中国东南地区低留茬再生稻高碳预算盈余的潜在机制解析

本研究针对再生稻系统"高固碳-低排放"机制不明的问题，通过建立MC+RSR、LR1和ER+LR2三种种植模式，综合运用静态暗箱气体收集、LCA等方法，揭示再生稻通过优化13C光合产物向穗部分配（提升3.32-6.85%）并减少地下部分分配（降低21.77-43.51%），实现日均GWP降低22.90-34.21%、碳预算盈余达22,380 kg CO2-eq ha-1，为农业碳中和提供新策略。

　　

在全球气候变化与粮食安全双重挑战下，水稻种植系统的碳减排潜力备受关注。传统双季稻(ER+LR₂)虽能保障产量，但温室气体排放量居高不下；单季稻(LR₁)碳排放较低却难以满足产量需求。再生稻(RR)作为一种"种一收两"的创新模式，在东南沿海地区展现出独特优势，但其碳收支平衡的生物学机制始终是未解之谜。

位于福州（25°17′N, 119°18′E）的科研团队通过2021-2022年的田间试验，首次从多维度解析了再生稻"高产低碳"的奥秘。研究人员设计了三组对照：再生稻模式(MC+RSR)、单季稻(LR₁)和双季稻(ER+LR₂)，采用封闭式静态暗箱气体采集系统监测温室气体通量，结合稳定同位素¹³C标记示踪技术，追踪光合产物的器官分配规律。通过生命周期评价(LCA)方法量化系统碳足迹，并创新性地引入日均产量、日均全球增温潜势(GWP)等动态指标进行评估。

关键技术包括：1）封闭静态暗箱法测定CH₄/N₂O排放通量；2）同位素比值质谱分析¹³C分配；3）非结构性碳水化合物(NSC)含量测定；4）基于ISO14040标准的LCA全周期评估；5）干物质积累动态监测。

研究结果揭示三大突破性发现：

1. 产量优势机制：再生季稻(RSR)日均产量较主季稻(MC)提升28.21-47.40%，较双季稻系统高13.50-27.76%。同位素示踪显示，这源于RSR将¹³C光合产物向穗部的分配比例提高3.32-6.85%，同时减少21.77-43.51%向根系的分配。

2. 减排特征：再生稻系统日均GWP仅16.44 kg CO₂-eq ha^-1，较单季稻降低34.21%，较双季稻降低22.90%。温室气体强度指数(GHGI)降幅更为显著，分别达62.28%和28.96%。

3. 碳汇能力：再生稻系统碳预算盈余达22,380.01 kg CO₂-eq ha^-1，虽略低于双季稻(23,772.15 kg)，但资源利用率较单季稻和双季稻分别提高23.92%和47.50%，日均经济效益提升32.71-80.75%。

这项发表于《Journal of Integrative Agriculture》的研究，首次从光合产物分配-排放特征-经济收益多角度阐明了再生稻的碳汇机制。其创新性在于发现低留茬栽培可通过调控同化物分配"开源节流"——既增强穗部碳固定，又减少土壤微生物对根系分泌物的利用从而降低CH₄排放。该成果为发展"碳中性水稻"提供了理论范式，对实现"双碳"目标下的粮食安全具有战略意义，特别在东南沿海集约化农区推广价值显著。研究建立的"日均当量评估法"更为农田生态系统碳核算提供了新方法论。