1、水稻是我國最主要的口糧作物，在全球變暖、資源緊張、環(huán)境污染等問題的多重挑戰(zhàn)下，水稻單產持續(xù)穩(wěn)定增長是保障糧食安全的必然選擇。稻田是溫室氣體CH4的主要來源，約占全球農業(yè)總排放的30％。CH4作為重要的溫室氣體，在空氣中的增溫效應是CO2的25倍。已有研究表明，水稻增產與稻田減排在理論上可兼顧，關鍵在于建立適合水稻健康生長的水稻栽培技術和稻作模式。因此，研究并推廣應用水稻增產和稻田減排協(xié)同的稻作新技術，符合國家重大現(xiàn)實需求和戰(zhàn)略方向，對我

2、國應對氣候變化、確保糧食安全具有重要意義。至今已有的關于稻作技術的研究，大多僅關注某一稻作技術對水稻產量或者單位面積溫室氣體排放單方面的影響，對于稻作技術如何協(xié)調增產與減排的綜合研究較少。為此，本文以我國三大稻作系統(tǒng)（北方單季稻作系統(tǒng)、中部水旱輪作系統(tǒng)以及南方雙季稻作系統(tǒng)）為研究對象，采用技術調研、歷史資料統(tǒng)計、田間試驗和meta分析相結合的方法，就我國稻作技術演變對水稻生產力和溫室氣體排放的影響進行系統(tǒng)研究。重點研究近50年來水稻品種

3、特性改良、育秧技術變化、栽培技術改進等稻作技術演變對水稻單產與溫室氣體排放的影響，同時利用meta分析的方法從水稻產量角度定量研究了溫室氣體排放特征和強度對稻作技術的響應，綜合評價了稻作技術的增產減排潛力及技術方向，擬為我國創(chuàng)建氣候智慧型農業(yè)提供理論依據(jù)。本文主要結論如下:
　　1.1970s-2010s間我國水稻品種更新加快，同時育秧方式、栽插技術、灌溉方式以及施肥方式等主要稻作技術發(fā)生了明顯的變化。水稻育秧方式由傳統(tǒng)水育秧向旱

4、育秧和濕潤育秧轉變，且隨著機插秧技術的推廣，未來工廠化育秧方式的比例會逐漸加大。北方單季稻作區(qū)旱育秧技術應用最為普及，自上世紀80年代開始推廣至今，旱育秧已成主導育秧方式。到2010年，工廠育秧的比例已達到11.7％。在今后10年，工廠育秧規(guī)模有望進一步擴大，預計在2020年可達到30％左右。中部水旱輪作區(qū)和南方雙季稻作區(qū)育秧方式出現(xiàn)較為一致的變化趨勢，傳統(tǒng)水育秧比例逐漸降低，2010年濕潤育秧比例最高，其次為旱育秧。我國水稻栽插技術總

5、體趨勢是人工插秧比例不斷減少，水旱直播、機插秧以及人工拋秧比例不斷增加。到2010年，人工拋秧比例已達到24％，機插秧比例約達到11％，水旱直播約占10％，人工插秧已下降到55％。在今后10年，人工插秧比例會繼續(xù)下降到35％左右，機插秧比例可能會增加到30％左右。在上世紀70年代，長期淹灌占94％，到2010年已下降到16％。間歇灌溉比例增加到81％，是當前水稻最主要的灌溉方式。全國來看，氮肥施用以復合肥和尿素為主，其次為碳銨。1998

6、年以來，碳銨施用量由40％降低至2010年的20％,而尿素施用量不斷上升，2011年占施氮總量的75％，未來尿素和復合肥的施用比例將會繼續(xù)增加。
　　2.1960s-2000s間我國主要稻區(qū)水稻品種演變過程顯著增加了水稻產量，同時有降低稻田溫室氣體排放的趨勢。稻田甲烷排放變化的趨勢與品種演變過程中生物量與產量的變化沒有顯著相關性。莖葉等地上部分間接影響CH4生產，對排放影響不顯著。三個主要稻作系統(tǒng)的單位產量溫室氣體排放差異明顯，其

7、中以雙季稻作系統(tǒng)的單位產量溫室氣體排放最高。上世紀六十年代水旱輪作系統(tǒng)的單位產量溫室氣體排放高于單季稻作系統(tǒng)，但是這兩個稻作系統(tǒng)現(xiàn)代品種的單位產量排放強度基本相似。各稻作系統(tǒng)中，現(xiàn)代品種單位產量溫室氣體排放都低于老品種。
　　3.我國三大稻作系統(tǒng)中，水育秧方式的甲烷排放量都顯著高于濕潤育秧和旱育秧方式。水旱輪作系統(tǒng)和雙季稻的早、晚稻系統(tǒng)濕潤育秧方式的CH4排放量分別比水育秧方式降低了74.2％、72.1％和49.6％，旱育秧方式則

8、分別比水育秧方式降低了92.0％、99.0％和78.6％。北方單季稻作系統(tǒng)中旱育秧方式的CH4排放量比水育秧方式降低了99.2％。但是，相對于水育秧方式，濕潤育秧與旱育秧增加了秧田N2O的排放。綜合CH4和N2O兩種溫室氣體，濕潤育秧與旱育秧方式均顯著降低了各稻作區(qū)全球增溫潛勢(GWP)。此外，結合各稻作區(qū)育秧技術的調研數(shù)據(jù)，本研究還估算了不同育秧技術情景下中國秧田溫室氣體的排放總量，結果顯示2012年水稻秧田的實際溫室氣體排放量為95

9、6.66×103 t CO2 eq，而水育秧情景下的溫室氣體排放量為2242.59×103t CO2 eq。
　　4.我國水肥管理和稻作模式轉變等措施可以有效協(xié)調水稻產量和稻田溫室氣體排放。間歇灌溉可以顯著降低CH4排放并且增加水稻產量，這一技術能夠顯著降低59％單位產量GWP。施用氮肥（50-300 kg N ha-1）顯著提高水稻產量，些微增加了CH4和N2O的全球增溫潛勢(GWP)，最終顯著降低了單位產量GWP。與未施肥相比

10、，單位產量GWP在施肥水平為150-200 kg ha1時下降最為明顯，達37％。施用沼渣對單位產量GWP沒有顯著影響，而施用堆肥和秸稈還田則分別顯著增加54％和154％的單位產量GWP。我國主要稻作系統(tǒng)單位產量溫室氣體排放的順序如下:雙季稻作系統(tǒng)(1188.9 kg CO2 eq Mg-1)＞水旱輪作系統(tǒng)(777.0 kg CO2 eq Mg-1)＞單季稻作系統(tǒng)（346.7 kg CO2 eq Mg-1）。
　　5.1970s-

11、2010s間我國水稻生產的碳足跡變化為:空間尺度的碳足跡呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢，而產量尺度的碳足跡呈現(xiàn)下降的趨勢。近50年來水稻生產過程中物質投入的間接碳排放增加了115％，稻田溫室氣體直接碳排放降低了28％，綜合看來，我國水稻生產過程中基于空間尺度的碳足跡增加了12％;與此同時，水稻產量增加了37％，從而降低了基于產量尺度的水稻生產的碳足跡。水稻產生的碳足跡的組成中，物質投入所占比重逐年增大，由1970s的28.2％增加至2010s的54