中國稻田溫室氣體的排放與減排.doc

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1、中國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【點擊上方藍色字體--關注我們！】本期專家：顏曉元顏曉元：中國科學院南京土壤研究所研究員，博士生導師。長期從事土壤碳氮循環(huán)的研究。成果被IPCC的多次評估報告和排放清單指南采用，2004年獲江蘇省科技進步一等獎，2008年獲國家自然科學二等獎、日本農(nóng)林水產(chǎn)省國際青年農(nóng)業(yè)科學家獎，2014年獲國家杰出青年科學基金資助?！袊鞘澜缟献畲蟮乃旧a(chǎn)國，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)生過程、影響因素及時空變異規(guī)律，總結了近年來我國稻田CH4和N2O排放總量的估算結果，并提出了針對性的溫室氣體減排措施。關鍵詞：稻田，溫室氣體，CH4，N2O，減排措施來源：中國科學院院刊前?言中國是世界上最大的水稻生產(chǎn)國。2009年，我國稻田面積大約為26.78百萬公頃，占我國耕地總面積的20%以上，約占世界稻田面積的30%。毫無疑問，水稻生產(chǎn)對于我國乃至世界的糧食安全具有至關重要的作

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)的重要來源,?由此引發(fā)了世界范圍內(nèi)對于稻田生態(tài)系統(tǒng)CH4和N2O?排放的研究。CH4和N2O的溫室效應要遠遠高于二氧化碳(CO2),?在一百年的尺度下，單位質(zhì)量CH4和N2O的全球增溫潛勢(globalwarmingpotential)分別是CO2?的25和298倍?！吨腥A人民共和國氣候變化第二次信息簡報》顯示，稻田CH4排放對我國整個農(nóng)業(yè)源溫室氣體排放的貢獻為24%，

4、如果再考慮稻田N2O的排放，這個數(shù)值為26%。因此，研究影響我國稻田溫室氣體排放的關鍵因素，探究溫室氣體的時空排放規(guī)律以及準確估算溫室氣體的排放總量，特別是CH4的排放，對于制定切實有效的減排措施，發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)以及預測未來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?。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)甲烷菌作用于有機肥料、根系分泌物和動植物殘體等產(chǎn)甲烷基質(zhì)的結果。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)甲烷菌對于乙酸的脫甲基作用進而產(chǎn)生CH4?(CH3COOH→CO2?+CH4)，其中CH3COOH途徑往往占主導。圖1稻田生態(tài)系統(tǒng)CH4的產(chǎn)生、氧化和傳輸過程示意圖?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的過程。研究表明超過一半的CH4在排放到大氣之前會被氧化。CH4傳輸是指稻田

6、土壤中產(chǎn)生的CH4通過植物通氣組織、氣泡以及液相擴散等形式向大氣排放的過程，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Φ咎顲H4排放產(chǎn)生影響。研究表明有機肥的施用是影響稻田CH4排放的關鍵因素。有機肥施用可以直接為產(chǎn)甲烷菌提供豐富的底物。除此之外，有機物在淹水條件下快速分解會加速土壤氧化還原電位的下降，為產(chǎn)甲烷菌的生長提供適宜的環(huán)境條件，進而促進CH4的產(chǎn)生和排放。有機肥對于稻田CH4的影響大小還取決于有機肥的種類和用量、施用方式和時間。一般而言，施用新鮮作物秸稈會顯著促

7、進CH4的排放，相比之下經(jīng)過堆制發(fā)酵以后的有機物料，例如沼渣、廄肥，由于有機肥中易分解有機質(zhì)含量降低，對稻田CH4排放的促進程度會大大降低。將作物秸稈在稻田土壤表面覆蓋會促進秸稈的好氧分解，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季施用可以顯著降低CH4的排放，其原因在于：經(jīng)過非淹水季節(jié)的好氧分解，稻草中易分解有機質(zhì)已經(jīng)基本被分解，殘余的難分解有機質(zhì)促進CH4排放的效應不大。水分管理會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)淹水期會導致土壤極端厭氧，進而

8、促進CH4的大量排放；相反，中期烤田會增加土壤通氣性，破壞土壤的還原條件從而在促進CH4氧化的同時抑制CH4產(chǎn)生。此外，非水稻生長季土壤的水分狀況也是影響稻季CH4排放量的關鍵因素。在相同的氣候條件下，冬季淹水稻田要遠遠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時立即灌水插秧，此時晚稻的排放量會迅速增加。據(jù)估算，晚稻生長