中国农田主要温室气体排放特征与控制技术

中国农 田主 要温 室气体 排放特征与控制技术
李虎 ，邱建 军 ，王立 刚，任天 志
中 国农业 科 学 院农 业 资源 与农 业 区划研 究 所 ，北京 １０ ８ ００１
摘 要 ：全球 气候 变化 已成 为不争 的事 实 ，已经 引起 了各 国科 学家和 政府 的高度重视 。人类 活动 向大 气 中排放 的二 氧化碳
生态环境学报 ２ １ ， １１： ５ －６ ０ ２ ２ （） １９ １５
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关键词 ：气候 变化 ；农 田土壤 ；温室气体 ；减排技术 ；低碳农业 中图分 类号 ：Ｓ ６ Ｐ ６ １；４ １ 文献标志码 ：Ａ 文章编号 ：１７ ．９ ６（ ０２）０ ．１ ９０ ６ ４５ ０ ２ １ １０ ５ ．７
全球气 候变化 已成为不争 的事 实 ，二氧化碳 （ Ｏ ）、甲烷 （ Ｈ ）和氧化亚氮 （ ２ 等温室 Ｃ２ Ｃ４ Ｎ ０） 气体在大气 中的浓度逐年增加 ，由此而带来 的全球 气候变暖等问题 ，已经引起 了各国科学家和政府的 高度重视。据估计 ， 大气 中Ｃ ２ Ｃ－和Ｎ Ｏ Ｏ、 Ｉ Ｉ ４ ２ 的浓度 增加对增强温室效应的总贡献率 占了近８％，是温 ０ 室效应 的主要贡献者 ， 并且其大气浓度仍分别以年 均０ ％、０ ％和０ ％的速率在增长【。大气 中Ｃ ２ ． ５ ． ８ ． ３ １ ］ Ｏ 的排放源主要是化石燃料的燃烧 、土地利用和覆盖 变化 ；Ｃ 主要来源于天然湿地、稻 田、化石燃料 ａ Ｈ 开采和反刍动物肠 胃发酵等 ；Ｎ Ｏ ２ 的排放源主要有 土壤释放 、生 物物质燃 烧和化石燃料 的燃烧等 。 ２ ０ 年政府间气候变化专业委员会 （Ｐ Ｃ） 次 ０７ ＩＣ 第４ 评估报告表明【，在所有排放源 中，农业是温室气 １ ］
的耕地 。这些农 田的耕作 、水稻 的种植以及氮肥的 施用不仅长期改变着农 田生态 系统中的碳氮循环 ， 而且给全球气候变化带来影响，已受到国际社会各 界的广泛关注。根据 《 中华人民共和国气候变化初 始 国家信息通报 》【，１９ 年中国农业源温室气体 ５ ９４ 】 排放 占中国温室气体排放总量 的 １％； ７ 农业活动 甲 烷排放量为 １１． ｌ４ ，占中国甲烷排放 总量的 ７９ ｘ ０ ｔ ６ ５ ． ％，其中稻 田甲烷排放量为 ６ ４ ｘ ０ ，占 ０５ １ １ ． １ ｔ ７ １． ７ ％。１９ ９ ９ ４年 因施肥造成 的氧化亚 氮排放 量为 ６ ． １ ， 中农 田直接排放和间接排放分别 占中 ２ ×０ｔ其 ８ 国氧化 亚氮 排放 总量 的 ５ ．％和 １． ５ ７ ８１ ％。进 入 ２ ０ ００ 年以来 ，中国年氮肥用量不断增加 ，达到 ２ ０ ００万 ｔ 折纯量 ） （ 以上 ， １９ 年到 ２ ０ 年中国农业氮 从 ９４ ０５ 肥施用量增加了 １％，消费总量成为世界第一 ，约 ８ 占全球总量 的 ３ ％ ６ 目 ０ Ｌ。 前各国学者对全球和国家 】 尺度的农田 Ｎ Ｏ排放量进行了估算 。 ２ 结果表明， 世 界农 田Ｎ Ｏ排放总量在 １ ￣ ． Ｔ （ Ｎ的质量计） ２ ． ４ ｇ以 ２ ２ 之间 ， 中国农 田 Ｎ Ｏ排放总量在 ０ ６～ ． ８ ｇ以 ２ ． ３ ０ ２ （ ０ ６ Ｔ Ｎ 的质量 计 ） 间 。可 见 ，中国农业 生 产活 动基 数 之 数量大 、增长快 ，如果没有相应的减排措施 ，农业 源温室气体排放量也会相应的快速增加。 近ｌ年来 ，我国政府在农业节能增效 、 ０ 发展低 碳农业方面开展了卓有成效的工作 ， 对农业温室气 体 的研究也积 累了一些资料 。但缺乏从Ｃ ２ Ｈ Ｏ 、Ｃ ａ 和Ｎ Ｏ ２ 等温室气体 的排放特征和减排的角度进行全 局性的、系统性的部署 ， 更没有组织对我国农业温 室气体减排潜力进行 系统的集成和科学的评估 ，温 室气体源汇 的探测仍是全球变化研究的前沿课题。 因此本文概述了农 田土壤Ｃ ２ Ｃ ａ ２ 三种主要 Ｏ 、 Ｈ 和Ｎ Ｏ 温室气体的排放机制 ， 系统的总结 了国内对这三种
（ Ｏ ）、甲烷 （ Ｈ ） Ｃ２ ｃ ４ 和氧化亚 氮 （ ２ 等温室气体浓度 的增加是导致气候变化的重要原 因之一 。农 田土壤是这三种温室 Ｎ Ｏ） 气体 的重 要来 源。文章概述了农 田土壤 Ｃ ２ Ｉ Ｏ 、Ｃ－ ＮＯ 三种 主要 温室气 体的排放机制 ，系统总结 了ห้องสมุดไป่ตู้内对这三种温室气 ｈ和 ２ 体排放通量 的观测研 究 ， 出了相应 的减 排技 术对 策 ， 提 并对 目 的研 究问题和未来 的发展方 向作 了深入 的探讨 ， 前 以期为控制 农 田土壤 温室气体排放 、发展低碳农业提供参考依据 。
体 的重要排放源 ，全球范围内农业排放的非ｃ ２ Ｏ 温 室气体 占人为排放的非ｃ ２ Ｏ 温室气体总量 的１％， ４ 其 中农业排放了８ ％的Ｎ Ｏ ７ ４ ２ 和４ ％的Ｃ ４ 而农业释 Ｈ， 放 的Ｃ ２ ０估计达４ （ Ｃ ２ ｑ ０Ｍｔ￣ Ｏ ． 的质量计） １ ２ ｅ ，不到全 球人为释放量的１ ％。如果不实施额外的农业政策 ， 预计￣ ２３ 年农业源Ｃ ４ ２ ￣ 放量将会 ￣２０ Ｊ １０ ０ Ｈ 和Ｎ ０ Ｆ Ｂ０５ 年分别增Ｊ６ ％和３％￣ ０ Ｊ０ ｌ ￣ ５ ６ ％。美国的研究认为农业 在温室气体排放 中的贡献在本 国大致 占７ １％［ ％～ ０ ２ 】 。 加拿 大和英 国的研究资料均表 明农业在其温 室气 体排放源 中的 比例大致为８ ３ ％【 尽管德 国的工业高 】 ， 度发达 ， 农业仍是Ｎ Ｏ和Ｃ ４ ２ Ｈ 的重要排放 源， 因农业 活动引起 的Ｎ Ｏ ２ 排放 占全部排放量的３％一 ２ ４ ９ ５％［。 １ 因此 ，为缓解温室气体排放所造成的全球变暖 ， 人 们有必 要采取各种切实可行 的措施来减少农业源 温室气体排放 。 中国是人 口众多的农业大 国， 拥有 １ １ ｈ ２ ． 亿 ｍ ２