分管理和秸稈還田措施，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。很多研究結果表明，控制灌溉、乾濕交替等節水灌溉措施能顯著降低CH4 排放量，但同時也可能促進N2O 的排放，因此如何同時減少CH4 和N2O 的排放量是實現稻田溫室氣體減排的關鍵所在；另外，秸稈還田在改良土壤肥力的同時也增加了外源性有機質的輸入，促進了稻田CH4 的排放。如何優化秸稈還田措施，並耦合水分管理以達到土壤改良和溫室氣體減排的雙重效益對稻田系統的可持續利用至關重要。
本文從水分管理、秸稈管理、以及水分和秸稈協同管理等幾個方面綜述了近年來稻田溫室氣體減排的研究進展，重點總結了國內外通過水分管理減排稻田溫室氣體的效果、水分與施肥耦合的減排效果、秸稈還田措施以及水分管理與秸稈還田耦合對稻田溫室氣體排放的影響，並對今後稻田溫室氣體減排的研究方向作了展望。
結論與展望：
主要結論：
水分管理對稻田溫室氣體減排至關重要。中期烤田、間隙灌溉等常規灌溉中的措施不僅有利於增產，也降低了稻田CH4 排放量。節水灌溉基於水稻需水特性減少灌溉量，進一步改變了稻田土壤氧化還原狀況，從而抑制CH4 的生成並促進CH4 的氧化，大幅減少稻田CH4 排放量，但由於稻田土壤中CH4 和N2O 此消彼長的排放規律，節水灌溉在顯著降低CH4 排放的同時，也可能促進N2O 的排放。因此，為進一步提升節水灌溉技術減排稻田溫室氣體的效果，水肥耦合管理是關鍵所在。通過文獻分析可知，插秧移栽採用控制灌溉或淺灌，以及無論插秧移栽還是直播採用乾濕交替管理方式，均有利於實現作物穩產和溫室氣體減排的目標，尤其是採用乾濕交替等節水灌溉耦合緩釋肥或添加硝化抑制劑，在降低稻田CH4 排放量的同時，能有效抑制N2O 的生成和排放。
秸稈還田是最重要的秸稈利用方式，既改良土壤肥力，又有利於作物增產。秸稈還田雖然有抑制N2O 生成與排放的潛力，但增加了稻田土壤有機質的輸入，促進了稻田CH4 的排放。減少因秸稈還田造成的CH4 排放關鍵在於採用合適的秸稈還田方式與時機，創造秸稈好氧分解環境，減少秸稈處於厭氧環境的時間。因此，秸稈還田與稻田水分狀況的耦合就顯得尤為重要，可行的措施包括秸稈在稻田休閒季還田、秸稈溝埋還田適當降低秸稈與土壤的混合程度、秸稈免耕還田配合溼潤灌溉等，以上均可顯著降低CH4 排放量。
研究展望：
稻田生態系統對於保障我國糧食安全、維護經濟社會可持續發展具有重要的作用。為更好發揮稻田生態系統的生產與生態功能，適應水稻生產發展新趨勢，降低稻田溫室氣體排放強度，今後需要考慮從以下幾個方面開展研究：
（1）為進一步減少節水灌溉模式下的N2O 排放，一方面，今後需要深入研究如何優化節水灌溉條件下的施肥措施，研發適用於節水稻田水分特性的專用緩釋肥，提高作物氮素利用率，增強土壤氮素固持能力，從而抑制N2O 的生成與排放，達到同時減少稻田CH4 和N2O 排放的目的。另一方面，秸稈還田是對稻田土壤碳庫的有效補充，本質上是將一部分光合作用固定下來的CO2 通過秸稈還田儲存於稻田土壤。因此，為綜合評估稻田溫室效應，需要針對秸稈還田土壤有機質（碳庫）變化和溫室氣體排放開展長期的觀測，綜合定量評估秸稈還田形成的土壤固碳與溫室氣體排放之間的關係。
（2）近年來新型品種與栽培管理技術不斷成熟與推廣。例如新型栽培稻品種——節水抗旱稻結合旱管種植的栽培方式，生長發育期間以利用雨水為主，或僅在缺水敏感期適當灌溉，整個稻季田間基本處於無淹水狀況，徹底改變了傳統稻田土壤的水分狀況，在保證產量穩定的同時大幅減少灌溉用水量和CH4 排放量。因此，深入研究新型栽培稻品種在旱管種植條件下的稻田CH4 和N2O 協同減排機制、土壤有機質變遷與碳氮動態等，可為大規模推廣旱管種植減排稻田溫室氣體技術提供科學依據和技術支撐。
（3）利用稻田的水環境養殖蝦蟹類、魚類、鴨等水產或水禽的新型稻田種養結合模式近年來得到了迅速發展，此類「水稻+水產/水禽」的互利共生模式提高了稻田綜合利用率，增加了農民收益，是實現稻作供給側改革的重要措施。稻田種養模式的水肥管理不僅要滿足水稻的生長需要，養殖期間還必須維持一定的水層，有些養殖甚至需要投入餌料，這增加了水土環境的有機質含量，在厭氧環境下可能會促進CH4 的大量排放。因此，如何優化稻田種養系統的水分管理，合理移除水稻秸稈，減少餌料等有機物料投入，調控整個系統的碳氮收支平衡，從而降低溫室氣體排放總量，是減少新型種養結合模式綜合溫室效應的重要研究方向。