文章信息
文章标题：Greenhouse gas emissions during the rice season are reduced by a low soil C:N ratio using different upland-paddy rotation systems
标题译文：水旱轮作系统低土壤C:N可减少稻季温室气体排放
发表期刊：Field Crops Research
在线时间：2024.09.01
第一作者：王淘、姬程阳、周伟
通讯作者：任万军教授（rwjun@126.com）；符书兰教授（fushulan@sicau.edu.cn）
作者单位：四川农业大学
研究背景
甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）是重要的温室气体，农业系统是全球温室气体的重要来源，约占人为温室气体排放量的30%。中国水稻种植面积占全球18%以上（FAO，2021年），其中80%是与旱季作物（如冬小麦、油菜、蔬菜等）进行年内轮作种植，小麦-水稻系统（WR）的种植面积最大，其次是油菜-水稻系统（RR）。旱季种植不同作物，配套不同栽培管理措施（氮肥管理、秸秆管理和耕作方法）会导致后茬水稻季节土壤养分、理化性质以及微生物群落产生差异，而这些差异对后茬水稻产量和温室气体排放的影响尚不清楚。
主要结果
前期任万军教授团队通过长期定位试验研究得出，与传统小麦-水稻系统（WR）相比，大蒜-水稻系统（GR）具有高净经济效益和低温室气体排放强度的特点（Wang et al., 2022）；进一步又揭示了水旱轮作旱季残留秸秆还田通过提高稻季土壤C:N进而抑制土壤反硝化速率，最终减少了N2O的排放（Wang et al., 2024）。
本研究结果显示，旱季的作物多样化通过改变整个水稻季的土壤C:N比来影响水稻产量和温室气体排放。在大蒜-水稻系统（GR）和油菜-水稻（RR）系统下发现，低土壤C:N促进了土壤反硝化速率，刺激了N2O排放，但减缓了产甲烷微生物的生长，大幅度降低了CH4排放，进而导致总二氧化碳当量（CO2-eq）降低。同时，大蒜-水稻系统（GR）系统的土壤氮含量最高，提高了水稻产量，进而降低了温室气体排放强度。小麦-水稻系统（WR）的高土壤C:N比刺激了产甲烷微生物，并提供了丰富的碳底物，增加了CH4排放，导致总二氧化碳当量（CO2-eq）最高，同时其土壤氮含量最低，限制了水稻产量，使得温室气体排放强度最高。
该研究团队未来将通过长期定位试验，进一步探究多种水旱轮作系统（包括但不限于GR、WR和RR系统）的绿色减排综合农艺措施，研究内容包括肥料管理、秸秆管理、水分管理和耕作方式。
文章图表
图2. 每日和每季 N2O 排放通量
图3. 每日和每季 CH4 排放通量
图5. 关键土壤微生物功能基因的表达
图7. 不同系统的通径分析
