稻漁綜合種養(yǎng)模式固碳減排研究進(jìn)展及展望

摘要：稻漁綜合種養(yǎng)模式是一種利用稻田淺水環(huán)境，綜合水稻種植與水產(chǎn)動(dòng)物養(yǎng)殖的生態(tài)農(nóng)業(yè)模式。水產(chǎn)動(dòng)物的引入是否影響稻田土壤碳庫和溫室氣體排放值得關(guān)注。本文通過分析國內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)，稻漁綜合種養(yǎng)模式對(duì)土壤固碳呈現(xiàn)正效應(yīng)，這可能與秸稈還田、殘餌和排泄物累積有關(guān)?？偟膩碚f，稻漁綜合種養(yǎng)模式下N2O排放受到抑制，而CH4排放有增有減，這可能與前人研究中的試驗(yàn)自然條件、水分管理措施、種養(yǎng)措施等的差異有關(guān)。為提升稻漁綜合種養(yǎng)模式的固碳減排效應(yīng)，未來應(yīng)在開展土壤碳庫和溫室氣體排放長期定位及內(nèi)在機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化水稻和水產(chǎn)動(dòng)物配比、優(yōu)化秸稈還田方式、精確水分管理、精確餌料投喂，集成稻漁綜合種養(yǎng)模式固碳減排技術(shù)。

關(guān)鍵詞：稻漁綜合種養(yǎng)模式；水稻；水產(chǎn)動(dòng)物；土壤固碳；溫室氣體減排

中圖分類號(hào)：X511；S181" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2024）23-0022-08

王" 艷，馬林杰，張誠信，等. 稻漁綜合種養(yǎng)模式固碳減排研究進(jìn)展及展望［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2024，52（23）：22-29.

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2024.23.003

收稿日期：2023-11-28

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（編號(hào)：32101303）；長三角鄉(xiāng)村發(fā)展研究院項(xiàng)目［編號(hào)：ZX（23）1317］；江蘇現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)項(xiàng)目（編號(hào)：JATS［2022］278）；江蘇里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所基金［編號(hào)：SJ（22）104］。

作者簡介：王" 艷（1979—），女，江蘇高郵人，助理研究員，主要從事稻漁綜合種養(yǎng)生態(tài)效應(yīng)研究。E-mail：52602128@qq.com。

通信作者：馬林杰，博士，助理研究員，主要從事生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)生態(tài)效應(yīng)研究。E-mail：20212411@jaas.ac.cn。

溫室效應(yīng)引起的氣候變化給人類社會(huì)發(fā)展帶來巨大挑戰(zhàn)，為實(shí)現(xiàn)碳減排，我國提出力爭于2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，于2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的發(fā)展目標(biāo)。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是碳排放的一個(gè)重要來源，其CH4和N2O排放量分別占全球排放總量的52%和84%［1］。由于稻田的淹水環(huán)境和氮肥的大量施用，水稻生產(chǎn)成為農(nóng)業(yè)源CH4和N2O排放的重要貢獻(xiàn)者［2］，其中稻田CH4排放量占全球農(nóng)業(yè)源CH4排放總量的12%［3-4］。我國水稻栽培面積達(dá)3.1×107 hm2，位列世界第二［5］。因此，水稻生產(chǎn)的固碳減排對(duì)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)意義重大。

當(dāng)前，我國農(nóng)業(yè)正面臨人均耕地面積減少、資源與環(huán)境約束加劇、保證糧食安全和農(nóng)民增收難度越來越大等難題。2015年以來，隨著農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的不斷深入，種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的升級(jí)勢在必行。政府積極倡導(dǎo)種養(yǎng)結(jié)合，水稻種植結(jié)合水產(chǎn)品養(yǎng)殖的“稻漁綜合種養(yǎng)”模式應(yīng)運(yùn)而生。稻漁綜合種養(yǎng)模式是一種利用稻田淺水環(huán)境，以水稻種植為中心，稻田養(yǎng)殖水產(chǎn)動(dòng)物為特點(diǎn)的生態(tài)農(nóng)業(yè)模式［6］。近年來，稻漁綜合種養(yǎng)模式發(fā)展迅速，形成了以稻蝦為主，輔以稻魚、稻蟹、稻鱉、稻鰍、稻蛙、稻螺等的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀。稻漁綜合種養(yǎng)模式實(shí)現(xiàn)了水稻與水產(chǎn)動(dòng)物共生，有效提高了農(nóng)田資源利用率和產(chǎn)出效益，對(duì)實(shí)現(xiàn)水稻綠色低碳生產(chǎn)具有重要意義［7-8］。

但常規(guī)稻田轉(zhuǎn)變?yōu)榈緷O綜合種養(yǎng)模式后，稻田生態(tài)系統(tǒng)的物種組成、水體環(huán)境和物質(zhì)循環(huán)利用發(fā)生改變，這可能會(huì)影響稻田土壤碳庫和溫室氣體排放。因此，本文針對(duì)國內(nèi)外研究中稻漁綜合種養(yǎng)模式的土壤有機(jī)碳和溫室氣體排放變化進(jìn)行分析，討論可能的內(nèi)在機(jī)制，并提出可行的固碳減排技術(shù)路徑，旨在為稻漁綜合種養(yǎng)模式的固碳減排研究提供借鑒。

1 "稻漁綜合種養(yǎng)模式的發(fā)展現(xiàn)狀

稻漁綜合種養(yǎng)模式的主要生產(chǎn)區(qū)域在亞洲，其中我國生產(chǎn)面積最大，其次是印度、孟加拉、馬來西亞、日本等國家［9］。近年來，由于受到政策支持，稻漁綜合種養(yǎng)模式發(fā)展迅速，涌現(xiàn)出稻蝦、稻魚、稻蟹、稻鱉、稻鰍、稻蛙、稻螺等多種綜合種養(yǎng)模式［10-11］。截至2022年，我國稻漁綜合種養(yǎng)模式生產(chǎn)面積達(dá)2.86×106 hm2，水稻和水產(chǎn)品產(chǎn)量分別達(dá) 2.15×107 t 和3.87×106 t。湖北省、安徽省、湖南省、四川省和江蘇省的生產(chǎn)面積占據(jù)前5位，均超出2×105 hm2，5省生產(chǎn)面積總和占全國總生產(chǎn)面積的66.6%。目前我國稻漁綜合種養(yǎng)模式的主要模式是稻蝦、稻魚和稻蟹，種養(yǎng)面積總和達(dá)2.74×106 hm2，占綜合種養(yǎng)模式的95.7%［11］。

2022年10月，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)稻漁綜合種養(yǎng)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》，稻漁綜合種養(yǎng)產(chǎn)業(yè)開始由數(shù)量增長型向質(zhì)量效益型轉(zhuǎn)變，逐步進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展新階段。稻漁綜合種養(yǎng)模式能夠?qū)崿F(xiàn)一水兩用、一田雙收，在不增加農(nóng)田使用面積的前提下，既能維持水稻穩(wěn)產(chǎn)又能收獲水產(chǎn)動(dòng)物，同時(shí)提高了農(nóng)田的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益［7，12］。在稻漁綜合種養(yǎng)模式下，水稻能夠?yàn)樗a(chǎn)動(dòng)物提供庇護(hù)場所和食物來源，而水產(chǎn)動(dòng)物能夠通過取食抑制水稻害蟲和雜草的發(fā)生，其殘餌和排泄物可為水稻提供養(yǎng)分，因此可通過兩者資源互補(bǔ)實(shí)現(xiàn)化肥農(nóng)藥減施，具有降低水稻生產(chǎn)帶來的環(huán)境污染和碳排放的潛力［13-14］。

2" 稻漁綜合種養(yǎng)模式的土壤固碳效應(yīng)與機(jī)制

2.1" 土壤固碳效應(yīng)

土壤是僅次于海洋的第二大碳庫，含碳總量約為2.3×1012 t［15］。土壤碳匯是農(nóng)業(yè)固碳的主要方式，對(duì)緩解全球變暖具有重要的調(diào)控作用［16-17］。土壤有機(jī)碳含量與土壤養(yǎng)分供應(yīng)密切相關(guān)，是反映土壤肥力的核心指標(biāo)，穩(wěn)定或提高土壤有機(jī)碳含量對(duì)耕地質(zhì)量提升意義重大。研究發(fā)現(xiàn)，稻田土壤的有機(jī)碳累積普遍存在，具有較強(qiáng)的固碳潛力［18］。常規(guī)稻田轉(zhuǎn)變?yōu)榈緷O綜合種養(yǎng)模式后，田間水分管理發(fā)生較大變化，加上水產(chǎn)動(dòng)物的引入和餌料的投喂，勢必會(huì)對(duì)土壤有機(jī)碳含量產(chǎn)生重要影響。

研究發(fā)現(xiàn)，稻漁綜合種養(yǎng)模式下蝦、魚、蟹等水產(chǎn)動(dòng)物的殘餌及排泄物能夠增加土壤有機(jī)碳含量，提升土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力，促進(jìn)水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)［7，19-21］。Guo等通過研究稻蝦、稻魚、稻蟹、稻鱉綜合種養(yǎng)模式對(duì)土壤有機(jī)碳的影響發(fā)現(xiàn)，與水稻單作系統(tǒng)相比，這些種養(yǎng)模式的土壤有機(jī)碳含量均有所提高，且土壤有機(jī)碳提高幅度會(huì)隨種養(yǎng)年限的延長而變大，其中以稻蝦和稻魚綜合種養(yǎng)模式尤為顯著［22］。Yuan等通過對(duì)3種不同年限（1～2年、4～6年和≥10年）的76份稻蝦綜合種養(yǎng)模式土壤樣品進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著種養(yǎng)年限的延長，土壤有機(jī)碳含量逐漸增加，其中年限≥10年的土壤有機(jī)碳含量較常規(guī)水稻單作模式顯著提高41.3%；土壤微生物量碳的含量和有機(jī)碳呈現(xiàn)相似的變化趨勢，年限≥10年的土壤微生物量碳含量較常規(guī)水稻單作顯著提高82.2%［23］。Si等通過研究稻蝦綜合種養(yǎng)模式不同土層的有機(jī)碳含量變化發(fā)現(xiàn)，稻蝦綜合種養(yǎng)模式持續(xù)10年后，0～10、10～20、20～30、30～40 cm 土層有機(jī)碳含量分別較常規(guī)水稻單作提高33.5%、22.6%、36.7%、31.6%［24］。呂廣動(dòng)等研究發(fā)現(xiàn)，稻魚綜合種養(yǎng)模式能夠提高土壤有機(jī)碳含量，進(jìn)而提升土壤肥力，促進(jìn)水稻增產(chǎn)［25］。周榆淇等研究發(fā)現(xiàn)，在稻魚綜合種養(yǎng)模式持續(xù)1年和2年后，土壤有機(jī)碳含量均有所提高，分別較常規(guī)水稻單作提高14.3%和27.4%［26］。通過對(duì)稻蟹綜合種養(yǎng)模式的長期（13年）定位研究，陳曉云等發(fā)現(xiàn)與常規(guī)水稻單作模式相比土壤有機(jī)碳含量顯著提高了11.4%，土壤微生物量碳含量顯著提高了128%，其中在最初3年內(nèi)變化明顯，而在后續(xù)10年保持相對(duì)穩(wěn)定［21］。肖力婷等通過研究稻鱉綜合種養(yǎng)模式下土壤有機(jī)碳含量變化發(fā)現(xiàn)，稻鱉綜合種養(yǎng)3年后土壤有機(jī)碳含量較常規(guī)水稻單作模式顯著提高17.8%［27］，楊飛翔等對(duì)稻鱉綜合種養(yǎng)模式進(jìn)行研究也得到相似結(jié)果［28］。綜上所述，稻漁綜合種養(yǎng)模式促進(jìn)稻田土壤固碳的效果在前人的研究中得到一致認(rèn)同，但土壤固碳效應(yīng)可能因種養(yǎng)模式、種養(yǎng)年限、土層深度而異。

2.2" 土壤固碳機(jī)制

土壤有機(jī)碳的積累主要取決于外源有機(jī)碳輸入和土壤原有有機(jī)碳礦化間的平衡。因此，土壤碳庫存的增加主要通過碳輸入的增加和碳損失的減少來實(shí)現(xiàn)。農(nóng)田土壤有機(jī)碳周轉(zhuǎn)受氣候條件、土壤類型、耕作制度及田間管理方式等影響，是一個(gè)較為復(fù)雜的過程［29］。秸稈還田、綠肥種植、免耕/少耕、有機(jī)肥施用等是目前我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上主要推廣應(yīng)用的土壤固碳措施［30］。

前人研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田促進(jìn)農(nóng)田土壤固碳的潛力巨大，能夠增加耕層土壤12%的碳儲(chǔ)量［31-32］。秸稈還田也是稻漁綜合種養(yǎng)模式下一種常見的農(nóng)田管理措施，水稻秸稈還田后增加了土壤外源有機(jī)碳輸入。李威等研究發(fā)現(xiàn)，稻蝦綜合種養(yǎng)模式下，4 500 kg/hm2 的水稻秸稈還田顯著提高了稻田土壤有機(jī)碳含量［33］。朱秀秀等研究發(fā)現(xiàn)，稻蝦綜合種養(yǎng)模式下秸稈還田較不還田顯著提高了土壤大團(tuán)聚體有機(jī)碳含量，增強(qiáng)了土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性，促進(jìn)了有機(jī)碳的固定和積累［34］。畜禽糞便有機(jī)肥還田也能夠顯著增加農(nóng)田耕層土壤有機(jī)碳含量，促進(jìn)土壤固碳［35］。稻漁綜合種養(yǎng)模式下水產(chǎn)動(dòng)物未利用的餌料，以及取食餌料、雜草、浮游動(dòng)植物排泄的糞便也可充當(dāng)有機(jī)肥，在土壤中長期累積可能會(huì)增加土壤有機(jī)碳含量，促進(jìn)土壤固碳［7，21］。 另外，稻漁綜合種養(yǎng)模式下水產(chǎn)動(dòng)物的取食、掘穴等活動(dòng)會(huì)擾動(dòng)土壤，改良土壤孔隙結(jié)構(gòu)，促進(jìn)土壤團(tuán)聚體形成、增強(qiáng)有機(jī)碳穩(wěn)定性，進(jìn)而利于土壤碳固存［34，36-37］。

2.3" 土壤固碳途徑

盡管稻漁綜合種養(yǎng)模式具有多種土壤固碳機(jī)制，但其土壤固碳效應(yīng)在現(xiàn)有生產(chǎn)管理措施下仍有提升空間。一方面可通過優(yōu)化秸稈還田方式，進(jìn)一步提高土壤固碳效應(yīng)。秸稈深翻還田、炭化還田均能夠較常規(guī)還田方式進(jìn)一步促進(jìn)土壤固碳［38-42］，其中提高還田深度增加土壤有機(jī)碳含量的原因主要是能夠減緩秸稈腐解速度，使秸稈碳轉(zhuǎn)化為土壤有機(jī)碳的比例增加［39］；秸稈炭化還田能夠提高土壤有機(jī)碳含量主要是因?yàn)樯锾拷Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高，不易被微生物腐解，從而提高土壤穩(wěn)定態(tài)有機(jī)碳含量［43-44］。另一方面可適當(dāng)栽植水草，改善水產(chǎn)動(dòng)物生存環(huán)境，促進(jìn)其排泄物向有機(jī)碳轉(zhuǎn)化，且水草植株也能夠充當(dāng)綠肥增加土壤外源碳投入［45-47］。因此，在稻漁綜合種養(yǎng)模式下通過利用水稻和水產(chǎn)動(dòng)物對(duì)土壤碳庫的作用機(jī)制，集成相應(yīng)的土壤固碳技術(shù)，是未來利用稻漁綜合種養(yǎng)模式促進(jìn)土壤固碳的研究方向。

3" 稻漁綜合種養(yǎng)模式的溫室氣體排放效應(yīng)與機(jī)制

3.1" 溫室氣體排放效應(yīng)

關(guān)于稻漁綜合種養(yǎng)模式對(duì)溫室氣體排放的影響存在大量研究，但主要集中在稻魚綜合種養(yǎng)模式上，而對(duì)稻蝦、稻蟹、稻鱉、稻蛙等綜合種養(yǎng)模式的研究相對(duì)薄弱，且研究年限較短（1～2年）?？傮w而言，前人研究認(rèn)為，稻漁綜合種養(yǎng)模式對(duì)稻田N2O排放具有抑制作用，在稻蝦［48-49］、稻魚［50-51］、稻蟹［52-53］ 綜合種養(yǎng)模式下均有報(bào)道。葉佩等通過研究江漢平原不同稻作模式的溫室氣體排放效應(yīng)發(fā)現(xiàn)，稻蝦綜合種養(yǎng)模式較早稻模式N2O排放量顯著降低81%［49］。Datta等在不同水稻品種下研究稻魚綜合種養(yǎng)模式的溫室氣體排放效應(yīng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，稻魚綜合種養(yǎng)模式的N2O排放量較水稻單作模式平均降低32.8%［51］。張怡彬等研究發(fā)現(xiàn)，稻蟹綜合種養(yǎng)模式的N2O排放量與持續(xù)淹水水稻單作模式和曬田水稻單作模式相比分別降低23.9%和16.7%［52］。

稻漁綜合種養(yǎng)模式的CH4排放在前人研究中存在較大爭議［54］，增加或減少CH4排放的報(bào)道均存在于稻蝦［49，55-56］、稻魚［57-60］、稻蟹［52-53，61］綜合種養(yǎng)模式中。在稻蝦綜合種養(yǎng)模式下，Sun等認(rèn)為與常規(guī)水稻單作模式相比，小龍蝦的田間活動(dòng)對(duì)CH4排放具有抑制作用［55］，而葉佩等認(rèn)為，持續(xù)淹水加上餌料投喂促進(jìn)了CH4排放［49］。Frei等研究認(rèn)為，魚的引入為CH4排放營造有利條件，不同稻魚綜合種養(yǎng)模式較常規(guī)水稻單作模式CH4排放量平均增加71.7%［57-58］。但稻魚綜合種養(yǎng)模式的CH4排放量在展茗等研究中較常規(guī)水稻單作模式降低6.4%［59］，在袁偉玲等的研究中較常規(guī)水稻單作模式降低13.1%～25.7%［62］。Wang等研究發(fā)現(xiàn)，稻蟹綜合種養(yǎng)模式較常規(guī)水稻單作模式平均增加的CH4排放量達(dá)29.2%～36.8%［53］。而Hu等的研究得到相反的結(jié)果，認(rèn)為稻蟹綜合種養(yǎng)模式的CH4排放量較常規(guī)水稻單作模式顯著降低了38.7%［61］。

稻漁綜合種養(yǎng)模式（稻蝦、稻魚、稻蟹等）的溫室氣體排放效應(yīng)在前人研究中呈現(xiàn)出不同甚至相反的研究結(jié)論，這可能與前人研究中氣候條件、土壤類型等自然條件以及種養(yǎng)年限、水分管理、水稻品種和種植密度、肥料種類和施肥量、水產(chǎn)動(dòng)物品種和養(yǎng)殖密度、餌料種類和投餌量等田間管理措施存在差異有關(guān)。

3.2" 溫室氣體排放機(jī)制

稻漁綜合種養(yǎng)模式為水產(chǎn)動(dòng)物（蝦、魚、蟹、鱉等）營造良好的生長環(huán)境，其水稻季田面較常規(guī)水稻種植淺水或干濕交替的水分管理模式的淹水更深、淹水期更長［20，51，53，63-64］，且水稻秸稈還田、水產(chǎn)動(dòng)物餌料投喂及排泄物累積等均會(huì)改變土壤理化性質(zhì)［24，55，65］，進(jìn)而影響與溫室氣體排放相關(guān)的微生物活性［66］。

稻田N2O排放主要來源于土壤硝化微生物主導(dǎo)的硝化作用和反硝化微生物主導(dǎo)的反硝化作用，且與土壤溫度、氧氣條件及無機(jī)氮含量密切相關(guān)［67-68］。稻漁綜合種養(yǎng)模式下土壤厭氧環(huán)境的加劇，會(huì)降低土壤氨氧化細(xì)菌和古菌的活性，進(jìn)而抑制土壤硝化作用產(chǎn)生N2O［69-70］。這可能是稻漁綜合種養(yǎng)模式降低稻田N2O排放量的一個(gè)重要原因。另外，稻漁綜合種養(yǎng)模式的土壤厭氧環(huán)境會(huì)促進(jìn)土壤反硝化過程中的亞硝酸還原細(xì)菌產(chǎn)生N2O，但同樣提高活性的氧化亞氮還原細(xì)菌會(huì)將產(chǎn)生的N2O還原為N2，進(jìn)而抑制反硝化作用中N2O的排放［71-72］。這可能是稻漁綜合種養(yǎng)模式降低稻田N2O排放的另一個(gè)重要原因。除此之外，田面淹水深、淹水期長的水分管理方式會(huì)直接抑制N2O從土壤向空氣擴(kuò)散，進(jìn)而降低稻漁綜合種養(yǎng)模式的稻田N2O排放量。

稻田CH4排放受到產(chǎn)甲烷菌和甲烷氧化菌的共同調(diào)控，其中產(chǎn)甲烷菌能夠在厭氧環(huán)境下分解含碳有機(jī)物產(chǎn)生CH4，而產(chǎn)生的CH4又能夠在有氧環(huán)境下被甲烷氧化菌氧化成CO2［73-75］。主張稻漁綜合種養(yǎng)模式促進(jìn)稻田CH4排放的研究者認(rèn)為，稻漁綜合種養(yǎng)模式下田面淹水深、淹水期長的水分管理方式會(huì)加劇土壤厭氧［76-78］，加上水產(chǎn)動(dòng)物的生理代謝活動(dòng)會(huì)消耗水體溶解氧，在土-水界面營造嚴(yán)重厭氧環(huán)境［57-58］，進(jìn)而使得土壤氧化還原電位降低，促進(jìn)產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生CH4［79-81］。據(jù)估計(jì)，有66%以上的CH4在排向大氣之前在土壤根際和土-水界面被氧化［82］。但稻漁綜合種養(yǎng)模式較強(qiáng)的土壤厭氧環(huán)境會(huì)抑制甲烷氧化菌的代謝活動(dòng)，減少此途徑下的CH4氧化量。另外，秸稈還田、水產(chǎn)動(dòng)物殘餌及排泄物會(huì)增加土壤易礦化有機(jī)碳含量［24，55］，這為產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生CH4提供了充足的底物來源［57-58］。前人研究表明可能有33%～88%的CH4以氣相形式儲(chǔ)存在土壤中［83］。土壤中的CH4向大氣排放的方式主要是分子擴(kuò)散、氣泡和水稻通氣組織［66］。一般來說，土壤中的CH4向大氣擴(kuò)散是一個(gè)緩慢的釋放過程，但水產(chǎn)動(dòng)物通過取食、掘穴等活動(dòng)會(huì)擾動(dòng)土壤，這可能會(huì)促進(jìn)土壤閉蓄態(tài)CH4向大氣釋放，進(jìn)而增加稻漁綜合種養(yǎng)模式稻田的CH4排放量［57-58］。而主張稻漁綜合種養(yǎng)模式抑制稻田CH4排放的研究者則認(rèn)為，水產(chǎn)動(dòng)物的生命活動(dòng)改善了土壤的通氣性，促進(jìn)了土壤-水體-大氣間的氣體交換，因此抑制產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生CH4，促進(jìn)甲烷氧化菌對(duì)CH4的氧化［55，59，62］。另外，也有研究認(rèn)為水產(chǎn)動(dòng)物能夠通過取食抑制田間雜草生長，進(jìn)而抑制CH4通過植物通氣組織向空氣中排放［7，61］。

綜合前人研究不難看出，稻漁綜合種養(yǎng)模式下的水分管理、水產(chǎn)動(dòng)物餌料投喂和排泄物能夠通過影響土壤理化性質(zhì)來改變與溫室氣體排放相關(guān)的微生物活性，水產(chǎn)動(dòng)物活動(dòng)能夠通過調(diào)控溫室氣體排放的生物或非生物途徑的通暢程度來影響溫室氣體排放，但前人研究對(duì)此解釋不一，有待進(jìn)一步深入研究。

3.3" 溫室氣體減排途徑

縱觀前人研究，在稻漁綜合種養(yǎng)模式的N2O排放上基本保持減排效應(yīng)，而在CH4的排放上卻存在較大爭議。因此，未來研究要以優(yōu)化稻漁綜合種養(yǎng)模式的生產(chǎn)管理措施實(shí)現(xiàn)CH4減排為主攻方向。

在稻漁綜合種養(yǎng)模式中，水稻和水產(chǎn)動(dòng)物均能夠影響CH4排放。研究發(fā)現(xiàn)，種植不同形態(tài)學(xué)和生物學(xué)特性的水稻品種，稻田的CH4排放上存在一定程度差異［84-85］。相同水稻品種在不同種植密度下也會(huì)對(duì)稻田CH4排放產(chǎn)生不同的影響［86-87］。這主要是因?yàn)樗靖捣置谖锸峭寥喇a(chǎn)甲烷菌的碳源之一，水稻通氣組織可為土壤甲烷氧化菌傳輸O2，而不同水稻品種和種植密度的群體根系分泌物和通氣組織存在差異，最終影響稻田CH4排放。另外，水產(chǎn)動(dòng)物不同品種和養(yǎng)殖密度也會(huì)對(duì)稻漁綜合種養(yǎng)模式的稻田CH4排放產(chǎn)生不同影響［70，88］。這主要是因?yàn)椴煌a(chǎn)動(dòng)物的生態(tài)位不同，有水體底層、中層和上層之分，其中底棲水產(chǎn)動(dòng)物對(duì)土壤的擾動(dòng)程度較大，可能會(huì)促進(jìn)CH4從土壤直接擴(kuò)散［70］。養(yǎng)殖密度直接影響水產(chǎn)動(dòng)物排泄物的多少和土-水界面環(huán)境的厭氧程度，過高的養(yǎng)殖密度會(huì)導(dǎo)致水產(chǎn)動(dòng)物排泄物過多，土-水界面環(huán)境的厭氧程度加劇，可能利于產(chǎn)生甲烷菌的代謝活動(dòng)。因此，優(yōu)化水稻和水產(chǎn)動(dòng)物的品種組合與種養(yǎng)密度搭配，可以成為稻漁綜合種養(yǎng)模式溫室氣體減排的一個(gè)重要途徑。

秸稈還田是稻漁綜合種養(yǎng)模式常見的田間管理措施，但也是誘發(fā)CH4排放量增加的一個(gè)重要因素［55-56，89］。秸稈可在高溫、低氧環(huán)境下裂解成具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高、孔隙結(jié)構(gòu)良好、表面積大、吸附性強(qiáng)、堿性較強(qiáng)等特點(diǎn)的生物炭［90-92］。近年來，生物炭還田被認(rèn)為是一種能夠?qū)崿F(xiàn)作物增產(chǎn)、土壤固碳、溫室氣體減排的潛在途徑［43］。在常規(guī)水稻種植模式下，前人研究報(bào)道，生物炭還田能夠抑制CH4排放［93-94］，這主要是因?yàn)樯锾繎{借其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高的特點(diǎn)不易被微生物腐解，憑借其孔隙較多、堿性較強(qiáng)的特點(diǎn)能夠增強(qiáng)土壤通氣性和提高土壤pH值［43］，進(jìn)而抑制土壤產(chǎn)甲烷菌活性和提高甲烷氧化菌活性［95-96］。因此，秸稈炭化還田或許是稻漁綜合種養(yǎng)模式減緩CH4排放的另一個(gè)重要途徑。

稻漁綜合種養(yǎng)模式淹水深、淹水期長導(dǎo)致的土壤厭氧環(huán)境是CH4排放量增加的主要原因之一［53，57-58］。目前，針對(duì)稻漁綜合種養(yǎng)模式水分管理的研究較為薄弱，適宜的淹水深度與時(shí)長還不明確，導(dǎo)致生產(chǎn)上水分管理較為粗放，不利于CH4減排。因此，如何在滿足水產(chǎn)動(dòng)物生長的同時(shí)適當(dāng)降低淹水深度和淹水時(shí)長，集成一套精確水分管理技術(shù)來減緩CH4排放仍有待研究。水產(chǎn)動(dòng)物餌料的投入是維持稻漁綜合種養(yǎng)模式水產(chǎn)品產(chǎn)出的重要措施，但餌料利用率低的問題普遍存在。殘餌一方面會(huì)通過提高土壤易礦化的含碳有機(jī)物含量，為產(chǎn)甲烷菌提供底物，另一方面會(huì)被微生物好氧腐解，加劇土壤厭氧環(huán)境，這都會(huì)利于土壤CH4的產(chǎn)生［55，97-98］。在稻漁綜合種養(yǎng)模式下如何提高餌料利用率，集成一套精確餌料投喂技術(shù)來減緩?fù)寥绤捬醐h(huán)境和減少產(chǎn)甲烷菌底物來源，最終實(shí)現(xiàn)CH4減排，也值得進(jìn)一步探討。

4" 展望

本文通過綜述國內(nèi)外關(guān)于稻漁綜合種養(yǎng)模式影響土壤有機(jī)碳和溫室氣體排放的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，稻漁綜合種養(yǎng)模式在土壤固碳上呈現(xiàn)正效應(yīng)，但土壤固碳的內(nèi)在機(jī)制仍不清晰。除此之外，試驗(yàn)的自然條件和田間管理措施差異導(dǎo)致稻漁綜合種養(yǎng)模式的溫室氣體（主要是CH4）排放效應(yīng)和排放機(jī)制眾說紛紜，有待進(jìn)一步深入研究。因此，為實(shí)現(xiàn)稻漁綜合種養(yǎng)模式的土壤固碳和溫室氣體減排，未來研究應(yīng)從以下幾點(diǎn)入手。

4.1" 開展稻漁綜合種養(yǎng)模式長期定位研究

目前，大多數(shù)關(guān)于稻漁綜合種養(yǎng)模式影響土壤有機(jī)碳和溫室氣體排放的研究年限相對(duì)較短，通常為1～2年，試驗(yàn)地點(diǎn)相對(duì)較少，通常為1個(gè)地點(diǎn)，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果很容易受到自然條件（溫度、降水、土壤等）的影響。因此，需針對(duì)特定的稻漁綜合種養(yǎng)模式，在統(tǒng)一生產(chǎn)管理方式的基礎(chǔ)上于不同地域內(nèi)長期定位監(jiān)測土壤碳庫和溫室氣體排放變化，從更長的時(shí)間長度和更大的空間尺度上明確稻漁綜合種養(yǎng)模式的土壤固碳和溫室氣體排放效應(yīng)。

4.2" 深入研究稻漁綜合種養(yǎng)模式土壤固碳和溫室氣體排放機(jī)制

現(xiàn)有研究對(duì)稻漁綜合種養(yǎng)模式影響土壤有機(jī)碳和溫室氣體排放的機(jī)制，主要是依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和管理措施進(jìn)行推斷得出，研究不夠深入，導(dǎo)致揭示的機(jī)制存在不確定性。稻漁綜合種養(yǎng)模式較常規(guī)水稻單作模式更為復(fù)雜，影響土壤有機(jī)碳和溫室氣體排放的因素更多，除水稻、土壤、微生物外，還受到水產(chǎn)動(dòng)物的影響。因此，可通過對(duì)餌料、秸稈等碳投入品進(jìn)行同位素示蹤，研究其中碳元素在水稻、水產(chǎn)動(dòng)物、土壤有機(jī)碳、溫室氣體等之間的周轉(zhuǎn)與分配，揭示稻漁綜合種養(yǎng)模式土壤固碳與溫室氣體排放的機(jī)制。

4.3" 探討稻漁綜合種養(yǎng)模式土壤固碳和溫室氣體減排的技術(shù)路徑

目前仍缺乏稻漁綜合種養(yǎng)模式土壤固碳和溫室氣體減排途徑研究，導(dǎo)致生產(chǎn)上沒有適用的稻漁綜合種養(yǎng)模式固碳減排技術(shù)。通過研究不同水稻和水產(chǎn)動(dòng)物的品種和種養(yǎng)密度、不同水稻秸稈還田方式和還田量、不同稻田淹水深度和淹水時(shí)長以及不同水產(chǎn)動(dòng)物餌料投喂方式和投喂量對(duì)稻漁種養(yǎng)模式土壤有機(jī)碳和溫室氣體排放的影響，可使水稻和水產(chǎn)動(dòng)物的群體配比、水稻秸稈還田、水分管理、水產(chǎn)動(dòng)物餌料投喂得到優(yōu)化。最終，通過整合適宜的水稻和水產(chǎn)動(dòng)物群體配比、合理的秸稈還田方式、精確的水分管理方式、精確的餌料投喂方式，可集成稻漁綜合種養(yǎng)模式固碳減排技術(shù)，實(shí)現(xiàn)稻漁綜合種養(yǎng)模式固碳減排。

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