來源：土壤觀察

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農田，是氧化亞氮的全球第一(yī)大(dà)排放(fàng)源，占全球氧化亞氮排放(fàng)總量近60%。因此，發展合适的計算方法以估算農田氧化亞氮直接排放(fàng)量，不僅可以明确農業生(shēng)産對氣候變化的影響程度，還可以爲發展農田減排技術提供數據支撐。

文/韓揚眉（中(zhōng)國科學報見習記者）

來源：中(zhōng)國科學報（2019年9月17日）

稻田土壤樣品采集 程琨攝

提起溫室氣體(tǐ)，大(dà)多數人都會想到二氧化碳和甲烷，而對氧化亞氮卻多有忽略。作爲全球排名第三的溫室氣體(tǐ)，氧化亞氮在百年尺度内的增溫效應是其等量二氧化碳的近300倍。

農田，是氧化亞氮的全球第一(yī)大(dà)排放(fàng)源，占全球氧化亞氮排放(fàng)總量近60%。因此，發展合适的計算方法以估算農田氧化亞氮直接排放(fàng)量，不僅可以明确農業生(shēng)産對氣候變化的影響程度，還可以爲發展農田減排技術提供數據支撐。

我(wǒ)國科學家研究農田氧化亞氮排放(fàng)方法和估算20餘年，以期獲得确定性和可信度更高的分(fēn)析結果。

近日，南(nán)京農業大(dà)學土壤學科溫室氣體(tǐ)計量團隊與英國阿伯丁大(dà)學、愛丁堡大(dà)學學者合作，對中(zhōng)國農田氧化亞氮直接排放(fàng)因子進行了更新，并提供了更爲細化的排放(fàng)因子，從而将氧化亞氮直接排放(fàng)量估算的不确定性降低到7%。相關成果在線發表于《環境科學與技術》雜(zá)志(zhì)。

排放(fàng)因子：更精細化的估算

我(wǒ)國的農田氧化亞氮排放(fàng)量約占全球總排放(fàng)量的1/4，且随着近年來氮肥施用量的增加而急劇上升。

減“氮”行動，刻不容緩，但如何減、減多少，需要精确的數據支撐。已有研究發現，氮肥施用量與氧化亞氮直接排放(fàng)量有着極顯著的關系。

“我(wǒ)們基于該關系開(kāi)發了氧化亞氮直接排放(fàng)因子。”論文通訊作者、南(nán)京農業大(dà)學資(zī)源與環境科學學院副教授程琨告訴《中(zhōng)國科學報》，氧化亞氮直接排放(fàng)因子即單位質量氮素投入所帶來的農田氧化亞氮排放(fàng)量。“有了排放(fàng)因子，以後想計算某個區域内農田氧化亞氮的直接排放(fàng)量，隻需要知(zhī)道這個區域的氮素投入量就行了。”

目前全球通用的農田氧化亞氮排放(fàng)因子，是聯合國政府間氣候變化專門委員(yuán)會（IPCC）于2006年發布的《IPCC國家溫室氣體(tǐ)清單指南(nán)》所提供的，即旱地1%，淹水稻田0.3%。今年5月，IPCC第49次全會通過了《IPCC 2006年國家溫室氣體(tǐ)清單指南(nán)2019修訂版》，基于氣候、肥料和水分(fēn)管理類型提出了更爲細化的全球尺度排放(fàng)因子。不過，因農田氧化亞氮排放(fàng)通量具有顯著的時空差異，該排放(fàng)因子在國家特别是區域尺度上具有較高的不确定性，IPCC也同時建議各個國家和地區開(kāi)發自己的排放(fàng)因子。

20世紀90年代以來，我(wǒ)國學者在氧化亞氮排放(fàng)因子的開(kāi)發上積累了方法學的研究基礎，但因數據量不足，無論是排放(fàng)因子，還是用其估算的氧化亞氮排放(fàng)量，均存在較大(dà)不确定性，也使得研究結果的可信度有限。

程琨表示，得益于近年來國家對基礎研究的支持，科學家們越來越多地開(kāi)展了田間原位氧化亞氮排放(fàng)的監測研究。“我(wǒ)們期望借鑒前人排放(fàng)因子的研究經驗，基于近年來豐富的農田氧化亞氮數據資(zī)源，開(kāi)發農業區尺度的體(tǐ)現作物(wù)特征和肥料類型特征的更準确的排放(fàng)因子。”

全球氣候變化頂尖專家、英國阿伯丁大(dà)學教授Pete Smith告訴《中(zhōng)國科學報》，用于量化氧化亞氮排放(fàng)的排放(fàng)因子，對實施減排措施和制定減排策略非常有意義。此外(wài)，更好地量化排放(fàng)因子，以及它們如何因地區和作物(wù)而變化，在評估氣候變化減排目标的進展方面極爲重要。

差異化計量：更精準的區域排放(fàng)統計

溫室氣體(tǐ)是導緻全球氣候變化的主要驅動因素，而農業源非二氧化碳溫室氣體(tǐ)排放(fàng)占全球排放(fàng)的10%~12%。中(zhōng)國農業科學院農業環境與可持續發展研究所研究員(yuán)郭李萍告訴《中(zhōng)國科學報》，對農田溫室氣體(tǐ)排放(fàng)進行計量，可以明确農業生(shēng)産對氣候變化的貢獻程度，還可以爲發展農田管理減排技術提供數據和技術支撐。同時，準确估算我(wǒ)國農業溫室氣體(tǐ)排放(fàng)量，也可爲國家在國際氣候談判中(zhōng)提供準确的數據支持。

“在進行溫室氣體(tǐ)排放(fàng)計量中(zhōng)，主要關注的焦點是計量方法的準确性、可操作性和不确定性問題，以及估算結果不确定性的量化說明。”郭李萍表示。

目前，能夠估算氧化亞氮排放(fàng)的方法有模型模拟法和排放(fàng)因子法。與模型模拟法相比，排放(fàng)因子法可以用極爲有限的數據，即僅知(zhī)道氮素投入量，便能得到盡可能準确的估計。

研究人員(yuán)通過文獻搜集，建立了包含1151組觀測值的中(zhōng)國農田氧化亞氮排放(fàng)數據庫，然後将不同方法計算得出的排放(fàng)因子進行對比評價。結果發現，氮素投入量與氧化亞氮直接排放(fàng)量的線性回歸方法的解釋度最高，且模拟效果最好。

通俗來講，就是氧化亞氮直接排放(fàng)的多少，有可能取決于氮肥施用量的多少。

以2016年爲例，該研究精确估計了中(zhōng)國農田因化肥投入引起的氧化亞氮年直接排放(fàng)量爲30.5萬噸，95%置信區間爲28.3萬—32.7萬噸。

同時，爲證明該方法的有效性，研究人員(yuán)利用它對不同農業區的不同作物(wù)、不同農田管理類型下(xià)的排放(fàng)因子進行了計算，發現中(zhōng)國農田氧化亞氮排放(fàng)因子存在巨大(dà)的農業區差異和作物(wù)類型、肥料類型及水分(fēn)模式等管理影響差異。

值得一(yī)提的是，研究人員(yuán)針對中(zhōng)國九大(dà)農業區的細化排放(fàng)因子，繪制了高分(fēn)辨率的中(zhōng)國農田氧化亞氮排放(fàng)空間分(fēn)布圖。該圖顯示，氧化亞氮排放(fàng)最高的區域分(fēn)布在長江中(zhōng)下(xià)遊地區（特别是江蘇東部）、黃淮海地區、東北(běi)地區（特别是松嫩平原），這些地區應當是提高氮肥利用率、減少氧化亞氮排放(fàng)的重點關注區域。

Pete Smith表示，通過準确量化中(zhōng)國農田氧化亞氮排放(fàng)、控制氮肥施用，在保證作物(wù)産量最大(dà)化的同時減少氧化亞氮排放(fàng)，有助于減少中(zhōng)國的氣候足迹。

不過，也有研究表明，農田氮素投入與氧化亞氮排放(fàng)量具有非線性關系。“雖然本研究并未觀測到這種關系，但不能忽視這種關系存在的可能性，未來應當予以關注。”程琨說。

除此之外(wài)，在農田中(zhōng)，由于前季作物(wù)種植施用的氮素殘留會對氧化亞氮排放(fàng)産生(shēng)影響，冬閑田的溫室氣體(tǐ)排放(fàng)也不容忽視。不過，其如何排放(fàng)以及排放(fàng)量在農業溫室氣體(tǐ)排放(fàng)中(zhōng)貢獻如何，仍有待進一(yī)步研究。

管理之基：更有效的降氮減排

農田中(zhōng)的氧化亞氮直接排放(fàng)主要是由于人爲氮肥施用造成的。因此，氮肥的投入量以及氮肥的形式、施用方法、施用時期等是農田氧化亞氮排放(fàng)最主要的影響因素。

“氣候條件、土壤理化性質、農田管理（包括灌溉、稭稈還田、土壤調理劑使用等）均會對土壤氧化亞氮排放(fàng)産生(shēng)不同的影響。”郭李萍說。

在郭李萍看來，減少氧化亞氮排放(fàng)，最重要的途徑是提高氮素利用率。采取一(yī)些管理措施，比如配合施用有機無機肥、添加生(shēng)物(wù)質炭，以及使用氮肥增效劑及緩控釋肥、水肥一(yī)體(tǐ)化管理等，都可以有效提高當季氮肥利用率。這能夠在保證糧食産量的同時，顯著減少氧化亞氮排放(fàng)及氮肥的其它無效損失。

的确，實現糧食安全與溫室氣體(tǐ)減排“雙赢”，一(yī)直是人類共同追求的目标。程琨表示，在未來氣候變化情況下(xià)，尤其是發展中(zhōng)國家，如何在保障糧食産量的前提下(xià)達到農田固碳減排目标，即實現“氣候智慧農業”（Climate smart agriculture），是當前關注的焦點。

今年6月，我(wǒ)國向《聯合國氣候變化框架公約》秘書(shū)處提交了《中(zhōng)華人民共和國氣候變化第三次國家信息通報》和《中(zhōng)華人民共和國氣候變化第二次兩年更新報告》，其中(zhōng)報告了我(wǒ)國在2010年和2014年的國家溫室氣體(tǐ)清單。與2005年國家溫室氣體(tǐ)清單的回算結果對比，農業活動氧化亞氮的排放(fàng)量有所增加。

“該研究提供的基于農業區、作物(wù)類型和農田管理類型的更爲細化的氧化亞氮排放(fàng)因子，可爲未來溫室氣體(tǐ)清單編制提供方法學和數據支撐，可降低清單編制的不确定性。”郭李萍說。