中國(guó)農(nóng)田化學(xué)氮肥施用和生產(chǎn)中溫室氣體(N2O、CO2)減排潛力估算.pdf

1、氧化亞氮(N2O)是大氣中僅次于CO2和CH4的第三大痕量溫室氣體,大量排放會(huì)引起全球氣候變暖和平流層臭氧的損耗。大氣中N2O濃度已從工業(yè)革命前的270ppb左右上升到2005年的319ppb。N2O排放1/3以上來(lái)自于農(nóng)業(yè)活動(dòng)。農(nóng)業(yè)氮肥的施用是導(dǎo)致農(nóng)田土壤N2O排放的主要原因。隨著氮肥施用量繼續(xù)增加,超過(guò)作物的需求,將有可能導(dǎo)致更多的N2O排放。
　　 中國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó),在7％的耕地上需要養(yǎng)活22％的人口。為達(dá)到作物高產(chǎn)的要求

2、,中國(guó)氮肥施用量自1970年以來(lái)急劇增加。目前中國(guó)氮肥施用量占全球的30％。過(guò)量的氮肥施用可持續(xù)的增加糧食產(chǎn)量,但是化肥的大量施用現(xiàn)明顯的報(bào)酬遞減效應(yīng),導(dǎo)致更多的N2O排放。合理施用氮肥,減少中國(guó)農(nóng)田N2O排放對(duì)全球氮肥導(dǎo)致的N2O減排具有重要意義。
　　 在整個(gè)氮肥工業(yè)生產(chǎn)和運(yùn)輸過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生大量的溫室氣體CO2。因此,減少氮肥施用,不僅僅可以減少N2O排放,同時(shí)可以減少CO2排放。本研究利用模型和GIS技術(shù),評(píng)價(jià)中國(guó)氮肥施用

3、量及氮肥利用率(Nitrogen use efficiencyNUE％),定量分析不同氮肥利用率情景下溫室氣體減排潛力及其區(qū)域分布特征,為制定有效農(nóng)業(yè)溫室氣體減排對(duì)策提供科學(xué)依據(jù)。
　　 本研究針對(duì)6種主要作物,水稻、小麥、玉米、大豆、棉花和油菜進(jìn)行分析,通過(guò)充分調(diào)研文獻(xiàn)資料,建立農(nóng)田地力貢獻(xiàn)率統(tǒng)計(jì)模型。結(jié)合統(tǒng)計(jì)資料整理和分析,建立了包括施氮量、作物產(chǎn)量、種植面積、地理位置、土壤理化性狀等要素的數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)地力貢獻(xiàn)率模型和NUE

4、模型的結(jié)合,分析了地力貢獻(xiàn)率、氮肥施用量以及氮肥利用率區(qū)域特征。分析結(jié)果表明,建立的中國(guó)農(nóng)田地力貢獻(xiàn)率統(tǒng)計(jì)模型可解釋地力貢獻(xiàn)率空間變異。除玉米外,中國(guó)各作物地力貢獻(xiàn)率的高值區(qū)分布在東部沿海以及長(zhǎng)江黃淮流域,特別是華東華中和四川盆地；低值區(qū)主要分布在華北北部以及西南地帶。玉米高值區(qū)分布在東北和西南。我國(guó)水稻、小麥、玉米、大豆、棉花和油菜的平均氮肥施用量分別為190,193,189,45,212,172kgha-1,施用量變化趨勢(shì)大體為從南

5、往北從東往西遞減。各作物氮肥利用率分別為31％,33％,32％,39％,29％和31％。在各作物主要種植區(qū)內(nèi),東部沿海地區(qū)、華北平原和四川盆地平均氮肥利用率較低,在22-33％之間。
　　 基于上世紀(jì)90年代的土壤肥力和作物產(chǎn)量,本研究設(shè)定5個(gè)NUE情景,分別為30％,35％,40％,45％和50％,分別估算我國(guó)農(nóng)田氮肥盈余量。結(jié)果表明,在30.50％的NUE情景下,氮肥盈余總量在3.40-7.73×106tyr-1之間,占6種

6、作物氮肥施用總量的30％(18-42％)。在30％、40％、50％的NUE情景下,氮肥盈余量分別3.40,5.74和7.73×106 tyr-1。水稻、小麥和玉米是主要施肥過(guò)量的作物,其氮肥盈余量占6作物氮肥盈余總量的85％。氮肥盈余量較大的區(qū)域主要分布在江蘇、河南、山東、湖北、四川、河北、安徽、湖南、廣東和遼寧,占全國(guó)盈余總量的63％。NUE每增加1％,可以減少220×103 tyr-1的氮肥施用。
　　 基于NUE模型,結(jié)合

7、農(nóng)田N2O排放模型以及氮肥工業(yè)CO2排放系數(shù),估算中國(guó)不同的氮肥利用率情景下農(nóng)田N2O和氮肥生產(chǎn)CO2減排潛力。研究結(jié)果表明,我國(guó)氮肥在生產(chǎn)運(yùn)輸和農(nóng)田施用過(guò)程中共排放187.8(148.4-220.5)Tg CO2_eqyr-1的溫室氣體。在NUE設(shè)定為30％-50％情景下,中國(guó)農(nóng)田氮肥施用減排潛力為52.9-123.4Gg N2Oyr-1,占全國(guó)農(nóng)田N2O直接排放量的16％-38％。氮肥生產(chǎn)可減排的CO2平均為16.4到37.3Tg

8、CO2yr-1之間。全國(guó)農(nóng)田N2O和氮肥生產(chǎn)CO2的減排潛力在32.2Tg CO2_eqyr-1到74.1Tg CO2_eqyr-1之間,占生產(chǎn)施用過(guò)程中溫室氣體排放總量的17-39％。氮肥生產(chǎn)運(yùn)輸過(guò)程溫室氣體減排潛力與農(nóng)田施用過(guò)程中的減排潛力水平相當(dāng)。每增加1％氮肥利用率,可減少排放2 Tg CO2_eqyr-1溫室氣體。我國(guó)不同氮肥利用率情景下主要的減排區(qū)域分布在江蘇、安徽、山東、河南、四川和湖北等省份。
　　 本研究中的不

9、確定性主要來(lái)自兩方面:氮肥利用率估算輸入?yún)?shù)的不確定性和減排潛力估算模型方法的不確定性。經(jīng)過(guò)大量的資料分析和方法比較表明,本研究的結(jié)果具有較高的可信度。需要指出的是,由于數(shù)據(jù)的缺乏本研究中未考慮有機(jī)氮肥和氮沉降的投入。通過(guò)文獻(xiàn)資料的調(diào)研,各作物(水稻、小麥和玉米)有機(jī)氮肥和氮沉降的投入量范圍分別為26±10,29±13和31±14kgN ha-1和14±9,12±7和10±2 kgN ha-1。由此,外源有機(jī)和無(wú)機(jī)氮肥的投入量可增加到2