长江中下游水稻生产固碳减排关键影响因素及技术体系

摘要

水稻生产是中国农业温室气体的主要排放源之一,针对“碳达峰”和“碳中和”的战略目标,探究影响水稻生产固碳减排的关键因素,构建水稻生产固碳减排技术体系具有重要意义。本文针对长江中下游水稻主产区,开展包括免耕、氮肥深施、间歇性节水灌溉、秸秆氮肥配施管理等低碳管理措施在内的定位试验,分析水稻生产固碳减排的关键影响因素。在长期监测稻田温室气体排放的基础上,使用^(13)C核磁共振技术分析有机碳官能团分子结构,明确稻作管理措施增汇减排机理。进一步从碳足迹角度评估不同稻作管理技术下稻田生产间接碳排放。同时使用^(13)C秸秆示踪技术,明确秸秆外源碳在稻作循环中的转化比例。研究结果显示,通过调控秸秆和氮肥配比,可以促进秸秆碳向小分子官能团的转化,并促进土壤团聚体吸附外源颗粒有机碳,相比常规秸秆管理模式提高土壤碳库闭蓄态颗粒有机碳储量32.3%。间歇性节水灌溉技术可以通过提高甲烷氧化菌丰度,减少稻田甲烷排放19.9%~21.1%。免耕等低能耗稻田管理技术可以减少燃油和人力等投入,综合降低稻田生产间接碳排放10.5%~16.7%。相对于常规稻田秸秆还田模式,间歇性节水灌溉、秸秆氮肥配施等管理技术可以提高秸秆外源碳循环固定率57.3%~59.9%。土壤团聚体结构发育、碳排放功能微生物、土壤氮素底物浓度、水稻生产碳足迹和作物碳固定量是影响水稻生产碳中和的关键因素。从“增汇”“减排”“降耗”“循环”角度,构建水稻生产固碳减排技术体系可以促进水稻生产碳固持28.9%~67.6%。