四川省农业科学院
《农业科技动态》2021年第21期:我省稻田温室气体减排的科技路径与政策建议
来源:《农业科技动态》2021年第21期发布单位:院信息农经所 发布时间:2021/8/30已阅览:3453次 分享到:

 

农 业 科 技 动 态

 

2021年第21期

(总第805期)

                     四川省农业科学院                       2021年8月18日

专家建议

我省稻田温室气体减排的科技路径与政策建议

摘要:稻田甲烷和氧化亚氮是农业温室气体的主要来源,稻田温室气体减排是实现“双碳”目标的重要任务。结合多年研究成果与实践,我院联合省气象局有关专家提出了依靠科技实现稻田温室气体减排的“产量优先、统筹兼顾、简化易推广”三个基本原则、“改进稻田水分管理、改变冬水田耕作制度和耕作方法、改良有机肥和秸秆还田技术、选育与推广高产抗旱节水低甲烷排放水稻品种”(简称三改一选)四项科技路径和“以‘双碳’目标检视和确定科技发展思路、设立‘双碳’科技支撑专项、建立监测评价方法与体系、加强人才培训和培养”等对策建议,供决策参考。

 

温室气体排放增加是全球变暖的主要原因之一。水蒸汽(H2O)、二氧化碳(CO2)、氧化亚氮(N2O)、甲烷(CH4)、氢氟碳化合物(HFCs)和臭氧(O3)等是地球大气中最重要的温室气体。稻田甲烷和氧化亚氮排放是农业温室气体的主要来源之一。2021年我省稻田水稻播栽面积达到2815万亩,是第一大粮食作物,也是种植业甲烷排放的第一大来源。因此,依靠科技做好稻田温室气体减排,既能为我国2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和做出重要贡献,又是我省农业生产贯彻新发展理念、实现高质量发展的必然要求。作者根据多年的研究成果,结合未来稻作生产技术发展趋势,提出我省稻田温室气体减排的科技路径与对策建议,供决策参考。

一、基本原则

借鉴国内外成功经验,以及我院10余年来对稻田温室气体排放的定位监测成果,稻田温室气体减排必须充分考虑以下三个原则。

(一)产量优先  水稻是我省主要粮食作物,事关粮食安全大局,任何减少稻田生态系统温室气体排放量的措施,都不能简单以牺牲产量为代价。

(二)统筹兼顾  稻田既是甲烷排放源,也是氧化亚氮的排放源。甲烷排放与氧化亚氮排放对土壤水分的响应具有强烈的互为消长关系,减少甲烷排放的措施可能增加氧化亚氮的排放,反之减少氧化亚氮排放可能增加甲烷的排放。减少稻田温室气体排放必须以综合温室效应为最终目标。

(三)简化易推广  推荐大面积生产应用的稻田温室气体减排科技措施,必须考虑可操作、易推广。

二、科技路径

我省稻田以一季中稻田和冬水田为主。减少稻田甲烷排放的关键是改变适宜甲烷菌存活和发挥活性的环境条件并减少稻田产甲烷的基质以抑制甲烷产生。减少氧化亚氮排放的关键是科学控制化肥氮投入,减少氮淋溶和径流损失。当前可通过“三改一选”科技路径实现稻田温室气体减排目标。

   (一)改进稻田水分管理

淹水使稻田土壤氧化还原电位(Eh)迅速下降,产甲烷菌大量繁殖,为甲烷菌存活和发挥活性提供了条件。改进水分管理包括三个技术途径。

1.节水灌溉  节水灌溉是单次灌水量和水稻生长季灌水总量显著低于传统灌溉的稻田水分管理方式。一般包括“薄浅晒湿灌溉”“控制灌溉”“薄露灌溉”等,它们的共同特点是在水稻生长发育的特定时段使田面无水或土壤含水量低于饱和含水量。在节水灌溉方式下,土壤通气状况得到极大改善,既促进甲烷的氧化,又一定程度抑制甲烷的产生,对于稻田甲烷和氧化亚氮的减排均具有显著作用。攀西等水分蒸发量大、丘陵季节性干旱频率高的稻作区可推广该项技术。

2.优化非生长季的水分管理  在非水稻生长季的甲烷排放量,淹水稻田远高于排水落干稻田。淹水稻田维持了田间的厌氧状态,致使稻田在休闲期也排放大量甲烷。在保障储水量不减少的情况下,应用适合机械化作业的厢沟水旱管理技术,或稻渔耦合、稻鸭共作等模式,适当增加蓄水沟深度,实现非水稻生长季部分田面排水落干减少甲烷排放。川东南、川中丘陵等冬水田稻作区可推广该项技术。

3.间隙灌溉  间隙灌溉是根据水稻需水规律,以生长前期淹水、中期晒田、后期干湿交替为特征的稻田水分管理方式。在水稻分蘖期排水晒田,可以提高土壤氧化还原电位,避免稻田土壤过强的还原性抑制水稻根系生长,促进光合产物向地下输送,抑制无效分蘖,对提高水稻产量和氮肥利用效率、减少甲烷和氧化亚氮排放具有积极作用。与持续淹水相比,在一季中稻地区采用间隙灌溉方式,一般可减少稻田甲烷排放量60%左右。采用间隙灌溉需要有良好的水源条件作为保障,因此我省成都平原稻作区和水源条件好的丘陵稻作区可推广该项技术。

(二)改变冬水田耕作制度和耕作方法

目前我省稻作区还有大量常年淹水的冬水田,这类稻田甲烷排放通量非常高。减排措施是大力加强农田水利建设,增加保灌面积,因地制宜地改常年淹水为水旱轮作模式。冬季种植小麦、油菜、蔬菜、绿肥等旱地作物,既大幅度减少冬季稻田甲烷排放,还能增加一季收入。必须保留的冬水田,尽可能推广秋冬季机械翻耕技术,提高稻田土壤供氧能力,改变土壤物理化学性质和土壤微生物区系组成,从而使土壤产甲烷和氧化甲烷的能力发生改变,降低甲烷排放量。

水稻覆膜节水栽培是以地膜覆盖为核心,集成开厢垄作、厢沟节水灌溉和小苗移栽等措施的综合技术,水稻增产的同时显著降低甲烷的排放。在多年多点的示范应用中,具有节水60%~70%、增产20%~30%、减少甲烷排放60%~80%的显著效果,可在冬水田等稻作区推广应用。

   (三)改良稻田有机肥和秸秆还田技术

有机物料还田是保持和提高土壤有机质含量及土壤肥力的有效途径,但是有机肥、作物秸秆还田会导致稻田甲烷和氧化亚氮排放增加。研究表明,改良的有机物料还田技术,结合缓控释肥、微生物肥、腐殖酸肥等新型高效肥料及脲酶抑制剂、硝化抑制剂的应用,可实现稻田温室气体减排、土壤培肥、肥料利用率提高等多重目标。

1.沼液沼渣还田

新鲜有机物在沼气池中发酵,可溶性糖类、半纤维素和纤维素等被分解和转化为沼气(主要成分为甲烷),可以用于照明、发电和取暖。氮、磷、钾等营养成分保存在沼液沼渣中,沼液还田可显著减少稻田甲烷排放,沼渣肥必须干燥或堆腐处理后还田。未经干燥、堆腐的沼渣肥含有大量活性产甲烷菌,施入土壤可使土壤有机物加速向甲烷转化。

2.水稻季秸秆条带覆盖还田

秸秆表面覆盖还田可以促进秸秆的好氧分解,减少稻田甲烷的排放。但是,秸秆表面覆盖会影响水稻播种、插秧和水稻前期生长。可将前茬秸秆集中埋在厢沟或将秸秆条状覆盖于水稻行间,同时让一部分秸秆高出土面,既可使甲烷排放量显著下降,又便于田间管理。

3.秸秆碳化还田

将农作物秸秆在厌氧环境下高温烧制成生物黑碳后进行碳化还田,可以增加土壤碳库,改善土壤理化性质及微生物的区系和活性,从而减少稻田甲烷的排放,提高水稻产量和氮肥利用率。

4.非水稻季秸秆还田

在水旱轮作区,最好选择有机肥和作物秸秆在非水稻季还田。有机物料在非水稻生长季通过好氧分解,大幅度减少淹水时有机物的分解,可显著降低水稻种植期甲烷的排放量。

(四)选育与推广高产抗旱节水低甲烷排放的水稻品种

不同水稻品种在相同条件下的甲烷排放量存在明显差异,种植低甲烷排放水稻品种可以减少20%~30%的甲烷排放量。其中高秆品种(株高120cm及以上)的排放量是矮秆品种(株高90cm)的2.9倍;杂交水稻的甲烷排放量低于常规水稻。据我院在资阳市定位试验发现,旱优73、旱优727、旱优704等节水抗旱水稻新品种,与节水灌溉相结合,可降低稻田甲烷排放4.4%~23.3%。这些水稻新品种值得推广应用。

三、政策建议

稻田自身要实现“双碳”目标,并为农业绿色转型发展做出应有贡献,亟需在科技思路、任务、基础性工作等方面加强创新。

一是转变科技发展思路。长期以来,稻作及农业生产技术多以高产、优质、高效为目标,未来植入“双碳”目标是贯彻国家重大战略的必然选择。建议在科技发展的全过程、全链条上,既要用“双碳”目标来检视传统技术寻找到转型升级的问题点,又要积极发现新的科技途径确定创新的增长点。同时,在编制我省《2030年前碳达峰运行方案》及《2060年前碳中和行动纲要》中,建议增加稻田温室气体减排等科技行动方案的专项内容。

二是加强科技攻关。设立“双碳”科技支撑重大专项,聚集相关学科力量,创新“揭榜挂帅”等稳定支持及“放管服”管理模式,加强农业生态区温室气体排放区域、亚区和微田园不同梯度形成生态机制,低甲烷排放、氮高效、优质高产水稻等新品种,机艺融合有机物料还田减排关键技术,适水低排放(温室气体)技术新模式等科技攻关,为稻田乃至农业实现“双碳”目标提供强力的科技支撑。

三是加强监测体系建设。不同类型稻田的温室气体排放因子和活动水平不同,加上我省稻田立地条件差异大,仅依靠传统的基于特定地点采用静态箱法进行测量,或用IPCC指南推荐值,不能满足我省大区域、大尺度、多生态的现实需求。建议由主管部门牵头,整合农科推和农业气象等各方力量,加快研究适宜的监测评估方法。以此为支撑,由点及面逐步构建我省稻作区温室气体排放监测体系,为我省乃至我国农业早日进入碳交易市场奠定基础。

四是加强成果转化推广及人才培训培养。依托省、市、县、乡镇(街道)的农技推广体系和科研院校,积极探索“推广专家+”“农技员+”等新机制新模式,加强温室气体排放基本概念、监测评估方法、最新科技成果的专题培训,加快培养一批熟悉“双碳”、热爱推广的专业人才和实用人才,为我省碳达峰碳中和提供良好的人才支撑。

 

                                                 四川省农业科学院

                                                 刘永红  吕世华  秦鱼生  林超文  罗付香  杨雪青

                                                 四川省气象局   王明田

 

 

 

四川省农业科学院科技合作处、四川省农业科学院信息农经所  编审

  抄送:省委办公厅,省政府办公厅。                             

  四川省农业科学院办公室                   2021年8月18日印发