眾所周知,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程會(huì)向大氣中排放大量的二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亞氮(N2O)等溫室氣體。其中,CO2主要源自微生物的腐爛,以及作物殘?jiān)屯寥乐杏袡C(jī)物質(zhì)的燃燒;CH4主要來(lái)自無(wú)氧條件下有機(jī)物質(zhì)的分解,尤其是堆肥等;而N2O主要是當(dāng)土壤和肥料中的氮素轉(zhuǎn)化微生物時(shí)產(chǎn)生,當(dāng)環(huán)境潮濕,并且氮養(yǎng)分超過(guò)農(nóng)作物生長(zhǎng)所需時(shí),N2O將大量產(chǎn)生。由此可見(jiàn),農(nóng)業(yè)溫室氣體(GHG)的組成非常復(fù)雜。
目前,農(nóng)業(yè)領(lǐng)域主要通過(guò)一系列技術(shù)手段進(jìn)行GHG的減排。以下,我們將對(duì)相關(guān)減排舉措進(jìn)行詳細(xì)介紹。
1.減排技術(shù)分類
根據(jù)反應(yīng)機(jī)理的不同,目前農(nóng)業(yè)GHG減排技術(shù)主要可分為如下三大類:
⑴ 減少?gòu)U氣排放量。通過(guò)高效管理農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的碳、氮元素的流失,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的CO2、CH4和N2O等溫室氣體的排放量將顯著減少。受條件差異的影響,各地應(yīng)根據(jù)具體情況,采用適宜的方法實(shí)現(xiàn)減排。
⑵ 提高溫室氣體清除能力。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的碳儲(chǔ)量很大,主要存在于土壤的有機(jī)質(zhì)中。通過(guò)改進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理,碳元素的流失可以得以一定的控制,如通過(guò)農(nóng)林系統(tǒng)進(jìn)行碳捕獲等??梢栽谝欢ǔ潭壬蠝p少大氣中的CO2。此外,耕地亦具有溫室氣體清除能力。通過(guò)氧化作用,耕地也可以清除大氣中的CH4。
⑶ 開拓農(nóng)作物新用途。農(nóng)作物及其殘?jiān)嗫捎米魅剂蟻?lái)源,通過(guò)處理可轉(zhuǎn)化成乙醇或柴油等燃料。
2.減排舉措一覽
目前農(nóng)業(yè)領(lǐng)域主要的減排舉措主要有加強(qiáng)耕地管理、牧地管理和有機(jī)土壤管理,修復(fù)退化土壤,加強(qiáng)畜牧管理,加強(qiáng)肥料管理,推廣使用生物能源等。以下將對(duì)耕地管理進(jìn)行重點(diǎn)介紹。
耕地管理主要包括以下幾個(gè)方面:
⑴ 農(nóng)藝管理。首先,改進(jìn)農(nóng)藝措施,諸如改良作物品種;施行作物輪作;減少或避免休耕等,這都將有助于提高農(nóng)作物產(chǎn)量,提高土壤的碳儲(chǔ)量。其次,采用分散耕作制度,減輕農(nóng)作物對(duì)于農(nóng)藥和其它投入的依賴性。第三,在農(nóng)作物輪作期間,種植一定的植被進(jìn)行短期覆蓋。這可以增加土壤中的碳儲(chǔ)量,同時(shí)還可以固定住土壤中殘留的氮元素,以減少N2O的排放。
⑵ 養(yǎng)分管理。一般來(lái)說(shuō),化肥中的氮元素通常不能被農(nóng)作物完全吸收。因此,提高農(nóng)作物對(duì)氮元素的吸收能力能顯著減少N2O的排放,同時(shí)可間接地減少氮肥生產(chǎn)過(guò)程中CO2的排放。提高氮肥利用率主要有以下幾種方法:精確計(jì)算作物生長(zhǎng)所需的氮養(yǎng)分,調(diào)整氮肥施肥頻率;使用緩釋型氮肥或氮肥增效劑;改進(jìn)氮肥施肥方式,使其易被作物根系吸收;避免氮肥的過(guò)量使用等。
⑶ 耕作模式管理。得益于先進(jìn)的雜草控制工藝和農(nóng)機(jī)技術(shù),許多農(nóng)作物目前已經(jīng)能夠采用少耕或免耕法進(jìn)行種植。通常情況下,土壤擾動(dòng)會(huì)加速其中碳的流失。因此,少耕或免耕可以提高土壤的碳儲(chǔ)量。同時(shí),少耕或免耕還可在一定程度上影響N2O的排放。
⑷ 農(nóng)作物殘?jiān)芾?。農(nóng)作物殘?jiān)峭寥烙袡C(jī)質(zhì)形成的基礎(chǔ),而碳元素主要存在于有機(jī)質(zhì)中,因此,盡量不要燃燒農(nóng)作物殘?jiān)?,這樣既能夠提高土壤碳儲(chǔ)量,還能減少因燃燒而產(chǎn)生的煙霧和GHG的排放。
⑸ 水資源的管理。目前,全球約18%的耕地采用灌溉方式,提供農(nóng)作物生長(zhǎng)所需用水。如采用更高效的灌溉方式,農(nóng)作物產(chǎn)量將進(jìn)一步提高,農(nóng)作物殘?jiān)恳矊㈦S之增加,這都將有利于土壤中碳儲(chǔ)量的提高。但灌溉消耗能量會(huì)產(chǎn)生CO2,更多氮肥投入會(huì)導(dǎo)致N2O的排放增多,因此,水資源的管理對(duì)于農(nóng)業(yè)GHG減排的作用仍有待于進(jìn)一步的考察。
⑹ 農(nóng)作物(如水稻)的管理。水稻具有好濕、喜溫的特性,因此,種植水稻的土壤排放大量的CH4。但是,正確采用如下一系列舉措,土壤的CH4排放量會(huì)顯著降低,如選擇優(yōu)良的水稻品種;在水稻生長(zhǎng)期間,土壤進(jìn)行一次或多次排水;待水稻收割后,盡量保持土壤干燥,避免內(nèi)澇等。
⑺ 農(nóng)林管理。農(nóng)林既可用于發(fā)展畜牧業(yè)、種植糧食作物;又可用于種植樹木等林產(chǎn)品。其中,林產(chǎn)品主要包括防護(hù)林和徑流緩沖帶等。當(dāng)?shù)乇砀采w有樹木等植被時(shí),地表碳的儲(chǔ)量通常較高,而樹木的存在亦能提高土壤固碳能力。
⑻ 土地使用方式的轉(zhuǎn)變。農(nóng)業(yè)GHG減排最有效的方法之一是以農(nóng)作物作為“原生植被”,用于土壤覆蓋。這將有利于土壤碳儲(chǔ)量的增加。覆蓋模式可以多樣化,既可對(duì)于耕地進(jìn)行植被覆蓋,亦可在耕地的排水溝周邊種植草木等進(jìn)行局部覆蓋。當(dāng)旱田轉(zhuǎn)變成濕地時(shí),亦可有益于土壤中碳含量的快速積累。但是,土地使用方式的改變會(huì)導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的下降,因此,采用這一方式時(shí)需慎重。