發(fā)布時(shí)間：2017-04-08 13:23

  本文關(guān)鍵詞：農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體減排技術(shù)評(píng)價(jià)及實(shí)證分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：當(dāng)前對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體減排技術(shù)評(píng)價(jià)的研究相對(duì)比較薄弱,缺乏一套系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法,不能夠科學(xué)、全面、有效地評(píng)價(jià)農(nóng)田技術(shù)措施的減排效應(yīng)。因此,本研究針對(duì)這一問(wèn)題,對(duì)比分析了農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體減排評(píng)價(jià)的相關(guān)指標(biāo),并對(duì)所涉及的指標(biāo)(產(chǎn)量、土壤固碳和N2O/CH4排放)計(jì)量的時(shí)間尺度和相關(guān)獲取方法進(jìn)行了探究,構(gòu)建了我國(guó)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體減排技術(shù)評(píng)價(jià)方法體系;進(jìn)而以華北地區(qū)冬小麥/夏玉米和東北地區(qū)春玉米兩種典型種植模式為例,系統(tǒng)開(kāi)展了農(nóng)田溫室氣體減排技術(shù)的評(píng)價(jià),這對(duì)于我國(guó)農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)真正意義上的減排及其技術(shù)的推廣,都具有非常重要的理論與實(shí)際意義。主要研究結(jié)果如下:(1)遵循代表性、客觀性、完整性、主導(dǎo)性和可操作性原則,對(duì)涉及農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體減排方面各項(xiàng)指標(biāo)的合理性進(jìn)行了判別分析,依據(jù)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際情況,創(chuàng)新性的提出了我國(guó)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體減排技術(shù)的評(píng)價(jià)指標(biāo):以單位面積糧食產(chǎn)量作為約束性指標(biāo),以溫室氣體排放強(qiáng)度(單位產(chǎn)量下的溫室氣體排放總量)作為綜合指標(biāo),以經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)作為可行性指標(biāo)。其中,溫室氣體排放強(qiáng)度指標(biāo)包括了糧食產(chǎn)量、土壤有機(jī)碳變化、N2O直接和間接排放、水田CH4排放、農(nóng)田投入直接和間接排放(燃燒、生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)扰欧?,經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)包括了農(nóng)田投入的可變成本、售糧收入、政府補(bǔ)貼和碳交易收入面。(2)在明確了農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體減排技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的基礎(chǔ)上,確定了農(nóng)田管理技術(shù)評(píng)價(jià)在糧食產(chǎn)量、農(nóng)田固碳量和N2O(CH4)排放量方面產(chǎn)生效應(yīng)的最小時(shí)間尺度為20年;對(duì)獲取糧食產(chǎn)量、農(nóng)田固碳量和N2O(CH4)排放量的三種方法(田間試驗(yàn)、IPCC Tier1和Tier2、機(jī)理模型)進(jìn)行了優(yōu)缺點(diǎn)比較,并將田間試驗(yàn)與機(jī)理模型相結(jié)合作為糧食產(chǎn)量、農(nóng)田固碳量和N2O(CH4)直接排放量的計(jì)量方法;實(shí)地調(diào)研和文獻(xiàn)查閱相結(jié)合作為農(nóng)田投入排放(主要源于生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)?的計(jì)量方法;而經(jīng)濟(jì)效益的核算方法則需將實(shí)地調(diào)研、文獻(xiàn)查閱和機(jī)理模型模擬相結(jié)合。提出的技術(shù)評(píng)價(jià)步驟如下:首先進(jìn)行糧食產(chǎn)量的比較,在不顯著降低糧食產(chǎn)量(與常規(guī)措施相比)的基礎(chǔ)上進(jìn)行溫室氣體排放強(qiáng)度的比較,并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)可行性分析。(3)利用山東桓臺(tái)試驗(yàn)站點(diǎn)位監(jiān)測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和東北地區(qū)相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)APSIM模型(農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)模擬模型)的適用性進(jìn)行了有效性檢驗(yàn),結(jié)果表明調(diào)整作物參數(shù)后的APSIM可以基本模擬這兩個(gè)地區(qū)主要作物生育期、產(chǎn)量和N2O排放(R2基本都在0.5以上)。雖然APSIM模型在模擬日尺度上的N2O排放存在著潛在的問(wèn)題,但是整體上可以較好地反映出生長(zhǎng)季尺度和年尺度上N2O排放對(duì)不同施氮水平的響應(yīng)。(4)在華北地區(qū)冬小麥/夏玉米種植模式下,目前農(nóng)民常規(guī)管理措施下溫室氣體排放總量和溫室氣體排放強(qiáng)度分別為9.46 t CO2-eq ha-1和0.60 kg CO2-eq kg-1 yield。利用本研究構(gòu)建的評(píng)價(jià)方法,對(duì)該地區(qū)不同農(nóng)田管理措施減排效應(yīng)評(píng)價(jià)的結(jié)果表明:該地區(qū)常規(guī)管理措施存在氮肥過(guò)量投入的問(wèn)題,在保證產(chǎn)量的前提下,降低氮肥用量(從常規(guī)措施的581 kg N ha-1降低到390 kg N ha-1)相比其他管理措施(減少灌溉和有機(jī)肥配施)有著較高的減排潛力,可降低溫室氣體排放總量和溫室氣體排放強(qiáng)度約2.68 t CO2-eq ha-1和0.16 kg CO2-eq kg-1 yield;有機(jī)肥配施(有機(jī)氮占常規(guī)底肥氮量的一半)雖增加了土壤固碳量,但也帶來(lái)了有機(jī)氮肥生產(chǎn)運(yùn)輸中的排放和機(jī)械作業(yè)耗油排放,最終僅降低溫室氣體排放強(qiáng)度約0.02 kg CO2-eq kg-1 yield。(5)在東北地區(qū)春玉米種植模式下,目前農(nóng)民常規(guī)管理措施的溫室氣體排放總量和溫室氣體排放強(qiáng)度分別為4.17 t CO2-eq ha-1和0.45 kg CO2-eq kg-1 yield。利用本研究構(gòu)建的評(píng)價(jià)方法,對(duì)該地區(qū)不同農(nóng)田技術(shù)措施減排效應(yīng)評(píng)價(jià)的結(jié)果表明:該地區(qū)常規(guī)管理措施不存在氮肥過(guò)度投入的問(wèn)題,雖然氮肥在生產(chǎn)和運(yùn)輸中的排放溫室氣體總排放中占比最高(38%),但卻沒(méi)有太多的減排潛力;在常規(guī)管理措施上進(jìn)行秸稈全部還田有著較大的減排潛力,可分別減少溫室氣體排放總量和溫室氣體排放強(qiáng)度約1.18 t CO2-eq ha-1和0.13 kg CO2-eq kg-1 yield;常規(guī)管理措施秸稈全部還田后,將氮肥用量減少到150 kg N ha-1可在不顯著降低糧食產(chǎn)量(P=0.81)的前提下進(jìn)一步減少溫室氣體排放總量約0.44 t CO2-eq ha-1。(6)對(duì)不同農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)減排技術(shù)措施經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)的結(jié)果表明:在華北地區(qū)冬小麥/夏玉米種植模式的當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件下,僅有減少氮肥用量(與減少灌溉和有機(jī)氮配施相比)在經(jīng)濟(jì)上具有可行性,并且在降低溫室氣體排放、減少氮淋溶等環(huán)境方面也有著重要的作用;在東北地區(qū)春玉米種植模式的當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件下,具有減排效應(yīng)的管理措施(秸稈全部還田和有機(jī)肥配施)在經(jīng)濟(jì)上都不具備可行性,但是為了進(jìn)一步緩解土壤有機(jī)碳減少而帶來(lái)的土壤退化和溫室氣體排放等問(wèn)題,僅從秸稈全部還田增加的成本(機(jī)械作業(yè)、農(nóng)藥和人工)上考慮,政府部門(mén)至少需要增加補(bǔ)貼約800元ha-1。此外,當(dāng)前中國(guó)碳交易價(jià)格在推動(dòng)兩個(gè)地區(qū)典型農(nóng)作系統(tǒng)溫室氣體減排方面作用還相對(duì)微弱。
【關(guān)鍵詞】：減排技術(shù) 評(píng)價(jià)指標(biāo) 評(píng)價(jià)方法 排放強(qiáng)度 經(jīng)濟(jì)效益 APSIM模型
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：S181;X71
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-16
• 第一章 緒論16-24
• 1.1 研究背景16-18
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展18-23
• 1.2.1 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)減排技術(shù)評(píng)價(jià)的發(fā)展現(xiàn)狀18-22
• 1.2.2 農(nóng)田減排技術(shù)的匯總22-23
• 1.3 存在的問(wèn)題23
• 1.4 研究的目的和意義23-24
• 第二章 研究方法、內(nèi)容及技術(shù)路線24-27
• 2.1 研究方法24
• 2.1.1 文獻(xiàn)查閱法24
• 2.1.2 生命周期評(píng)價(jià)法24
• 2.1.3 實(shí)地調(diào)研方法24
• 2.1.4 實(shí)證分析方法24
• 2.1.5 田間試驗(yàn)和機(jī)理模型相結(jié)合24
• 2.2 研究?jī)?nèi)容24-25
• 2.2.1 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體減排技術(shù)評(píng)價(jià)方法的確定24-25
• 2.2.2 華北地區(qū)冬小麥-夏玉米輪作系統(tǒng)減排技術(shù)評(píng)價(jià)25
• 2.2.3 東北地區(qū)春玉米單作系統(tǒng)減排技術(shù)評(píng)價(jià)25
• 2.3 技術(shù)路線25-27
• 第三章 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體減排技術(shù)評(píng)價(jià)方法的確定27-45
• 3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定27-33
• 3.1.1 初始參評(píng)指標(biāo)27-28
• 3.1.2 指標(biāo)確定原則28
• 3.1.3 指標(biāo)的篩選28-31
• 3.1.4 指標(biāo)的確定31-33
• 3.2 評(píng)價(jià)方法的確定33-39
• 3.2.1 田間試驗(yàn)方法33-35
• 3.2.2 IPCC方法（Tier1和Tier2）35-36
• 3.2.3 模型方法36-37
• 3.2.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)量方法和評(píng)價(jià)方法的確定37-39
• 3.3 APSIM模型39-41
• 3.4 農(nóng)田投入溫室氣體排放因子的確定41-45
• 3.4.1 柴油和汽油排放因子41-42
• 3.4.2 電力排放因子42
• 3.4.3 化肥和有機(jī)肥排放因子42-43
• 3.4.4 農(nóng)藥和種子排放因子43
• 3.4.5 農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)、運(yùn)輸和維修保養(yǎng)排放43-45
• 第四章 華北地區(qū)冬小麥-夏玉米輪作系統(tǒng)溫室氣體減排技術(shù)評(píng)價(jià)45-60
• 4.1 桓臺(tái)試驗(yàn)地概況45-46
• 4.2 農(nóng)田常規(guī)措施數(shù)據(jù)的獲取46-48
• 4.3 APSIM模型的校正和驗(yàn)證48-49
• 4.3.1 氣象數(shù)據(jù)和來(lái)自灌溉和沉降的N48
• 4.3.2 校正和驗(yàn)證48-49
• 4.4 情景設(shè)計(jì)49-50
• 4.5 結(jié)果分析50-58
• 4.5.1 模型有效性檢驗(yàn)50-54
• 4.5.2 不同情景分析54-58
• 4.6 本章小結(jié)58-60
• 第五章 東北地區(qū)春玉米單作系統(tǒng)溫室氣體減排技術(shù)評(píng)價(jià)60-72
• 5.1 田間試驗(yàn)60-61
• 5.1.1 凌海試驗(yàn)地概況60
• 5.1.2 沈陽(yáng)試驗(yàn)地概況60-61
• 5.2 農(nóng)田常規(guī)措施數(shù)據(jù)的獲取61-62
• 5.3 APSIM模型的初始化及驗(yàn)證62-64
• 5.3.1 模型的初始化62-63
• 5.3.2 模型的驗(yàn)證63-64
• 5.4 情景設(shè)計(jì)64
• 5.5 結(jié)果分析64-70
• 5.5.1 模型有效性檢驗(yàn)64-66
• 5.5.2 情景分析66-70
• 5.6 本章小結(jié)70-72
• 第六章 結(jié)論與展望72-75
• 6.1 主要研究結(jié)論72-73
• 6.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)73
• 6.3 討論與展望73-75
• 參考文獻(xiàn)75-87
• 致謝87-88
• 作者簡(jiǎn)歷88

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：292971