Sustainable Production and Consumption|农学院张海林教授团队在我国水稻秸秆还田量优化研究方面取得重要进展

近日，我院张海林教授团队联合农业农村部农业生态与资源保护总站等单位在Sustainable Production and Consumption期刊上发表了题为“Optimizing the rate of straw returning to balance trade-offs between carbon emission budget and rice yield in China”的研究论文。

稻田是温室气体（GHGs）排放的主要源头之一，对农业甲烷（CH4）总排放贡献达22%。虽然秸秆还田能够提升水稻产量及增加土壤有机碳（SOC），但这一过程也会引起更多温室气体排放。因此，如何在增加土壤碳储存和减少温室气体排放与提高产量之间找到平衡点，成为了水稻生产中关注的核心问题。

本研究通过应用DNDC作物模型，模拟了不同秸秆还田比例对水稻产量、SOC及GHGs排放的影响，并利用县级生产数据评估了这三者之间的平衡潜力，目的是确定：（a）不同秸秆还田比例下，作物产量、SOC和GHGs之间的变化关系；（b）为了同时实现碳储存增加与作物产量提升，提出在不同条件下的理想还田比例，从而为稻田的绿色低碳生产提供更有效的秸秆还田方案。

图1 不同地区水稻秸秆还田推荐量下的产量和净碳收支

与不还田相比，1/3、2/3和全量还田使单季稻单产增加了1.07％、2.25％和3.26％，早稻增加了1.10％、2.24％和3.52％，晚稻增加了1.92％、3.91％和5.95％。0-50 cm土壤SOC含量分别增加了3.88％（78.07 Tg）、7.75％（156.09 Tg）和11.65％（234.62 Tg）。与此同时，GHGs排放也分别增加了23.32％、43.50％和61.48％。不同区域间水稻秸秆还田的影响差异明显，在东北、新疆和云南等地区，增加水稻秸秆还田量会显著提高产量，而GHGs的增加相对较小，其可能的原因是这些区域温度较低、土壤pH偏低或初始SOC偏低等；相反，在土壤pH较高的地区，如华北和四川盆地，以及气候较暖的南方地区，GHGs的增加相当明显。从固碳减排与水稻增产协同角度，通过优化秸秆还田量在理论上可以使全国水稻单产和SOC含量，同时尽可能减少排放。研究结果显示，调整水稻秸秆还田量应当遵循：（1）在GHGs增加幅度小于全球平均水平的前提下，该还田量下的产量和有机碳含量均增加；（2）还田后产量减少的地区，推荐最低还田率（1/3）。具体来看，我国稻田约有1/3的单季稻区适宜全量还田，主要位于北方地区；其余省份除陕西、江苏和云南建议1/3还田，其他更适合2/3还田。在双季稻区域，建议浙江和云南推荐全量秸秆还田，而其余地区采用2/3还田策略。

图 2. 2010-2022年与不还田相比不同还田率的产量、SOC和GHGs差异空间分布及区域差异

本研究探讨了不同秸秆还田比例对水稻产量、GHGs和SOC的影响，并通过DNDC模型提出了实现碳储存增加与作物增产双赢的最佳策略。在北方大部分地区，全量还田是可行的策略，而其余地区适宜实施2/3还田。在少数还田会影响产量的地区，建议采用1/3的还田比例。这为提高中国水稻种植中秸秆还田的技术效果，提供了实践指导，有助于推进水稻的绿色低碳生产。

学院保护性农业研究团队在读博士生李若晨为论文第一作者，张海林教授和农业农村部农业生态与资源保护总站徐志宇正高级农艺师为论文通讯作者，学院赵鑫副教授参与了相关研究工作。本研究得到国家现代农业产业技术体系（CARS-12）支持。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.spc.2024.03.026