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農田，是氧化亞氮的全球第一大排放源，占全球氧化亞氮排放總量近60%。因此，發展合適的計算方法以估算農田氧化亞氮直接排放量，不僅可以明確農業生產對氣候變化的影響程度，還可以為發展農田減排技術提供數據支撐。

文/韓揚眉（中國科學報見習記者）

來源：中國科學報（2019年9月17日）

稻田土壤樣品采集 程琨攝

提起溫室氣體，大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。作為全球排名第三的溫室氣體，氧化亞氮在百年尺度內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大排放源，占全球氧化亞氮排放總量近60%。因此，發展合適的計算方法以估算農田氧化亞氮直接排放量，不僅可以明確農業生產對氣候變化的影響程度，還可以為發展農田減排技術提供數據支撐。

我國科學家研究農田氧化亞氮排放方法和估算20余年，以期獲得確定性和可信度更高的分析結果。

近日，南京農業大學土壤學科溫室氣體計量團隊與英國阿伯丁大學、愛丁堡大學學者合作，對中國農田氧化亞氮直接排放因子進行了更新，并提供了更為細化的排放因子，從而將氧化亞氮直接排放量估算的不確定性降低到7%。相關成果在線發表于《環境科學與技術》雜志。

排放因子：更精細化的估算

我國的農田氧化亞氮排放量約占全球總排放量的1/4，且隨著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，需要精確的數據支撐。已有研究發現，氮肥施用量與氧化亞氮直接排放量有著極顯著的關系。

“我們基于該關系開發了氧化亞氮直接排放因子。”論文通訊作者、南京農業大學資源與環境科學學院副教授程琨告訴《中國科學報》，氧化亞氮直接排放因子即單位質量氮素投入所帶來的農田氧化亞氮排放量。“有了排放因子，以后想計算某個區域內農田氧化亞氮的直接排放量，只需要知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因子，是聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）于2006年發布的《IPCC國家溫室氣體清單指南》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年國家溫室氣體清單指南2019修訂版》，基于氣候、肥料和水分管理類型提出了更為細化的全球尺度排放因子。不過，因農田氧化亞氮排放通量具有顯著的時空差異，該排放因子在國家特別是區域尺度上具有較高的不確定性，IPCC也同時建議各個國家和地區開發自己的排放因子。

20世紀90年代以來，我國學者在氧化亞氮排放因子的開發上積累了方法學的研究基礎，但因數據量不足，無論是排放因子，還是用其估算的氧化亞氮排放量，均存在較大不確定性，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展了田間原位氧化亞氮排放的監測研究。“我們期望借鑒前人排放因子的研究經驗，基于近年來豐富的農田氧化亞氮數據資源，開發農業區尺度的體現作物特征和肥料類型特征的更準確的排放因子。”

全球氣候變化頂尖專家、英國阿伯丁大學教授Pete Smith告訴《中國科學報》，用于量化氧化亞氮排放的排放因子，對實施減排措施和制定減排策略非常有意義。此外，更好地量化排放因子，以及它們如何因地區和作物而變化，在評估氣候變化減排目標的進展方面極為重要。

差異化計量：更精準的區域排放統計

溫室氣體是導致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排放占全球排放的10%~12%。中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所研究員郭李萍告訴《中國科學報》，對農田溫室氣體排放進行計量，可以明確農業生產對氣候變化的貢獻程度，還可以為發展農田管理減排技術提供數據和技術支撐。同時，準確估算我國農業溫室氣體排放量，也可為國家在國際氣候談判中提供準確的數據支持。

“在進行溫室氣體排放計量中，主要關注的焦點是計量方法的準確性、可操作性和不確定性問題，以及估算結果不確定性的量化說明。”郭李萍表示。

目前，能夠估算氧化亞氮排放的方法有模型模擬法和排放因子法。與模型模擬法相比，排放因子法可以用極為有限的數據，即僅知道氮素投入量，便能得到盡可能準確的估計。

研究人員通過文獻搜集，建立了包含1151組觀測值的中國農田氧化亞氮排放數據庫，然后將不同方法計算得出的排放因子進行對比評價。結果發現，氮素投入量與氧化亞氮直接排放量的線性回歸方法的解釋度最高，且模擬效果最好。

通俗來講，就是氧化亞氮直接排放的多少，有可能取決于氮肥施用量的多少。

以2016年為例，該研究精確估計了中國農田因化肥投入引起的氧化亞氮年直接排放量為30.5萬噸，95%置信區間為28.3萬—32.7萬噸。

同時，為證明該方法的有效性，研究人員利用它對不同農業區的不同作物、不同農田管理類型下的排放因子進行了計算，發現中國農田氧化亞氮排放因子存在巨大的農業區差異和作物類型、肥料類型及水分模式等管理影響差異。

值得一提的是，研究人員針對中國九大農業區的細化排放因子，繪制了高分辨率的中國農田氧化亞氮排放空間分布圖。該圖顯示，氧化亞氮排放最高的區域分布在長江中下游地區（特別是江蘇東部）、黃淮海地區、東北地區（特別是松嫩平原），這些地區應當是提高氮肥利用率、減少氧化亞氮排放的重點關注區域。

Pete Smith表示，通過準確量化中國農田氧化亞氮排放、控制氮肥施用，在保證作物產量最大化的同時減少氧化亞氮排放，有助于減少中國的氣候足跡。

不過，也有研究表明，農田氮素投入與氧化亞氮排放量具有非線性關系。“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，在農田中，由于前季作物種植施用的氮素殘留會對氧化亞氮排放產生影響，冬閑田的溫室氣體排放也不容忽視。不過，其如何排放以及排放量在農業溫室氣體排放中貢獻如何，仍有待進一步研究。

管理之基：更有效的降氮減排

農田中的氧化亞氮直接排放主要是由于人為氮肥施用造成的。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、秸稈還田、土壤調理劑使用等）均會對土壤氧化亞氮排放產生不同的影響。”郭李萍說。

在郭李萍看來，減少氧化亞氮排放，最重要的途徑是提高氮素利用率。采取一些管理措施，比如配合施用有機無機肥、添加生物質炭，以及使用氮肥增效劑及緩控釋肥、水肥一體化管理等，都可以有效提高當季氮肥利用率。這能夠在保證糧食產量的同時，顯著減少氧化亞氮排放及氮肥的其它無效損失。

的確，實現糧食安全與溫室氣體減排“雙贏”，一直是人類共同追求的目標。程琨表示，在未來氣候變化情況下，尤其是發展中國家，如何在保障糧食產量的前提下達到農田固碳減排目標，即實現“氣候智慧農業”（Climate smart agriculture），是當前關注的焦點。

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

“該研究提供的基于農業區、作物類型和農田管理類型的更為細化的氧化亞氮排放因子，可為未來溫室氣體清單編制提供方法學和數據支撐，可降低清單編制的不確定性。”郭李萍說。