平衡碳封存与排放：颗粒状有机改良剂可提升亚热带贫瘠稻田的生态系统经济效益

《Journal of Agriculture and Food Research》：Balancing carbon sequestration and emissions: Granulated organic amendments enhance ecosystem-economic benefits in subtropical infertile paddy fields

亚热带水稻田两年试验表明，中等剂量（20 t/ha）颗粒有机肥（LG）通过抑制CH4和CO2排放、提升土壤有机碳储量（SOCSR提升34.7%）及生态系统碳预算（NECB提高245%），在环境与经济效益（NEEB提高0.82%）间实现最优平衡，而高剂量（HG）因成本增加和排放激增（CH4排放增加145%）导致经济性下降。该策略符合气候智能型农业原则，为贫瘠稻田可持续发展提供科学依据。

　　在现代农业可持续发展背景下，稻田土壤的碳汇能力与温室气体排放之间的平衡成为研究的重要课题。尤其是在中国南方的亚热带地区，由于土壤肥力低下，水稻种植面临着诸多挑战，如产量受限、土壤质量差以及温室气体排放较高。为解决这些问题，研究者们开始探索利用有机改良剂来提升土壤肥力和减少温室气体排放的可行性。本研究通过两年的田间试验，评估了在亚热带地区，将颗粒化有机改良剂深翻施入贫瘠稻田土壤中的生态和经济效益，发现适度的有机改良剂施用（20吨/公顷）能够显著改善土壤碳储存、降低排放并提升农业生态系统的盈利能力。这一实践不仅符合气候智能农业和循环经济的理念，也为亚热带地区贫瘠稻田的可持续发展提供了可行的改进策略。

本研究选取了湖南省开慧镇作为实验地点，该地区具有典型的亚热带季风气候，年均温17℃，年降水量1390毫米。实验土壤被归类为粘壤土，初始pH值为5.06，土壤颗粒分布为21.3%砂土、38.9%粉土和36.4%粘土。实验设置了四种处理方式：仅施用化肥（CF）、年施用10吨/公顷的堆肥（CM）、一次性施用20吨/公顷的颗粒化有机改良剂（LG）和一次性施用40吨/公顷的颗粒化有机改良剂（HG）。所有处理均采用25厘米深翻技术，以确保改良剂能深入土壤，发挥其最大作用。研究采用了完全随机设计，并设有三个重复以提高数据的可靠性。

在温室气体排放方面，研究采用了静态不透光气室法，通过采集气室内的气体样本并使用气相色谱仪进行分析。实验结果表明，颗粒化有机改良剂的施用对CH4和CO2的排放产生了显著影响。在2022年的早期水稻生长阶段，HG处理的CH4排放量明显高于其他处理，这可能与有机改良剂的高碳输入和其在水田中形成的厌氧环境有关。然而，到了2023年，HG处理的CH4排放量有所下降，这可能是由于可分解碳的消耗以及残留的难分解有机物质的存在。CO2排放方面，所有处理均表现出与CF处理相比的增加趋势，但LG处理的CO2排放量相对较低，这可能与其较低的微生物活性和较弱的有机质分解有关。

在土壤有机碳固存率（SOCSR）和残余碳转化效率（RCCE）方面，LG和HG处理均显著优于CF和CM处理。尽管HG处理的碳输入量较高，但其SOCSR仅是LG处理的1.84倍，表明在高施用量下，土壤碳固存的效果趋于稳定，可能存在饱和效应。同时，LG处理在RCCE方面表现出更高的效率，这表明其在将外源碳转化为稳定SOC方面更具优势。这些结果表明，颗粒化有机改良剂的施用能够有效提升土壤的碳固存能力，同时减少温室气体排放，为实现农业的可持续发展提供了科学依据。

在经济收益方面，LG处理在两年的平均经济收益（NEEB）上表现出最佳表现，其经济收益比CF处理提高了0.82%。HG处理在2023年的经济收益有所提升，但由于其较高的投入成本，整体经济表现不如LG处理。CM处理的经济收益则相对较低，这可能是由于其较高的施用量和较低的碳转化效率。研究还进行了敏感性分析，调整碳价格在±20%范围内，发现LG处理的经济收益排名未发生变化，进一步证明了其在经济上的可行性。

此外，功能性基因分析显示，颗粒化有机改良剂的施用显著增加了甲烷生成菌（mcrA）和甲烷氧化菌（pmoA）的丰度，这些微生物在调控温室气体排放中起着关键作用。研究还发现，土壤中的营养状况（如SOC、TN、MBC、C:N比和DOC:DN比）对这些功能性基因的丰度和温室气体排放有显著影响。这些结果强调了微生物在农业生态系统中扮演的重要角色，并为未来研究提供了新的视角。

本研究的结果表明，颗粒化有机改良剂的施用能够在提升土壤肥力的同时，有效减少温室气体排放，从而实现生态和经济的双重收益。特别是LG处理，其在两年内表现出稳定的生态和经济效益，为贫瘠稻田的可持续管理提供了可行的解决方案。这些发现不仅对农业实践具有指导意义，也为政策制定者提供了科学依据，以推动亚热带地区稻田土壤的修复和农业系统的低碳转型。通过合理利用颗粒化有机改良剂，农业生态系统可以在提升产量和土壤质量的同时，减少对环境的负面影响，实现农业的可持续发展。