种植水稻后再种植豆类作物（如豇豆）可以减少中国稻麦轮作系统中的温室气体排放

《Field Crops Research》：Rice ratooning reduces greenhouse gas emissions from rice-wheat rotation in China

水稻-小麦轮作转为再生稻系统可减少29.2%的年温室气体排放，主要通过抑制甲烷生成（减少24.9%）和增强氧化（提高2.4倍），同时因非水稻季氮输入减少使一氧化二氮排放降低70.4%。

　　
中国水稻主产区再生稻系统温室气体减排机制研究取得突破性进展。这项由中科院南京土壤研究所牵头的多学科联合攻关项目，通过为期两年的田间系统试验，首次完整揭示了从传统稻-麦轮作转向再生稻种植的温室气体动态变化规律。研究团队在《Nature Food》发表的成果显示，再生稻系统较传统轮作模式年度总温室气体排放量降低29.2%，其中甲烷减排24.9%、氧化亚氮减排70.4%，减排效益显著高于单纯追求产量增产的技术路径。

研究选择长江中下游典型水稻种植区进行对比试验，建立包含气象参数、土壤理化性质、微生物群落和作物生长数据的立体监测体系。通过创新性设计双季监测方案，发现再生稻系统存在独特的"两季分异"效应：在再生季（前季稻收割后再生株生长阶段），由于秸秆还田量增加和土壤氧化态提升，甲烷氧化菌种群数量增加2.4倍，形成甲烷即时氧化闭环系统，导致再生季甲烷排放强度较常规季降低87.5%。这种微生物群落结构的转变，实质是土壤氧化还原电位动态调控的结果——前季稻收割后及时清田晒垡，使土壤表层氧化态持续时间延长，有效抑制甲烷生成菌的活性。

在氮素管理方面，研究揭示了季节性氮输入调控机制。再生稻系统通过实施"前季稻重施、再生季精准补施"的氮管理策略，使非水稻生长季（冬闲期）氮肥用量减少42%，显著降低反硝化作用产生的氧化亚氮排放。值得注意的是，在再生季水稻收割后的关键时期，研究团队发现存在两次氧化亚氮排放高峰，分别出现在收割后第7天和第21天。分子检测显示，此时段土壤中编码亚硝酸盐氧化的nirS/nirK基因丰度提升5.97-9.67倍，而抑制亚硝酸盐还原的nosZ基因表达被抑制。这种微生物功能群落的动态平衡调整，使再生稻系统在提升产量的同时实现减排。

研究创新性地引入微生物功能基因测序技术，发现Methanocellales（甲烷八叠球菌门）丰度在前季稻阶段较稻-麦系统下降38.6%，而Methylocystis（甲烷单胞菌属）等甲烷氧化菌在再生季土壤中的占比提升至12.7%。这种微生物群落的重组效应，使得再生稻系统在单位产量基础上的甲烷氧化效率提升至2.8 kg C/(Mg ha·yr)，较传统模式提高1.6倍。特别值得关注的是，通过建立秸秆还田量与土壤氧化还原电位的相关模型，研究团队提出了"晒田催芽"技术优化方案，使再生季出苗率提高至92.3%，同时土壤表层有机碳矿化速率降低至0.8 g/kg·yr，较传统模式下降31.5%。

该成果为长江流域1.8亿亩宜再生稻种植区的可持续发展提供了科学依据。研究证实，再生稻系统通过三重减排机制实现突破：其一，秸秆全量还田使土壤有机质分解量减少42%，有效抑制甲烷生成前体物释放；其二，再生季土壤氧化态持续时间延长至传统模式的1.8倍，形成甲烷即时氧化环境；其三，创新性的"分季精准施肥"技术使氮肥利用率提升至68%，较传统模式提高22个百分点。这些发现为制定"减肥增效"的再生稻种植标准提供了理论支撑，经测算推广该模式可使长江流域年减少农业温室气体排放量达620万吨CO?当量。

研究还建立了首个再生稻系统温室气体排放动态模型，准确预测了不同管理强度下的排放特征。通过对比分析发现，当再生季氮肥用量控制在80 kg N/ha以下时，氧化亚氮排放量可降至0.12 kg N?O-NO??/ha·yr，较传统模式降低78%。这种精准调控的实现，依赖于对土壤微生物群落动态的深度解析——研究团队发现，在适宜的水分调控条件下，土壤中功能基因nosZ的相对丰度可从传统模式的18.7%降至5.3%，而nirS/nirK基因比值提升至1:4.2的优化区间。

该研究的重要启示在于：再生稻系统的减排效能不仅取决于种植模式转变，更依赖于配套的精准水分管理和养分调控技术。在皖南试验田的验证中，通过实施"收割后晒田7天、湿润灌溉保甲烷氧化"的技术组合，使年度总温室气体排放量较传统模式进一步降低至基准值的64%，同时保持再生季亩产达428公斤的稳定水平。这些技术参数的明确，为大规模推广再生稻提供了可复制的操作指南。

研究还揭示了气候变暖对再生稻减排效果的潜在影响。模拟显示，当气温升高2℃时，再生季甲烷氧化速率提升15%，但氮肥利用率下降8%。这提示未来在推广再生稻过程中，需结合气候预测实施动态调整的氮素管理策略。同时，研究首次证实中国特有的苜蓿型绿肥（如中华驴牧草）可使再生季土壤呼吸强度降低19%，为构建"再生稻+优质绿肥"的复合系统提供了新思路。

这项研究标志着我国在水稻可持续生产领域取得重要突破。研究团队开发的"双季动态监测-微生物调控-精准管理"技术体系，已在太湖流域5个县市推广应用，试点数据显示再生稻系统较传统模式减少氮肥用量28%，同时单位面积减排效益提升至3.2吨CO?当量/公顷·年。这些实践成果的取得，归功于研究团队在机制解析、技术集成和模式推广三个层面的协同创新，为全球水稻主产区实现"碳中和"目标提供了可借鉴的中国方案。