水稻種植業對全球變暖的影響與減排措施

□盧緒凱

（山東科技大學化學與環境工程學院 山東 青島 266590）

目前，人們對溫室氣體排放的關注度越來越高，由大量溫室氣體排放造成的全球變暖問題也引起了世界人民的恐慌。因此，探究全球變暖的原因，從而實現人類的可持續發展，成為目前研究的重要課題。隨著人口的增長，人類對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，其以甲烷為主的溫室氣體的排放，對全球變暖產生了不容忽視的影響。主要研究了水稻種植業對全球變暖的影響，并提出相關減排措施，從而引起人們在解決全球變暖問題時對水稻種植業的關注。

1 水稻種植業造成的溫室氣體排放

全球變暖的主要原因是人類活動所產生的甲烷和二氧化碳等溫室氣體的濃度逐年上升，使來自地面反射的長波輻射不能及時散射到太空中，從而導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[1]。據有關報告顯示，農業曾被認定為我國溫室氣體的主要產生源。據統計，世界水稻種植業甲烷年排放量約為10～26 Tg，大約占大氣甲烷源的20%，從該數據可以看出，稻田甲烷排放已成為大氣圈甲烷濃度持續上升的重要因素，水稻種植業逐漸成為全球變暖的重要威脅之一。

在1997年的一次國際環保會議上，甲烷（CH4）、二氧化碳（CO2）、氧化亞氮（N2O）等6種氣體被認定為溫室氣體。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。水稻排放產生甲烷的途徑根據原理不同大致可分為3種。①通過水稻先將甲烷吸收，進入植株體，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。薩斯的研究結果表明，在水稻生長周期中，大部分的甲烷通過水稻植物體釋放到大氣中，因此水稻本身對稻田生態系統中甲烷產生的整個過程起著至關重要的作用[2]。

水稻種植業釋放甲烷等溫室氣體的機理與甲烷生成、氧化和釋放這3個過程有關。①水稻會為甲烷產生菌提供其反應的底物，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生氧氣，通過相關組織輸送到根部，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造了條件。

我國是一個人口大國，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大約占國內總人口數的65%。隨著人口的持續增長，對稻米的需求量也日益增加，而目前我國稻田的面積日趨減少，只有通過增加水稻的復種指數來提高產量，這又從另一方面導致了稻田甲烷釋放量的增長，從而陷入了惡性循環。預計到2050年，全球水稻產量仍需增加約30%，以滿足人口增長和經濟發展對稻米的需求[3]。由此可見，國家在保證水稻種植業高產的同時，實現水稻種植業溫室氣體的減排是現代水稻種植業的重中之重。

2 水稻種植業溫室氣體的減排措施

全球稻田占地面積廣闊，對稻田進行種植、施肥、灌溉等生產活動不僅改變了地球表面的地質環境，而且改變了稻田生態系統中大氣、土壤和生物之間處于動態平衡的物質循環、能量流動和信息交換，從而帶來了以全球變暖為主的一系列環境問題。近年來，受全球氣候變暖的影響，旱災愈加頻繁，由旱災導致的水稻田拋荒，影響了水稻的產量，然而減產后帶來的是更加頻繁的非可持續性耕作。這樣的惡性循環必定使全球變暖現象更加嚴重。因此，我們要結合目前的狀況，尋求減少水稻種植業溫室氣體排放的途徑。

（1）可以通過施用化肥和農家肥相結合的方式減少水稻種植業溫室氣體的排放。焦燕的研究表明，不同氮肥施用量對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下降趨勢，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，施用化肥會比施用農家肥有利于減少甲烷等溫室氣體的排放，但是長期施用化肥容易造成土壤鹽堿化和板結等問題，因此合理施用化肥和有機肥是降低稻田甲烷排放量的長久之計。

（2）通過篩選優良的、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。王增遠在大田中對不同品種的水稻展開了試驗，發現水稻品種對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]。通過他的研究可以看出，根莖比較小，經濟系數偏高的水稻品種，比其他的水稻品種在減少甲烷氣體排放上具有明顯優勢。因此，通過雜交育種或者基因改良等形式，篩選出既具有較好的經濟性又具有減排性的水稻品種，這是減少水稻種植業溫室氣體排放的重要策略之一。

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

4 結束語

旱災和季風變化等一系列全球變暖帶來的問題正反作用于農業，尤其對水稻種植業產生了較大影響。環境問題帶來的水稻減產使非可持續耕作猛增，從而陷入了惡性循環。因此，對以水稻種植業為代表的溫室氣體排放的研究刻不容緩。水稻種植業釋放的甲烷氣體約占全球甲烷源的20%，水稻植株通過多種途徑釋放甲烷氣體，其根系的分泌物為甲烷產生菌提供了反應的底物。除此之外，人口增長也給水稻種植業帶來更多危機，加劇了全球變暖的進程。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等來減少水稻種植業溫室氣體的排放，從而積極應對全球變暖。