黄河三角洲生态环境研究中心王绍蓬博士团队在稻田灌排单元碳循环研究方面取得进展

稻田是陆地生态系统中重要的土壤碳汇载体。但传统长期淹水的水稻种植会持续释放甲烷，大幅抵消土壤固碳的气候效益，甚至导致稻田由碳汇转变为碳源。稻田农事管理以灌排单元为核心载体，该单元由耕作稻田与配套沟渠共同构成完整系统。当前学界针对稻田单一板块的碳循环研究较多，但面向整套稻田灌排单元的微生物碳循环系统性研究仍存在明显短板，相关调控机制尚不明确。针对此，我校黄河三角洲生态环境研究中心王绍蓬博士团队在该领域展开了研究，取得重要进展。该研究将稻田与配套沟渠整合为统一生态系统，聚焦我国稻田两种种植模式，传统稻麦轮作与稻虾综合种养，依托两年原位田间定位监测、宏基因组微生物测序、温室气体通量连续动态观测等技术手段，系统阐释了厌氧环境、外源碳输入调控微生物固碳过程与温室气体排放的核心机制。研究成果可为我国稻田低碳转型、农业碳汇精准核算、生态种养模式优化升级提供重要的基础理论支撑与科学实践依据。图1  田间试验地点与试验处理布设研究结果表明，稻田灌排单元的稻田与沟渠微生物碳循环功能差异显著，稻田为稳定碳汇，而配套沟渠是主要碳释放源。淹水厌氧的沟渠环境中，碳、氮养分供给与平衡状况是制约微生物碳周转的核心因素。区别于仅接收稻田径流氮素的稻麦轮作沟渠，稻虾种养沟渠可通过养殖饲料获取外源碳、氮双重补给，显著提升微生物碳转化效率与土壤碳累积量。稻虾模式全年持续淹水的特征，可使系统微生物呼吸速率降低91.6%，灌排单元净生态碳预算提升53.8%，碳汇增益显著。但长期厌氧环境会加剧系统甲烷排放，乙酸营养型产甲烷途径是甲烷增量的核心来源，也是该种养模式的主要优化短板。本研究系统阐明了稻麦轮作与稻虾综合种养模式下，稻田灌排单元微生物驱动的碳循环调控规律，明确了种养模式、环境及养分因子对农田碳汇与温室气体排放的影响机制，为水稻种植业实现固碳增汇与减排协同发展，提供了重要的理论依据与实践指导。研究结果以论文形式发表于《Agriculture, Ecosystems and Environment》，题目为“Enhanced anaerobiosis and increased carbon input boost microbial-mediated carbon sequestration in paddy irrigation-drainage units”，王绍蓬博士为论文第一作者。《Agriculture, Ecosystems and Environment》是Elsevier旗下农林环境领域的国际权威期刊，主要发表农田生态系统演变、农业温室气体减排、土壤碳汇机制等方面的原创性基础研究与应用研究成果。该研究得到了国家自然科学基金和山东省自然科学基金等的资助。原文链接： https://doi.org/10.1016/j.agee.2025.110211