秸秆还田通过促进颗粒有机碳向矿物结合有机碳转化降低稻田甲烷排放的机制研究

针对稻田甲烷(CH4 )排放调控难题，广西大学团队通过长期定位试验，探究不同耕作与秸秆管理对双季稻田CH4 排放的影响。研究发现常规耕作结合秸秆翻埋(CT-SI)通过提升β-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)和纤维二糖水解酶(CBH)活性，促进颗粒有机碳(POC)向矿物结合有机碳(MAOC)转化，显著降低甲烷排放37.2%，为稻田"增产减排"提供了创新性解决方案。

　　

在全球气候变暖背景下，稻田作为重要的人为甲烷(CH₄
)排放源，其减排技术研发迫在眉睫。甲烷作为温室效应强度达二氧化碳34倍的温室气体，其排放量占农业土壤温室气体排放的9%。随着水稻需求预计2050年增长28%，如何在保障粮食安全的同时实现甲烷减排成为重大科学难题。传统秸秆还田虽能提升土壤肥力，却会刺激甲烷排放达75.5%，这种"增产"与"减排"的矛盾亟待破解。

广西大学的研究团队自2008年起开展长期定位试验，系统比较了常规耕作(CT)、免耕(NT)、秸秆覆盖(CT-SMR/NT-SMR)和秸秆翻埋(CT-SI)五种管理模式对双季稻田甲烷排放的影响。通过分析2022-2023年早、晚稻季的土壤碳库特性、水解/氧化酶活性、磷脂脂肪酸(PLFA)及甲烷功能基因等指标，发现常规耕作结合秸秆翻埋能通过调控微生物群落和酶活性，将活性碳(POC)转化为惰性碳(MAOC)，从而显著降低甲烷排放。该研究成果发表于《Agriculture, Ecosystems 》期刊。

研究采用静态箱-气相色谱法监测CH₄
通量，通过磷脂脂肪酸分析表征微生物群落，qPCR定量甲烷功能基因(mcrA/pmoA)，并运用结构方程模型(SEM)解析多因素互作关系。试验样本来自广西大学农场的长期定位试验田，采用随机区组设计，每个处理设3个重复。

CH₄
排放特征
数据显示，秸秆还田总体使甲烷排放增加75.5%，但CT-SI处理较CT-SMR和NT-SMR分别减排37.2%和20.3%。排放峰值出现在分蘖期和抽穗期，2023年排放量高于2022年，CT-SMR处理平均通量最高(16.1 mg m^-2
h^-1
)。

土壤碳库转化机制
CT-SI处理显著提升β-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)和纤维二糖水解酶(CBH)活性，促进POC向MAOC转化。SEM分析显示，耕作与秸秆管理通过增加微生物量和酶活性，使MAOC含量提升14.1%-19.8%，这是减排的关键途径。

微生物群落响应
CT-SI处理下细菌、真菌和放线菌PLFA含量较CT提升7.6%-19.8%，产甲烷菌/甲烷氧化菌比值下降14.1%。这种微生物群落结构的改变有效抑制了甲烷生成，同时促进氧化过程。

讨论与结论
该研究首次揭示秸秆翻埋通过"微生物-酶-碳形态"协同调控实现减排的机制。常规耕作结合秸秆翻埋创造的良好土壤-秸秆接触条件，加速了活性碳向惰性碳的转化，减少甲烷生成底物供应。同时提升的氧化酶活性和甲烷氧化菌丰度，构建了"双重抑制"效应。这一发现为制定基于碳形态调控的稻田甲烷减排策略提供了理论依据，对实现"双碳"目标下的农业可持续发展具有重要实践价值。研究建议在双季稻区推广CT-SI模式，并进一步优化耕作深度与秸秆碳氮比的协同调控。