节水灌溉结合作物轮作调控稻田温室气体排放与土壤有机碳的微生物机制研究

这篇研究通过三年田间试验，揭示了烟草-水稻(TR+W)和油菜-水稻(OR+W)轮作结合节水灌溉对华南稻田土壤有机碳(SOC)、温室气体(CH4/N2O/CO2)排放及土壤细菌群落的重构作用，证实轮作通过改变细菌代谢通路（如碳代谢、CH4代谢）可提升SOC 13.3-24.4%，降低CH4排放15.5-18.2%，同时增加香稻产量(10.7-17.2%)和香气物质2-AP含量(11.6-20.3%)，为稻田碳中和提供创新实践方案。

　　

Highlight

香稻产量与2-AP含量

如图1所示，在烟草-水稻轮作体系中，TR+W和RR+W处理较CK显著(p < 0.05)提升产量17.2%和10.7%，且TR+W比RR+W进一步增产5.9%。油菜-水稻轮作体系中，OR+W和RR+W处理同样显著增产10.7-19.5%。香气关键物质2-AP含量在TR+W处理中飙升20.3%，OR+W处理亦提升11.6%，证实轮作模式能协同提升产量与品质。

温室气体排放与土壤有机碳

稻田碳输入主要来源于水稻、烟草和油菜的秸秆与根系（图2B-C）。TR+W和OR+W处理使水稻秸秆碳输入增加10.0-15.5%，根系碳输入提升6.0-10.1%。尽管细菌碳代谢活性增强，但TR+W仍使SOC含量较CK增长13.3%，OR+W更达24.4%。有趣的是，CH₄排放降低15.5-18.2%，而N₂O和CO₂排放分别增加19.7-24.4%和12.8-15.0%，反映微生物群落功能从产甲烷向硝化/反硝化路径转变。

Conclusion

在华南地区实施三年烟草-水稻和油菜-水稻轮作结合节水灌溉后，稻田碳代谢活性增强，细菌群落结构重塑（如甲烷菌减少、甲烷氧化菌增加），SOC含量提升，CH₄排放下降而N₂O/CO₂排放上升。这些变化主要归因于轮作通过调控稻田细菌组成、KEGG酶和碳水化合物活性酶(CAZymes)，实现了碳汇增容与温室气体减排的协同优化。