水稻在保障全球粮食安全中发挥着至关重要的作用。与此同时，稻田也是温室气体（GHG）的重要排放源，特别是甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）。已有研究表明，水稻种植产生的GHG排放量显著高于其他粮食作物，据估算，稻田贡献了全球约9%的CH4和8%的N2O排放。这两种气体的大量排放会进一步加剧气候变化。因此，深入理解这些GHG的排放机制和驱动因素，并准确评估排放水平尤为迫切。
稻田土壤中的CH4和N2O排放源于产生、转化与传输等复杂过程，这些过程受多种因素共同影响（图1）。农业管理措施（如水分管理、施肥、耕作、轮作）通过改变土壤理化性质及相关微生物活性，显著影响GHG排放；气候因子（温度、降水、大气二氧化碳浓度）同样发挥着重要作用。然而，以往的控制实验多聚焦于特定环境条件下的单一因子影响，而现实环境中往往多因子同时作用，产生复杂的互作效应，导致GHG响应呈现非线性特征。这一局限性使得目前对稻田GHG排放的认识尚不完整。因此，对不同驱动因素的综合影响及其交互作用进行全面评估至关重要。
为此，研究团队整合了1986–2024年间来自23个水稻种植国家的4073组原位CH4和N2O通量观测数据，构建了涵盖“气候因子/农业管理措施—温室气体通量”的综合数据集，并利用荟萃分析量化了关键驱动因素的影响效应。结果表明：增温与大气二氧化碳浓度升高（eCO2）均促进CH4排放，但二者对稻田净温室气体平衡（NGHGB）表现出拮抗效应。同时，农业管理措施亦显著改变排放格局，其中有机肥施用同时提升了NGHGB和温室气体强度（GHGI），而非连续淹水、作物轮作和直播稻等方式则显著降低NGHGB。此外，不同驱动因素间还存在复杂的交互作用。
研究团队进一步采用自下而上的方法，结合综合数据集估算了1961–2020年全球稻田GHG排放，结果显示排放量具有强烈的时空异质性。基于共享社会经济路径（SSPs）框架与荟萃分析获得的效应量，对未来排放情景进行预测，发现到本世纪末稻田NGHGB可能增加9%–328%，尤其是在SSP5-8.5高排放情景下，增温与eCO2将导致NGHGB快速攀升，减排压力空前。综上，研究团队提出气候智慧型稻田管理策略：因地制宜发展精准农业，将土地利用变化纳入GHG核算，并融合卫星遥感与AI平台实现实时监测。这一路径有望在保障粮食安全的同时显著降低稻田环境足迹。
近日，该研究以“Drivers and spatiotemporal patterns of greenhouse gas emissions from rice paddies: a global meta-analysis and future projections”为题发表于《Journal of Plant Ecology》上。我院周小奇教授为文章通讯作者，博士生程莉为文章第一作者，华东师范大学为论文第一完成单位。论文合作者包括生态与环境科学学院博士生许静依、肖文胜，西班牙高等科学研究委员会Josep Peñuelas教授，阿伯丁大学Pete Smith教授。该研究受到国家自然科学基金（32171635）等项目资助。
