近年来，为满足水稻低碳生产的需求，全球各地发展并采用了多种稻田种植模式及稻田固碳减排措施，并通过田间试验对不同种植系统及某些措施的减排潜力进行了分析。然而，不同水稻生产系统的减排潜力如何比较，不同减排措施配置的综合减排潜力如何？农民种植在考虑经济收益的技术选择后减排潜力如何变化？不同水稻生产系统减排潜力的限制因素是什么？这些都是水稻低碳生产需要回答的问题。

 针对这些问题，华中农业大学宏观农业研究院、植物科学技术学院农业生态研究团队与中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所合作，基于农业生态团队在湖北省不同试验站的观测试验数据，结合生物地球化学循环模型DNDC（DeNitrification DeComposition）模拟，系统评估不同水稻生产系统不同减排措施下的经济产出和碳足迹。观测试验采用统一的静态箱-气相色谱法测定了水稻-冬闲模式、水稻-油菜轮作模式、水稻-小麦模式、双季稻（早稻+晚稻）和水稻-小龙虾共作模式等水稻生产系统的CH4和N2O排放，并将结果使用模型模拟统一到相同环境背景进行比较。碳足迹计算采用基于过程的生命周期评估(PLCA)方法。水稻生产系统的经济效益采用成本效益分析法进行评价。

 该研究通过实测数据结合模型模拟分析，比较不同水稻生产系统的单位经济收入碳排放（碳足迹强度）。结果显示，双季稻系统的碳足迹强度最高，为每元产值释放4.14公斤二氧化碳当量，稻油模式中雨养条件下的碳足迹强度最低，为每元产值释放0.68公斤二氧化碳当量。稻虾共作系统中投食及秸秆还田处理的不同组合措施下碳足迹强度均为每元产值释放0.8公斤二氧化碳当量左右。从考虑经济收益的碳足迹强度比较结果来看，水稻与旱地作物（如小麦、油菜等）轮作以及稻田综合种养（如水稻与小龙虾共作模式）可以实现高收入-低排放。不同稻作系统中推荐的高收入低排放的措施有水稻-冬闲模式-秸秆不还田、水稻-小麦轮作模式-免耕（不对田块土壤进行翻耕、旋耕等）秸秆不还田、水稻-油菜轮作模式-雨养（即不额外浇水）、双季稻-不灭虫不接种（即不打药也不采用生物防治的手段防虫，可采用本身抗虫性强的水稻品种）和水稻-小龙虾共作模式-秸秆还田。

 研究结果表明，每种水稻生产系统需要配置不同的减排措施，才能够实现高收入-低排放。并且，相同的措施在不同模式中的减排角色可能不同，例如秸秆还田理论上可能带来甲烷这种温室气体的排放，但是本文中水稻-小龙虾共作模式中秸秆还田下的碳足迹强度是最低的。这可能与此模式冬季淹水加速了秸秆的腐熟，减少了甲烷排放有关。所以，秸秆在还田过程可考虑切成小段、加入腐熟剂等方式减少甲烷排放可以降低系统的碳足迹强度。此外，经过对系统不同组分碳排放结果的分析发现，减少氮肥用量是稻旱轮作系统最重要和有效的温室气体缓解措施，目前对应的措施有氮肥深施、施用缓释肥等。双季稻模式低碳发展限制因子主要机械投入成本过高，合作社、农业机械社会服务机构等组织通过向成员低价或无偿提供农机，可以帮助农民减少生产成本。

 上述研究成果以Comparing rice production systems in China: Economic output and carbon footprint为题，发表在环境科学与生态学领域期刊《Science of the Total Environment》（影响因子：6.6）。宏观农业研究院凌霖博士后为第一作者，曹凑贵教授为通讯作者。本研究获得国家重点研发计划项目和中央高校基本科研业务费专项资金等项目的共同资助。

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