期刊：Field Crops Research
影响因子（2024）：5.6
中科院分区：农林科学一区
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.fcr.2024.109609
DOI:10.1016/j.fcr.2024.109609
1  导读
再生稻（RR）是指头季收获后，采用一定的栽培管理措施使稻茬上存活的休眠芽萌发成穗而再收获一季水稻的种植模式，不需要像双季稻那样进行育苗、耕作、播种和移植，比双季稻（DR）具有更高的盈利性、成本效益和更低的劳动力需求。在RR种植系统中，合理管理灌溉和留茬高度对于平衡作物生产、温室气体（GHGs）排放以及经济效益至关重要。然而，目前对农业实践如何影响RR种植系统中的作物生产、碳足迹（CF）和净生态系统经济效益（NEEB）知之甚少。本研究采用田间试验方法，设置农户常规灌溉的双季稻（DRE、DRL）、农户常规灌溉的高茬再生稻（RHFWP，40cm）和低茬再生稻（RLFWP，10cm）、安全干湿交替灌溉的高茬再生稻（RHAWD，40cm）和低茬再生稻（RLAWD，10cm）六个处理，系统测定了双季稻（早稻+晚稻）和再生稻种植模式的温室气体排放并核算出碳足迹，研究留桩和水分管理对水稻产量、温室气体排放和碳足迹的影响。结果发现在再生稻种植模式下，低留桩与安全灌溉相结合可在降低碳排放的同时，保持水稻较高产量和经济效益。
2  结果
2.1  不同处理对水稻产量的影响
早季双季稻（DRE）和晚季双季稻（DRL）的年产量分别为6830.5-7151.2 kg ha−1和5842.3-6821.0 kg ha−1，两者之间没有显著差异。高茬再生稻（RHAWD、RHFWP）和低茬再生稻（RLAWD、RLFWP）的再生季产量分别为2820.7-3102.4 kg ha−1和4054.6-4166.5 kg ha−1，再生稻的年产量比双季稻降低了13.8-31.5%，主要由于再生稻的生长周期短和作物生物量低。采用安全干湿交替技术
对再生稻生物量和籽粒产量无显著影响。

2.2  不同处理对温室气体排放和碳足迹的影响
由图2和图3可知，不同水稻种植模式的稻田温室气体排放和碳足迹有显著差异。再生稻种植模式的周年碳足迹和单位稻谷产量碳足迹分别比双季稻种植模式降低了30.2-37.0%和6.21-23.7%。再生稻较低的碳足迹是由于温室气体CO2和CH4的排放量较低，一方面是由于种植周期短，另一方面是再生稻生物量较低。此外与双季稻相比，再生稻由于肥料、种子、整地用柴油和灌溉用电均比双季稻减少，间接碳排放比常规晚稻减少60.7-73.4%。相对常规灌溉，采用安全干湿交替技术可使再生稻温室气体排放和碳足迹分别减少17.6-33.2%和6.21-23.7%。留桩高度对再生稻温室气体排放和碳足迹有显著影响。低留桩增加了再生稻温室气体排放和碳足迹，但是稻谷产提高，因此单位稻谷产量碳足迹降低了9.4%-12.1%。

图 2 2019-2021年不同处理下作物净初级生产力的CO2固定量（CNPP）、收获物二氧化碳含量（CExport）、直接温室气体排放（GHGDirect）、间接温室气体排放（GHGIndirect）

图 3 2019-2021年不同处理下作物生长季碳足迹（CF）和产量比例CF（CFy）
2.3  不同处理对净生态系统经济效益的影响
由图4可知，双季稻（DR）的产量最高，其GYcost也最高，显著高于再生稻（RR）。然而，双季稻的AIcost和CFcost也最高，分别比RR高出200.7-224.5%和148.0-270.5%。这主要是因为双季稻需要更多的化肥、农药、种子、柴油和灌溉电力等农业投入，同时其GHG排放量也较大。因此，尽管双季稻的产量高，但由于其高投入和高碳足迹，其NEEB并不是最高的。与双季稻相比，高留茬再生稻的GYcost较低，AIcost和CFcost也较低，但其NEEB低于双季稻，主要由于产量较低导致的低GYcost。低留茬RR的GYcost高于RH，AIcost和CFcost也低于双季稻，因此其NEEB高于双季稻。在低留茬再生稻中，RLAWD（安全干湿交替灌溉的低留茬再生稻）的NEEB最高，主要是由于减少了温室气体排放和农业投入品的使用。

图 4 2019-2021年不同处理下的净生态系统经济效益（NEEB）

注：GYcost：经济效益，CFcost：碳排放成本，AI：农业投入成本，NEEB：净生态系统经济效益。CNY：人民币。净生态系统经济效益（NEEB）=GYcost−AIcost−CFcost。其中，NEEB为正值表示农业系统的经济收益大于其环境成本，具有较好的经济效益；NEEB为负值则表示环境成本过高，经济效益较差。
3  结论
再生稻种植模式的周年碳足迹和单位稻谷产量碳足迹分别比双季稻种植模式降低了30.2-37.0%和6.21-23.7%。再生稻较低的碳足迹是由于温室气体CO2和CH4的排放量较低，一方面是由于种植周期短，另一方面是再生稻生物量较低。此外与双季稻相比，再生稻由于肥料、种子、整地用柴油和灌溉用电均比双季稻减少，间接碳排放比常规晚稻减少60.7-73.4%。低留桩增加了再生稻温室气体排放和碳足迹，但是稻谷产提高，因此单位稻谷产量碳足迹降低9.4%-12.1%。相对常规灌溉，采用安全干湿交替技术可使再生稻温室气体排放和碳足迹分别减少17.6-33.2%和6.21-23.7%，同时对再生稻生物量和籽粒产量无显著影响。因此，在再生稻种植模式下，低留桩与安全灌溉相结合可在降低碳排放的同时，保持水稻较高产量和经济效益。