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来稿：赵杰；编辑：王上
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原名：Optimizing tillage regimes in rice-rapeseed rotation system to enhance crop yield and environmental sustainability
译名：优化稻-油轮作系统耕作制度以提高作物产量和环境可持续性
期刊：Field Crops Research
2023年影响因子：5.6
5年影响因子：6.1
在线发表时间：2024.10.10
第一作者：王春云
通讯作者：赵杰 副教授 zhaojie@mail.hzau.edu.cn
第一单位：华中农业大学植物科学技术学院/农业农村部长江中游作物生理生态与耕作重点实验室
文章亮点
油菜季适度深耕水稻季免耕显著提高稻-油轮作系统的作物产量和产量稳定性。
优化耕作制度显著降低两季作物的温室气体排放。
优化耕作制度显著降低稻-油轮作系统周年碳足迹。
优化耕作制度显著提高稻-油轮作系统净能量、能量利用效率和能量生产力。
优化耕作制度显著提高稻-油轮作系统净生态经济效益。
提高农业生态系统的生产力和减少温室气体排放对于确保粮食安全和减缓全球变暖至关重要。然而，频繁的浅耕制约了中国水-旱轮作系统的作物生产力和资源利用率，导致温室气体排放高，生态经济效益低。发展适宜的耕作制度，使系统生产力与环境友好相协调，对于促进水-旱轮作系统的绿色可持续发展至关重要。然而，以往的研究往往只关注单季作物或单一耕作方式的碳足迹和温室气体减排效应，免耕和适度深耕联合施用对水-旱轮作系统温室气体排放和生态系统碳足迹的潜在影响尚不清楚。利用水-旱轮作系统的土壤碳固存与温室气体排放具有明显的季节特征来设计适宜的耕作制度，为中国乃至全球水-旱轮作系统的固碳减排提供理论基础与技术支撑。
本研究依托2017 - 2022年的长期定位试验，采用生命周期评价方法，以长江流域典型的水-旱轮作系统（稻-油轮作）为研究对象。探究了三种耕作制度：油菜季和水稻季均浅耕（ST/ST）、油菜季浅耕水稻季免耕（ST/NT）和油菜季适度深耕水稻季免耕（MT/NT）下的系统生产力、温室气体排放、碳足迹、能量收支和净生态经济效益。阐明优化耕作制度实现水-旱轮作系统的系统生产力与环境友好相协调的作用机制。
图1三种耕作方法示意图。
ST/ST：油菜季和水稻季均浅耕；ST/NT：油菜季浅耕水稻季免耕；MT/NT：油菜季适度深耕水稻季免耕
研究发现，与传统耕作制度ST/ST相比，MT/NT处理显著提高了油菜产量（+ 21.8%）和水稻产量（+ 2.7%），提高了产量稳定性，并且油菜与水稻的产量增辐随着处理年份的增加而增加。
MT/NT显著降低了稻-油轮作系统的温室气体排放，油菜季CH4和N2O分别减少19.7%和17.9%，水稻季CH4和N2O分别减少31.3%和8.8%，周年温室气体排放量减少25.0%。因此，油菜季和水稻季的碳足迹分别下降11.7%和27.7%，周年碳足迹下降23.1%。
与ST/ST相比，MT/NT显著降低了周年能量投入和生产投入，分别降低7.9%和6.2%，而周年净能量、能量利用效率和能量生产力分别提高17.4%、24.5%和16.9%。最终，使得MT/NT的净生态经济效益相较于ST/ST显著增加24.4%。
图2 耕作方式对作物产量(a)、产量稳定性(b)和产量增幅(c)的影响。
图3 耕作方式对油菜和水稻季CH4 (a)和N2O (b)排放通量及累积排放量(c、d)的影响
图4 耕作方式对油菜季和水稻季碳足迹(a)、产量规模碳足迹(b)、能量规模碳足迹(c)和净生态经济效益规模碳足迹(d)的影响。
图5 耕作方式对能量输出(a)、净能量(b)、能量利用效率(EUE)(c)和能量生产力(EP) (d)的影响。
图6 耕作方式对生产投入(a)和净生态经济效益(NEEB)的影响(b)。
图7 油菜季(a)、水稻季(b)和周年(c)净生态经济效益(NEEB)与能量利用效率(EUE)的关系
本研究的发现凸显了适度耕作作为一种清洁、可持续的水稻-旱地轮作生产技术的潜力，在中国及其他地区的农业绿色生产中具有广阔的应用前景。
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378429024003678
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