春玉米-晚稻與早稻-晚稻種植模式碳足跡比較

姜振輝,楊 旭,劉益珍,林景東,吳楊瀟影,楊京平

浙江大學環(huán)境與資源學院環(huán)境污染防治所, 杭州 310058

碳足跡是指某項活動或某個產(chǎn)品在其整個生命周期內(nèi)直接或間接產(chǎn)生的二氧化碳(CO2)排放總量,以二氧化碳當量表示(CO2-eq)[1-2]。它是一種用來評估某生產(chǎn)過程或活動在整個生命周期內(nèi)的溫室氣體排放的工具。農(nóng)業(yè)中的碳足跡能夠系統(tǒng)地評價農(nóng)作物在生產(chǎn)過程農(nóng)資投入(柴油、電力、化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜)引起的間接碳排放和農(nóng)田直接碳排放總量[3-4],對實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的清潔生產(chǎn)具有重要理論指導(dǎo)意義。

眾所周知稻田生態(tài)系統(tǒng)是大氣中CH4和N2O的主要排放源。我國作為主要水稻種植區(qū),每年稻田CH4和N2O總排放量的大約分別為7.7—8.0 Tg CH4和88.0—98.1 Gg N2O[5-6]。在未來十年,隨著人口的增加,對糧食作物水稻的產(chǎn)量需求必然增加,因此,將消耗更多的能源、化學肥料、殺蟲劑和塑料薄膜[7],這將直接和間接地促進農(nóng)田溫室氣體排放。如何實現(xiàn)稻田生態(tài)系統(tǒng)的糧食作物生產(chǎn)低碳耗,成為科研工作者所努力的方向。近年來,水資源短缺,灌溉能源成本高,稻米價格波動,以及對玉米等牲畜飼料需求的增加,促使農(nóng)民從水稻連作種植轉(zhuǎn)向春玉米-晚稻水旱輪作種植[8-9]。在亞洲地區(qū)玉米-水稻輪作系統(tǒng)種植面積超過了3 Ma hm2[9]。聯(lián)合國糧農(nóng)組織把春玉米-晚稻模式作為一種對農(nóng)業(yè)集約化生產(chǎn)具有可持續(xù)性和戰(zhàn)略意義的模式[10]。隨著春玉米在我國南方雙季稻區(qū)大面積推廣,春玉米-晚稻模式必將成為稻田種植業(yè)戰(zhàn)略性調(diào)整的重心。相比于小麥—晚稻、早稻-晚稻和雙季玉米,春玉米-晚稻具有增產(chǎn)潛力大,自然資源利用率高和經(jīng)濟效益高等優(yōu)勢[9, 11-12]。在全球氣候變暖的背景下,有必要探討春玉米-晚稻模式對農(nóng)田碳足跡的影響。目前眾多學者對稻田系統(tǒng)碳足跡的研究主要集中于水稻連作系統(tǒng)及輪作模式的研究集中在冬小麥-夏玉米。Xue等[13]評價了我國南方地區(qū)雙季稻的碳足跡,并對不同農(nóng)業(yè)管理措施下雙季稻的碳足跡及優(yōu)化進行了評估。Zhang等[14]研究了耕作方式對華北平原冬小麥-夏玉米碳足跡的影響。但是,目前對春玉米-晚稻輪作模式的碳足跡研究較少。研究表明我國水稻生產(chǎn)過程的溫室氣體排放和碳足跡高于玉米和小麥[15]?；诖?本研究提出以下假設(shè),相對于早稻-晚稻連作模式,春玉米-晚稻輪作模式不僅可以降低農(nóng)田溫室氣體排放而且可以降低產(chǎn)量尺度的碳足跡。因此,本研究利用生命周期法,以早稻-晚稻連作模式作為對照,研究春玉米-晚稻輪作模式對稻田系統(tǒng)碳足跡的影響,以期獲得春玉米-晚稻輪作的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳排放清單,為稻田生產(chǎn)系統(tǒng)的低碳清潔化生產(chǎn)以及減緩氣候變化提供有效的科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

本試驗2017年在浙江省杭州市農(nóng)業(yè)科學研究院試驗田(120.16°E, 30.13°N)實施。試驗田土壤類型屬于粉粘壤土,土壤全氮含量為2.32 g/kg,pH值為5.52,總有機碳含量為22.2 g/kg。試驗開始前試驗田主要種植模式是水稻連作(>20年)。

1.2 試驗方案設(shè)計

本試驗方案設(shè)置了兩個作物種植模式處理：早稻-晚稻,春玉米-晚稻,每個處理重復(fù)3次,每一個試驗小區(qū)的大小為8 m× 8 m,完全隨機區(qū)組排列。春玉米品種為美玉(加甜糯)7號,早稻和晚稻的品種分別為甬秈115及秀水134。

1.2.1早稻-晚稻模式

早稻采用直播方式,從2017年4月11日播種,2017年7月20收獲;第二季晚稻采用移栽方式,移栽時間為2017年7月22日,2017年11月19日收割。早、晚稻磷肥(過磷酸鈣,41 kg P2O5/hm2)和鉀肥(氯化鉀,47 kg K2O/hm2)全部基施,氮肥(尿素,225 kg N/hm2)分為3個階段早晚稻季將氮肥按3∶4∶3(基肥,一次追肥和二次追肥)的比例施到試驗組中,分別是分蘗肥(占總量的30%)、孕穗肥(占總量的40%)以及抽穗肥(占總量的30%)。為防止小區(qū)之間水肥串流,小區(qū)之間采用PVC管和薄膜隔離。灌溉方式采用連續(xù)灌溉方式。早稻和晚稻收獲時每個小區(qū)各選取3個1 m2測產(chǎn)。

1.2.2春玉米-晚稻

春玉米采用廂作,廂寬和溝寬分別為1.3 m和0.3 m,每個小區(qū)6廂,每廂播種兩行春玉米。春玉米采用移栽方式,三葉期(2017年4月13日)開始移栽,每行移栽23株。玉米季磷肥(過磷酸鈣,75 kg P2O5/hm2)和鉀肥(氯化鉀,47 kg K2O/hm2)全部基施,氮肥(尿素,225 kg N/hm2)分為兩次施肥,分別是苗期肥(4月23日施,占總量40%),喇叭口肥(6月3日追肥,占總量60%);2017年7月9日作為鮮食玉米收獲。每個小區(qū)分別選取3和4廂中的兩個連續(xù)20株玉米果穗,烘干脫粒稱重,并計算含水量。晚稻種植同1.2.1之晚稻。

兩種模式的農(nóng)資投入數(shù)據(jù)通過實地調(diào)研和本研究投入數(shù)據(jù)的平均值獲得,共調(diào)研當?shù)剞r(nóng)戶37戶。調(diào)研內(nèi)容包括水稻或春玉米生產(chǎn)過程中農(nóng)資投入情況：肥料和農(nóng)藥的投入、農(nóng)業(yè)機械油耗(播種、耕作和糧食運輸)和灌溉的電力消耗。玉米、早稻和晚稻的農(nóng)資投入如表1。

1.3 邊界確定及農(nóng)業(yè)投入碳足跡計算

根據(jù)PAS2050[16]的定義,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳足跡計算為基于生命周期評價的產(chǎn)品體系中的所有直接和間接溫室氣體排放量總和,以CO2當量(CO2-eq)表示。因此,在本研究中,玉米和水稻生產(chǎn)的碳足跡是通過農(nóng)業(yè)投入物原材料的初始生產(chǎn)到農(nóng)場大門的最終產(chǎn)品(如肥料、農(nóng)藥、機械、電力灌溉及收獲的稻米和玉米)的間接溫室氣體排放及稻田直接溫室氣體排放來確定的。溫室氣體排放量包括農(nóng)資投入,稻田非CO2即CH4和N2O排放量。由于種子在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的碳足跡相對較小,往往不足農(nóng)作物生命周期中整體碳足跡的千分之一,故在此不將其納入計算范圍;因此,本研究將水稻或玉米生產(chǎn)的溫室氣體排放量包括如下：(1)化肥(N,P和K)和農(nóng)藥的生產(chǎn),加工和運輸及其施用引起的碳排放;(2)耕種和收獲機械作業(yè)的柴油燃料消耗的碳排放;(3)用于灌溉的電力消耗的碳排放;(4)水稻或春玉米整個生育期稻田CH4和N2O排放。

農(nóng)資投入(如農(nóng)藥、化肥、電力、柴油等消耗)的溫室氣體排放量使用下列公式估算。

CFinput=∑(Ai×δi)

(1)

式中,CFinput是指相關(guān)農(nóng)資投入品所導(dǎo)致的溫室氣體排放總和(kg CO2-eq/hm2);i是指某一種農(nóng)資投入品;Ai是指第i個單個農(nóng)業(yè)投入的強度或數(shù)量(農(nóng)藥化肥,kg/hm2;電力,kwh/hm2;柴油,L/hm2);δi是指制造或應(yīng)用投入時第i個單個農(nóng)資投入的溫室氣體排放系數(shù)。排放系數(shù)通過數(shù)據(jù)開放性軟件eBalance v3.0(IKE Environmental Technology CO., Ltd., China)獲得,包括Chinese Life Cycle Database 0.7(CLCD 0.7)和Ecoinvent 2.2,各農(nóng)資生產(chǎn)投入的溫室氣體排放因子見表1。

1.4 田間溫室氣體的采集和測定

1.4.1氣體采集

使用密閉箱氣體收集法進行溫室氣體的采集,密閉箱的制作材料為PVC板,分為底座和主箱體兩部分,主箱體外部鋪一層鋁箔紙進行反光,以防止夏秋季節(jié)采樣時主箱體長時間暴露在太陽光中而造成了采樣箱內(nèi)部的氣體溫度發(fā)生較大波動,從而影響采樣結(jié)果的有效性。靜態(tài)箱的尺寸大小(長×寬×高)為50 cm × 50 cm × 90 cm,以確保水稻完全成熟以后還能將其全部裝在靜態(tài)箱中進行溫室氣體采集;底座的尺寸大小(長×寬×高)為50 cm × 50 cm × 30 cm,底座安裝時要埋入地下10 cm深,且在水稻生產(chǎn)的過程中一直保留,內(nèi)部種植9株水稻或4株玉米。采樣時把靜態(tài)箱體蓋在每一個試驗小區(qū)的固定底座上,同時采用水封的方法來確保箱子內(nèi)部處于完全密閉狀態(tài),不與外界的進行氣體交換。為防止測定區(qū)域和非測定區(qū)域水肥串流,用塑料薄膜隔開。從播種或移栽后第5天開始持續(xù)到收獲前一周每周采集測定一次溫室氣體(CH4和N2O)通量[17],采樣時間在9:00—11:00之間,在40 min里每間隔10 min采集一次氣體樣本,使用容量為60 mL的注射器從三通口管道中抽取氣體,并立即將其注射到100 mL的鋁膜采氣袋中,完成收集樣本后需在一周內(nèi)進行樣本的測量。

表1 各項農(nóng)資投入溫室氣體排放因子及投入量

1.4.2CH4和N2O溫室氣體測定

溫室氣體(CH4和N2O)采用氣相色譜儀(Agilent 7890A,中國上海)檢測。然后根據(jù)采集得到的4個氣體樣本(0、10、20、30 min)的濃度進行線性回歸模型測算得到氣體樣本的濃度增長速率,在經(jīng)過溫室氣體釋放速率公式[18]計算得到溫室氣體釋放速率。

(2)

式中,F是CH4或N2O的排放速率(mg m-2min-1),dC/dt是40 min內(nèi)溫室氣體濃度的變化速率,m是氣體的分子量(g/mol),P是大氣壓強(Pa),H是靜態(tài)箱體的高度(m),T是靜態(tài)箱內(nèi)溫度(℃),R是氣體常數(shù)(為8.134 g mol-2k-1),273.15是絕對溫度(K)。

稻田中累積的溫室氣體(CH4和N2O)碳足跡由公式(3)計算得到。

(3)

式中,EC是春玉米或晚稻積累CH4和N2O的CO2排放當量(kg CO2-eq/hm2);α代表潛在影響全球變暖的系數(shù)：CH4(34)和N2O(298)[19]。Fi是CH4或N2O第i次取樣時間段排放速率(mg/m2/h);Di是第i次和第i-1次采樣之間的時間間隔(d);1440是分鐘(min)轉(zhuǎn)換為天(d)的系數(shù);1/100是mg/m2轉(zhuǎn)換為kg/hm2的系數(shù)。

1.5 農(nóng)作物碳足跡評估方法

采用單位作物產(chǎn)量碳足跡(kg CO2-eq/kg)評價法,即稻田系統(tǒng)生產(chǎn)每千克玉米或水稻所導(dǎo)致的碳排放總和,計算公式如下。

(4)

(5)

式中,CFa指單季作物(春玉米或水稻)在生長期的碳足跡(kg CO2-eq/kg籽粒產(chǎn)量);EN2O和ECH4是指將CH4和N2O累積排放量轉(zhuǎn)換成的CO2-eq(kg CO2-eq/hm2);Y指當年玉米或水稻的籽粒產(chǎn)量(kg/hm2);CFb是指玉米-晚稻或早晚-晚稻模式的碳足跡(kg CO2-eq/kg籽粒產(chǎn)量),∑Ei指春玉米-晚稻或早晚-晚稻模式所有溫室氣體排放量和(kg CO2-eq/hm2);∑Yi春玉米-晚稻或早稻-晚稻模式所有籽粒產(chǎn)量和(kg/hm2)。

1.6 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2013軟件對數(shù)據(jù)進行處理,應(yīng)用OriginPro 9.4軟件對數(shù)據(jù)進行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 兩種模式的碳排放

與早稻-晚稻模式碳排放(17848 kg CO2-eq/hm2)相比,春玉米-晚稻輪作模式降低碳排放6724 kg CO2-eq/hm2;春玉米比早稻少排放6229 kg CO2-eq/hm2;與早稻-晚稻模式中晚稻碳排放相比,春玉米-晚稻輪作模式降低了晚稻碳排放497 kg CO2-eq/hm2(表2)。

表2 早稻-晚稻連作系統(tǒng)和玉米-水稻輪作系統(tǒng)的溫室氣體排放構(gòu)成成分/(kg CO2-eq/hm2)

2.2 兩種種植模式碳足跡

早稻-晚稻連作模式的碳足跡為1.32 kg CO2-eq/kg籽粒產(chǎn)量,比春玉米-晚稻輪作模式(0.86 kg CO2-eq/kg)高0.56 kg CO2-eq/kg籽粒產(chǎn)量。春玉米的碳足跡(0.50 CO2-eq/kg籽粒產(chǎn)量)較早稻的碳足跡(1.27 CO2-eq/kg籽粒產(chǎn)量)降低0.77 CO2-eq/kg籽粒產(chǎn)量。對于兩種模式晚稻碳足跡而言,春玉米-晚稻模式降低了晚稻碳足跡0.24 CO2-eq/kg籽粒產(chǎn)量 (表3),同時該模式提高了晚稻的產(chǎn)量(14.8%)。

表3 早稻-晚稻連作系統(tǒng)和玉米-水稻輪作系統(tǒng)的碳足跡

2.3 兩種種植模式的碳足跡構(gòu)成成分

早稻-晚稻種植模式的碳足跡主要來源于CH4、氮肥使用及灌溉電力消耗的碳排放。在早稻-晚稻種植系統(tǒng)中,CH4的碳排放為9776 kg CO2-eq/hm2(54.8%),氮肥的碳排放為2871 kg CO2-eq/hm2(16.1%),灌溉電力消耗的碳排放為2849 kg CO2-eq/hm2(16.0%)。早稻和晚稻的碳足跡組成情況與早稻-晚稻模式碳足跡相似(圖1)。

春玉米-晚稻輪作模式的碳足跡主要來源CH4、氮肥和灌溉電力消耗的碳排放。在該模式中,CH4的碳排放為4442 kg CO2-eq/hm2(39.9%),氮肥的碳排放為2871 kg CO2-eq/hm2(25.81%),灌溉電力消耗的碳排放為1508 kg CO2-eq/hm2(13.6%)。晚稻的碳足跡組成情況與春玉米-晚稻模式的碳足跡相似。但是,對于春玉米而言,其碳足跡主要來源為氮肥,N2O和CH4。春玉米的氮肥碳排放為1435 CO2-eq/hm2(50.1%),N2O的碳排放為579 kg CO2-eq/hm2(20.2%),CH4的碳排放為378 CO2-eq/hm2(13.2%)(圖1)。

圖1 早稻-晚稻連作和春玉米-晚稻輪作模式的碳足跡來源Fig.1 Source of carbon footprint of early rice-late rice continuous cropping and spring maize-late rice rotation system

3 討論

本研究早稻和晚稻的碳足跡為1.14—1.38 kg CO2-eq/kg籽粒產(chǎn)量(表3),這與前人研究結(jié)果相似[15,20-21]。Xu等[17]研究表明我國長江下游地區(qū)水稻的碳足跡為1.34 kg CO2-eq/kg籽粒產(chǎn)量;Cheng等[11]利用國家統(tǒng)計數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)我國水稻的平均碳足跡為1.36 kg CO2-eq/kg籽粒產(chǎn)量。但是,本研究春玉米的碳足跡低于Cheng等[15]的研究結(jié)果,可能主要歸因于數(shù)據(jù)的來源,系統(tǒng)邊界的定義,農(nóng)業(yè)投入的排放因子以及碳足跡計算方法的差異。春玉米-晚稻水旱輪作模式較早稻-晚稻連作模式降低了0.56 kg CO2-eq/kg,這也印證本研究的假設(shè)。主要歸因于較早稻而言春玉米的溫室氣體排放較低,其中包括CH4低排放和灌溉電力的零消耗(在春玉米種植期間充足的雨水使得春玉米無需灌溉)。Cheng等[15]結(jié)果也表明玉米生產(chǎn)的碳足跡低于水稻,其認為推廣玉米種植將有利于我國農(nóng)業(yè)的低碳發(fā)展,若玉米替代水稻將每年減少100 Mt CO2-eq排放。此外,春玉米-晚稻模式提高了晚稻產(chǎn)量,比早稻-晚稻連作模式中晚稻的產(chǎn)量高14.8%?？赡艿脑蚴欠N植春玉米期間土壤好氧的條件加速了土壤碳氮循環(huán),導(dǎo)致微生物對土壤有機質(zhì)分解的速度加快,這有助于促進土壤養(yǎng)分的釋放,提高了后季稻養(yǎng)分利用率[22]。鉀素在土壤中活性和流動性較大,是影響晚稻產(chǎn)量的一個重要因素[23]。盡管春玉米季施鉀量高于早稻季,但是兩者收獲后土壤的全鉀和速效鉀含量沒有顯著性差異(P>0.05,數(shù)據(jù)沒有在文中展示),因為鉀素主要是當季利用為主[23]。然而增產(chǎn)的原因是否是干濕交替引起的稻田土壤物理化學性質(zhì)或者生物學特性的交替變化引起的,還需進一步研究。本研究結(jié)果表明早稻-晚稻模式高碳排放,比春玉米-晚稻模式高60.5%,同時早稻-晚稻模式產(chǎn)量潛力(13473 kg/hm2)比春玉米-晚稻模式(12965 kg/hm2)高4.00%。主要歸因于本研究的春玉米產(chǎn)量較低(5694 kg/hm2),原因有2個方面：1)試驗地地處南方地區(qū),玉米生長期降雨量大,土壤中的氮素容易流失,導(dǎo)致土壤中的氮素損失,從而造成產(chǎn)量低;2)本研究的玉米品種為甜糯型,在沒有完全成熟時作為鮮食玉米收獲,相對于飼料型玉米[12],春玉米果穗偏小,產(chǎn)量偏低。不過通過更換春玉米品種為飼料型和加強春玉米季排水都可以解決春玉米-晚稻產(chǎn)量潛力相對于低的問題。另外,研究顯示相對于雙季稻,春玉米-晚稻可以提高光溫資源利用率和產(chǎn)量潛力,還可以提高經(jīng)濟效益[11-12]。因此,綜上得知相對于水稻連作模式春玉米-晚稻輪作模式具有低碳排放、高資源利用率和高生產(chǎn)效益的優(yōu)勢。

與早稻-晚稻中的晚稻相比,春玉米-晚稻模式降低了晚稻CH4的排放,可能是因為春玉米的種植加速了土壤有機碳的礦化[24],導(dǎo)致了晚稻季土壤氨氮含量較高,土壤銨態(tài)氮含量過高會加速CH4的氧化[25],進而降低了稻田CH4的排放。此外,對于兩種種植模式中的水稻而言,CH4是水稻生長期間碳排放的主要成分,對總溫室氣體的貢獻率為49.2%—57.0%(圖1),這與Xue等[21]研究類似。本研究結(jié)果表明減少稻田的CH4排放對于減少水稻生產(chǎn)的碳足跡至關(guān)重要。研究表明干濕交替灌溉可以有效減少稻田CH4排放,同時也可以減少灌溉次數(shù)和灌溉用水量[26],從而減少灌溉的電力能源消耗和CH4排放。另外,與傳統(tǒng)耕作相比,免耕是可以顯著降低稻田CH4的排放[27-28],同時也可減少機械柴油的能源消耗。

春玉米-晚稻輪作模式的春玉米碳足跡清單中,氮肥引起的碳足跡所占的比重最大,超過了50%(圖1)。Cheng等[29]通過國家統(tǒng)計數(shù)據(jù)報道了氮肥施用產(chǎn)生的碳足跡占我國農(nóng)作物生產(chǎn)的碳足跡53.1%—57.3%。基于田間調(diào)研數(shù)據(jù),Yan等[30]發(fā)現(xiàn)我國氮肥引起的溫室氣體排放占作物生產(chǎn)的碳足跡44.2%—79.6%。主要歸因于氮肥生產(chǎn)和運輸過程中需要大量消耗的能源,另外,為保證作物的生產(chǎn)力往往施用大量的氮肥,從而造成氮肥引起溫室氣體排放相對量高。眾多研究[15,18,31]表明減少氮肥的施用量和提高氮肥的利用率是降低作物生產(chǎn)的碳足跡關(guān)鍵所在。然而,在我國目前家庭農(nóng)場式農(nóng)業(yè)經(jīng)營模式背景下,通過降低氮肥的施用和提高氮肥利用率來實現(xiàn)農(nóng)田系統(tǒng)的低碳足跡是一項緩慢艱巨的任務(wù)[32]。目前我國正處于工業(yè)供給側(cè)改革去產(chǎn)能的時期,而通過政府驅(qū)動政策改善氮肥的生產(chǎn)工藝,降低氮肥引起的溫室氣體排放是一項行之有效的措施。Zhang等[32]通過模擬發(fā)現(xiàn)如果氮肥生產(chǎn)采用新的工藝技術(shù)將每年減少氮肥引起的溫室氣體排放的20.0%—63.7%,相當于102—357 Tg CO2-eq。如果我國氮肥的碳排放系數(shù)(6.38 kg CO2-eq/kg N)降到美國的水平(3.87 kg CO2-eq/kg N),兩種種植模式的碳排放均將降低1130 kg CO2-eq/hm2,碳足跡降低8.38%(早稻-晚稻模式)和8.71%(春玉米-晚稻模式)。

綜上,與水稻連作相比,春玉米-晚稻輪作模式可降低農(nóng)田系統(tǒng)的碳足跡,同時可提高晚稻的產(chǎn)量,是一種具有推廣潛力的種植模式。另外,減少氮肥生產(chǎn)過程的能源消耗和在晚稻種植過程中采用間歇灌溉是降低春玉米-晚稻模式的碳足跡的關(guān)鍵策略。

本研究碳足跡評價參照PAS2050標準[16],該標準并不包括由土壤有機碳變化引起的碳排放。然而,農(nóng)田系統(tǒng)既是溫室氣體排放的源也是庫。Lu等[33]報道了我國農(nóng)田土壤碳固持量為101 Tg/a,相當于化石燃料碳排放的13.3%?？紤]到土壤碳固存可抵消部分溫室氣體排放并減少碳足跡[34],土壤碳變化是否應(yīng)該包括在糧食產(chǎn)品碳足跡的計算中需要進一步研究。研究表明相對于早晚-晚稻連作,春玉米-晚稻模式可以加速土壤碳礦化,增加碳排放[24]。如果考慮到土壤碳變化,本研究春玉米-晚稻模式的碳排放可能會升高,這或許會增加本研究的不確定性。盡管如此,本研究為稻田系統(tǒng)溫室氣體減排提供了有效的措施,為南方稻田地區(qū)推廣春玉米-晚稻模式提供了理論依據(jù)。

4 結(jié)論

(1)早稻-晚稻連作系統(tǒng)單位面積碳排放為17848 kg CO2-eq/hm2,單位產(chǎn)量的碳足跡為1.32 kg CO2-eq/kg;春玉米-晚稻輪作系統(tǒng)單位面積碳排放為11123 kg CO2-eq/hm2,單位產(chǎn)量的碳足跡為0.86 kg CO2-eq/kg。盡管春玉米-晚稻輪作模式的產(chǎn)量潛力比早稻-晚稻連作模式低3.84%,但是早稻-晚稻連作模式碳排放卻比春玉米-晚稻輪作模式高60.5%。

(2)早稻-晚稻連作系統(tǒng)糧食生產(chǎn)的碳足跡主要來自于稻田CH4的排放(54.8%);春玉米-晚稻輪作系統(tǒng)糧食生產(chǎn)的碳足跡主要來自于CH4的碳排放(39.9%)。但是,春玉米生產(chǎn)的碳足跡主要來自氮肥的生產(chǎn)和施用(50.1%)。

(3)春玉米-晚稻輪作模式是降低連作稻田高碳排放的一種農(nóng)田管理方式。