中国农业源温室气体排放与减排技术对策

农业是重要的温室气体排放源。该文通过对文献资料和大量研究结果进行分析,得出中国农业活动产生的甲烷和氧化亚氮分别占全国甲烷和氧化亚氮排放量的50.15%和92.47%,农业源占全国温室气体排放总量的17%;通过改善反刍动物营养可降低单个肉牛甲烷排放15%～30%;推广稻田间歇灌溉可减少单位面积稻田甲烷排放30%;一个户用沼气每年最大可减少温室气体2.0～4.1 t二氧化碳当量;推行缓释肥、长效肥料可减少单位面积农田氧化亚氮50%～70%。该文建议尽快开展减排技术示范,对减排技术的适应性和经济性进行评价。     

稻田种养结合循环农业温室气体排放的调控与机制

水稻在我国粮食作物种植中占据主导地位,在保障粮食安全、关系国计民生方面有着重要的作用。稻田是温室气体甲烷(CH_4)和氧化亚氮(N_2O)的重要排放源。因此,控制稻田温室气体排放对缓解全球温室效应具有重要作用。近年来,稻田种养结合循环农业在我国发展迅速,具有稳产增效、绿色发展的重要功效,同时显著影响了稻田温室气体排放特征以及全球增温潜势(global warming potential,GWP)。稻鸭共作、稻田养小龙虾、稻鱼共作、稻田养蟹、稻田养鳖等稻田种养结合循环农业模式,由于稻田养殖生物在稻田生态系统中添加生态位、延长食物链的增环作用,通过其持续运动、觅食活动等,不同程度地影响稻田温室气体的排放量和GWP,总体呈现出减缓温室效应的趋势。本文概述了稻田种养结合循环农业的CH_4和N_2O的排放特征及水分管理和施肥措施的影响效应,探讨了稻田种养结合循环农业的减排途径,并分析了稻田种养结合循环农业温室气体减排的研究前景,以期为我国稻田种养结合循环农业的健康发展和稻田生态系统减排增效提供参考。     

稻田甲烷排放的研究进展

稻田是甲烷的重要排放源之一。文章对稻田甲烷的最新研究进展作了较为详尽的综述，包括稻田甲烷和的机理，规律；重点分析了影响稻田甲烷排放的因素以及控制稻甲烷排放的措施。最后指出了今后的研究重点应以现有的田间数据为基础，建立稻田温室气体排放的综合模型，预测稻田温室气体排放变化。     

Meta分析生物质炭对中国主粮作物痕量温室气体排放的影响

该文采用Meta分析方法定量分析生物质炭输入对中国主粮作物痕量温室气体的影响,研究可为农田痕量温室气体减排提供有效的途径.结果表明相对于不施加生物质炭,生物质炭输入对甲烷吸收/排放并无显著影响,而甲烷排放在不同耕作和施氮情况下发生显著变化.旋耕和不施氮情况下施加生物质炭分别显著提高稻田甲烷排放达30%和46%,而在翻耕和施氮的情况下施加生物质炭可减少稻田甲烷排放达9%和10%.生物质炭输入分别可显著减少主粮作物氧化亚氮、全球增温潜势(global warming potential,GWP)及温室气体排放强度(greenhouse gas intensity,GHGI)达41%、18%及25%.不同土地利用类型、耕作类型、生物质炭施用量及生物质炭类型均可显著影响农田氧化亚氮、GWP和GWPI.合理的管理主粮作物生物质输入可为减少温室气体排放做出贡献,建议生物质炭与施氮和翻耕2种农作措施相结合,施加小于10 t/hm2及碳氮比(C/N)低于80的生物质炭,以利于主粮作物综合温室效应的减排.     

耕作方式和稻草还田对双季稻田CH_4和N_2O排放的影响

稻田温室气体(甲烷和氧化亚氮)排放强度受多种田间管理的影响,以往对各种措施间的交互效应研究较少。为此,该研究利用改进的静态箱-气相色谱法进行了连续4个生长季的湖南典型双季稻田温室气体排放强度观测,旨在分析耕作和稻草还田2种措施的交互效应并探寻多措施联合减缓温室气体排放强度的途径。试验设4个处理:翻耕(CWS,conventional tillage without straw residue)、免耕(NWS,no till without straw residue)、免耕高茬还田(HN,no till with high stubble straw residue)和翻耕高茬还田(HC,conventional tillage with high stubble straw residue)。结果表明,耕作和稻草还田2种措施对稻田甲烷排放有显著的交互效应(P0.05),但对氧化亚氮交互效应不显著。2种措施对稻田温室气体排放强度的影响有明显的季节和年际变异。多生长季平均而言,各处理甲烷排放顺序为HCHNCWSNWS(HC显著高于HN,HN和CWS差异不显著),水稻产量顺序为CWSHNHCNWS(HN和CWS差异不显著),而温室气体排放强度(greenhouse gas intensity)顺序为HCCWSHNNWS(HN显著低于HC和CWS,P0.05)。可见,"免耕高茬还田"模式能抵消翻耕处理的高温室气体排放,并能比NWS处理提高水稻产量,显著减缓双季稻田温室气体排放强度。在保护性耕作和农田碳库提升的需求下,该模式应被予以高度重视。该研究可为中国双季稻主产区温室气体排放强度减缓措施的选择提供科学支撑。     

施用生物炭对双季稻田综合温室效应和温室气体排放强度的影响

为探究在南方双季稻区施用生物炭对稻田综合温室效应和温室气体排放强度的影响,本研究以常规稻中嘉早17(早稻)和杂交稻五优308(晚稻)为试验材料,设置不施生物炭(CK)和施生物炭(20t·hm-2)2个处理,采用静态箱-气相色谱法连续2年监测稻田温室气体排放,并分析施用生物炭对双季稻田甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)排放量、综合温室效应(GWP)、双季水稻累积总产量和单位产量的温室气体排放强度(GHGI)的影响。结果表明,与对照相比,施用生物炭显著降低了早晚稻甲烷累积排放通量,但对氧化亚氮累积排放通量无显著影响。试验进行2年后,施用生物炭显著降低2周期稻田的甲烷累积排放总量(26.9%)。在100年时间尺度上,施用生物炭显著降低2周期稻田综合温室效应(26.9%)和温室气体排放强度(30.3%);施用生物炭显著增加双季稻田土壤有机质含量,且在试验第2年显著提高了早晚稻的产量。综上,施用生物炭可以协同实现水稻丰产和稻田固碳减排。本研究为南方双季稻区水稻丰产和稻田土壤固碳减排提供了理论依据。     

水肥管理对稻田CH4排放及其全球增温潜势影响的评估

甲烷(CH_4)是主要温室气体之一,对全球增温的作用仅次于二氧化碳(CO_2)。稻田是CH_4的重要排放源,减少稻田CH_4排放对减缓气候变暖具有直接效应。为此,掌握稻田CH_4排放的规律和特征对控制和减少稻田CH_4排放尤为重要。为了解稻田温室气体排放的主要影响因子及影响程度,估算稻田温室气体全球增温潜势,寻求农田减排措施,我们通过收集已发表的文献建立了稻田CH_4排放的数据库,采用析因分析与回归分析方法对稻田CH_4日排放量和全球增温潜势特征和可能的影响因子进行了分析。结果表明,稻田CH_4日排放量和增温潜势均随土壤有机质背景含量的升高而增加,不同类型稻田CH_4日排放量大小依次为:双季稻晚稻双季稻早稻单季稻稻麦轮作晚稻;晚稻田CH_4的增温潜势大于早稻田。不同肥料处理条件下,稻田CH_4日排放量表现为:秸秆还田配施有机肥化学氮肥≈生物炭。控制灌溉水量可降低稻田CH_4的综合增温潜势,表现为:持续淹水晒田干湿交替控制灌溉。研究结果说明,稻田CH_4的产生与排放过程受土壤有机质含量、肥料管理和水分管理以及轮作制度等多种因素的共同影响,应依据不同土壤条件和种植制度,适当调整肥水管理,以减少稻田温室气体排放,降低其增温潜势。     

免耕条件下稻草还田方式对温室气体排放强度的影响

为探讨免耕条件下的稻草高茬和覆盖还田对双季稻田温室气体排放强度(GHGI)的影响,该研究利用静态箱-气相色谱法,对免耕稻草不还田(NWS)、免耕高茬还田(HN)和免耕覆盖还田(SN)3处理稻田GHGI进行了连续2a的观测。结果表明,在各处理水稻产量差异不显著时,双季稻田的GHGI主要由温室气体排放量决定;在稻草用量相同的情况下,2种稻草还田方式均增加了稻田的GHGI,且高茬还田的增加幅度大于覆盖还田,说明高茬还田增强了温室气体通过水稻体内通气组织传输的能力。在20和100a尺度上,甲烷的GHGI均远大于氧化亚氮,在20a尺度上,早稻各处理甲烷的GHGI平均为N2O的109倍,晚稻为14倍,而在100a尺度上,这个倍数有所下降,分别只有35倍和3.77倍,可见,减少甲烷排放是减缓稻田温室气体排放强度的首要目标。在等稻草量的前提下,相比留高茬还田,覆盖还田能有效控制稻田GHGI。该研究可为中国华中地区双季稻田碳增汇和温室气体减排研究提供参考。     

农田土壤温室气体排放机理与影响因素研究进展

根据近几年国内外相关文献，对农田土壤中二氧化碳，甲烷与氧化亚氮排放相关机理及影响因子进行了归纳，并介绍了动物废弃物施用于农田土壤所导致的温室气体排放的变化情况，同时还对一些与土壤温室气体排放影响因素有关的定量模拟方程进行了介绍。     

畜牧业温室气体排放影响因素及其减排研究

全球变暖是人类共同关注的话题,其中仅由畜牧业引起的温室气体排放量占全球总排放量的18%,成为导致全球变暖的主要因素之一,因而对畜牧业温室气体排放机制及其影响因子的研究具有十分重要的意义。本文对动物肠道甲烷排放、动物粪便管理系统甲烷及氧化亚氮排放研究进展进行了综述,并在分析不同方法估算我国畜牧业温室气体排放量的基础上,针对各排放因子提出了相应的减排措施。     

北京地区畜禽温室气体排放的时空变化分析

运用IPCC估算农业温室气体排放指南, 对1978-2009年期间畜禽存栏统计数据进行分析, 研究北京地区畜禽养殖温室气体排放的时空分布。结果表明, 北京地区畜禽温室气体排放自20世纪90年代初逐步增长, 到2004年达到顶峰, 之后有所回落。在3类排放的温室气体中, 牲畜肠道发酵产生的甲烷比重最大, 年平均排放量为0.4 Tg CO2-eq, 排放贡献最大的是牛, 占肠道发酵甲烷排放总量的54%; 牲畜粪便排放的甲烷平均值为0.2 Tg CO2-eq, 牲畜粪便排放的氧化亚氮平均值为0.3 Tg CO2-eq, 畜禽粪便管理排放的甲烷和氧化亚氮主要来自猪的排放, 其贡献率分别为73%和46%。从1978-2009年北京畜禽温室气体排放CR4指数(产业集中度指数)逐步增高可以看出, 北京市畜禽产业集约化水平不断提高, 其中顺义、大兴、密云和通州是北京畜禽温室气体排放的主要区域。同时, 对历年畜禽温室气体排放进行了线形回归预测, 结果显示, 北京地区的畜禽温室气体排放仍呈递增走势。结合北京地区畜禽产业温室气体排放的特点与存在问题, 笔者认为应尽快提出适合畜牧业可持续发展的温室气体减排策略及减排目标, 开展温室气体减排技术研发, 从而推进畜禽产业的可持续发展。     

中国畜禽温室气体排放量估算

为探明中国畜禽温室气体排放量及其趋势,该研究在政府间气候变化专家委员会（IPCC,2006）最新公布的畜禽温室气体排放系数和计算方法的基础上,结合中国畜牧业发展实际,估算了全国2000－2007年和各省区2007年畜禽温室气体的排放量。结果表明,全国年平均排放甲烷总量1 002.7万t,氧化亚氮总量57.7万t;2000－2007年期间全国畜禽温室气体排放量总体呈下降的趋势,黄牛甲烷排放量最大,生猪氧化亚氮排放量最大;各省区畜禽温室气体排放量呈现区域集中特点,居前2位的是四川省和河南省。要减少中国畜禽温室     

影响稻田甲烷形成和排放的因子及控制技术的研究进展

在全球变暖的研究中,对甲烷等温室气体的研究越来越引人注目,因为它对全球变暖的贡献居第2位(占15%).稻田是最大的农业甲烷排放源之一.本文综述了近十几年来世界稻田甲烷排放因子研究的最新进展,包括甲烷菌的主要生态要求,土壤环境条件(温度、水分、氧化还原电位等),施肥的效果,品种的差异以及耕作措施等.由此可以得出:在加强排放监测的同时,开发一些实用控制技术是可能的.     

不同有机肥对稻田温室气体排放及产量的影响

为研究有机肥施入稻田对温室气体排放的影响,设置猪粪、鸡粪和稻草分别与化肥混施处理,利用静态箱法-气相色谱仪监测稻田甲烷(CH_4)和氧化亚氮(N_2O)排放通量并进行分析。研究结果表明,化肥处理(CF)CH_4季节排放为202.1、279.9和332.5 kg/hm~2,与猪粪(PM)无显性差异,明显低于鸡粪(CM)和稻草(RS)处理;CF处理N_2O排放总量最高,与有机肥处理无显著性差异;CH_4季节排放通量与土壤Eh值呈极显著负相关关系,与土壤温度呈极显著正相关关系;肥料中不同活性有机碳质量分数为18.4~114.5 g/kg,肥料中被167 mmol/L高锰酸钾氧化的有机碳(ROC167)与稻田CH_4排放总量呈显著正相关关系(相关系数为0.872,P0.05);施有机肥第三年水稻平均产量比CF处理增加14.3%(P0.05);不同有机肥中,以PM处理的增温潜势和温室气体排放强度最小,与不施肥和CF处理无显著性差异,猪粪的ROC167含量低,能较好的协调环境与产量之间关系,是值得推荐的有机肥种类。     

水稻植株特性对稻田甲烷排放的影响及其机制的研究进展

水稻是我国最主要的口粮作物,稻田是重要温室气体甲烷的主要排放源之一。水稻植株特性既是水稻产量形成的关键因子,也是稻田甲烷排放的主要影响因子。但是,至今关于水稻植株对稻田甲烷排放的调控效应及其机制仍存在许多不一致的认识。为此,本文从形态特征、生理生态特征、植株-环境互作等方面,对现有的相关研究进行了综合论述。水稻地上部形态特征如分蘖数、株高、叶面积等对稻田甲烷排放的影响的研究结果不尽相同,起关键作用的是地下系统。优化光合产物分配在持续淹水的情况下可以减少稻田甲烷排放。提高水稻生物量在低碳土壤增加稻田甲烷排放,但在高碳土壤下降低甲烷排放。本文还明确了相关研究现状和存在的问题。在此基础上,作者认为未来应加强水稻根系形态及其生理特征,以及水稻植株-土壤环境(尤其是水分管理和养分管理)互作对稻田甲烷产生、氧化和排放影响的研究,在方法上应加强微区试验和大田试验的结合,并开展植株和稻田的碳氮互作效应及其机制研究,为高产低碳排放的水稻品种选育和低碳稻作模式创新提供理论参考和技术指导。     

利用整体分析法研究华北地区奶牛产业温室气体排放

为了研究奶牛产业生产效率对温室气体排放的影响,对单位牛奶产量所产生的温室气体(甲烷、氧化亚氮和二氧化碳)进行科学的评估是非常重要的。在该研究中,利用整体分析方法评估了2012年华北地区奶牛产业的总温室气体排放以及单位牛奶的温室气体排放。估算的排放源包括奶牛胃肠道发酵以及粪便管理系统产生的温室气体(greenhouse gas,GHG)排放、奶牛饲养过程中耗能所带来的GHG排放、饲养奶牛所需作物种植管理过程中以及所需农业机械设备制造所产生的GHG排放、化学肥料生产和施用所来的GHG排放。估算方法采用政府间气候变化专门委员会(IPCC,Intergovernmental Panel on Climate Change)评估报告中的方法学以及相关文献的研究成果。研究结果表明:在华北地区奶牛产业系统中总温室气体排放量为22437.85×103t。甲烷(CH4)是主要的排放源,为8516.53×103 t,其中奶牛胃肠道排放占84%,粪便管理系统占16%;氧化亚氮(N2O)排放为6240.27×103 t,二氧化碳(CO2)排放为7681.05×103 t。基于排放强度,得出单位牛奶的平均温室气体排放量为1.3 kg/kg。     

稻田水分管理和秸秆还田对甲烷排放的微生物影响

为了探讨不同水分管理和秸秆还田对稻田甲烷排放的影响机理,依托中国科学院亚热带农业生态研究所长沙农业环境监测研究站长期定位试验,选择长期淹水(CF)、秸秆还田+长期淹水(HS+CF)、常规灌溉(IF)、秸秆还田+常规灌溉(HS+IF)4个处理,应用限制性片段长度多态技术(T-RFLP)和实时荧光定量PCR技术在DNA和c DNA水平对比研究不同水分管理和秸秆还田影响稻田土壤甲烷排放的微生物分子机理。结果表明:长期淹水处理的甲烷排放量显著高于常规灌溉处理,秸秆还田处理对甲烷排放的影响不显著。产甲烷菌和甲烷氧化菌群落结构只对土壤水分管理产生响应,对秸秆还田没有响应。水分管理和秸秆还田显著影响产甲烷菌的数量,却对甲烷氧化菌数量没有影响。产甲烷菌和甲烷氧化菌群落组成和表达群落组成存在明显的分异,c DNA水平上产甲烷菌和甲烷氧化菌表达群落组成对水分管理的响应比DNA水平群落组成更敏感。稻田甲烷排放通量与mcr A和pmo A基因丰度和表达丰度均没有显著相关性,只与DNA水平基因丰度比值(mcr A/pmo A)呈显著正相关关系。可以看出,长期淹水处理可以通过改变土壤中产甲烷菌和甲烷氧化菌的群落结构和数量及两者数量的比例来调控甲烷的排放量。     

堆肥处理蛋鸡粪时温室气体排放与影响因子关系

为了解动物废弃物(蛋鸡粪)的温室气体排放与影响因子之间的定量关系，在2001年9月25至10月24，将4种堆肥处理方式的蛋鸡粪装入密闭箱式堆肥处理系统，然后通过箱的特定出口抽取气样并测定二氧化碳(CO₂)、甲烷(CH₄)、氧化亚氮(N₂O)的浓度。结合其处理系统获得的温度、湿度、风速、有机质含量等实测数据，我们可以得出：在负压通风的条件下，二氧化碳的排放通量非常大，它与温度密切相关；甲烷的排放通量数值较少，这与鸡粪内部的氧气含量有很大关系；在有氧状况下，氧化亚氮主要来源于硝化。     

农作措施对中国稻田氧化亚氮排放影响的研究进展

农业是全球最主要的温室气体排放源之一,稻田不仅是全球重要的甲烷(CH4)排放源,亦是氧化亚氮(N2O)的重要排放源。灌溉、施肥、耕作等农作措施能够改变稻田生态系统土壤微环境,影响土壤硝化与反硝化过程,进而影响N2O的排放。目前,关于农作措施对农田生态系统N2O排放特征研究很多,但系统地综述农作措施对稻田N2O排放影响的研究还比较少。该文着眼于中国的农业发展趋势,基于稻田灌溉、施肥及耕作等方面的新技术,综合分析新型农作措施对中国稻田生态系统N2O排放的影响及其机制,为相关研究提供参考。在此基础上,提出了中国稻田生态系统N2O排放深入研究的方向:1)加强研究新型农作措施下稻田N2O产生及排放途径;2)系统研究稻田生态系统直接与间接N2O排放的影响及其机制;3)开展农作措施集成技术对稻田生态系统N2O排放影响的研究;4)加强模型模拟的调参验证并进行相关预测分析。     

中国粮食生产的温室气体减排策略以及碳中和实现路径

作为世界上最大的农业生产国和温室气体排放国,我国承诺力争到2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和。国家“双碳”目标给农业生产带来很大的减排挑战,因为农业源温室气体排放约占我国碳排放总量的14%。粮食生产是农业源非CO₂温室气体的主要排放源,归因于过量灌溉和施肥引起的稻田甲烷(CH₄)和土壤氧化亚氮(N₂O)排放。在碳达峰后,粮食生产温室气体的排放占比和减排重要性将越来越大。我国粮食生产究竟能否实现碳中和,以及如何实现碳中和仍不明确。本文综述了我国粮食生产碳排放的源汇效应和时空特征,总结了稻田CH₄和土壤N₂O减排以及农田土壤固碳的有效措施,解析了固碳减排之间的“此消彼长”效应和应对策略,明确了粮食生产实现碳中和的潜在路径,并对未来固碳减排的研究方向进行了展望。