三江平原稻田甲烷排放的模拟与估算_张远

第27卷第8期农业工程学报V ol.27 No.8

2011年8月 Transactions of the CSAE Aug. 2011 293 三江平原稻田甲烷排放的模拟与估算

张远1,2，李颖1，王毅勇1※，宋书艺3，李长生4

（1. 中国科学院东北地理与农业生态研究所，长春 130012； 2. 华东师范大学资源与环境科学学院，上海 200062;

3. 浙江大学环境与资源学院，杭州 310058；

4. 美国新罕布什尔大学地球、海洋与空间研究所，达勒姆 NH 03824）

摘要：本研究以三江平原为研究区，利用遥感信息提取技术获得研究区水稻田的空间分布信息，并结合DNDC模型对

稻田温室气体甲烷的季节排放进行了模拟和估算。结果显示2006年研究区的水稻田面积为1.428×106 hm2，每季向大气

净排放的甲烷-碳总量为0.424-0.513 Tg (1 Tg = 1012 g)，并且空间上具有较大的排放差异。研究表明，集成遥感信息技术

和生态模型模拟方法，将为编制稻田温室气体排放清单和制定减排策略提供潜在的手段。

关键词：甲烷，模型，模拟，水稻田，三江平原

doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2011.08.051

中图分类号：X142 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2011)-08-0293-06

张 远，李 颖，王毅勇，等. 三江平原稻田甲烷排放的模拟与估算[J]. 农业工程学报，2011，27(8)：293－298.

Zhang Yuan, Li Ying, Wang Yiyong, et al. Simulation and estimation of methane emissions from rice paddies in Sanjiang Plain of

the Southeast China[J]. Transactions of the CSAE, 2011, 27(8): 293－298. (in Chinese with English abstract)

0 引 言

甲烷(CH4)是大气成分中重要的温室气体之一，据《政府间气候变化专门委员会》（IPCC）报告显示，以100年尺度的全球增温潜势计算，甲烷的增温潜力是二氧化碳(CO2)的23～25倍[1]。估算的结果表明2005年大气中甲烷浓度已经超过过去300年的2倍[2]。大量的研究表明大气中的甲烷有近50%来自于农业活动，水稻产区每年向大气释放大量的甲烷气体，大气中10%～20%的甲烷来自于水稻田排放[3-5]。因此，水稻田已经成为整个农业生态系统中由人类活动产生的、最重要的甲烷排放源。

中国水稻产量占全世界稻田总面积的20%，水稻产量则占世界的31%[6]。三江平原是中国重要的商品粮生产基地, 随着土地利用和农田耕作方式的转变，近十年来本地区的水稻田面积迅速增加。在提供更多的粮食产量的同时，三江平原的水稻田也扮演着甲烷释放源的角色[7-8]。尽管开展稻田温室气体排放的研究已有多年，但大多是采用在水稻田特定田块内利用仪器进行观测的方法[9-12]。这些方法准确可靠，有利于分析甲烷产生、氧化和释放的内在机理。但从观测条件、人力、设备、经费投入等因素考虑则难以对较大区域进行全面观测，更无法对未来的不同自然状况、不同耕作方式下稻田CH4排放规律

收稿日期：2010-10-25 修订日期：2010-12-30

基金项目：中国科学院知识创新工程项目（KZCX2-YW-Q06-03）；中国科学院东北地理与农业生态研究所前沿领域项目（KZCX3-SW-NA09-05）及国家自然科学基金项目（41001202）共同资助。

作者简介：张 远（1975－），男，辽宁台安人，助理研究员，博士，主要从事遥感信息技术与农田生态系统模拟集成研究。长春中国科学院东北地理与农业生态研究所，130012。Email: yuanzhang@

※通信作者：王毅勇（1966－），男，博士，研究员，主要从事农业气象及湿地气候研究。长春中国科学院东北地理与农业生态研究所，130012。Email: wangyiyong@. 进行预测。近年来，研究者开始利用在获取空间信息方面具有优势的遥感技术，并结合生态模型（如：DNDC 模型）模拟方法进行稻田甲烷的区域估算与空间格局制图研究，这种技术上的集成已经成为传统观测方法的一个有力的补充[13]。由于水稻已经在三江平原农业中占据了比较重要的地位，因此开展该地区寒地水稻田CH4排放的定量估算研究，对于中国精确编制温室气体排放清单及制定有效的减排措施具有现实意义。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

三江平原位于中国国土的最东端，世界三大黑土带之一，地处黑龙江省的东北部，是由黑龙江、松花江和乌苏里江汇流冲积形成的低平原（图1）。三江平原的地理范围为东经129.2°～135.1°，北纬48.5°～43.8°，总面积约为10.88万km2。研究区包括12个流域，区内土地广袤，地势平坦，土地连片肥沃，气候适宜，水资源丰富．水质优良，具有发展水稻生产的资源优势。研究区位于北温带湿润大陆性季风气候区，年平均降水总量550～600 mm，年平均气温2.4℃，无霜期125～135 d。肥沃的土壤，良好的气候条件都为水稻作物的生产提供良好的自然条件。三江平原大部分水稻田是从90年代开始大规模的旱地转变而来的，为全年一熟、—冬休闲的寒地单季稻类型。本区开始大规模发展井灌水稻耕种仅有20多年的时间，但近10 a来面积增加非常迅速，对本地区的水资源利用、水热状况等生态环境具有巨大的影响。

1.2 数据集

为了获得研究区水稻田分布的空间信息，本研究采用2006年获得的9景Landsat TM卫星图像作为基础数据。这些遥感数据通过美国地质调查局（USGA）数据平台免费获得（/EarthExplorer/），