水稻種植業(yè)對(duì)全球變暖的影響與減排措施

□盧緒凱

（山東科技大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院 山東 青島 266590）

目前，人們對(duì)溫室氣體排放的關(guān)注度越來(lái)越高，由大量溫室氣體排放造成的全球變暖問(wèn)題也引起了世界人民的恐慌。因此，探究全球變暖的原因，從而實(shí)現(xiàn)人類的可持續(xù)發(fā)展，成為目前研究的重要課題。隨著人口的增長(zhǎng)，人類對(duì)于水稻的需求日益增加。然而，水稻種植在解決人類溫飽的同時(shí)，其以甲烷為主的溫室氣體的排放，對(duì)全球變暖產(chǎn)生了不容忽視的影響。主要研究了水稻種植業(yè)對(duì)全球變暖的影響，并提出相關(guān)減排措施，從而引起人們?cè)诮鉀Q全球變暖問(wèn)題時(shí)對(duì)水稻種植業(yè)的關(guān)注。

1 水稻種植業(yè)造成的溫室氣體排放

全球變暖的主要原因是人類活動(dòng)所產(chǎn)生的甲烷和二氧化碳等溫室氣體的濃度逐年上升，使來(lái)自地面反射的長(zhǎng)波輻射不能及時(shí)散射到太空中，從而導(dǎo)致溫室氣體的二次吸收，使大氣溫度逐漸升高，形成保暖效應(yīng)[1]。據(jù)有關(guān)報(bào)告顯示，農(nóng)業(yè)曾被認(rèn)定為我國(guó)溫室氣體的主要產(chǎn)生源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界水稻種植業(yè)甲烷年排放量約為10～26 Tg，大約占大氣甲烷源的20%，從該數(shù)據(jù)可以看出，稻田甲烷排放已成為大氣圈甲烷濃度持續(xù)上升的重要因素，水稻種植業(yè)逐漸成為全球變暖的重要威脅之一。

在1997年的一次國(guó)際環(huán)保會(huì)議上，甲烷（CH4）、二氧化碳（CO2）、氧化亞氮（N2O）等6種氣體被認(rèn)定為溫室氣體。其中，CO2的增溫潛力值（GWP）為1，CH4的增溫潛力值是CO2的21倍，而水稻植株所造成的溫室氣體是以甲烷為主。水稻排放產(chǎn)生甲烷的途徑根據(jù)原理不同大致可分為3種。①通過(guò)水稻先將甲烷吸收，進(jìn)入植株體，然后利用植物的蒸騰作用排入大氣。②利用土壤的通氣性，在土壤水層中形成甲烷氣泡，借助浮力溢出。③利用甲烷的溶水性直接溶解在水中。薩斯的研究結(jié)果表明，在水稻生長(zhǎng)周期中，大部分的甲烷通過(guò)水稻植物體釋放到大氣中，因此水稻本身對(duì)稻田生態(tài)系統(tǒng)中甲烷產(chǎn)生的整個(gè)過(guò)程起著至關(guān)重要的作用[2]。

水稻種植業(yè)釋放甲烷等溫室氣體的機(jī)理與甲烷生成、氧化和釋放這3個(gè)過(guò)程有關(guān)。①水稻會(huì)為甲烷產(chǎn)生菌提供其反應(yīng)的底物，主要包括根系的分泌物和凋落物。②水面上層的葉片光合作用產(chǎn)生氧氣，通過(guò)相關(guān)組織輸送到根部，為甲烷氧化菌提供氧氣。③植株將甲烷釋放到大氣中。由甲烷排放的3大途徑可知，水稻植株還為甲烷釋放到大氣中創(chuàng)造了條件。

我國(guó)是一個(gè)人口大國(guó)，并將水稻作為主要的糧食作物之一，以大米作為主食的人口數(shù)大約占國(guó)內(nèi)總?cè)丝跀?shù)的65%。隨著人口的持續(xù)增長(zhǎng)，對(duì)稻米的需求量也日益增加，而目前我國(guó)稻田的面積日趨減少，只有通過(guò)增加水稻的復(fù)種指數(shù)來(lái)提高產(chǎn)量，這又從另一方面導(dǎo)致了稻田甲烷釋放量的增長(zhǎng)，從而陷入了惡性循環(huán)。預(yù)計(jì)到2050年，全球水稻產(chǎn)量仍需增加約30%，以滿足人口增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)稻米的需求[3]。由此可見(jiàn)，國(guó)家在保證水稻種植業(yè)高產(chǎn)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)水稻種植業(yè)溫室氣體的減排是現(xiàn)代水稻種植業(yè)的重中之重。

2 水稻種植業(yè)溫室氣體的減排措施

全球稻田占地面積廣闊，對(duì)稻田進(jìn)行種植、施肥、灌溉等生產(chǎn)活動(dòng)不僅改變了地球表面的地質(zhì)環(huán)境，而且改變了稻田生態(tài)系統(tǒng)中大氣、土壤和生物之間處于動(dòng)態(tài)平衡的物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)和信息交換，從而帶來(lái)了以全球變暖為主的一系列環(huán)境問(wèn)題。近年來(lái)，受全球氣候變暖的影響，旱災(zāi)愈加頻繁，由旱災(zāi)導(dǎo)致的水稻田拋荒，影響了水稻的產(chǎn)量，然而減產(chǎn)后帶來(lái)的是更加頻繁的非可持續(xù)性耕作。這樣的惡性循環(huán)必定使全球變暖現(xiàn)象更加嚴(yán)重。因此，我們要結(jié)合目前的狀況，尋求減少水稻種植業(yè)溫室氣體排放的途徑。

（1）可以通過(guò)施用化肥和農(nóng)家肥相結(jié)合的方式減少水稻種植業(yè)溫室氣體的排放。焦燕的研究表明，不同氮肥施用量對(duì)土壤中甲烷排放存在顯著差異，隨著氮肥用量的增加，各土壤的甲烷排放均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，不同氮肥水平下不同土壤甲烷排放量也不同，原有氮含量高的土壤甲烷排放量低[4]。盡管研究表明，在一定程度上，施用化肥會(huì)比施用農(nóng)家肥有利于減少甲烷等溫室氣體的排放，但是長(zhǎng)期施用化肥容易造成土壤鹽堿化和板結(jié)等問(wèn)題，因此合理施用化肥和有機(jī)肥是降低稻田甲烷排放量的長(zhǎng)久之計(jì)。

（2）通過(guò)篩選優(yōu)良的、甲烷排放量低的水稻品種，可以在一定程度上緩解溫室氣體的排放。王增遠(yuǎn)在大田中對(duì)不同品種的水稻展開(kāi)了試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)水稻品種對(duì)稻田甲烷排放通量的影響明顯不同，水稻根系大小是決定品種間甲烷排放通量差異的主要因素[5]。通過(guò)他的研究可以看出，根莖比較小，經(jīng)濟(jì)系數(shù)偏高的水稻品種，比其他的水稻品種在減少甲烷氣體排放上具有明顯優(yōu)勢(shì)。因此，通過(guò)雜交育種或者基因改良等形式，篩選出既具有較好的經(jīng)濟(jì)性又具有減排性的水稻品種，這是減少水稻種植業(yè)溫室氣體排放的重要策略之一。

（3）膜下滴灌技術(shù)的厭氧機(jī)理可以有效減少稻田甲烷氣體的排放。郭慶人對(duì)膜下滴灌技術(shù)的研究表明，膜下滴灌水稻栽培技術(shù)不能在無(wú)水層構(gòu)成厭氧環(huán)境，這就使甲烷細(xì)菌失去繁衍的條件，從而減少了水稻植株對(duì)土壤中甲烷的吸收，也減少了水層冒泡和水體液體對(duì)甲烷氣體的排放[6]。通過(guò)減少對(duì)甲烷氧化菌的供氧，可以削弱甲烷氣體的吸收，還會(huì)有效阻擋甲烷氣體的釋放，是減少水稻種植業(yè)溫室氣體排放的一種新技術(shù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

旱災(zāi)和季風(fēng)變化等一系列全球變暖帶來(lái)的問(wèn)題正反作用于農(nóng)業(yè)，尤其對(duì)水稻種植業(yè)產(chǎn)生了較大影響。環(huán)境問(wèn)題帶來(lái)的水稻減產(chǎn)使非可持續(xù)耕作猛增，從而陷入了惡性循環(huán)。因此，對(duì)以水稻種植業(yè)為代表的溫室氣體排放的研究刻不容緩。水稻種植業(yè)釋放的甲烷氣體約占全球甲烷源的20%，水稻植株通過(guò)多種途徑釋放甲烷氣體，其根系的分泌物為甲烷產(chǎn)生菌提供了反應(yīng)的底物。除此之外，人口增長(zhǎng)也給水稻種植業(yè)帶來(lái)更多危機(jī)，加劇了全球變暖的進(jìn)程。因此，我們需要采取有效的措施，例如合理搭配施肥、篩選良種以及膜下滴灌技術(shù)等來(lái)減少水稻種植業(yè)溫室氣體的排放，從而積極應(yīng)對(duì)全球變暖。