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准确定量农作物种植系统温室气体足迹的通用方法
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2017-12-01 | 【 【关闭】

  制定和实施履行《巴黎协定》的农业政策与措施,需要依据可指示农业温室气体(GHG)综合减排效果的指数,如农作物种植系统GHG足迹(下简称GHG足迹),亦即形成单位农作物产品的生命周期GHG净排放量。作为“气候智慧型”农作物种植系统的关键评价指标(图1),GHG足迹不仅可用于衡量种植业生产对气候变化的影响潜势,还可用于确定食品的绿色增值税率,以促使公众通过市场机制,自觉采取有利于减缓气候变化的低碳型(即低GHG净排放)生产或生活方式。 

  尽管农作物GHG足迹的准确定量至关重要,但其定量研究至今还存在突出问题或不足。主要表现在:(1)对于构成生命周期GHG净排放总量的分量考虑得不够全面,致使定量偏差在所难免;(2)绝大多数研究都忽略土壤有机碳变化,致使所得的GHG足迹量值可能并不可靠(如图2所示实例);(3)缺乏碳氮生物地球化学过程模型对关键参数——田间GHG排放(或吸收)系数的模拟,因而,限制了现有GHG足迹定量方法的普适性(Zheng and Han 2018)。 

  为了克服准确定量GHG足迹的现有问题或不足,大气所郑循华研究员提出了一套定量农作物种植系统GHG足迹的通用方法(图34),已在Atmospheric and Oceanic Science Letters上发表。该方法将构成生命周期GHG净排放的全部分量都纳入足迹计算,并汇集了一些分量(如田间机械作业及其他生产资料投入)源自文献的GHG排放系数值(Zheng and Han 2018),且对于发生在农田生态系统内的主要分量过程,还特别强调了直接观测(郑循华和王睿,2017)与过程模型模拟(Cui et al. 2014)相结合确定其GHG排放(或吸收)系数的必要性。    

  1 低温室气体(GHG)足迹是“气候智慧型”农作物种植系统的关键标志。新活性氮(Nr)即为化学氮肥。引自Zheng and Han2018)。 

  2 忽略土壤有机碳(SOC)库变化致使农作物种植系统温室气体(GHG)足迹的定量结果不具可靠性:(a)对于暖温带地区高投入高产量玉米小麦轮作系统,导致检测不到耕作方式之间本来存在的GHG足迹差异;(b)对于热带低投入中低产量玉米填闲作物轮作系统,导致检测不到种植方式之间本来存在的巨大GHG足迹差异(M代表玉米,OVCLP分别代表燕麦、苕子、豇豆、扁豆和木豆)。根据Bayer et al.2016)、Zhang et al.2016)、Zheng and Han2018)绘制。  

  3 农作物种植系统温室气体(GHG)足迹(I)的定义和生命周期GHG排放(或吸收)途径。GHGtotalCP分别表示生命周期GHG净排放总量和农作物产量。引自Zheng and Han2018)。 

   4 构成农作物种植系统生命周期温室气体净排放(GHGtotal)的各个分量及其计算方法。公式引自Zheng and Han2018),图根据文中描述绘制。 

  参考文献: 

  郑循华,王睿(著),2017:陆地生态系统大气体碳氮气体交换通量的地面观测方法:静态箱相色谱法观测CH4N2O通量的方法与数据质量控制规范,北京:气象出版社.  

  Bayer, C., J. Gomes, J. A. Zanatta, F. C. B. Vieira, and J. Dieckow, 2016: Mitigating greenhouse gas emissions from a subtropical Ultisol by using long-term no-tillage in combination with legume cover crops, Soil & Tillage Research, 161, 86–94. 

  Cui, F., X. Zheng, C. Liu, K. Wang, Z. Zhou, and J. Deng. 2014: Assessing biogeochemical effects and best management practice for a wheat-maize cropping system using the DNDC model, Biogeosciences, 11, 91–107. 

  Zhang, X., C. Pu , X. Zhao, J. Xue, R. Zhang, Z. Nie, F. Chen, R. Lal, and H. Zhang, 2016: Tillage effects on carbon footprint and ecosystem services of climate regulation in a winter wheat–summer maize cropping system of the North China Plain. Ecological Indicators 67: 821–829. 

  Zheng, X., and S. Han. 2018. "A generic methodological framework for accurately quantifying greenhouse gas footprints of crop cultivation systems." Atmospheric and Oceanic Science Letters 11. http://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/16742834.2018.1393309.  

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