水氮管理策略对好氧稻生产力、资源利用效率及温室气体排放的影响研究

为解决传统水稻种植中水资源浪费、养分利用率低及温室气体(GHG)排放高的问题，印度班加罗尔农业大学研究人员开展了一项为期两年的田间试验，探究不同灌溉水平(IW/CPE)与氮管理策略(包括常规尿素PU和纳米尿素NU)对好氧稻产量、水氮利用效率及CH4 、N2 O排放的影响。结果表明，1.0 IW/CPE灌溉结合75%推荐氮量(PU)与2次NU叶面喷施可实现产量持平，同时减少6.5% GHG排放，提升生态效率至12.26 Rs. kg-1 CO2 eq.。该研究为半干旱地区气候智能型水稻生产提供了优化方案。

　　

水稻作为全球半数人口的主粮，其传统淹水种植模式长期被诟病为"必要之恶"——尽管保障了粮食安全，却消耗了全球30%的农业淡水，贡献了20%的农业温室气体排放。在印度等亚洲国家，随着水资源短缺加剧和气候变化影响显现，探索节水减排的水稻种植模式已成为当务之急。近年来，源自中国的好氧稻栽培技术通过旱地直播、间歇灌溉等方式，理论上可节水50%、减排45-50%，但其在印度半干旱地区的夏季适应性及精准水氮管理方案仍缺乏系统研究。

针对这一科学问题，班加罗尔农业大学的研究团队在印度卡纳塔克邦东部干旱带开展了为期两年的田间试验。研究采用裂区设计，主区设置3种灌溉水平（0.8、1.0、1.2 IW/CPE），副区设置6种氮管理策略（从绝对对照到100%推荐氮量PU，以及不同比例的NU叶面替代）。通过测定产量构成、水氮利用效率，并采用静态箱-气相色谱法实时监测CH₄
、N₂
O和CO₂
排放通量，系统评估了不同管理策略的综合效益。该研究成果发表在《Environmental and Sustainability Indicators》期刊，为好氧稻系统优化提供了实证依据。

研究团队运用了四项关键技术：1) 基于累积蒸发量(CPE)的精准灌溉调度；2) 纳米尿素(NU)叶面喷施技术；3) 静态暗箱结合气相色谱法(GC)的温室气体原位监测；4) 全球增温潜势(GWP)与生态效率的多指标评价体系。

3.1 生长与产量表现
数据显示，1.2 IW/CPE灌溉下稻株株高(66.34 cm)、叶面积(1908 cm²
/株)和产量(3895 kg/ha)最高，但与1.0 IW/CPE无显著差异。氮管理方面，100%PU处理产量最高(4533 kg/ha)，而75%PU+2NU处理仅减产1.5-2.0%，实现产量持平。这表明25%的PU可被NU替代而不影响产量。

3.2 水分利用效率
1.0 IW/CPE处理表现出最佳水分利用平衡：其绿水资源效率(GWUE)达13.29 kg/ha-mm，较1.2 IW/CPE节水10%的同时，保持产量稳定。NU叶面喷施显著提升氮肥偏生产力(PFP)，其中4次NU喷施处理的PFP达83.82 kg/kg，是常规PU的2.5倍。

3.4 温室气体排放特征
高频灌溉(1.2 IW/CPE)导致CH₄
(5.66 kg/ha)、N₂
O(0.16 kg/ha)和CO₂
(1125.43 kg/ha)排放峰值，较1.0 IW/CPE增加13.92-13.94%。氮肥形态影响更显著：100%PU处理的GWP(4472 kg CO₂
eq./ha)比75%PU+2NU处理高6.5%，证实叶面施肥可减少土壤氮素对产甲烷菌的刺激。

3.5 气候效益评估
关键发现显示，1.0 IW/CPE+75%PU+2NU组合在多个指标上表现最优：GWP较传统模式降低12.08%，碳效率比(CER)达1.08 kg/kg CO₂
eq.，生态效率最高(12.26 Rs./kg CO₂
eq.)。主成分分析证实，该处理在98.6%变异中关联高产与低碳特征。

这项研究首次在印度半干旱地区验证了夏季好氧稻的可行性，并建立了量化水氮管理对产量-排放权衡关系的模型。通过证明25%土壤氮可被叶面NU替代，不仅解决了传统水稻的"高排放锁定"问题，还为纳米肥料在精准农业中的应用提供了范式。研究提出的1.0 IW/CPE灌溉指标，突破了"水稻必须淹灌"的传统认知，为应对全球水资源短缺提供了可推广的解决方案。尽管静态箱采样存在时间分辨率局限，但该研究建立的田间实测方法，为后续开发实时监测技术奠定了基础。这些发现对实现联合国可持续发展目标(SDGs)中的零饥饿、清洁饮水和气候行动目标具有直接贡献。