2020.39(4:852-862农业环境科学学报2020年4月Journal of Agro-Environment Science周胜，张鲜鲜，王从，等.水分和秸杆管理减排稻田温室气体研究与展望.农业环境科学学报，2020.39(4)：852-862.ZHOU Sheng.ZHANG Xian-xian,WANG Cong,et al.Research progress and prospects of water and crop residue managements to mitigategreenhouse gases emissions from paddy field[Jl.Joumal ofAgro-Emironment Science,2020,39(4):852-862.水分和秸秆管理减排稻田温室气体研究与展望周胜12，张鲜鲜12，王从12，孙会峰12，张继宁12(1.上海市农业科学院生态环境保护研究所，上海201403：2.上海低碳农业工程技术研究中心，上海201403)摘要：水稻生产过程是人为源温室气体甲烷(Methane,CH,)和氧化亚氮(Nitrous oxide,N:O)的重要排放源，稻田中CH和N:O的产生与排放受农事管理与环境因素影响，尤其是水分管理和秸杆还田措施，直接影响稻田土壤氧化还原状况和土壤中易分解有机质的含量，对稻田CH和N0的排放其有显著的影响效果。很多研究结果表明，控制灌溉、干湿交替等节水灌溉措施能显著降低CH,排放量，但同时也可能促进N0的排放，因此如何同时减少CH,和N,O的排放量是实现稻田温室气体减排的关键所在：另外，秸秆还田在改良土壤肥力的同时也增加了外源性有机质的输入，促进了稻田CH:的排放。如何优化秸秆还田措施，并耦合水分管理以达到土壤改良和温室气体减排的双重效益对稻田系统的可持续利用至关重要。本文从水分管理、秸秆管理、以及水分和秸秆协同管理等几个方面综述了近年来稻田温室气体减排的研究进展，重点总结了国内外通过水分管理减排稻田温室气体的效果、水分与施肥耦合的减排效果、秸杆还田措施以及水分管理与秸杆轩还田耦合对稻田温室气体排放的影响，并对今后稻田温室气体减排的研究方向作了展望。关键词：水分管理：秸杆还田：甲烷：氧化亚氮：减排措施：全球增温潜势中图分类号：X71文献标志码：A文章编号：1672-2043(2020)04-0852-11doi:10.11654/jaes.2020-0060Research progress and prospects of water and crop residue managements to mitigate greenhouse gases emis-sions from paddy fieldZHOU Sheng',ZHANG Xian-xian,WANG Cong,SUN Hui-feng',ZHANG Ji-ning'(1.Eco-environmental Protection Research Institute,Shanghai Academy of Agricultural Sciences,Shanghai 201403,China;2.Shanghai En-gineering Research Centre of Low-carbon Agriculture,Shanghai 201403,China)Abstract:Rice production is an important emission source of anthropogenic greenhouse gases methane(CH)and nitrous oxide(NO).Theproduction and emission of CH and NO in paddy field are affected by agricultural management and environmental factors,especially watermanagement and straw returning measures,which directly affect the redox status of paddy soil and the content of decomposed organic mat-ter in soil.Both water and straw management measures have significant effect on the CH and N20 emission in paddy field.Many researchresults show that water management measures,such as controlling irrigation and alternate wetting and drying can significantly mitigate CHemission,but may also promote NaO emission.Hence,how to mitigate CH and NaO emissions simultaneously is the key factor to achievegreenhouse gases emission mitigation in paddy fields.On the other hand,straw returning can improve the soil fertility of paddy fields andincrease the exogenous carbon source,which promotes CH emission in paddy field.How to optimize the straw returning measures,couplingwith water management,to achieve the co-benefits of soil improvement and greenhouse gases emission mitigation is very important for sus-tainable utilization of paddy field.In this paper,the research progress of greenhouse gases emission mitigation in paddy field in recent收稿日期：2020-01-15录用日期：2020-03-24作者简介：周胜(1971一），男，安徽黄山人，博士，研究员，主要从事低碳与循环农业研究。E-mail:zhos@263.t基金项目：上海市科技兴农重点攻关项目（沪农科攻字(2016）第6-3-1号)Project supported:Shanghai Agriculture Applied Technology Development Program(G(2016)No.06-03-01)(C)1994-2022 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net2020年4月周胜，等：水分和秸秆管理减排稻田温室气体研究与展望853years is reviewed from the aspects of water management,straw management and water and straw collaborative management in paddy field.The research results of the effect of water management,water management coupling with fertilizer application on greenhouse gases mitiga-tion in paddy field,and the effect of straw returning and water management coupling straw returning on greenhouse gases emission in paddyfield are summarized.Furthermore,the future research of greenhouse gases emission mitigation in paddy field is prospected.Keywords:water management;straw returning:methane;nitrous oxide;mitigation strategy:global warming potential全球气候变化不仅影响经济的可持续发展而且稻田综合温室气体效应。因此，合理的水分管理不仅也将影响人类生存环境。人类活动排放大量温室气能大幅降低淹水稻田CH4的产生与排放，还能抑制因体进人大气层，是导致全球气候变化的主要原因，农秸秆还田造成的CH4排放量增加的趋势，水分与秸秆业生产也是温室气体排放的主要来源之一。根据我的协同管理可保障秸秆还田在土壤保育和温室气体国政府报告西.2014年中国温室气体净排放总量为减排方面的综合环境效益，对于我国水稻生产的可持111.86亿t二氧化碳(C02)当量，其中C02排放量约为续发展具有重要指导意义。91.24亿t,甲烷(CH)和氧化亚氮(N0)分别为11.611水分管理对稻田温室气体排放的影响亿t和6.10亿t(C02当量)：40%的CH4和60%的N0来源于农业活动，其中水稻种植排放的CH4占农业活1.1节水灌溉管理减排稻田温室气体的效果动排放量的40%，农用地土壤排放N0占79%。常见的稻田水分管理方式可分为常规灌溉和节栽培稻生产是我国最重要的粮食生产方式之一。水灌溉（图1）。常规灌溉根据水稻生育与需水特点，栽培稻在长期的选育过程中倾向于适应淹水环境，使为了减少无效分瓖、提高水稻产量，已经从传统的持栽培稻在淹水条件下能维持较高的产量。因此，为满续淹灌（常规灌溉①）逐步发展到淹灌+中期烤田（常足水稻高产稳产需求，在稻季进行淹水种植成为保障规灌溉②)，或者前期淹灌+中期烤田+后期间隙式灌粮食安全的必然选择。稻田水分状况对温室气体的溉（常规灌溉®）。由于几种常规灌溉方式下稻田水分产生和排放起到重要的调控作用，通过管理稻田灌溉条件不同，温室气体排放也具有不同的规律。中期烤方式和土壤水分状况，调控稻田土壤中温室气体产生田使稻田土壤通气状况变好，02含量升高，抑制了土和消耗过程，可以实现减少稻田温室气体排放的目壤中CH,的产生，促进了CH:的氧化。因此，与常规的。我国在20世纪80年代以后，为了减少水稻的无灌溉①相比，常规灌溉2的中期烤田使CH:排放量降低效分蘖、强化根系活力从而达到增产目的，稻田水分20%~60%1:水稻移栽28d后进行为期9d的中期烤管理从传统持续淹灌转变为淹灌+中期烤田，该措施田，CH:降低50%-53%，N20增加20%-37%，有效降在达到水稻增产目的的同时，大幅减少了稻田CH排低46%~50%的全球增温潜势(Global warming poten--放量（至2000年大约降低了500万tCH:排放量，相当tial,GWP);和单次烤田相比，在水稻生长期间进行于125亿tC02当量)四.验证了水分管理减排稻田温多次烤田可减少更多的CH4排放量：如果中期烤田室气体的巨大潜力。后进行间歇灌溉（常规灌溉），同样可有效减少CH4另外，农业生产过程中产生的秸秆资源十分丰排放，从而降低综合GWP。富，据估算我国每年作物秸秆产生量可达6亿~8亿节水灌溉以满足水稻基本需水要求为基础，根据。秸秆还田对稻田土壤有机质积累、土壤结构改种植区域水利条件、气候环境和土壤条件等制定详细善、地力提升等均具有明显的效果。对于实施秸秆的技术规程，在减少灌溉量的同时获得稳定产量。与还田的稻田，秸秆还田措施在提升稻田土壤肥力的同常规灌溉保持一定深度的田面水层相比，节水灌溉一时，为稻田CH4的产生提供了大量外源性有机质代谢般保持土壤湿润或薄水层。水稻生产上较为成熟的底物。稻田淹水过程中，土壤中的秸秆等有机质在厌节水灌溉技术主要有湿润灌溉、干湿交替(Alternate氧环境下进行分解，促进了稻田CH,的产生与排放，wetting and drying,AWD)和覆膜栽培等。水稻生产过间接上降低了秸秆还田的环境效益网。而与持续淹程中减少灌溉量可显著降低温室气体排放量，与常规灌相比，采用节水灌溉技术，可大幅降低稻田CH4排灌溉相比，减少30%灌溉量可以降低30%~53%的放，虽然一定程度上会促进土壤N0的产生与排CH4排放量，减少70%灌溉量可以降低51%~77%的放，但总体上，可在保障水稻产量的前提下，降低CH4排放量。(C)1994-2022 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net