我國(guó)水稻品種更新與稻作技術(shù)改進(jìn)對(duì)碳排放的綜合影響及趨勢(shì)分析

張衛(wèi)建 張藝 鄧艾興 張俊

（1 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，北京100081；2 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，南京210014；*第一/通訊作者：zhangweijian@caas.cn）

我國(guó)是世界上最大的水稻生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，全國(guó)60%以上人口以稻米為主食，水稻持續(xù)穩(wěn)定增產(chǎn)，對(duì)國(guó)家糧食安全至關(guān)重要。為提高水稻生產(chǎn)能力，我國(guó)稻作技術(shù)經(jīng)歷了翻天覆地的變革。水稻品種也得到顯著改良，高產(chǎn)品種的應(yīng)用使得水稻單產(chǎn)相較于20 世紀(jì)60年代已提高3 倍之多，對(duì)總產(chǎn)提高的貢獻(xiàn)達(dá)50%[1]。稻田水分管理技術(shù)得到改進(jìn)，我國(guó)多熟稻作區(qū)實(shí)行的間歇灌溉，促進(jìn)了籽粒灌漿和水稻產(chǎn)量提高[2-3]。氮肥等農(nóng)用化學(xué)品投入顯著增加，也大幅度提高了水稻產(chǎn)量[4-5]。稻作制度及其區(qū)域調(diào)整也非常明顯，比如稻作北移，近50 年來(lái)北方一熟單季稻作區(qū)水稻種植面積增加了485%，而南方雙季稻作面積卻下降了48%。通過(guò)品種更新、栽培創(chuàng)新和稻作制度調(diào)整等，我國(guó)水稻單產(chǎn)從20 世紀(jì) 60 年代的 2.7 t/hm2提高到目前的 7.1 t/hm2[6]。

近50 年來(lái)我國(guó)水稻品種改良與稻作技術(shù)改進(jìn)在實(shí)現(xiàn)了水稻產(chǎn)量大幅度提高的同時(shí)，也對(duì)稻田溫室氣體排放帶來(lái)非常大的影響，一直備受國(guó)際關(guān)注。例如，高產(chǎn)水稻品種可通過(guò)改變光合產(chǎn)物分配來(lái)提高收獲指數(shù)，降低產(chǎn)甲烷菌所需的碳源，從而降低甲烷排放[7]；但也可能提高植株的生物量，并向地下輸送，從而促進(jìn)甲烷產(chǎn)生。與長(zhǎng)期淹灌相比，控水灌溉技術(shù)能有效改善水稻生長(zhǎng)期土壤的通氣狀況，促進(jìn)甲烷氧化，并抑制甲烷產(chǎn)生，但可能顯著增加氧化亞氮（N2O）排放[8]。此外，由于南方稻作區(qū)單位面積甲烷排放通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于北方稻作區(qū)，因而理論上稻作北移具有降低稻田溫室氣體排放的潛力[9]。然而，目前大多數(shù)研究側(cè)重稻作技術(shù)對(duì)產(chǎn)量或者單一技術(shù)改進(jìn)對(duì)溫室氣體排放的影響，關(guān)于水稻品種更新與稻作技術(shù)改進(jìn)對(duì)水稻產(chǎn)量和溫室氣體排放的綜合響應(yīng)研究不多。

為此，本文基于我國(guó)三大稻作系統(tǒng)（北方一熟、中部水旱兩熟以及南方雙季稻），通過(guò)品種比較、區(qū)域調(diào)研和歷史數(shù)據(jù)挖掘，綜合評(píng)價(jià)了近50 年來(lái)我國(guó)品種更新、水肥管理創(chuàng)新和稻作模式調(diào)整等對(duì)水稻產(chǎn)量和稻田溫室氣體排放的綜合效應(yīng)，為我國(guó)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域“碳達(dá)峰碳中和”行動(dòng)提供科學(xué)依據(jù)[10-11]。

1 數(shù)據(jù)收集與分析方法

1.1 水稻種植技術(shù)改進(jìn)的問(wèn)卷調(diào)研

以專家調(diào)查為主，向北方一熟稻作區(qū)、南方兩熟稻作區(qū)和多熟稻作區(qū)的19 個(gè)主要?。ㄊ校┑乃驹耘鄬＜野l(fā)放了調(diào)查問(wèn)卷。問(wèn)卷內(nèi)容主要包括兩部分：第1 部分是當(dāng)?shù)厮居砑夹g(shù)、栽插技術(shù)、灌溉技術(shù)現(xiàn)狀，包括全省（市）平均情況和5 個(gè)典型市（縣）的現(xiàn)狀；第2部分是當(dāng)?shù)貜?0 世紀(jì)60 年代至今，水稻育秧、栽插和灌溉技術(shù)的發(fā)展演變情況。

1.2 不同稻作系統(tǒng)下水稻產(chǎn)量和溫室氣體排放的Meta 分析

基于Meta-analysis 方法，搜索了發(fā)表于2015 年以前所有的關(guān)于我國(guó)水稻產(chǎn)量、稻田CH4和N2O 排放的文章。最終選取24 篇文獻(xiàn)，共150 個(gè)觀測(cè)值。文獻(xiàn)選擇的標(biāo)準(zhǔn)如下：（1）所有測(cè)定值必須是田間數(shù)據(jù)；（2）CH4和N2O 必須用靜態(tài)箱法，觀測(cè)水稻季整個(gè)生育期；（3）水稻產(chǎn)量和溫室氣體排放這兩個(gè)值必須同時(shí)觀測(cè)。本文采用兩種全球增溫潛勢(shì)指數(shù)（GWP），即基于面積和基于產(chǎn)量尺度GWP，用于評(píng)估稻作技術(shù)對(duì)溫室氣體排放和水稻產(chǎn)量的綜合效應(yīng)。

1.3 水稻品種更新的綜合效應(yīng)試驗(yàn)

關(guān)于水稻品種和水分管理對(duì)水稻產(chǎn)量和稻田CH4排放影響的數(shù)據(jù)，主要來(lái)自于前期在我國(guó)東北一熟區(qū)（沈陽(yáng)）、水旱兩熟區(qū)（鎮(zhèn)江）和雙季稻區(qū)（南昌）進(jìn)行的田間試驗(yàn)[12]。試驗(yàn)用的水稻品種分別為1960s—2000s期間三大稻區(qū)不同年代水稻主栽品種，每個(gè)稻作系統(tǒng)每個(gè)年代各選取2 個(gè)大面積推廣品種，3 次重復(fù)，小區(qū)面積4 m×4 m。在每個(gè)品種的小區(qū)中收割1 m2水稻，測(cè)定籽粒產(chǎn)量，重復(fù)3 次。溫室氣體監(jiān)測(cè)采用靜態(tài)箱法，測(cè)定頻率為每周1 次，在施追肥后或者雨后1 d 各加測(cè)1 次。

1.4 水稻生產(chǎn)的碳足跡綜合評(píng)價(jià)方法

本文基于生命周期評(píng)價(jià)方法，以我國(guó)三大稻作系統(tǒng)（北方一熟、南方水旱兩熟和雙季稻）水稻生產(chǎn)為研究對(duì)象進(jìn)行評(píng)價(jià)，重點(diǎn)評(píng)價(jià)20 世紀(jì)70 年代以來(lái)稻作技術(shù)變化對(duì)單位稻谷產(chǎn)量所有能量和物質(zhì)的投入、產(chǎn)出等各環(huán)節(jié)的碳排放的影響。本文中，生命周期范圍只包括水稻生產(chǎn)過(guò)程中生長(zhǎng)季的農(nóng)資投入及稻田溫室氣體排放，均以CO2當(dāng)量表示。對(duì)于農(nóng)資生產(chǎn)排放參數(shù)，引用本地化的生命周期數(shù)據(jù)庫(kù)——中國(guó)生命周期數(shù)據(jù)庫(kù)（CLCD）對(duì)化肥、農(nóng)藥、電力等農(nóng)資生產(chǎn)過(guò)程中的溫室氣體排放及 GWP 進(jìn)行轉(zhuǎn)化。其中，化肥、農(nóng)藥、電力、柴油、農(nóng)膜以及種子的轉(zhuǎn)換系數(shù)分別為 1.62、13.7、1.23、0.886、22.7 和 0.577。據(jù) IPCC（2007）第四次報(bào)告，采用100 年尺度全球增溫潛勢(shì)，CH4和N2O 的當(dāng)量系數(shù)分別為25 和298。

1.5 品種和稻作技術(shù)更新的綜合效應(yīng)計(jì)算方法

為了評(píng)估品種和稻作技術(shù)演變對(duì)稻田溫室氣體排放的綜合效應(yīng)，設(shè)定稻作模式不改變（C0）以及稻作模式改變（Ci）兩種情景模式。由于1960s 的水稻生產(chǎn)物質(zhì)投入數(shù)據(jù)難以獲得，本文在綜合效應(yīng)評(píng)價(jià)中，僅僅評(píng)價(jià)了 1970s—2010s。C0 情景假設(shè) 1970s—2010s 各稻作系統(tǒng)稻作模式按照原有模式發(fā)展，各年代間水稻品種、灌溉模式、稻作系統(tǒng)都沒(méi)有發(fā)生變化；而Ci 情景假設(shè)1970s—2010s 各稻作系統(tǒng)水稻品種、灌溉模式、稻作系統(tǒng)都發(fā)生變化。兩種情景模式下CH4和N2O 排放計(jì)算公式如下：

式中，TEt表示 t 時(shí)期（1970s、1980s、1990s、2000s、2010s）總排放值，CPAAti表示 i 模式（稻作系統(tǒng)，品種，或灌溉技術(shù)）在t 時(shí)期的覆蓋面積，EIti表示i 模式（稻作系統(tǒng)，品種或灌溉技術(shù)）在t 時(shí)期的CH4和N2O 排放值。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻品種與稻作技術(shù)的更新特征

過(guò)去50 年間我國(guó)稻作系統(tǒng)調(diào)整加快，水稻品種更新迅速，同時(shí)育秧方式、栽插技術(shù)、灌溉方式等主要稻作技術(shù)也發(fā)生了明顯的變化。首先，不同稻作區(qū)水稻面積發(fā)生重大調(diào)整，1960s—2000s 期間南方雙季稻作區(qū)水稻面積下降13%，而北方單季稻作區(qū)水稻面積增加230%。其次，新育成品種數(shù)量不斷增加，增長(zhǎng)速率與水稻產(chǎn)量的增速趨勢(shì)相近。20 世紀(jì)80 年代以來(lái)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部審定的水稻品種總數(shù)為2 328 個(gè)，2010 年以來(lái)已審定品種1 728 個(gè)。20 世紀(jì)80 年代平均每年審定的品種數(shù)為3 個(gè)，2000 年之后品種審定的數(shù)目迅速增加，平均每年約審定53 個(gè)，2019 年之后每年都有400 個(gè)左右。自20 世紀(jì)60 年代以來(lái)，水稻品種演變過(guò)程對(duì)生物量和產(chǎn)量的影響巨大。1970s 開始單季稻作系統(tǒng)和水旱兩熟系統(tǒng)水稻生物量顯著下降，20 世紀(jì)80 年代之后，水稻生物量又開始增加，尤其是北方單季稻作系統(tǒng)。而雙季早稻系統(tǒng)水稻的生物量變化趨勢(shì)不明顯。水稻產(chǎn)量對(duì)品種演變的響應(yīng)與生物量的表現(xiàn)并不一致，三個(gè)稻作系統(tǒng)中，產(chǎn)量都是處于上升趨勢(shì)。1960s 至2000s間，單季稻作系統(tǒng)、水旱輪作系統(tǒng)和雙季稻作系統(tǒng)早稻的產(chǎn)量分別提高了34.4%、50.3%和55.2%。

過(guò)去50 年，我國(guó)雙季稻模式經(jīng)歷了先增后降過(guò)程，目前仍處于下降趨勢(shì)，水旱兩熟則經(jīng)歷了先降后增過(guò)程，目前南方雙季稻區(qū)有向水旱兩熟發(fā)展的趨勢(shì)。北方一熟稻作模式則一直處于增長(zhǎng)趨勢(shì)，尤其是20 世紀(jì)90 年代，目前該模式已經(jīng)占全國(guó)稻作模式的三分之一左右。稻田水分管理上，在20 世紀(jì)70 年代，長(zhǎng)期淹灌占94%，到2010s 年已下降到15%，而新型控水增氧灌溉模式比例增長(zhǎng)至80%左右，是當(dāng)前水稻最主要的灌溉方式?？厮喔饶Ｊ讲粌H僅應(yīng)用于大田期，對(duì)于水稻育秧期的調(diào)查也發(fā)現(xiàn)，育秧方式由傳統(tǒng)水育秧向旱育秧和濕潤(rùn)育秧轉(zhuǎn)變，2010s 分別占育秧方式的41%和37%。21 世紀(jì)后水育秧技術(shù)比例下降至13%，工廠化育秧技術(shù)已占10%以上，這一比例還會(huì)進(jìn)一步增加。

由于勞動(dòng)力日漸短缺，水稻栽插模式的創(chuàng)新也是近年來(lái)稻作技術(shù)改革的重點(diǎn)，機(jī)械化插秧以及直播稻作逐漸取代傳統(tǒng)的人工插秧模式，且隨著機(jī)插秧技術(shù)的推廣，未來(lái)工廠化育秧方式的比例將逐漸加大。到2010s，人工拋秧比例已達(dá)20.0%，機(jī)插秧比例約30.0%，水旱直播15.0%，人工插秧已下降至30.0%。今后人工插秧比例會(huì)繼續(xù)下降到20.0%左右，機(jī)插秧比例可能會(huì)增加到50.0%以上。氮肥施用上，全國(guó)以復(fù)合肥和尿素為主，其次為碳銨。中部稻作區(qū)部分省份粳稻氮肥施用量接近350 kg/hm2，中部中秈稻和南方早、晚秈稻的氮肥施用量和肥料種類相似。1998 年以來(lái)，碳銨施用量由40.0%降低至2010s 的10.0%以下，而尿素和復(fù)合肥占施氮總量的85.0%以上，未來(lái)尿素和復(fù)合肥的施用比例還將繼續(xù)提高。

2.2 水稻品種更新對(duì)稻田溫室氣體排放的影響

依據(jù)多點(diǎn)多品種的田間試驗(yàn)結(jié)果[13]，本文綜合比較了我國(guó)三個(gè)主要稻作系統(tǒng)（北方一熟區(qū)、中部水旱兩熟和南方雙季稻）的主栽品種演變對(duì)水稻生產(chǎn)力和溫室氣體排放的關(guān)系。在1960s 至2000s 間水稻品種演變過(guò)程中，北方一熟區(qū)甲烷排放呈先升高后下降的趨勢(shì)，而水旱兩熟和雙季稻區(qū)早稻甲烷排放呈下降趨勢(shì)。單季稻作系統(tǒng)甲烷排放最高出現(xiàn)在1980s，為118 kg/hm2；而水旱兩熟和雙季稻作系統(tǒng)在1960s 最高，分別為151 kg/hm2和272 kg/hm2。近40 多年稻田甲烷排放變化的趨勢(shì)與品種演變過(guò)程中生物量與產(chǎn)量的變化沒(méi)有顯著相關(guān)性。N2O 排放對(duì)品種演變的響應(yīng)與CH4不同，稻作系統(tǒng)間N2O 的排放趨勢(shì)不一致。北方一熟區(qū)稻作系統(tǒng)N2O 排放呈降低趨勢(shì)，最高排放量出現(xiàn)在1970s，為 2.07 kg/hm2，其他兩個(gè)稻作系統(tǒng) N2O 排放受品種演變的影響較小。

以100 年尺度來(lái)看，水稻品種演變過(guò)程中CH4和N2O 排放的綜合溫室效應(yīng)的變化趨勢(shì)與CH4排放的趨勢(shì)相似。在1960s 至2000s 水稻品種演變過(guò)程中，三個(gè)稻作系統(tǒng)水稻增產(chǎn)顯著，而溫室氣體的排放基本上呈下降趨勢(shì)。因此，從產(chǎn)量尺度上來(lái)看，近50 年來(lái)，單位產(chǎn)量溫室氣體排放都呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)。品種演變以來(lái)，雙季稻作系統(tǒng)的單位產(chǎn)量GWP 由1960s 的1520 kg CO2-eq/Mg 降至 2000s 的 880 kg CO2-eq/Mg。總體而言，水稻品種演變過(guò)程中稻田溫室氣體排放呈下降趨勢(shì)，品種更替每10 年顯著降低了北方一熟稻作系統(tǒng)、水旱兩熟稻作系統(tǒng)和雙季稻作系統(tǒng)的單位面積GWP分別達(dá)2.0%、6.4%和4.4%，與1960s 相比，2000s 的品種顯著降低了31%的GWP。

2.3 稻作技術(shù)改進(jìn)對(duì)稻田溫室氣體排放的影響

采用Meta-analysis 方法，以田間水分管理、肥料施用、稻作模式等為重點(diǎn)，對(duì)至今已經(jīng)發(fā)表關(guān)于我國(guó)稻作技術(shù)演變對(duì)溫室氣體排放影響的文獻(xiàn)進(jìn)行了綜合分析。在水肥管理方面，全生育期淹水灌溉轉(zhuǎn)向間歇灌溉或濕潤(rùn)灌溉，可以顯著降低稻田CH4排放并且提高水稻產(chǎn)量。與長(zhǎng)期淹水灌溉相比，間歇灌溉技術(shù)顯著降低了62%的CH4排放，但同時(shí)顯著增加了278%的N2O排放。綜合CH4和N2O，總的單位面積GWP 顯著降低（54%）。間歇灌溉技術(shù)增加了11%的水稻產(chǎn)量，最終降低了59%的單位產(chǎn)量GWP。

施用氮肥（50~300 kg/hm2）顯著提高了10.2%的水稻產(chǎn)量，同時(shí)稍微增加了CH4和N2O 的GWP，最終顯著降低了27.0%的單位產(chǎn)量GWP。與未施肥相比，單位產(chǎn)量GWP 在施肥水平為150~200 kg/hm2時(shí)下降最為明顯，達(dá)37.0%。施用沼渣對(duì)單位產(chǎn)量GWP 沒(méi)有顯著影響，而施用堆肥和秸稈還田則分別顯著增加54.0%和154.0%的單位產(chǎn)量GWP。當(dāng)施肥水平低于200 kg/hm2時(shí)，單位產(chǎn)量GWP 沒(méi)有顯著的減排效果。

不同稻作模式下氣候、土壤、管理措施不同，水稻產(chǎn)量和溫室氣體排放差異顯著。雙季稻作系統(tǒng)CH4和N2O 排放分別為 14 331.8 和 699.0 kg CO2-eq/hm2，水旱兩熟系統(tǒng)排放分別為5 231.0 和628.9 kg CO2-eq/hm2，北方一熟稻作系統(tǒng)排放分別為1 633.8 和473.0 kg CO2-eq/hm2。三個(gè)稻作系統(tǒng)單位面積和單位產(chǎn)量GWP表現(xiàn)出一致的趨勢(shì)，即單季稻作系統(tǒng)<水旱輪作系統(tǒng)<雙季稻作系統(tǒng)。與單季稻作系統(tǒng)相比，其他兩個(gè)稻作系統(tǒng)的單位面積GWP 顯著提高，而各系統(tǒng)水稻面積GWP 沒(méi)有顯著差異。因此，雙季稻作系統(tǒng)的單位產(chǎn)量GWP 表現(xiàn)最高（1 188.9 kg CO2-eq/Mg），其次為水旱輪作系統(tǒng)（777.0 kg CO2-eq/Mg），最低為單季稻作系統(tǒng)（346.7 kg CO2-eq/Mg）。綜合來(lái)看，1970s—2010s 稻作系統(tǒng)調(diào)整使得我國(guó)溫室氣體排放降低7.0%。

2.4 水稻品種與稻作技術(shù)更新的綜合影響

以基于生命周期的碳足跡評(píng)價(jià)方法，對(duì)我國(guó)水稻生產(chǎn)的物質(zhì)投入、品種更新與稻作技術(shù)改進(jìn)的綜合效應(yīng)進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示，1970s—2010s 我國(guó)水稻生產(chǎn)的碳足跡，由于大量投入農(nóng)用化學(xué)品，在空間尺度上以每10 年405.2 kg CO2-eq/hm2的趨勢(shì)上升，而基于產(chǎn)量尺度的水稻生產(chǎn)碳足跡則以每10 年40.3 kg CO2-eq/Mg 的速率趨勢(shì)降低。綜合測(cè)算下，近50 年來(lái)水稻生產(chǎn)過(guò)程物質(zhì)投入所產(chǎn)生的間接碳排放增加了115.0%，而水稻生育期稻田的直接溫室氣體折算的碳排放降低了28.0%，從水稻整個(gè)生命周期來(lái)看，空間尺度上水稻生產(chǎn)碳足跡增加了12.0%。相同時(shí)間內(nèi)，水稻產(chǎn)量增加了37.0%，因此，基于產(chǎn)量尺度的水稻生產(chǎn)的碳足跡呈顯著下降趨勢(shì)。從水稻生產(chǎn)的碳排放的組成來(lái)看，物質(zhì)投入碳排放所占比重逐年增大，由1970s 的28.2%增加至2010s 的54.1%；相對(duì)的，溫室氣體排放所占比重則逐漸減少，從1970s 的69.7%降低至2010s 的45.6%。氮肥占物質(zhì)投入的69.0%左右，氮肥用量增加是物質(zhì)投入產(chǎn)生的間接碳排放增加的主要原因。相對(duì)而言，稻作技術(shù)的變化，比如品種更新、育秧方式、灌溉方式的創(chuàng)新，則減少了水稻生產(chǎn)中溫室氣體的直接碳排放，增產(chǎn)減排協(xié)同。盡管單位面積的碳排放增加了，但由于水稻產(chǎn)量的顯著提升，單位產(chǎn)量的碳排放下降了18.1%，是一個(gè)增產(chǎn)減排的協(xié)同歷程。

3 我國(guó)稻作系統(tǒng)碳排放情景分析及減排潛力與技術(shù)展望

綜合品種更新和稻作技術(shù)發(fā)展，在1970s—2010s間，我國(guó)水稻生產(chǎn)的碳足跡呈現(xiàn)不斷下降的趨勢(shì)，而水稻產(chǎn)量增加的程度遠(yuǎn)大于碳排放總量的增加，因此，降低了了水稻生產(chǎn)的碳足跡。從水稻生產(chǎn)過(guò)程中碳排放的組成來(lái)看，物質(zhì)投入碳排放所占比重逐年增大，而溫室氣體排放所占比重則逐漸減少。可見(jiàn)，氮肥等農(nóng)用化學(xué)品投入量的不斷增大是物質(zhì)投入碳排放增加的主要原因。稻作技術(shù)的變化，比如育秧方式、灌溉方式的創(chuàng)新，減少了水稻生育期溫室氣體的排放，從而降低了1970s 以來(lái)我國(guó)水稻生產(chǎn)的碳足跡。如果按照基線發(fā)展趨勢(shì)，預(yù)計(jì)到2030 年我國(guó)水稻生產(chǎn)的碳足跡將會(huì)繼續(xù)增大，而品種、育秧方式、灌溉和施肥技術(shù)等增產(chǎn)減排相協(xié)調(diào)的稻作新技術(shù)的應(yīng)用，可以在增加水稻產(chǎn)量的情況下，降低單位產(chǎn)量的直接排放強(qiáng)度。我國(guó)已經(jīng)向全球承諾，2030 年之前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060 年之前實(shí)現(xiàn)碳中和。作為碳排放大戶，水稻生產(chǎn)也可以助力國(guó)家碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)[11]?；谖覈?guó)稻作技術(shù)演變及其對(duì)溫室氣體排放的影響，用生命周期評(píng)價(jià)方法，對(duì)我國(guó)2030年稻田溫室氣體排放以及減排潛力進(jìn)行情景分析如下。

水稻生產(chǎn)的第一目標(biāo)是保障糧食安全，因此，所有情景均設(shè)計(jì)在2010 年至2030 年水稻產(chǎn)量以每年0.8%的速率增長(zhǎng)的背景下[14]。在此前提下，以高產(chǎn)低排放的水稻品種、旱育秧、間歇灌溉、氮肥施用（150~200 kg/hm2）、稻作系統(tǒng)面積調(diào)整等為主要技術(shù)內(nèi)容，設(shè)計(jì)5種稻作情景模式（S0~S4）。S0：最保守的排放情景，即假設(shè)到2030 年，水稻品種、旱育秧技術(shù)、間歇灌溉和水稻種植面積保持與2010 年一致，化肥投入以每年0.8%的速率增加；S1：假定旱育秧技術(shù)在雙季稻作區(qū)和水旱兩熟區(qū)以每年3%的速率增長(zhǎng)，而間歇灌溉覆蓋率在水旱兩熟區(qū)和北方一熟稻作區(qū)以每年0.5%的速率增長(zhǎng)，并假設(shè)2030 年水旱兩熟區(qū)水稻面積保持穩(wěn)定，北方一熟稻作區(qū)的面積以每年3.5%的速率增長(zhǎng)，而雙季稻作區(qū)的面積以每年0.8%的速率減少，水稻品種和化肥投入保持穩(wěn)定；S2：假設(shè)水稻品種更新，單位面積溫室氣體排放將以每年1.0%的速率降低，其他稻作技術(shù)、化肥投入和水稻種植面積保持穩(wěn)定；S3：假設(shè)水稻品種更新，單位面積溫室氣體排放將以每年1%的速率降低，旱育秧和間歇灌溉技術(shù)的增長(zhǎng)率同S2，化肥投入保持穩(wěn)定；S4：假設(shè)品種、育秧和灌溉技術(shù)的變化同S3，同時(shí)化肥投入每年減少1.0%，以期達(dá)到最高的減排稻作情景。

不同稻作技術(shù)情景下，2030s 水稻生產(chǎn)的碳排放差異顯著。若稻作技術(shù)不及時(shí)調(diào)整，即在2010s 的S0 情景下，水稻生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放將會(huì)繼續(xù)增加，碳排放總量將比最優(yōu)情景下（S4）高53.6 Tg CO2-eq。比較S0~S4 這5 種稻作情景下水稻生產(chǎn)的碳排放總量可以發(fā)現(xiàn)，單從某一技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)對(duì)碳排放的減排潛力不大，必須綜合水稻品種、灌溉方式、化肥減量以及稻作系統(tǒng)調(diào)整，進(jìn)行多方面協(xié)調(diào)，才能獲得較大的碳減排潛力。在品種與稻作技術(shù)綜合提升下，與2010s 相比，2030s的碳排放將可以下降17%以上。在水稻品種改良的基礎(chǔ)上，構(gòu)建增產(chǎn)減排協(xié)同的稻作新技術(shù)和氮肥減量技術(shù)是未來(lái)高產(chǎn)低碳稻作的必然方向。在秸稈大量還田的水稻耕作栽培層面，重點(diǎn)在于增氧耕作和前期控水栽培，促進(jìn)甲烷氧化。在農(nóng)用化學(xué)物質(zhì)投入上，加強(qiáng)新型增氧肥料研制，以及氮肥增效減量技術(shù)及其土壤培肥配套技術(shù)創(chuàng)新，也將利于我國(guó)高產(chǎn)低碳排放稻作發(fā)展[15]。

氣候變化下水稻產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的根本途徑是：主動(dòng)適應(yīng)、積極減緩。首先是要增強(qiáng)稻作系統(tǒng)對(duì)氣候變化的韌性，以確保水稻產(chǎn)量與品質(zhì)及農(nóng)民收入的同步穩(wěn)定提升，主動(dòng)適應(yīng)氣候變化；其次，要進(jìn)行水稻品種和技術(shù)的更新，以及新型農(nóng)業(yè)化學(xué)品及其高效施用技術(shù)的研發(fā)，明顯降低水稻產(chǎn)業(yè)鏈的碳排放，減緩氣候變化。在整個(gè)稻作區(qū)整個(gè)農(nóng)業(yè)農(nóng)村系統(tǒng)層面，可以從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與農(nóng)村生活的整體出發(fā)，構(gòu)建低碳農(nóng)業(yè)和零碳村鎮(zhèn)技術(shù)與政策體系，保障國(guó)家糧食及農(nóng)產(chǎn)品有效供給的同時(shí)，助力國(guó)家2030 年前碳達(dá)峰和2060 年前碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。