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随着全球气候变化，可持续有机水稻种植愈发关键。为探究多次中耕除草（MIW）对温室气体（GHG）排放、碳平衡的影响，研究人员在日本北海道开展实验。结果显示 MIW 增加了 CO2和 CH4排放，T5 处理的 GHG 强度最低。该研究为优化 MIW 实践提供依据。
在全球粮食需求不断增长与气候变化加剧的大背景下，水稻作为全球一半人口的主食，其种植的可持续性备受关注。传统的水稻种植依赖大量化学肥料，虽然能提高产量，但却带来了严重的环境问题，如氮、磷饱和，超出了地球的承载极限。与此同时，稻田作为农业领域重要的温室气体排放源，其产生的甲烷（CH
4）在全球变暖中扮演着重要角色。如何在保证水稻产量的同时，减少温室气体排放，成为农业领域亟待解决的难题。
而日本传统的多次中耕除草（Multiple Inter - tillage Weeding，MIW）种植法，从江户时期沿用至今，被视为一种创新的有机水稻种植方式。这种方法无需化肥和农药，据说多次使用能实现水稻的高产和优质。而且，从理论上讲，MIW 在淹水状态下进行，能为稻田土壤和水提供氧气，改善土壤厌氧条件，减少甲烷排放，还能将杂草翻入土壤，促进碳固存。然而，实际情况却并非如此简单。MIW 带来的氧气供应可能会加速微生物对氧气的消耗，增加异养呼吸（RH）排放，促进土壤有机质分解，甚至可能增加氧化亚氮（N2O）排放。因此，全面评估 MIW 对水稻产量、温室气体排放和土壤碳固存的影响迫在眉睫。
为了解开这些谜团，日本北海道大学北方生物圈田间科学中心的研究人员开展了一项为期五年（2019 - 2023 年）的研究。研究人员在稻田中设置了不同的 MIW 处理组，分别进行 0 次（T0）、2 次（T2）和 5 次（T5）中耕除草，且全程不使用化肥和农药。研究人员通过测量土壤温度、氧化还原电位（Eh）、土壤理化性质以及利用密闭箱法测定温室气体排放等指标，来综合评估 MIW 的影响。
研究人员用到的主要关键技术方法包括：一是对环境因素进行监测，记录实验期间的气温、降水量等数据；二是采用密闭箱法测定温室气体排放，这种方法能够较为准确地收集和分析稻田中产生的各类温室气体；三是对土壤的多项指标进行测定，如土壤温度、氧化还原电位以及理化性质等，以了解土壤环境的变化。
研究结果
- MIW 对温室气体平衡（GHGB）的影响：研究发现，所有处理组全年都存在异养呼吸（RH）排放。在水稻生长季节，T5 处理组的累积 RH 排放并没有显著增加，反而是 T2 处理组在五年间呈现出最大的增长趋势。这与研究人员最初的假设相悖，原本认为 MIW 会增加 RH 排放，但实际情况并非如此简单。
- MIW 对全球变暖潜能值（GWP）和温室气体强度（GHGI）的影响：GHGB 值为正，表明稻田处于温室气体排放状态，且 T0 < T5 < T2（分别为 30.2、44.9、48.0 Mg CO2-eq ha?1）。这意味着多次中耕除草处理下的稻田排放的温室气体更多。不过，T5 处理组的 GHGI 最低，说明其在产量效率方面有所提升。也就是说，虽然 T5 处理排放的温室气体较多，但单位产量的温室气体排放相对较低。
- MIW 对净生态系统碳平衡（NECB）的影响：NECB 值为负，说明稻田存在碳损失，且 T2 < T5 < T0（分别为 - 10.3、?7.96、?5.42 Mg C ha?1）。这表明 MIW 处理不仅没有促进碳固存，反而增加了碳损失的风险。其中，T2 处理由于杂草输入量和水分管理的综合作用，对 RH 产生了正向激发效应，导致 RH 排放增加，进而加剧了碳损失。而 T5 处理虽然频繁的 MIW 促进了氧气供应，但却在一定程度上增加了 CH4排放，同样不利于碳平衡。
研究结论与讨论
综合来看，这项研究首次全面地揭示了 MIW 对温室气体排放、水稻产量和碳平衡的影响。研究结果表明，MIW 并没有像预期的那样减少温室气体排放和促进碳固存，反而增加了异养呼吸（RH）和甲烷（CH4）这两种主要温室气体的排放，加大了温室气体排放的风险。不过，T5 处理在产量效率方面的表现为优化 MIW 实践提供了一定的思路。
为了降低 MIW 带来的碳损失和温室气体排放风险，研究人员建议可以采用一些措施，如添加生物炭等分解缓慢的有机改良剂，或者调整稻田的水分管理方式。这些策略有望在提高 MIW 可持续性方面发挥重要作用，使 MIW 在有机水稻种植中更好地平衡产量提升和减缓气候变化的双重目标。
该研究成果对于指导有机水稻种植实践、推动农业可持续发展具有重要意义。它为农业生产者和相关研究者提供了宝贵的数据支持和实践指导，让人们更加清楚地认识到 MIW 这种传统种植方法在现代可持续农业背景下的优势与不足，为未来优化水稻种植管理、减少农业领域温室气体排放指明了方向，助力全球应对气候变化和实现农业可持续发展的目标。
