中国稻田温室气体的排放与减排2016-02-23颜晓元夏龙龙【点击上方蓝色字体--关注我们！】本期专家：颜晓元颜晓元：中国科学院南京土壤研究所研究员，博士生导师。长期从事土壤碳氮循环的研究。成果被IPCC的多次评估报告和排放清单指南采用，2004年获江苏省科技进步一等奖，2008年获国家自然科学二等奖、日本农林水产省国际青年农业科学家奖，2014年获国家杰出青年科学基金资助。——————摘要中国是世界上最大的水稻生产国，水稻种植面积占全球总种植面积的30%。水稻生产在粮食安全方面起着重要的作用，稻田却是温室气体甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)的重要排放源。本文综述了稻田CH4和N2O的产生过程、影响因素及时空变异规律，总结了近年来我国稻田CH4和N2O排放总量的估算结果，并提出了针对性的温室气体减排措施。关键词：稻田，温室气体，CH4，N2O，减排措施：中国科学院院刊前言中国是世界上最大的水稻生产国。2009年，我国稻田面积大约为26.78百万公顷，占我国耕地总面积的20%以上，约占世界稻田面积的30%。毫无疑问，水稻生产对于我国乃至世界的粮食安全具有至关重要的作用。然而，水稻的种植也产生了大量的温室气体。20世纪80年代，研究发现稻田生态系统是大气温室气体甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)的重要,由此引发了世界范围内对于稻田生态系统CH4和N2O排放的研究。CH4和N2O的温室效应要远远高于二氧化碳(CO2),在一百年的尺度下，单位质量CH4和N2O的全球增温潜势(globalwarmingpotential)分别是CO2的25和298倍。《中华人民共和国气候变化第二次信息简报》显示，稻田CH4排放对我国整个农业源温室气体排放的贡献为24%，如果再考虑稻田N2O的排放，这个数值为26%。因此，研究影响我国稻田温室气体排放的关键因素，探究温室气体的时空排放规律以及准确估算温室气体的排放总量，特别是CH4的排放，对于制定切实有效的减排措施，发展低碳农业以及预测未来气候变化的影响具有重要的意义。1--稻田CH4的排放及影响因素稻田CH4排放是CH4产生、氧化和传输的净效应。其中，稻田CH4的产生是在淹水形成的极端厌氧条件下土壤中产甲烷菌作用于有机肥料、根系分泌物和动植物残体等产甲烷基质的结果。淹水土壤CH4的产生主要有2条途径（图1）（1）产甲烷菌利用H2或者有机分子作为H的供体还原CO2形成CH4(4H2+CO2→2H2O+CH4)，（2）产甲烷菌对于乙酸的脱甲基作用进而产生CH4(CH3COOH→CO2+CH4)，其中CH3COOH途径往往占主导。图1稻田生态系统CH4的产生、氧化和传输过程示意图CH4氧化指在氧化层区域（水稻根系分泌O2形成的氧化层区域或者水土界面的氧化层区域），在甲烷氧化菌的作用下将CH4转化为CO2和H2O的过程。研究表明超过一半的CH4在排放到大气之前会被氧化。CH4传输是指稻田土壤中产生的CH4通过植物通气组织、气泡以及液相扩散等形式向大气排放的过程，其中以水稻通气组织输送为主。影响CH4产生、氧化以及传输的因素均会对稻田CH4排放产生影响。研究表明有机肥的施用是影响稻田CH4排放的关键因素。有机肥施用可以直接为产甲烷菌提供丰富的底物。除此之外，有机物在淹水条件下快速分解会加速土壤氧化还原电位的下降，为产甲烷菌的生长提供适宜的环境条件，进而促进CH4的产生和排放。有机肥对于稻田CH4的影响大小还取决于有机肥的种类和用量、施用方式和时间。一般而言，施用新鲜作物秸秆会显著促进CH4的排放，相比之下经过堆制发酵以后的有机物料，例如沼渣、厩肥，由于有机肥中易分解有机质含量降低，对稻田CH4排放的促进程度会大大降低。将作物秸秆在稻田土壤表面覆盖会促进秸秆的好氧分解，从而使其CH4排放量低于秸秆与土壤混合施用方式。作物秸秆在非水稻生长季施用可以显著降低CH4的排放，其原因在于：经过非淹水季节的好氧分解，稻草中易分解有机质已经基本被分解，残余的难分解有机质促进CH4排放的效应不大。水分管理会影响土壤的氧化还原状况从而影响稻田CH4的排放。水稻持续淹水期会导致土壤极端厌氧，进而促进CH4的大量排放；相反，中期烤田会增加土壤通气性，破坏土壤的还原条件从而在促进CH4氧化的同时抑制CH4产生。此外，非水稻生长季土壤的水分状况也是影响稻季CH4排放量的关键因素。在...