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1、中國(guó)稻田溫室氣體的排放與減排2016-02-23?顏曉元?夏龍龍?農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)【點(diǎn)擊上方藍(lán)色字體--關(guān)注我們！】本期專家：顏曉元顏曉元：中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所研究員，博士生導(dǎo)師。長(zhǎng)期從事土壤碳氮循環(huán)的研究。成果被IPCC的多次評(píng)估報(bào)告和排放清單指南采用，2004年獲江蘇省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，2008年獲國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)、日本農(nóng)林水產(chǎn)省國(guó)際青年農(nóng)業(yè)科學(xué)家獎(jiǎng)，2014年獲國(guó)家杰出青年科學(xué)基金資助。——————摘要中國(guó)是世界上最大的水稻生產(chǎn)國(guó)，水稻種植面積占全球總種植面積的30%。水稻生產(chǎn)在糧食安全方面
2、起著重要的作用，稻田卻是溫室氣體甲烷(CH4)和氧化亞氮(N2O)的重要排放源。本文綜述了稻田CH4和N2O的產(chǎn)生過(guò)程、影響因素及時(shí)空變異規(guī)律，總結(jié)了近年來(lái)我國(guó)稻田CH4和N2O排放總量的估算結(jié)果，并提出了針對(duì)性的溫室氣體減排措施。關(guān)鍵詞：稻田，溫室氣體，CH4，N2O，減排措施來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院院刊前?言中國(guó)是世界上最大的水稻生產(chǎn)國(guó)。2009年，我國(guó)稻田面積大約為26.78百萬(wàn)公頃，占我國(guó)耕地總面積的20%以上，約占世界稻田面積的30%。毫無(wú)疑問(wèn)，水稻生產(chǎn)對(duì)于我國(guó)乃至世界的糧食安全具有至關(guān)重要的作
3、用。然而，水稻的種植也產(chǎn)生了大量的溫室氣體。20世紀(jì)80年代，研究發(fā)現(xiàn)稻田生態(tài)系統(tǒng)是大氣溫室氣體甲烷(CH4)和氧化亞氮(N2O)的重要來(lái)源,?由此引發(fā)了世界范圍內(nèi)對(duì)于稻田生態(tài)系統(tǒng)CH4和N2O?排放的研究。CH4和N2O的溫室效應(yīng)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于二氧化碳(CO2),?在一百年的尺度下，單位質(zhì)量CH4和N2O的全球增溫潛勢(shì)(globalwarmingpotential)分別是CO2?的25和298倍?！吨腥A人民共和國(guó)氣候變化第二次信息簡(jiǎn)報(bào)》顯示，稻田CH4排放對(duì)我國(guó)整個(gè)農(nóng)業(yè)源溫室氣體排放的貢獻(xiàn)為24%，
4、如果再考慮稻田N2O的排放，這個(gè)數(shù)值為26%。因此，研究影響我國(guó)稻田溫室氣體排放的關(guān)鍵因素，探究溫室氣體的時(shí)空排放規(guī)律以及準(zhǔn)確估算溫室氣體的排放總量，特別是CH4的排放，對(duì)于制定切實(shí)有效的減排措施，發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)以及預(yù)測(cè)未來(lái)氣候變化的影響具有重要的意義。?????1--?稻田CH4的排放及影響因素?稻田CH4排放是CH4產(chǎn)生、氧化和傳輸?shù)膬粜?yīng)。其中，稻田CH4的產(chǎn)生是在淹水形成的極端厭氧條件下土壤中產(chǎn)甲烷菌作用于有機(jī)肥料、根系分泌物和動(dòng)植物殘?bào)w等產(chǎn)甲烷基質(zhì)的結(jié)果。淹水土壤CH4的產(chǎn)生主要有2條途徑
5、（圖1）（1）產(chǎn)甲烷菌利用H2或者有機(jī)分子作為H的供體還原CO2?形成CH4?(4H2?+CO2→2H2O+CH4)，（2）產(chǎn)甲烷菌對(duì)于乙酸的脫甲基作用進(jìn)而產(chǎn)生CH4?(CH3COOH→CO2?+CH4)，其中CH3COOH途徑往往占主導(dǎo)。圖1稻田生態(tài)系統(tǒng)CH4的產(chǎn)生、氧化和傳輸過(guò)程示意圖?CH4氧化指在氧化層區(qū)域（水稻根系分泌O2形成的氧化層區(qū)域或者水土界面的氧化層區(qū)域），在甲烷氧化菌的作用下將CH4轉(zhuǎn)化為CO2和H2O的過(guò)程。研究表明超過(guò)一半的CH4在排放到大氣之前會(huì)被氧化。CH4傳輸是指稻田
6、土壤中產(chǎn)生的CH4通過(guò)植物通氣組織、氣泡以及液相擴(kuò)散等形式向大氣排放的過(guò)程，其中以水稻通氣組織輸送為主。影響CH4產(chǎn)生、氧化以及傳輸?shù)囊蛩鼐鶗?huì)對(duì)稻田CH4排放產(chǎn)生影響。研究表明有機(jī)肥的施用是影響稻田CH4排放的關(guān)鍵因素。有機(jī)肥施用可以直接為產(chǎn)甲烷菌提供豐富的底物。除此之外，有機(jī)物在淹水條件下快速分解會(huì)加速土壤氧化還原電位的下降，為產(chǎn)甲烷菌的生長(zhǎng)提供適宜的環(huán)境條件，進(jìn)而促進(jìn)CH4的產(chǎn)生和排放。有機(jī)肥對(duì)于稻田CH4的影響大小還取決于有機(jī)肥的種類和用量、施用方式和時(shí)間。一般而言，施用新鮮作物秸稈會(huì)顯著促
7、進(jìn)CH4的排放，相比之下經(jīng)過(guò)堆制發(fā)酵以后的有機(jī)物料，例如沼渣、廄肥，由于有機(jī)肥中易分解有機(jī)質(zhì)含量降低，對(duì)稻田CH4排放的促進(jìn)程度會(huì)大大降低。將作物秸稈在稻田土壤表面覆蓋會(huì)促進(jìn)秸稈的好氧分解，從而使其CH4排放量低于秸稈與土壤混合施用方式。作物秸稈在非水稻生長(zhǎng)季施用可以顯著降低CH4的排放，其原因在于：經(jīng)過(guò)非淹水季節(jié)的好氧分解，稻草中易分解有機(jī)質(zhì)已經(jīng)基本被分解，殘余的難分解有機(jī)質(zhì)促進(jìn)CH4排放的效應(yīng)不大。水分管理會(huì)影響土壤的氧化還原狀況從而影響稻田CH4的排放。水稻持續(xù)淹水期會(huì)導(dǎo)致土壤極端厭氧，進(jìn)而
8、促進(jìn)CH4的大量排放；相反，中期烤田會(huì)增加土壤通氣性，破壞土壤的還原條件從而在促進(jìn)CH4氧化的同時(shí)抑制CH4產(chǎn)生。此外，非水稻生長(zhǎng)季土壤的水分狀況也是影響稻季CH4排放量的關(guān)鍵因素。在相同的氣候條件下，冬季淹水稻田要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于冬季排水的稻田的CH4排放量。冬季土壤水分含量越高，后續(xù)稻季CH4排放量就越高。在我國(guó)湖南省等雙季稻種植區(qū)，早稻的上一季通常是旱地作物或者休耕，稻田CH4排放量較小。晚稻一般在早稻收獲后土壤仍然處于濕潤(rùn)時(shí)立即灌水插秧，此時(shí)晚稻的排放量會(huì)迅速增加。據(jù)估算，晚稻生長(zhǎng)
