系列解读②水稻丰产与甲烷减排，如何“鱼”与“熊掌”兼得？

农业农村部、国家发展改革委日前联合印发《农业农村减排固碳实施方案》（以下简称《方案》），《方案》不仅是我国首次将促进农业高质量发展和减排固碳相结合的重大政策文件，其中还提出实施包括稻田甲烷减排在内的十大行动，为我国农业农村减排固碳提供了系统性指导。

稻田甲烷减排有哪些可操作的实施路径？又如何在推进减排固碳的同时实现水稻丰产协同增效，推进乡村振兴，保障好老百姓的“粮袋子”？对此，中国环境报专访全球农业温室气体研究联盟水稻工作组负责人、中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所研究员秦晓波。

稻田是大气温室气体甲烷的重要排放源，对全球气候变化产生了重要影响。2014年，我国稻田甲烷排放量达891.1万吨，折合二氧化碳排放当量2.49亿吨，占中国农业甲烷排放的40.6%，仅次于反刍动物肠道发酵占比44.31%的甲烷排放，排放规模不容小觑。

“其实稻田与肠道发酵以及畜禽粪便管理所产生的甲烷排放，都是产甲烷菌在厌氧环境下“作祟”的结果。” 秦晓波解释。稻田在长期淹水条件下会造成厌氧的土壤环境，这种条件下，土壤中的原生碳、植株残体、根系分泌物等有机质被逐级分解为易溶解有机质，被产甲烷菌利用，经过乙酸发酵或氢气/二氧化碳还原两个过程产生甲烷。

稻田产生的甲烷如何排放至大气中？

这源于甲烷在土壤中产生、再氧化和传输3个过程的共同作用。

秦晓波解释，稻田甲烷的传输又有3种主要途径。“甲烷在土壤中产生后，要先经过再氧化过程而消耗掉相当大的部分，残余的甲烷才会继续向上传输进入大气，而传输途径主要有3种：液相扩散、气泡和植株通气组织。第一种是溶解相的甲烷从土壤孔隙水向上经上覆水传输入大气；第二种途径是没有溶解的甲烷以气泡的形式进入表层水中排放，南方稻田水层中常见的‘泡泡’大部分是甲烷。”

但是最主要的途径是通过水稻植株传输，其传输占比高达80%以上。秦晓波生动地比喻道，“水稻植株好比我们喝饮料的吸管，是中空的，甲烷产生之后，除上述两种途径外剩余的部分主要依赖根系和植株通气组织，通过这个像‘烟囱’似的通道往上传，再通过茎、叶、鞘的通气组织排放出来。这就是稻田里甲烷从土壤中产生，经历氧化和传输的整个过程。”

图为秦晓波在湖南长沙的试验田中进行稻田甲烷排放取样研究。图源秦晓波。

秦晓波认为，围绕稻田甲烷产生、氧化、传输的各个环节，都可以进行减排干预。

针对产生环节，可以在施肥时往土壤中添加生物有效菌剂，增强氧化条件，抑制甲烷菌。“相当于‘吃掉’一些甲烷产生菌，然后‘辅佐’氧化菌把甲烷从产生阶段消灭掉。生物有效菌剂在抑制产甲烷菌的同时，还能够促进养分的利用，有利于作物生长和产量形成。这些目前已经有一些成熟的技术和产品来支持。”秦晓波表示。

第二个有效途径则是控制淹水条件。中国栽培水稻历史悠久，但是在以前，农民长期以来的种植方式主要是淹灌，大家较少考虑环境问题，即使是长期下雨泡田也不作干预。而长期淹灌模式下，水稻在生长季前期就容易排放大量甲烷。

因此，即使水稻喜欢水，也应适当控制淹水时间。强化稻田水分管理，因地制宜推广稻田节水灌溉技术，提高水资源利用效率，就显得尤为重要。

秦晓波表示，产甲烷菌最怕的便是环境干燥，氧气充足。因此避免厌氧环境是很容易“见效”的手段。

首先可以进行间歇灌溉和交替灌溉，即在稻田中灌上水，等田面自然落干，一般有3天—5天的交替期。到种植中期（分蘖盛期之后），采取集中晒田，大概在水稻种植之后的一个月到一个半月之间，集中晒10天—14天。这样一来，控制淹水条件后就能够降低40%以上的甲烷排放，减排效果十分明显。“现在农民基本上也都采取中期晒田了，因为可以促进产量增加同时减排甲烷。”秦晓波说。

在种植后期，尤其是水稻的成熟、收获阶段就不太需要水了，因此后期可以简单进行“湿润灌溉”，让稻田自然落干即可。

秦晓波表示，水稻种植前期虽然需要水，但可以控制水层高度。“水层高度10厘米和3厘米，其实对水稻的生长与产量影响不大，但是对厌氧环境形成却有很大的差异，所以还是需要尽可能降低灌溉水层高度，采取科学的灌溉频率和措施，既节约水资源也可以达到甲烷减排的效果。”

据了解，我国素有“江南粮仓”美誉的江西省的一些地区已经在大力推广农业节水灌溉项目示范区建设，其水利部门和农业部门已经“联手”推广节水灌溉措施，还会给予农民补贴。

除了灌溉，秸秆快腐还田好氧耕作也是重要手段。秦晓波解释，秸秆还田是稻田土壤碳素损失的有力补充，但直接还田（特别是新鲜秸秆）容易造成甲烷的高排放，因此，结合好氧耕作，快腐菌剂产品才能起到良好减排效果。通过旱耕湿整等好氧耕作，可以改善秸秆还田后土壤通气性，增加土层含氧量，促进秸秆好氧湿润条件下腐解，减少稻田甲烷排放。通过秸秆堆肥发酵后腐熟还田，能促进养分循环利用，并大幅削弱秸秆直接对甲烷排放的增排效果。

此外，可以选育推广高产、优质、低碳水稻品种。

“从高产低排品种筛选角度出发，就是针对目前的高产品种进行筛选，选择低排放的进行推广；从育种角度，就是通过基因编辑和分子育种等技术培育新品种，实现籽粒的高效光合碳分配、高收获指数高等特征，减少碳向下部及根系的转移，达到抑制甲烷产生的目的。”秦晓波指出，目前来说还应当以高产低排良种筛选为主，从育种机理上进行研发，未来或许可能通过普通的分子育种手段就能诞生“高产低排”的品种。

此外，他建议还可以改进稻田施肥管理，推广有机肥腐熟还田等技术，采取绿肥进行补充，增加固碳，减少甲烷排放。

图为秦晓波在湖南长沙的试验田中进行研究。图源秦晓波。

水稻历来是我国的重要粮食作物，不仅要稳定水稻播种面积，还要种得好，种得绿色，种得性价比高。

谈及性价比，首先就是产量问题。那么水稻丰产与甲烷减排，如何“鱼”与“熊掌”兼得？

秦晓波表示，经过研究，团队提出了“抑菌减排，增腐固碳，良种丰产、减投增效”的整合模式。

抑菌即通过各种手段，抑制产甲烷菌活性来实现减排。增腐即促进秸秆等有机质的腐解，或者包括生物质炭的变相还田，增加土壤固碳。良种也就是开发、筛选新的水稻品种，既能降低排放，还能丰产。减投指的是减少肥料农药等投入，提高肥料利用率或者投入绿肥等，实现减偷增效。

“这4项措施结合起来，综合施策，就能鱼和熊掌兼顾。同时这些措施是响应生态环境部《减污降碳协同增效实施方案》，在确保粮食安全前提下实现稻田甲烷减排的综合解决方案。”秦晓波表示。

自上世纪80年代开始，为应对气候变化，我国就针对稻田甲烷减排开展了大量研究。目前技术比较成熟，但是相关减排手段的经济效益和边际减排成本评估却相对滞后。秦晓波认为，需要在减排措施中综合考虑经济效益，选择成本适用，性价比高的手段。

“农民不仅关心产量，还关心省时省力省钱的措施，例如在施肥时顺带添加生物有效菌剂，撒完菌剂农民就不用管了；比如用绿肥代替化肥，国家给予一定补贴，能够降低成本，农民使用的积极性也会提高。再比如在选种育种中提前做好布局，能够使农民获益，所以在推广减排措施前，一定要做好顶层设计，增加相关的示范试点，在经济效益上提前评估，让农民看到减排增产的规模效应，才能调动积极性，让农民种乐于耕种低碳绿色稻田。”秦晓波说。

图为中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所试验田中的半自动甲烷排放监测系统。图源秦晓波。

作者：中环报见习记者薛丽萍

编辑：潘圆圆 签发审核：杨凡