中國農(nóng)科院作科所作物耕作與生態(tài)創(chuàng)新團隊,揭示了稻田秸稈長期還田對全球第二大溫室氣體甲烷(CH4)排放的影響及其機制,發(fā)現(xiàn)秸稈對甲烷的增排效應隨還田年限延長而呈極顯著減弱趨勢,聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)對秸稈還田的甲烷排放量高估了近50%。相關(guān)研究成果17日凌晨在線發(fā)表于《科學·進展》。
該團隊首席、中國農(nóng)科院作科所研究員張衛(wèi)建介紹,我國每年生產(chǎn)8億多噸作物秸稈,其養(yǎng)分含量相當于500多萬噸尿素,1000多萬噸過磷酸鈣,1000多萬噸硫酸鉀。秸稈還田可以顯著減少農(nóng)田化肥施用量,既是保障土壤健康和化肥“零增長”甚至“負增長”的重要措施,也是避免秸稈焚燒污染空氣的有效途徑。但是稻田秸稈也是土壤甲烷產(chǎn)生的主要來源之一,學界和公眾非常擔心稻田秸稈還田會顯著增加甲烷排放。
IPCC此前認為,稻田秸稈還田對甲烷排放的促進效應僅與還田量有關(guān),與還田年限無關(guān)。但是,該團隊通過15年長期定位試驗,揭示了秸稈對甲烷排放的影響隨還田年份延長而呈顯著降低趨勢。稻田甲烷排放由土壤中甲烷產(chǎn)生菌和氧化菌控制,前者喜好秸稈等有機物料及厭氧環(huán)境,后者喜歡甲烷和氧氣。稻田淹水下,土壤中的氧氣主要通過水稻植株和根系輸入。在還田的起始年份,秸稈和淹水迅速激發(fā)產(chǎn)生菌生長,甲烷大量產(chǎn)生。此時,水稻植株和根系生長受秸稈還田抑制,影響了氧氣輸送,氧化菌生長受影響,稻田甲烷不能被氧化,排放高;但是,還田約3年后,稻田土壤肥力顯著提高,水稻植株和根系生長旺盛,促進了氧氣輸送,土壤含氧量迅速提高,氧化菌快速增長,將甲烷氧化為二氧化碳,甲烷排放量顯著下降。該成果不僅可為全球稻田溫室氣體排放估算提供重要參數(shù),更可以矯正社會對稻田秸稈還田的認識。
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