适度干湿交替灌溉协同提升水稻产量与环境可持续性的生理机制

针对水稻种植中高产、水分利用效率(WUE)提升与甲烷(CH4 )减排的协同难题，中国研究团队通过对比常规灌溉(CI)、间歇灌溉(II)和干湿交替灌溉(AWD)发现，AWD使产量、WUE和经济效益分别提升12.07%、12.27%和29.18%，同时降低CH4 排放29.65%。该研究揭示了光合产物分配-根系活力-土壤氧化还原(Eh)的协同调控机制，为农业碳中和提供关键技术路径。

　　

全球粮食安全正面临三重挑战：到2035年需增产1.16亿吨水稻，但传统淹灌消耗40%农业淡水且贡献10%-13%人为CH₄
排放。更棘手的是，高产需求与节水减排存在天然矛盾——水稻生长需要持续淹水，而厌氧环境恰恰是产甲烷菌的温床。如何破解这个"水-粮-气候"死结？中国农业科学家在江苏扬州开展为期两年的田间试验，发现适度干湿交替灌溉(AWD)能像"农业魔法师"般同时实现增产、节水、减排三大目标，相关成果发表在《Field Crops Research》。

研究采用三种灌溉模式：传统淹灌(CI)、间歇灌溉(II)和基于土壤水势-20kPa阈值的AWD。通过监测产量构成、光合参数、非结构性碳水化合物(NSC)、根系形态解剖特征，结合土壤Eh、溶液氧浓度及微生物群落分析，系统解析了"土壤-根系-植株"协同调控机制。

Yield, WUE, and economic benefit
数据表明AWD实现"三赢"：较CI显著提升产量12.07%、WUE 12.27%、经济效益29.18%。关键突破在于同步增加每穗粒数、结实率和千粒重，打破"节水必减产"的认知桎梏。

Discussion
AWD的"魔法"源自三重机制：1)光合优化，叶片非结构性碳水化合物(NSC)再分配效率提升；2)根系革命，深根比例增加47%、氧化活性(ROA)提高32%，同时通气组织比例下降限制CH₄
运输；3)土壤改良，Eh值上升使产甲烷菌/甲烷氧化菌比例倒置。特别值得注意的是，根系乙烯释放量降低与土壤氧浓度呈显著负相关，揭示出气孔-根系-微生物的级联调控通路。

Conclusion
该研究首次阐明AWD通过"光合产物再分配-深根化-土壤增氧"三位一体机制协同提升生产力和环境效益。相比以往单方面关注节水或减排，该成果将灌溉技术从"农艺措施"升级为"系统调控工具"，为《巴黎协定》农业减排目标提供可量化、可推广的技术方案。田间数据证实，按当前全球水稻种植面积计算，全面推广AWD每年可减少CH₄
排放5.9-12.6Tg，相当于1.2亿辆汽车的年碳排放量。