作物杂志, 2025, 41(4): 150-156 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2025.04.019

生理生化·植物营养·栽培耕作

长江三角洲地区主要类型水稻生产资源投入及碳、氮足迹评估

杨林生,1, 习敏,1, 涂德宝1, 李忠1, 周永进1, 许有尊1, 孙雪原1, 吴文革2

1安徽省农业科学院水稻研究所,230031,安徽合肥

2安徽农业大学资源与环境学院,230031,安徽合肥

Assessment of Resource Input and Carbon, Nitrogen Footprint for Major Types of Rice in Yangtze River Delta Region

Yang Linsheng,1, Xi Min,1, Tu Debao1, Li Zhong1, Zhou Yongjin1, Xu Youzun1, Sun Xueyuan1, Wu Wenge2

1Rice Research Institute, Anhui Academy of Agricultural Sciences, Hefei 230031, Anhui, China

2College of Resources and Environment, Anhui Agricultural University, Hefei 230031, Anhui, China

通讯作者: 习敏,研究方向为水稻生理生态,E-mail:ximin2015@126.com

收稿日期: 2024-06-8   修回日期: 2024-07-17   网络出版日期: 2024-12-02

基金资助: 安徽省农作物良种联合攻关(水稻)
国家重点研发计划项目(2022YFD2301400)

Received: 2024-06-8   Revised: 2024-07-17   Online: 2024-12-02

作者简介 About authors

杨林生,研究方向为水稻养分资源高效利用,E-mail:yangls20160601@163.com

摘要

长江三角洲地区是我国重要的粮食生产基地,定量该地区主要稻作类型水稻生产的资源投入和碳氮足迹可为水稻种植结构调整和绿色低碳生产提供数据支撑。利用2016-2020年统计数据,运用生命周期评价方法,研究了长江三角洲地区的苏、浙、皖3省主要稻作类型水稻生产的资源投入和碳氮足迹。结果表明,粳稻氮肥用量最高,为279 kg/hm2,碳、氮足迹最高,分别为1.11 kg CO2-eq/kg和13.7 kg N/t,产量较高。早籼稻氮肥用量最低,产量最低,分别为199 kg/hm2和6371 kg/hm2,碳、氮足迹处于中间水平。中籼稻产量最高,为8687 kg/hm2,碳、氮足迹最低,分别为0.82 kg CO2-eq/kg和10.3 kg N/t,氮肥用量处于中间水平。晚籼稻氮肥用量、产量及碳、氮足迹均处于中间水平。不同地区中江苏水稻氮肥用量最高,为309 kg/hm2,产量最高,为9319 kg/hm2,碳、氮足迹分别为0.948 kg CO2-eq/kg和13.5 kg N/t。浙江水稻氮肥用量为216 kg/hm2,产量7364 kg/hm2,碳、氮足迹分别为0.989 kg CO2-eq/kg和11.9 kg N/t。安徽水稻氮肥用量为204 kg/hm2,产量为7414 kg/hm2,碳、氮足迹分别为0.946 kg CO2-eq/kg和11.1 kg N/t。由此可知,粳稻投入产出较高,碳氮足迹最高,存在较大的减排空间。中籼稻的投入较低,产量最高,碳氮足迹最低,是可推广的稻作类型。江苏水稻产量最高,投入最高,氮足迹最高,浙江和安徽水稻投入产出差异较小,碳氮足迹差异较小。

关键词: 水稻; 资源投入; 碳足迹; 氮足迹; 长江三角洲

Abstract

The Yangtze River Delta is an important grain production region in China. Quantitative information on the resource input and carbon, nitrogen footprint of rice production in this region provides data necessary for the continued refinement and optimization of rice farming system to achieve green and low-carbon production. The resource input and carbon and nitrogen footprint of rice production in Jiangsu, Zhejiang and Anhui provinces in the Yangtze River Delta were explored by analyzing a comprehensive set of data collected from 2016 to 2020 by life cycle assessment. The results showed that japonica rice had the highest nitrogen fertilizer input (279 kg N/ha) and the highest carbon and nitrogen footprint (1.11 kg CO2-eq/kg and 13.7 kg N/t), respectively, with high yield. Early indica rice had the lowest nitrogen fertilizer input and the lowest yield (199 kg N/ha and 6371 kg/ha, respectively), and its carbon and nitrogen footprint were in the middle level. Middle indica rice had the highest yield (8687 kg/ha) and the lowest carbon and nitrogen footprint (0.82 kg CO2-eq/kg and 10.3 kg N/t), with the nitrogen fertilizer rate fell in the middle level. The nitrogen fertilizer input, yield as well as carbon and nitrogen footprint of late indica rice were in the middle level. Regionally, rice production in Jiangsu recorded the highest nitrogen fertilizer input (309 kg/ha) and the highest yield (9319 kg/ha), with carbon and nitrogen footprints reaching 0.948 kg CO2-eq/kg and 13.5 kg N/t, respectively. The nitrogen fertilizer application rate of rice in Zhejiang was 216 kg/ha, the yield was 7364 kg/ha, and the carbon and nitrogen footprints were 0.989 kg CO2-eq/kg and 11.9 kg N/t, respectively. The nitrogen fertilizer application rate of rice in Anhui was 204 kg/ha, the yield was 7414 kg/ha, and the carbon and nitrogen footprints were 0.946 kg CO2-eq/kg and 11.1 kg N/t, respectively. From this, it can be seen that japonica rice has a relatively high input-output ratio and the highest carbon and nitrogen footprints, leaving considerable room for emission reduction. In contrast, middle indica rice with its lower input, relatively higher yield and much reduced carbon and nitrogen footprint, makes it a better choice for rice expansion. Jiangsu had the highest rice yield, nitrogen input and nitrogen footprint, while Zhejiang and Anhui had little difference in input and output as well as carbon and nitrogen footprint.

Keywords: Rice; Resource input; Carbon footprint; Nitrogen footprint; Yangtze River Delta

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本文引用格式

杨林生, 习敏, 涂德宝, 李忠, 周永进, 许有尊, 孙雪原, 吴文革. 长江三角洲地区主要类型水稻生产资源投入及碳、氮足迹评估. 作物杂志, 2025, 41(4): 150-156 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2025.04.019

Yang Linsheng, Xi Min, Tu Debao, Li Zhong, Zhou Yongjin, Xu Youzun, Sun Xueyuan, Wu Wenge. Assessment of Resource Input and Carbon, Nitrogen Footprint for Major Types of Rice in Yangtze River Delta Region. Crops, 2025, 41(4): 150-156 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2025.04.019

水稻是我国第一大粮食作物,2022年全国水稻种植面积2945万hm2,总产量20 849万t。长江三角洲地区是我国重要的水稻种植区,水稻种植面积547万hm2,稻谷产量4128万t,对于保障我国粮食安全具有重要作用[1]。稻田是重要的温室气体和活性氮损失的排放源[2]。近年来,农民为了追求高产,普遍倾向于施用更多的肥料,造成了更多的温室气体排放和活性氮损失[3-4]。研究[5]表明,农业生产及相关的土地利用变化造成的温室气体排放占人类活动排放温室气体的25%左右。种植业氨排放达到500万t[6]。1980-2010年硝酸盐淋洗增加了100%以上[7]。因此,在保障粮食安全的前提下减少环境代价是实现我国农业绿色发展的重要途径。

碳氮足迹作为评估作物生命周期中排放的温室气体和活性氮损失的方法,常用于评价农业生产中的环境代价[8]。季国军等[9]评估了不同稻田轮作模式下的碳氮足迹,发现稻麦轮作优于稻油和稻绿肥种植模式。张惠云等[10]估计了吉林水稻生产的碳足迹,发现吉林省中西部地区碳足迹较小。陈中督等[11]基于农户调查分析表明,与一般农户相比,种粮大户水稻碳、氮足迹分别降低33.8%和44.1%。任筱童等[12]评估了县域水稻碳足迹与经济效益的关系,发现降低碳足迹可以提高经济效益。但鲜有关于长江三角洲地区不同省市水稻生产的碳氮足迹及潜在调控措施的研究。

长江三角洲地区是重要的水稻生产基地,且该地区稻作类型多样,包括早籼稻、中籼稻、晚籼稻和粳稻。目前,不同稻作类型下水稻生产的资源投入和环境代价鲜有报道。本文利用2016- 2020年统计资料数据,以长江三角洲地区主要稻作类型水稻为研究对象,通过碳氮足迹的评价方法,定量该地区不同稻作类型水稻生产的资源投入和环境代价,为提出合理的减排措施提供数据支撑,促进该地区水稻种植结构调整和绿色低碳生产。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本研究主要围绕长江三角洲三省一市展开,包括江苏省、浙江省、安徽省和上海市。其中上海市因其水稻种植面积及产量较低,不纳入本研究范围(图1)。

图1

图1   不同区域不同类型水稻种植面积和产量

Fig.1   Planting area and yield of different types of rice in different regions


图1所示,长江三角洲地区早籼稻种植面积呈下降的趋势,其中安徽早籼稻种植面积由2016年的2.25×105 hm2下降到2020年的1.71×105 hm2,产量由125万t下降到91.2万t。中稻和一季晚稻种植面积及产量保持稳定。

1.2 数据来源

本研究数据主要来自于《全国农产品成本资料收益汇编2016-2020》[13],收集的数据主要包括水稻生产中的农资投入(如氮肥、磷肥、钾肥、农药、柴油)以及水稻产量。其中氮肥、磷肥和钾肥直接获得,农药和柴油根据成本支出及农药、柴油价格计算得出。其中早籼稻种植地区为浙江和安徽,中籼稻种植地区为江苏和安徽,晚籼稻种植地区为浙江和安徽,粳稻种植地区为江苏、浙江和安徽。

1.3 研究边界

本研究主要涵盖水稻从种植到收获全过程,根据种植过程中的物质投入计算得出排放的温室气体和活性氮损失。具体为农资生产和运输阶段排放的温室气体(如肥料的生产和运输)以及田间施用阶段造成的温室气体排放(如机械耗油、氮肥施入稻田造成的温室气体排放)。本研究的功能单元包括单位面积的温室气体排放(kg CO2-eq/hm2)和单位产量的温室气体排放(碳足迹,kg CO2-eq/kg)。活性氮损失包括农资生产和运输过程中的氮排放,以及氮肥施入稻田的排放(如氨挥发、氮淋洗和氧化亚氮排放)。活性氮损失的功能单元包括单位面积的活性氮损失(kg N/hm2)和单位产量的活性氮损失(氮足迹,kg N/t)。

1.4 碳足迹和氮足迹的估算方法

1.4.1 碳足迹的计算方法

水稻生产过程中的温室气体排放包括农资投入的生产和运输阶段以及农资的田间施用阶段。具体计算公式如下:

GHGs=GHGo+CH4×25+N2O×44/28×265
N2O=N2O直接+NH3×1.0%+NO3-淋洗×2.5%
碳足迹=GHGs/单位面积产量

式中,GHGs为总的温室气体排放,单位为kg CO2-eq/hm2,GHGo为农资(肥料、农药、柴油)生产、运输阶段产生的温室气体。具体排放参数见表1,CH4的田间排放量参照任筱童等[12]的计算方法。N2O为氮肥施用产生的N2O-N排放量,包括直接排放和间接排放,其中1.0%和2.5%为氨挥发和氮淋洗的间接排放系数。碳足迹为单位产量的温室气体排放,单位为kg CO2-eq/kg。

表1   农资产品的温室气体和活性氮排放参数

Table 1  Greenhouse gas (GHG) emissions and reactive nitrogen losses parameters of agricultural products

项目
Item
温室气体排放
GHG emissions
活性氮排放
Reactive N loss
文献
Reference
柴油Diesel3.75 kg CO2-eq/L1.97×10-3 kg N/L[14]
氮肥N fertilizer1.53 kg CO2-eq/kg7.15×10-3 kg N/kg[15-16]
磷肥P fertilizer1.63 kg CO2-eq/kg0.184×10-3 kg N/kg[15-16]
钾肥K fertilizer0.66 kg CO2-eq/kg0.146×10-3 kg N/kg
农药Pesticide13.70 kg CO2-eq/kg4.69×10-3 kg N/kg[14-15]

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1.4.2 氮足迹的计算方法

水稻生产过程中的活性氮损失包括农资投入的生产和运输阶段以及农资的田间施用阶段产生的活性氮排放。具体计算公式如下:

Nr loss=Nr lossm+N2O×0.8%+NH3×35.2%+NO3-N×3.8%
氮足迹=Nr loss/单位面积产量

式中,Nr loss为总的活性氮排放,单位为kg N/hm2。Nr lossm为农资投入(肥料、农药、柴油)生产和运输过程中的活性氮排放,具体参数见表1,其中氨挥发、氮淋洗和N2O排放参数分别为施氮量的35.2%、3.8%和0.8%[17]。氮足迹为单位产量的活性氮排放量,单位为kg N/t。

2 结果与分析

2.1 不同类型水稻生产的资源投入及环境代价

2.1.1 不同类型水稻生产的资源投入与产量

图2可知,近5年来,粳稻的平均氮肥用量最高,达到279 kg/hm2,显著高于其他类型的水稻,早籼稻最低,为199 kg/hm2。晚籼稻的磷肥用量最高,为92.5 kg/hm2,中籼稻、粳稻次之,早籼稻最低。晚籼稻的钾肥用量最高,为117 kg/hm2,较早籼稻、中籼稻和粳稻分别提高了24.1%、29.6%和23.8%。粳稻的农药用量显著高于其他类型水稻,达到12.4 kg/hm2,较早籼稻、中籼稻和晚籼稻分别提高了52.5%、75.2%、18.1%。晚籼稻的柴油用量最高,为126 kg/hm2,早籼稻和粳稻次之,中籼稻最低,分别为115.0、106.0和87.3 kg/hm2。中籼稻产量最高,为8687 kg/hm2,显著高于其他类型的水稻,早籼稻最低,为6371 kg/hm2

图2

图2   不同类型水稻资源投入与产量

ER:早籼稻,MR:中籼稻,LR:晚籼稻,JR:粳稻。不同小写字母表示差异显著(P < 0.05)。下同。

Fig.2   Resources input and yield of different types of rice

ER: early indica rice, MR: middle indica rice, LR: late indica rice, JR: japonica rice. Different lowercase letters indicate significant difference (P < 0.05). The same below.


2.1.2 不同类型水稻温室气体排放和碳足迹

图3可知,粳稻温室气体排放最高,平均为9204.00 kg CO2-eq/hm2,较中籼稻、晚籼稻和早籼稻分别提高了29.5%、42.2%和43.8%。粳稻碳足迹最高,为1.11 kg CO2-eq/kg,早籼稻、晚籼稻次之,中籼稻最低,分别为1.00、0.84和0.82 kg CO2-eq/kg。

图3

图3   不同类型水稻温室气体排放及碳足迹

Fig.3   Greenhouse gas emissions and carbon footprint of different types of rice


CH4排放为稻田碳足迹的第一大来源,分别占早籼稻、中籼稻、晚籼稻和粳稻碳足迹的65.5%、68.2%、64.0%和69.3%。氮肥田间施用造成的N2O排放是稻田碳足迹的第二大来源,占稻田碳足迹的17.7%~18.2%。

2.1.3 不同类型水稻活性氮损失及氮足迹

图4可知,粳稻的活性氮损失最高,为113.0 kg N/hm2,较中籼稻、晚籼稻和早籼稻分别提高了25.7%、37.8%和39.7%。粳稻氮足迹最高,达到13.7 kg N/t,早籼稻、晚籼稻次之,中籼稻最低,分别为12.7、10.6和10.3 kg N/t。氨挥发是稻田氮足迹的最大排放源,占氮足迹的86.7%。

图4

图4   不同类型水稻活性氮损失与氮足迹

Fig.4   Reactive nitrogen loss and nitrogen footprint of different types of rice


2.2 不同地区水稻生产的资源投入与环境代价
2.2.1 不同地区水稻生产的资源投入与产量

表2可知,江苏水稻生产的氮、磷肥用量最高,分别为309和101.0 kg/hm2,分别较其他省份提高了43.0%~51.5%和14.6%~29.1%。3省份水稻生产的钾肥用量无明显差异。浙江水稻生产的农药和柴油用量最高,分别为12.90 kg/hm2和118.0 kg/hm2,分别较其他省份提高了20.6%~81.7%和7.27%~ 30.2%。江苏水稻产量最高,为9319 kg/hm2,显著高于浙江和安徽。

表2   长江三角洲地区水稻生产资源投入与产量

Table 2  Resource input and yield of rice production in Yangtze River Delta region kg/hm2

地区Region氮N磷P2O5钾K2O农药Pesticide柴油Diesel产量Yield
安徽Anhui204±4.28c88.1±3.44b99.5±3.48a7.10±0.94c110.0±6.40b7414±281b
江苏Jiangsu309±5.47a101.0±2.50a101.0±2.82a10.70±0.40b90.6±2.51c9319±202a
浙江Zhejiang216±3.64b78.2±6.55c95.6±5.22a12.90±0.81a118.0±2.19a7364±161b

同一列数据后不同字母表示农资投入在不同省份间存在显著差异(P < 0.05)。

Different letters in the same column indicate significant differences in agricultural input among different provinces (P < 0.05).

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2.2.2 不同地区水稻生产的温室气体排放和碳足迹

图5可知,江苏水稻生产的温室气体排放最高,达8839 kg CO2-eq/hm2,浙江次之,安徽最低,分别为7281和7012 kg CO2-eq/hm2。江苏、浙江和安徽水稻生产的碳足迹无明显差异,分别为0.948、0.989和0.946 kg CO2-eq/kg。

图5

图5   不同地区水稻生产的温室气体排放和碳足迹

Fig.5   Greenhouse gas emissions and carbon footprint of rice production in different regions


2.2.3 不同地区水稻生产的活性氮损失与氮足迹

图6可知,江苏水稻生产的活性氮损失最高,达126.0 kg N/hm2,浙江次之,安徽最低,分别为87.9和82.6 kg N/hm2。江苏水稻生产的氮足迹最高,为13.5 kg N/t,浙江次之,安徽最低,分别为11.9、11.1 kg N/t。

图6

图6   不同地区水稻生产的活性氮损失和氮足迹

Fig.6   Reactive nitrogen loss and nitrogen footprint of rice production in different regions


3 讨论

3.1 不同类型水稻环境代价与优化潜力

本研究表明,长江三角洲地区粳稻生产温室气体排放量最高,为9204 CO2-eq kg/hm2,是早籼稻、中籼稻和晚籼稻的1.29~1.44倍。这主要是因为粳稻品种生育期较长[18],淹水时间较其他类型水稻长,造成CH4排放量较高,达到了6376 kg CO2-eq/hm2,而其他类型水稻CH4排放量处于4139~4849 kg CO2-eq/hm2。CH4排放量占温室气体排放量的64.0%~69.3%,是稻田温室气体排放量第一大来源。这与任筱童等[12]和陈中督等[19]研究结果一致。因此,减少稻田的温室气体排放量重点是减少CH4排放量。张志伟等[20]研究表明干湿交替等节水灌溉技术可以减少51%的CH4排放;薛建福[21]研究表明,稻田免耕秸秆还田较旋耕秸秆还田可以减少20%的CH4排放。其次,氮肥的施用是温室气体排放的第二大来源,占比达10%~20%。这主要是因为氮肥的施用过程中排放N2O,N2O在100年尺度上造成的温室效应是CO2的近300倍[22]。任筱童等[12]研究表明,氮肥的施用不仅对N2O有显著影响,还会显著影响CH4的排放。这主要是因为氮肥的施用会显著影响甲烷氧化菌和产甲烷菌的基因丰度[23]。粳稻生产氮肥投入量为279 kg/hm2,是早籼稻、中籼稻和晚籼稻的1.26~1.40倍。粳稻基肥投入高,而水稻生育前期氮素吸收能力较弱,造成了较高的N2O排放和CH4排放。高的氮肥投入量同时造成了高的活性氮损失。粳稻生产的活性氮损失为113.0 kg N/hm2,较早籼稻、中籼稻和晚籼稻分别提高25.7%、37.8%和39.7%。因此减少氮肥的施用可以有效减少温室气体排放量,同时减少活性氮损失。研究[24]表明,长江三角洲地区粳稻的合适氮肥用量为207 kg/hm2,较当前氮肥用量降低了25.8%,减排潜力巨大。

本研究表明,不同类型水稻碳足迹处于0.82~ 1.11 kg CO2-eq/kg,这与前人[12,25]研究较为一致。其中粳稻的碳足迹最高,为1.11 kg CO2-eq/kg,这主要是因为粳稻的温室气体排放量高。早籼稻的碳足迹次之,为1.00 kg CO2-eq/kg,主要是因为早籼稻产量较低,仅为6371 kg/hm2,因此近年来安徽早稻种植面积呈下降的趋势。中籼稻碳足迹最低,仅为0.82 kg CO2-eq/kg。这主要是因为中籼稻产量较高。不同类型水稻的氮足迹处于10.3~13.7 kg N/t,这与陈中督等[11]在双季稻田的研究结果较为一致。其中,中籼稻氮足迹最低,仅为10.3 kg N/t,可在长江三角洲地区进一步推广。

3.2 不同地区水稻生产环境代价与优化潜力

本研究结果表明,江苏水稻的温室气体排放量最高,为8839 kg CO2-eq/hm2,是浙江和安徽水稻生产温室气体排放量的1.21~1.26倍。这主要是因为江苏水稻生产CH4排放和氮肥施用较高。其中CH4排放分别占江苏、浙江和安徽温室气体排放的66.1%、67.0%和68.3%。但江苏水稻的碳足迹与其他省份无明显差异。这主要得益于江苏水稻产量较高,为9319 kg/hm2,是浙江和安徽水稻产量的1.26~1.27倍。江苏水稻产量高的主要原因是其种植产量较高的中籼稻和粳稻。值得关注的是,江苏水稻生产的活性氮损失量最高,为126.0 kg N/hm2,是浙江和安徽水稻生产活性氮损失的1.43~1.52倍。这主要是因为江苏水稻生产的氮肥投入量高,5年平均氮肥投入量达到309 kg/hm2,远高于环境安全用量225 kg/hm2[26]。江苏水稻氮足迹同样处于最高水平,为13.5 kg N/t,是浙江和安徽水稻氮足迹的1.13~1.21倍。与前人[9,11]研究相比,本研究的氮足迹同样处于较高水平。这可能与本研究中水稻生产的氮肥用量较高及采用的活性氮排放因子不同有关。本研究中氨挥发是最大的氮足迹构成要素,贡献率达到80%以上,这与陈中督等[11]研究结果一致。因此减少稻田氨挥发是减少氮足迹的关键。一般来说,氮肥施用造成的活性氮损失与氮肥用量呈线性关系[27],这说明减少氮肥施用可以很大程度上减少活性氮损失。考虑到减少氮肥的施用可能降低水稻产量,优化氮肥的施用方式可能成为减少活性氮损失更好的选择,如采用水稻生产中较为成熟的侧深施肥技术。官彩红等[28]研究表明,一次性侧深施肥技术较常规施肥降低了水稻生育期中的38.4%的氨挥发损失,同时可以提高13.1%~16.5%的氮肥利用率。王贵兵[29]研究同样表明机械侧深施肥可以减少39.4%的氨挥发,同时可以提高3.41%~11.40%水稻产量。此外,应用缓控释肥同样可以有效减少氨挥发损失。侯朋福等[30]研究表明包膜尿素侧深施用较常规施肥降低了13.8%~86.4%的氨挥发损失。侯坤等[31]研究表明,机插同步施用不同配比的缓控释氮降低了5.2%~38.2%的氨挥发,说明缓控释氮比例对氨挥发的影响较大。值得注意的是,本研究中活性氮排放因子采用王桂良等[17]基于南方稻田的研究结果,未考虑到江苏、浙江和安徽稻田的土壤和气候差异。因此未来需要进一步研究不同地区的活性氮排放差异,特别是稻田氨挥发损失。

4 结论

长江三角洲地区中籼稻的投入较低,产量最高,碳氮足迹最低,是可推广的稻作类型。粳稻投入较高,产量较高,碳氮足迹最高,存在较大的减排空间。早籼稻产量最低,种植面积呈下降的趋势。晚籼稻投入产出及碳氮足迹处于中间水平。

江苏水稻产量最高,投入最高,氮足迹最高。浙江和安徽水稻投入产出差异较小,碳氮足迹差异较小。CH4排放和氨挥发分别是碳氮足迹最大的贡献来源,生产上可采用节水灌溉技术来减少CH4排放,以及推广水稻侧深施肥技术或缓控释肥以减少氨挥发。

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吉林省水稻生产的碳足迹与水足迹时空变化特征

浙江农业学报, 2021, 33(6):974-983.

DOI:10.3969/j.issn.1004-1524.2021.06.02      [本文引用: 1]

农业生产对全球气候变暖、水资源短缺和环境污染具有重要影响。碳足迹和水足迹分别是评估温室气体排放和水资源消耗的指标。采用生命周期评价方法,对吉林省水稻生产的碳足迹和水足迹进行核算,分析碳足迹和水足迹的时空变化特征及其构成。结果表明:2007—2017年吉林省水稻生产的碳足迹年均值为0.74 kg·kg<sup>-1</sup>。甲烷排放是水稻生产碳足迹的主要组分,占比为41.55%,其次为化肥施用导致的温室气体排放,占比为21.18%。2007—2017年吉林省水稻生产的水足迹呈波动下降趋势,年均值为147 L·kg<sup>-1</sup>,其中:水稀缺足迹为122 L·kg<sup>-1</sup>,约占83%,水劣化足迹为25 L·kg<sup>-1</sup>,约占17%。碳足迹和水足迹的高值区和低值区在空间上分布不一致,吉林省西部和中部地区的水足迹较大、碳足迹较小,而东部、中东部地区碳足迹较大、水足迹较小。相关分析表明,碳足迹和水足迹呈负相关。

陈中督, 徐春春, 纪龙, .

基于农户调查的长江流域双季稻生产碳、氮足迹分析—以江西和湖南为例

作物杂志, 2023 (2):229-237.

[本文引用: 4]

任筱童, 柴以潇, 张莹, .

县域稻麦轮作系统碳足迹分析——以江苏兴化为例

中国土壤与肥料, 2023(4):67-75.

[本文引用: 5]

国家发展和改革委员会价格司. 全国农产品成本收益资料汇编(2016-2020). 北京: 中国统计出版社, 2017-2021.

[本文引用: 1]

Cui Z L, Yue S C, Wang G L, et al.

In-season root-zone N management for mitigating greenhouse gas emission and reactive N losses in intensive wheat production

Environmental Science & Technology, 2013, 47(11):6015-6022.

[本文引用: 2]

Huang X M, Chen C Q, Qian H Y, et al.

Quantification for carbon footprint of agricultural inputs of grains cultivation in China since 1978

Journal of Cleaner Production, 2017, 142:1629-1637.

[本文引用: 3]

Zhang W F, Dou Z X, He P, et al.

New technologies reduce greenhouse gas emissions from nitrogenous fertilizer in China

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2013, 110:8375-8380.

[本文引用: 2]

王桂良, 崔振岭, 陈新平, .

南方稻田活性氮损失途径及其影响因素

应用生态学报, 2015, 26(8):2337-2345.

[本文引用: 2]

基于文献数据,研究了南方不同稻区水稻生长期氧化亚氮排放(N<sub>2</sub>O排放)、硝态氮或铵态氮淋洗(N淋洗)、硝态氮或铵态氮径流(N径流)、氨挥发(NH<sub>3</sub>挥发)的差异及其影响因素.结果表明: N<sub>2</sub>O排放、N淋洗和N径流主要发生在长江流域单季稻区,损失量分别为1.89、6.4和10.4 kg N&middot;hm<sup>-2</sup>,损失率分别为0.8%、3.8%和5.3%,较高施氮量和稻田土壤干湿交替可能是主要原因;NH<sub>3</sub>挥发主要发生在华南晚稻,损失量和损失率分别为54.9 kg N&middot;hm<sup>-2</sup>和35.2%,晚稻生长期较高的温度可能是NH<sub>3</sub>挥发较大的主要原因.田间优化管理措施减少某一途径氮损失的同时可能会增加另一种途径氮素损失,实际生产中应综合考虑田间管理措施对各种活性氮损失的影响,活性氮损失量随着水稻产量水平的提高而增加,主要是因为施氮量也在逐渐增加.随着氮肥偏生产力的增加,N<sub>2</sub>O排放、N淋洗和N径流损失率逐渐下降,因此,努力减小单位产量的氮损失,是协同提高作物产量和氮肥利用效率的重要途径.

陈祥龙. 中国水稻主产区产量与生育期特征参数时空分布研究. 南京: 南京农业大学, 2021.

[本文引用: 1]

陈中督, 李凤博, 冯金飞, .

长江下游地区稻麦轮作模式碳足迹研究——基于生命周期评价

中国农业资源与区划, 2019, 40(12):81-90.

[本文引用: 1]

张志伟, 秦晓波, 樊建凌, .

干湿交替灌溉模式在湖南稻区适用性及其甲烷减排潜力评估

农业工程学报, 2022, 38():232-239.

[本文引用: 1]

薛建福. 耕作措施对南方双季稻田碳、氮效应的影响. 北京: 中国农业大学, 2015.

[本文引用: 1]

Dijkstra F A, Morgan J A, Follett R F, et al.

Climate change reduces the net sink of CH4 and N2O in a semiarid grassland

Global Change Biology, 2013, 19(6):1816-1826.

DOI:10.1111/gcb.12182      PMID:23505264      [本文引用: 1]

Atmospheric concentrations of methane (CH4 ) and nitrous oxide (N2 O) have increased over the last 150 years because of human activity. Soils are important sources and sinks of both potent greenhouse gases where their production and consumption are largely regulated by biological processes. Climate change could alter these processes thereby affecting both rate and direction of their exchange with the atmosphere. We examined how a rise in atmospheric CO2 and temperature affected CH4 and N2 O fluxes in a well-drained upland soil (volumetric water content ranging between 6% and 23%) in a semiarid grassland during five growing seasons. We hypothesized that responses of CH4 and N2 O fluxes to elevated CO2 and warming would be driven primarily by treatment effects on soil moisture. Previously we showed that elevated CO2 increased and warming decreased soil moisture in this grassland. We therefore expected that elevated CO2 and warming would have opposing effects on CH4 and N2 O fluxes. Methane was taken up throughout the growing season in all 5 years. A bell-shaped relationship was observed with soil moisture with highest CH4 uptake at intermediate soil moisture. Both N2 O emission and uptake occurred at our site with some years showing cumulative N2 O emission and other years showing cumulative N2 O uptake. Nitrous oxide exchange switched from net uptake to net emission with increasing soil moisture. In contrast to our hypothesis, both elevated CO2 and warming reduced the sink of CH4 and N2 O expressed in CO2 equivalents (across 5 years by 7% and 11% for elevated CO2 and warming respectively) suggesting that soil moisture changes were not solely responsible for this reduction. We conclude that in a future climate this semiarid grassland may become a smaller sink for atmospheric CH4 and N2 O expressed in CO2 -equivalents.© 2013 Blackwell Publishing Ltd.

许欣, 陈晨, 熊正琴.

生物炭与氮肥对稻田甲烷产生与氧化菌数量和潜在活性的影响

土壤学报, 2016, 53(6):1517-1527.

[本文引用: 1]

姚坚, 张世玺, 姚海根, .

氮肥用量对浙北地区不同类型晚粳品种产量及产量构成的影响

中国稻米, 2018, 24(5):121-122.

DOI:10.3969/j.issn.1006-8082.2018.05.030      [本文引用: 1]

为了科学合理地施用氮肥,实现化肥减量增效的目的,本试验研究了氮肥用量对浙北地区不同类型晚粳品种产量形成的影响。结果表明,在本试验范围内,不同类型晚粳品种的耐氮肥性表现为弯穗型晚粳稻(嘉禾218)>籼粳型杂交晚粳稻(甬优538)>直立穗型晚粳稻(秀水134、秀水121)>半直立穗型晚粳(糯)稻(甬糯34);浙北地区单季晚粳稻产量构成因子主要由品种本身决定;直立穗型和半直立穗型晚粳及籼粳杂交稻可以适当减少氮肥施用量,氮肥用量以折合尿素30 kg/667 m2为宜。

王兴, 赵鑫, 王钰乔, .

中国水稻生产的碳足迹分析

资源科学, 2017, 39(4):713-722.

DOI:10.18402/resci.2017.04.12      [本文引用: 1]

由温室气体排放引起的全球变暖问题已受到公众的广泛关注。农业生产对温室气体排放有重要影响,水稻是中国主要粮食作物,而稻田又是CH<sub>4</sub>的主要排放源,因此研究其生产过程的碳足迹对实现农业节能减排具有意义。本研究基于2004-2014年水稻生产相关统计数据,利用碳足迹评价方法核算了中国水稻生产碳足迹及其变化趋势。研究结果表明:①中国水稻生产温室气体排放量、单位面积碳足迹呈逐年增长,而单位产量碳足迹则出现下降趋势,年均增长量分别为21.24亿kgCO<sub>2</sub>-eq、32.58kgCO<sub>2</sub>-eq/hm<sup>2</sup>和-2.82kgCO<sub>2</sub>-eq/t;②不同省份由于水稻生产条件差异,其碳足迹存在较大差别,如年均单位面积碳足迹最高的江苏达7411.91kgCO<sub>2</sub>-eq/hm<sup>2</sup>,最低的黑龙江为4305.87kgCO<sub>2</sub>-eq/hm<sup>2</sup>;③年均单位产量碳足迹方面,最高海南为1419.35kgCO<sub>2</sub>-eq/t,最低吉林为602.12kgCO<sub>2</sub>-eq/t;④综合比较单位面积与单位产量碳足迹发现,华南双季稻稻作区(广西、广东、福建等),华中双季稻稻作区(江苏、湖南、江西等),其单位碳足迹均高于全国平均水平;⑤水稻生产碳足迹组成中占比最大的部分为稻田CH<sub>4</sub>排放,达85.05%,农资投入导致的温室气体排放仅占14.95%,其中化肥投入占总碳足迹的10.25%。最后,本文建议通过改进农田管理措施(如间歇性灌溉、改进施肥、合理使用农业投入品),提高水稻机械化生产效率来有效减少水稻温室气体排放。

白由路.

化学肥料与生态健康

肥料与健康, 2020, 47(1):2-5.

[本文引用: 1]

Xia L L, Ti C P, Li B L, et al.

Greenhouse gas emissions and reactive nitrogen releases during the life-cycles of staple food production in China and their mitigation potential

Science of the Total Environment, 2016, 556:116-125.

[本文引用: 1]

官彩红, 王强, 孔祎昕, .

机插侧深施肥对水稻氮素吸收和氨挥发的影响

浙江农业科学, 2022, 63(6):1215-1217,1222.

DOI:10.16178/j.issn.0528-9017.20213043      [本文引用: 1]

采用田间大区对比试验,研究不同氮肥运筹比例时基肥侧深施肥对水稻氮素和氨挥发损失的影响,为机插侧深施肥技术应用提供理论依据。试验设置不施氮(N0)、常规施肥(FF)、基肥侧深施(40% NDF)、基肥增氮侧深施(55% NDF)和一次性侧深施(100% NDF)5个处理,分析基肥侧深施对水稻产量、氮素吸收和氨挥发的影响。结果表明,等施氮量(225 kg·hm<sup>-2</sup>)下,侧深施肥各处理水稻产量与常规施肥处理间没有明显差异,但显著提高了水稻地上部氮素吸收量,氮肥利用率比常规施肥处理提高了13.1~16.5百分点。40% NDF和55% NDF处理基肥氨挥发量和FF处理间差异不显著,100% NDF处理显著增加了基肥的氨挥发量,侧深施肥各处理基肥氨挥发比例和FF处理间差异不显著。55% NDF和100% NDF处理显著降低了水稻生育期总氨挥发量和总损失率,100% NDF处理对氨挥发的抑制效果优于55% NDF处理。机插侧深施肥技术对稻田氨挥发的抑制效果受到稻田平整度的影响,应加强配套技术研究。

王贵兵. 机械侧深施肥对水稻生长、养分损失及肥料利用率的影响. 武汉: 华中农业大学, 2022.

[本文引用: 1]

侯朋福, 薛利祥, 俞映倞, .

缓控释肥侧深施对稻田氨挥发排放的控制效果

环境科学, 2017, 38(12):5326-5332.

[本文引用: 1]

侯坤, 荣湘民, 韩磊, .

速效氮与缓控释氮配比一次性侧深施对双季稻产量、氮素利用率及氮素损失的影响

农业环境科学学报, 2021, 40(9):1923-1934.

[本文引用: 1]

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