水稻种植业对全球变暖的影响与减排措施

□卢绪凯

（山东科技大学化学与环境工程学院 山东 青岛 266590）

目前，人们对温室气体排放的关注度越来越高，由大量温室气体排放造成的全球变暖问题也引起了世界人民的恐慌。因此，探究全球变暖的原因，从而实现人类的可持续发展，成为目前研究的重要课题。随着人口的增长，人类对于水稻的需求日益增加。然而，水稻种植在解决人类温饱的同时，其以甲烷为主的温室气体的排放，对全球变暖产生了不容忽视的影响。主要研究了水稻种植业对全球变暖的影响，并提出相关减排措施，从而引起人们在解决全球变暖问题时对水稻种植业的关注。

1 水稻种植业造成的温室气体排放

全球变暖的主要原因是人类活动所产生的甲烷和二氧化碳等温室气体的浓度逐年上升，使来自地面反射的长波辐射不能及时散射到太空中，从而导致温室气体的二次吸收，使大气温度逐渐升高，形成保暖效应[1]。据有关报告显示，农业曾被认定为我国温室气体的主要产生源。据统计，世界水稻种植业甲烷年排放量约为10～26 Tg，大约占大气甲烷源的20%，从该数据可以看出，稻田甲烷排放已成为大气圈甲烷浓度持续上升的重要因素，水稻种植业逐渐成为全球变暖的重要威胁之一。

在1997年的一次国际环保会议上，甲烷（CH4）、二氧化碳（CO2）、氧化亚氮（N2O）等6种气体被认定为温室气体。其中，CO2的增温潜力值（GWP）为1，CH4的增温潜力值是CO2的21倍，而水稻植株所造成的温室气体是以甲烷为主。水稻排放产生甲烷的途径根据原理不同大致可分为3种。①通过水稻先将甲烷吸收，进入植株体，然后利用植物的蒸腾作用排入大气。②利用土壤的通气性，在土壤水层中形成甲烷气泡，借助浮力溢出。③利用甲烷的溶水性直接溶解在水中。萨斯的研究结果表明，在水稻生长周期中，大部分的甲烷通过水稻植物体释放到大气中，因此水稻本身对稻田生态系统中甲烷产生的整个过程起着至关重要的作用[2]。

水稻种植业释放甲烷等温室气体的机理与甲烷生成、氧化和释放这3个过程有关。①水稻会为甲烷产生菌提供其反应的底物，主要包括根系的分泌物和凋落物。②水面上层的叶片光合作用产生氧气，通过相关组织输送到根部，为甲烷氧化菌提供氧气。③植株将甲烷释放到大气中。由甲烷排放的3大途径可知，水稻植株还为甲烷释放到大气中创造了条件。

我国是一个人口大国，并将水稻作为主要的粮食作物之一，以大米作为主食的人口数大约占国内总人口数的65%。随着人口的持续增长，对稻米的需求量也日益增加，而目前我国稻田的面积日趋减少，只有通过增加水稻的复种指数来提高产量，这又从另一方面导致了稻田甲烷释放量的增长，从而陷入了恶性循环。预计到2050年，全球水稻产量仍需增加约30%，以满足人口增长和经济发展对稻米的需求[3]。由此可见，国家在保证水稻种植业高产的同时，实现水稻种植业温室气体的减排是现代水稻种植业的重中之重。

2 水稻种植业温室气体的减排措施

全球稻田占地面积广阔，对稻田进行种植、施肥、灌溉等生产活动不仅改变了地球表面的地质环境，而且改变了稻田生态系统中大气、土壤和生物之间处于动态平衡的物质循环、能量流动和信息交换，从而带来了以全球变暖为主的一系列环境问题。近年来，受全球气候变暖的影响，旱灾愈加频繁，由旱灾导致的水稻田抛荒，影响了水稻的产量，然而减产后带来的是更加频繁的非可持续性耕作。这样的恶性循环必定使全球变暖现象更加严重。因此，我们要结合目前的状况，寻求减少水稻种植业温室气体排放的途径。

（1）可以通过施用化肥和农家肥相结合的方式减少水稻种植业温室气体的排放。焦燕的研究表明，不同氮肥施用量对土壤中甲烷排放存在显著差异，随着氮肥用量的增加，各土壤的甲烷排放均呈现下降趋势，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]。尽管研究表明，在一定程度上，施用化肥会比施用农家肥有利于减少甲烷等温室气体的排放，但是长期施用化肥容易造成土壤盐碱化和板结等问题，因此合理施用化肥和有机肥是降低稻田甲烷排放量的长久之计。

（2）通过筛选优良的、甲烷排放量低的水稻品种，可以在一定程度上缓解温室气体的排放。王增远在大田中对不同品种的水稻展开了试验，发现水稻品种对稻田甲烷排放通量的影响明显不同，水稻根系大小是决定品种间甲烷排放通量差异的主要因素[5]。通过他的研究可以看出，根茎比较小，经济系数偏高的水稻品种，比其他的水稻品种在减少甲烷气体排放上具有明显优势。因此，通过杂交育种或者基因改良等形式，筛选出既具有较好的经济性又具有减排性的水稻品种，这是减少水稻种植业温室气体排放的重要策略之一。

（3）膜下滴灌技术的厌氧机理可以有效减少稻田甲烷气体的排放。郭庆人对膜下滴灌技术的研究表明，膜下滴灌水稻栽培技术不能在无水层构成厌氧环境，这就使甲烷细菌失去繁衍的条件，从而减少了水稻植株对土壤中甲烷的吸收，也减少了水层冒泡和水体液体对甲烷气体的排放[6]。通过减少对甲烷氧化菌的供氧，可以削弱甲烷气体的吸收，还会有效阻挡甲烷气体的释放，是减少水稻种植业温室气体排放的一种新技术。

4 结束语

旱灾和季风变化等一系列全球变暖带来的问题正反作用于农业，尤其对水稻种植业产生了较大影响。环境问题带来的水稻减产使非可持续耕作猛增，从而陷入了恶性循环。因此，对以水稻种植业为代表的温室气体排放的研究刻不容缓。水稻种植业释放的甲烷气体约占全球甲烷源的20%，水稻植株通过多种途径释放甲烷气体，其根系的分泌物为甲烷产生菌提供了反应的底物。除此之外，人口增长也给水稻种植业带来更多危机，加剧了全球变暖的进程。因此，我们需要采取有效的措施，例如合理搭配施肥、筛选良种以及膜下滴灌技术等来减少水稻种植业温室气体的排放，从而积极应对全球变暖。