近日，我院陈涛涛教授课题组在一区 Top 期刊 European Journal of Agronomy 上发表题为 “Straw-to-biochar shift in alternate wetting and drying paddies: Unlocking carbon sequestration and net GWP reduction synergies” 的研究论文。博士研究生于金荣为第一作者，陈涛涛教授为通讯作者。研究解析了秸秆转化为生物炭在干湿交替灌溉稻田中解锁土壤固碳与净全球增温潜势（GWP）削减协同的作用机制。

稻田是重要的温室气体排放源。干湿交替灌溉（AWD）作为一项节水技术，虽能显著降低甲烷（CH₄）排放，却会通过频繁的干湿交替提高土壤氧化还原电位和硝态氮含量，导致氧化亚氮（N₂O）排放大幅增加，形成 “CH₄降、N₂O升”的减排权衡。与此同时，秸秆直接还田虽能提升土壤有机碳，但在同时会促进CH₄扩散，其固碳效益常被增加的温室气体排放所抵消。如何在等量秸秆投入下，实现AWD稻田固碳与减排的协同，已成为稻田碳中性生产亟待突破的关键问题。

该研究依托 2021-2023 年连续三年田间定位试验，设置常规淹灌（I_CFA₀）、干湿交替灌溉（I_AWDA₀）、干湿交替灌溉+秸秆还田（I_AWDA_S）、干湿交替灌溉+等量秸秆生物炭（I_AWDA_B）4种处理，系统测定了 CH₄ 和 N₂O 排放通量、土壤有机碳（SOC）、水稻产量，并对各处理 GWP、温室气体排放强度（GHGI）、土壤固碳量、净 GWP及碳足迹进行了定量评估。结果表明，与常规淹灌相比，干湿交替灌溉降低了 CH₄ 排放和 GWP，但增加 N₂O 排放 305.9%~380.0%。与干湿交替灌溉相比，秸秆还田虽使 0~20 cm 土层土壤固碳量显著提高 9.5%、N₂O 排放降低25.8%，却导致 CH₄ 排放激增 1792.0%，GWP 和 GHGI 分别增加 937.1% 和 957.1%，净 GWP 升至 4.42 t CO₂-eq ha⁻¹，未能实现净气候效益。相较于不施加生物炭的干湿交替灌溉，等量秸秆生物炭施用后，稻田 CH₄ 和 N₂O 排放分别降低 25.0% 和 31.0%，土壤固碳量提高 37.4%；同时，与秸秆还田相比，土壤固碳量增加 25.4%，净 GWP 由 4.42 t CO₂-eq ha⁻¹逆转为 −10.56 t CO₂-eq ha⁻¹，降幅达 338.9%，GWP 和 GHGI 分别显著降低 93.2% 和 93.8%，水稻产量提高 9.6%。生命周期评估进一步表明，等量秸秆转化为生物炭后碳足迹为 −7.42 t ha⁻¹，而秸秆还田则为 17.52 t ha⁻¹，这主要是由于秸秆转化为生物炭后具有较高的土壤固碳量。

该研究证实，在干湿交替灌溉稻田中，等量秸秆投入下，秸秆转化为生物炭比直接还田表现出更优的固碳减排协同效应。生物炭通过提高土壤 pH 和氧化还原电位、增强甲烷氧化、促进 N₂O 还原为 N₂、并以其稳定芳香碳结构实现长期碳固存等多重途径，将稻田从温室气体净排放源转变为碳汇，在保障水稻产量的同时实现净GWP为负（即碳负排放），为 AWD 稻田碳中性生产提供了可操作的技术路径。研究同时指出，上述结论基于特定气候区域与土壤类型的三年蒸渗仪试验，土壤固碳量仅基于 0~20 cm 表层计算，可能低估实际影响；生物炭的长期老化效应、 CH₄ 对秸秆还田响应模式的时间变化以及土壤固碳饱和问题，仍有待 5~10 年长期田间试验进一步验证。

研究得到国家自然科学基金、辽宁省 “兴辽英才计划” 与辽宁省教育厅项目资助。（水利学院陈涛涛）

图1 秸秆与生物炭在田间施用前净碳减排的生命周期评估（LCA）系统边界

图2 秸秆和生物炭对 AWD 稻田土壤碳固存、土壤碳固存率、净全球增温潜势的影响以及秸秆和生物炭对生命周期不同阶段净碳减排的贡献率

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.eja.2026.128365

审核人：赵荣飞

编辑：于鑫