不同水旱轮作模式全生命周期温室效应及经济效益评价

作者：岳骞; 吴思远^*; 张岳芳; 盛婧; 郭智; 陈丹艳; 汪超; 徐向瑞; 王鑫; 宗焦

来源：农业环境科学学报, 2022, 41(08): 1825-1835.

• 水旱轮作
• CH4
• N2O
• 水稻
• 经济效益
• 结构方程模型

以不同水旱轮作稻田为研究对象，对比分析不同轮作模式温室气体排放特征，挖掘关键影响因素，并将温室效应和成本-收益计量相结合，通过综合评价筛选环境友好、经济效益高的轮作模式。基于大田小区试验，设置休闲-水稻、紫云英-水稻、小麦-水稻、油菜-水稻、青饲小麦-水稻、蚕豆-水稻6种水旱轮作处理，采用静态箱-气相色谱法，于2020年6月—2021年5月进行CH4和N2O排放原位监测，通过结构方程模型挖掘影响CH4和N2O排放的关键因素，采用全球增温潜势和成本-收益计算方法，评价不同轮作制度的环境和经济效应。结果表明：不同水旱轮作模式CH4累积排放量为95.6～173.3 kg·hm-2，排放量与冬茬秸秆还田量和水稻产量有关；N2O累积排放量为1.5～2.5 kg·hm-2，受施氮量、冬茬秸秆还田量、水稻产量和土壤有机质含量影响。增加氮肥施用量不仅可增加N2O排放量，而且会导致土壤有机质含量的降低；冬茬秸秆还田量、水稻产量的变化会导致CH4和N2O排放的此消彼长，即秸秆还田量和水稻产量与CH4排放量呈正相关，而与N2O排放量呈负相关。青饲小麦-水稻轮作模式的经济效益为10 139元·hm-2，高于其他轮作模式。对比单位经济效益的温室气体排放量发现，尽管青饲小麦-水稻轮作模式周年N2O排放量最高、土壤固碳量低，但其单位经济收益的温室气体排放量仍最低(0.41 kg CO2e·元-1)；紫云英-水稻轮作分别比油菜、小麦、休闲、蚕豆与水稻的轮作方式低51%、33%、20%和4%。不同水旱轮作方式下的稻田周年温室效应有显著差异，紫云英-水稻轮作的综合温室效应(3.1 t CO2e·hm-2)显著低于小麦-水稻轮作(5.4 t CO2e·hm-2)。研究表明，与其他轮作模式相比，紫云英-水稻和蚕豆-水稻轮作在保证较高经济收益的同时温室气体排放量相对较低，冬茬秸秆还田量、绿肥还田生物量是环境效应和经济效益协同的重要影响因素。

• 单位
  金陵科技学院; 南京农业大学; 江苏省农业科学院农业资源与环境研究所