全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 34 卷 第 2 期摇 摇 2014 年 1 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
连续免耕对不同质地稻田土壤理化性质的影响 龚冬琴,吕摇 军 (239)…………………………………………
下辽河平原景观格局脆弱性及空间关联格局 孙才志,闫晓露,钟敬秋 (247)……………………………………
完全水淹环境中光照和溶氧对喜旱莲子草表型可塑性的影响 许建平,张小萍,曾摇 波,等 (258)……………
赤潮过程中“藻鄄菌冶关系研究进展 周摇 进,陈国福,朱小山,等 (269)……………………………………………
盐湖微微型浮游植物多样性研究进展 王家利,王摇 芳 (282)……………………………………………………
臭氧胁迫对植物主要生理功能的影响 列淦文,叶龙华,薛摇 立 (294)……………………………………………
啮齿动物分子系统地理学研究进展 刘摇 铸,徐艳春,戎摇 可,等 (307)…………………………………………
生态系统服务制图研究进展 张立伟,傅伯杰 (316)………………………………………………………………
个体与基础生态
NaCl胁迫下沙枣幼苗生长和阳离子吸收、运输与分配特性 刘正祥,张华新,杨秀艳,等 (326)………………
不同生境吉首蒲儿根叶片形态和叶绿素荧光特征的比较 向摇 芬,周摇 强,田向荣,等 (337)…………………
小麦 LAI鄄2000 观测值对辐亮度变化的响应 王摇 龑,田庆久,孙绍杰,等 (345)…………………………………
K+、Cr6+对网纹藤壶幼虫发育和存活的影响 胡煜峰,严摇 涛,曹文浩,等 (353)…………………………………
马铃薯甲虫成虫田间扩散规律 李摇 超,彭摇 赫,程登发,等 (359)………………………………………………
种群、群落和生态系统
莱州湾及黄河口水域鱼类群落结构的季节变化 孙鹏飞,单秀娟,吴摇 强,等 (367)……………………………
黄海中南部不同断面鱼类群落结构及其多样性 单秀娟,陈云龙,戴芳群,等 (377)……………………………
苏南地区湖泊群的富营养化状态比较及指标阈值判定分析 陈小华,李小平,王菲菲,等 (390)………………
盐城淤泥质潮滩湿地潮沟发育及其对米草扩张的影响 侯明行,刘红玉,张华兵 (400)…………………………
江苏省农作物最大光能利用率时空特征及影响因子 康婷婷,高摇 苹,居为民,等 (410)………………………
1961—2010 年潜在干旱对我国夏玉米产量影响的模拟分析 曹摇 阳,杨摇 婕,熊摇 伟,等 (421)………………
黑龙江省 20 世纪森林变化及对氧气释放量的影响 张丽娟,姜春艳,马摇 骏,等 (430)…………………………
松嫩草原不同演替阶段大型土壤动物功能类群特征 李晓强,殷秀琴, 孙立娜 (442)…………………………
小兴安岭 6 种森林类型土壤微生物量的季节变化特征 刘摇 纯,刘延坤,金光泽 (451)…………………………
景观、区域和全球生态
黄淮海地区干旱变化特征及其对气候变化的响应 徐建文,居摇 辉,刘摇 勤,等 (460)…………………………
我国西南地区风速变化及其影响因素 张志斌,杨摇 莹,张小平,等 (471)………………………………………
青海湖流域矮嵩草草甸土壤有机碳密度分布特征 曹生奎,陈克龙,曹广超,等 (482)…………………………
基于生命周期评价的上海市水稻生产的碳足迹 曹黎明,李茂柏,王新其,等 (491)……………………………
研究简报
荒漠草原区柠条固沙人工林地表草本植被季节变化特征 刘任涛,柴永青,徐摇 坤,等 (500)…………………
跨地带土壤置换实验研究 靳英华,许嘉巍 ,秦丽杰 (509)………………………………………………………
SWAT模型对景观格局变化的敏感性分析———以丹江口库区老灌河流域为例
魏摇 冲,宋摇 轩,陈摇 杰 (517)
…………………………………
…………………………………………………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*288*zh*P* ￥ 90郾 00*1510*29*
室室室室室室室室室室室室室室
2014鄄01
封面图说: 高原盐湖———中国是世界上盐湖分布比较稠密的国家,主要分布在高寒的青藏高原以及干旱半干旱地区的新疆、内
蒙古一带。 尽管盐湖生态环境极端恶劣,但它们依然是陆地特别是高原生态系统中十分重要的组成部分。 微微型
浮游植物通常是指粒径在 0. 2—3 滋m之间的光合自养型浮游生物。 微微型浮游植物不仅是海洋生态系统中生物量
和生产力的最重要贡献者,也是盐湖生态系统最重要的组成部分。 研究显示,水体矿化度是影响微微型浮游植物平
面分布及群落结构组成的重要因子,光照、营养成分和温度等也会影响盐湖水体中微微型浮游植物平面分布及群落
结构组成(详见 P282)。
彩图提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 34 卷第 2 期
2014年 1月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.2
Jan.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家科技部支撑计划后世博专项资助项目(2010BAK69B18);上海市科委崇明科技攻关专项资助项目(10DZ1960101)
收稿日期:2013鄄04鄄24; 摇 摇 修订日期:2013鄄12鄄16
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: xhuapan@ 163.com
DOI: 10.5846 / stxb201304240794
曹黎明, 李茂柏, 王新其, 赵志鹏, 潘晓华.基于生命周期评价的上海市水稻生产的碳足迹.生态学报,2014,34(2):491鄄499.
Cao L M, Li M B, Wang X Q, Zhao Z P, Pan X H.Life cycle assessment of carbon footprint for rice production in Shanghai.Acta Ecologica Sinica,2014,34
(2):491鄄499.
基于生命周期评价的上海市水稻生产的碳足迹
曹黎明1,2, 李茂柏2, 王新其2, 赵志鹏2, 潘晓华1,*
(1. 江西农业大学, 南昌摇 330045; 2. 上海市农业科学院作物育种栽培研究所, 上海摇 201403)
摘要:碳足迹是指由企业、组织或个人引起的碳排放的集合。 参照 PAS2050 规范并结合生命周期评价方法对上海市水稻生产
进行了碳足迹评估。 结果表明:(1)目前上海市水稻生产的碳排放为 11.8114 t CO2 e / hm2,折合每吨水稻生产周期的碳足迹为
1.2321 t CO2e;(2)稻田温室气体排放是水稻生产最主要的碳排放源,每吨水稻生产的总排放量为 0.9507 t CO2e,占水稻生产全
部碳排放的 77.1%,其中甲烷(CH4)又是最主要的温室气体,对稻田温室气体碳排放的贡献率高达 96.6%;(3)化学肥料的施用
是第二大碳排放源,每吨水稻生产的总排放量为 0.2044 t CO2e,占水稻生产总碳排放的 16.5%,其中 N最高,排放量为 0郾 1159 t
CO2e。 因此,上海低碳水稻生产的关键在降低稻田甲烷的排放,另外可通过提高氮肥利用效率,减少氮肥施用等方法减少种植
过程中碳排放。
关键词:水稻;碳足迹;温室气体;生命周期评价
Life cycle assessment of carbon footprint for rice production in Shanghai
CAO Liming1,2, LI Maobai2, WANG Xinqi2, ZHAO Zhipeng2, PAN Xiaohua1,*
1 Jiangxi Agricultural University, Nanchang 330045, China
2 Crop Breeding and Cultivation Research Institute, Shanghai Academy of Agricultural Science, Shanghai 201403, China
Abstract: Global climate change has become an urgent issue of concern. Climate change will increasingly threaten our food
production, security and even the survival of the human race. It also has a serious impact on natural ecosystems and the
socioeconomic system. With the increasing scale and improvement in mechanization levels, the economic linkage between
agricultural production and reduction of Greenhouse Gas (GHG) emissions is even closer in the agricultural production
system. Therefore, the development of a low鄄carbon agricultural model is one of the long鄄term strategies for low鄄carbon
economic growth throughout the country.
This research of carbon footprint is introduced to measure the GHG emission over the rice production cycle. The carbon
footprint can be defined as the total carbon emissions caused by an organization, event, product or person. At present,
carbon footprints are used to measure GHG emissions in products, services, organizations, cities and countries and offer the
decision basis for the formulation of GHG emission reduction schemes.
Agricultural ecological systems, every year, also produce a lot of GHG emissions. The whole process of prenatal,
intrapartum and postpartum agricultural production are closely related to energy consumption and GHG emission. In the
process, all the agricultural inputs, such as chemical fertilizers, pesticides, seeds, cultivation, plant protection,
agricultural machinery, irrigation and harvest also produce greenhouse gas emissions.
The whole cultivation of rice involves methane (CH4) emission. This study shows that rice cultivation is one of the
biggest sources of GHG emissions in crop cultivation. Rice paddies emit a large amount of methane in their water logged
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mode. Different irrigation modes have a great influence on the emission of GHG. Straw return is another factor that promotes
GHG emissions. Soil organic content increases with the return of straw, with an increase in the soil methanogen activity,
leading to increased methane emissions.
The current carbon footprint research is the first time it has been used to measure the carbon emissions involved in rice
production. The carbon footprint for rice production in Shanghai was assessed by the PAS2050 paradigm and life cycle
assessment. The study area, located in Changjiang Farm, which belongs to the Guangming Group in Chongming County
Shanghai City atlatitude 121毅32忆22忆忆 E, longitude31毅40忆23忆忆 N. Chongming County, in the Yangtze River Estuary, is a
typical sub tropical monsoon climate with mild climate, abundant rainfall, annual average temperatures of 15.3 益, and
annual precipitation of 1245 mm. It is the major grain production base for Shanghai city with winter wheat and summer rice
forming their main planting patterns, which are typical for the middle and lower reaches of the Yangtze River rice鄄wheat
rotation cropping pattern.
The entire carbon emission of rice production in Shanghai was 11.8114 t CO2e (CO2鄄equivalents) / hm
2, corresponding
to a 1.2321 t CO2 e / t rice grain yield. GHG emissions from paddy fields were the major source, which emitted 0.9507 t
CO2e / t rice and accounted for 77.1% of total carbon emissions during rice production. Moreover, CH4was the largest source
for GHG emissions with a contribution rate of 96.6%.Chemical fertilizers were the second largest emission source in rice
production. Chemical fertilizers emitted 0.2044 t CO2e for each ton of rice production, contributing 16.5% of total carbon
emissions in rice production. N fertilizer was the biggest emission source, which released 0.1159 t CO2e / t rice.
This research investigates the GHG emissions over the whole process of the Shanghai rice production cycle and reveals
the energy consumption and GHG emissions in rice production. Thus, a rice carbon footprint is calculated by assessing the
GHG emissions in Shanghai rice production. The results are beneficial for producing reduction plans of reducing GHG
emissions in Shanghai rice production. Furthermore, the results will supply both practicable and theoretical foundations for
drafting carbon footprint formulations in other industrial areas.
Key Words: rice; carbon footprint; greenhouse gas; life cycle assessment
摇 摇 全球气候变化是世界各国共同面临的严峻考
验[1],如何减少人类活动引起的温室气体排放,已经
成为科学界和社会关注的热点问题[2]。 为了减少温
室气体排放,推广低碳排放技术,把商品在生产全过
程所产生的温室气体总量在产品标签上量化标识出
来即碳标签,以商标的形式告知消费者该产品的碳
排放信息是发达国家开始试行的做法[3]。 不少国家
已经要求在商品上标注碳标签,碳标签政策的出台
既督促了商品生产者减少温室气体排放,便于消费
者客观选择低碳消费,又是应对发达国家利用碳排
放设置贸易壁垒的有效手段,碳标签正从公益标志
逐步转变成商品的国际通行证[4]。
碳标签制定的前提是获得生产商品的全部温室
气体排放,目前一般采用“碳足迹(Carbon footprint)冶
来进行定量评估。 “碳足迹冶是指企业机构、活动、产
品或个人通过交通运输、食品生产和消费以及生产
过程等引起的温室气体排放的总和,用二氧化碳当
量(CO2e)来表示[5鄄7]。 目前,越来越多的组织机构
和政府部门开始使用碳足迹来衡量产品、服务、组
织、城市甚至国家的温室气体排放量,为制定温室气
体减排方案提供决策依据[8鄄10]。
农业生态系统每年也带来大量的温室气体排
放,农业生产的产前、产中和产后全过程都与能源消
耗和温室气体排放密切关联,如化肥、农药、种子等
农资投入,以及耕作、植保、灌溉和收获过程中农业
机械的作业均不同程度地带来了温室气体排放。 水
稻种植是公认的主要温室气体排放源之一,2009 年,
我国农业温室气体总排放量为 1.6伊106 t CO2e,其中
水稻种植排放 1.4 伊 105 t CO2e,占 8.9%[11]。
目前研究表明,灌溉模式是稻田 CH4最主要的
影响因素,在淹水条件下,土壤氧化还原电位较低,
CH4排通量大,烤田时期,土壤透气性好,破坏了产
CH4菌活动所需的厌氧环境,抑制了 CH4的排放,但
此时 N2O 排通量增大[12鄄16]。 秸秆还田是引起稻田
294 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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CH4 增排的另外一个因素,秸秆还田增加了土壤有
机质含量,施肥后土壤产 CH4菌活性增高,此外,施
肥与土壤氧化还原电位呈显著负相关,施肥后土壤
氧化还原电位降低,CH4排通量增加[17]。 逯非等研
究表明,秸秆还田后我国每年 CH4 排放将从无秸秆
排放的 5.796 Tg(1 Tg= 1012 g)增加到 9.114 Tg,其全
球增温潜势达 82.95 Tg CO2e[14]。
水稻种植全过程中都涉及碳排放,国内还没有
通过系统盘查水稻种植过程中碳排放,获取水稻生
产碳足迹的报道。 本研究拟通过调查水稻种植全过
程的农资碳排放和田间温室气体排放,采用生命周
期评价(Life Cycle Assessment, LCA)的方法对水稻
生产进行碳足迹分析,揭示上海市水稻生产碳排放
结构,为准确而全面地评估水稻生产的温室效应、制
定科学有效的减排措施,以及在上海市和长江中下
游地区开展水稻低碳种植提供科学参考。
1摇 研究地区概况
本研究调查区域位于上海市崇明县长江农场
(121毅32忆22义 E, 31毅40忆23义 N),地处长江入海口,属
典型的北亚热带季风气候区,气候温和,雨水充沛,
年平均气温 15.3益,年降水量 1245 mm,雨日 116.8
d,全年日照总时 1945 h[18]。 崇明县是上海市最主
要的粮食生产基地,冬作主要为大小麦,夏作主要为
单季晚粳,是典型的长江中下游地区稻麦轮作种植
模式。 崇明县水稻种植面积 3.4 万 hm2,占上海市水
稻种植面积的 32%,其中长江农场常年水稻种植面
积 0.4万 hm2,机械化水平较高,粮食产量较高。 本
研究通过调查 2011—2012 年长江农场稻米生产田
间作业、稻米加工贮存、运输销售、废弃物处理等生
命周期全过程的温室气体排放,获取上海市水稻碳
足迹。
2摇 基本原理与研究方法
本研究主要参照 PAS2050 规范并结合 LCA 方
法进行水稻生产的碳足迹计算。 PAS2050 全称“公
众可获取的规范冶 ( Publicly Available Specification,
PAS),由英国标准协会(British Standard Institution,
BSI)编制,旨在对产品和服务生命周期内温室气体
排放的评价要求做出明确的规定[19]。 LCA 是指对
一个产品系统的生命周期中输入、输出及其潜在环
境影响的汇编和评价,它是一种用于评估产品在其
整个生命周期中,即从原材料的获取、产品的生产直
至产品使用后的处置, 对环境影响的技术和
方法[20]。
本次计算水稻碳足迹主要有以下 4 个步骤:确
定调查流程和边界,收集数据,计算碳足迹,检查不
确定性。
2.1摇 调查流程和边界
本文以上海市崇明县长江农场水稻生产为研究
对象进行评估,评价 1 t稻米生命周期内所有物资投
入、产出过程的碳排放。 水稻种植原材料主要有种
子、化肥、农药等,种植过程中温室气体排放、农机使
用、稻米加工贮藏等,没有包括商品销售、消费者使
用以及处置、再生利用。
2.2摇 数据收集
本研究水稻碳足迹的初级活动水平数据包括田
间各项作业活动,加工存储各项作业活动、深加工与
产品包装以及田间温室气体散逸等活动水平数据。
2.2.1摇 田间作业
翻耕摇 每公顷地约消耗 49.05 L 柴油。 其中耕
地采用铧式梨深翻 1次,耗油 16.05 L;重型圆盘耙耙
地 1次,耗油 6.17 L;旋耕 1次,耗油 14.12 L;泡水后
水田平整 1次,耗油 11.47 L,其它作业(开沟、做埂、
抛肥等)1.24 L。
灌溉摇 干湿交替灌溉,除烤田外,自然落干后灌
溉,每公顷消耗 222.75 kwh。
播种摇 每公顷杂交粳稻用种 30 kg,常规粳稻用
种 60 kg,机械直播,每公顷消耗 7.06 L柴油。
施肥摇 每公顷施纯 N 277. 5 kg,P 2O5 73. 5 kg,
K2O 108.0 kg。
打药摇 每公顷除草剂施用 10.2 kg,杀虫剂 12.9
kg,杀菌剂 3.9 kg。
收割摇 在水稻种植田间作业期间采用机械收割
作业,秸秆粉碎全量还田。 平均每公顷需要消耗
31郾 31 L柴油。
施肥和打药采用人工,不计碳排放。
2.2.2摇 稻谷加工
晾晒摇 人工晾晒,不计碳排放。
清选摇 机械去瘪粒、泥沙等杂物,平均每吨水稻
耗电 0.23 kWh。
脱壳摇 平均每吨水稻耗电 2.43 kWh。
394摇 2期 摇 摇 摇 曹黎明摇 等:基于生命周期评价的上海市水稻生产的碳足迹 摇
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碾米摇 平均每吨水稻耗电 7.50 kWh。
白米分级、色选和抛光 摇 平均每 t 水稻耗电
16郾 23 kWh。
装袋、封袋摇 平均每 t水稻耗电 0.24 kWh。
加工 1 t水稻总计耗电 26.63 kWh。
2.2.3摇 土壤温室气体排放检测与计算
土壤 CH4、CO2和 N2O排放通量采用静态箱法测
量。 静态箱为圆柱体暗箱,材料为有机玻璃,内贴铝
箔遮光,内径 50 cm,高 110 cm,壁厚 0.5 cm。 人工撒
播、机穴播和插秧各设 3 个测试点,播种后每 7 d 在
8:00—10:00采集气体 1 次,在另外在分蘖始期、分
蘖盛期、孕穗期、抽穗期和成熟期等主要生育期和烤
田、复水期间进行动态监测,在每天 07:00—19:00,
每 2 h取样 1 次。 采集集气体时,分别于罩箱后 5、
15、25 min和 35 min抽取 60 mL气体,充入大连德霖
气体包装有限公司生产 100 mL 铝箔气体采样袋
保存。
取样后 24 h 内用 Agilent 6890 N 型气相色谱
(Agilent Technologies, Inc.)分析测定气体样品中
CH4、CO2和 N2O 的浓度,每次测试前使用中国计量
科学研究院生产标准气体标定,标定稳定后开始检
测,每检测 40个样品后再用标准气体标定 1次。
稻田温室气体排通量、温室气体累计排放量和
增温潜势(Global Warming Potentials, GWP)参照文
献[21]计算。
2.2.4摇 温室气体排放系数
柴油 的 温 室 气 体 排 放 系 数 为 0. 00256 t
CO2e / L[1]。 摇
电力排放因子采用国家发展与改革委员会发布
的 2012年中国区域电网基准线排放因子,上海位于
华东地区,故采用华东电网排放因子,其电量边际排
放因子为 0.8244 t CO2 / MWh,容量边际排放因子为
0.6889 t CO2 / MWh,平均并通过单位换算得到华东
电网排放因子为 0.000757 t CO2 / kWh[22]。
本研究根据徐小明[23]对化肥和农药所产生的
温室气体排放的研究成果折算得出相应的温室气体
排放系数,其中氮肥的排放系数为 0.004005t CO2 e /
kg;磷肥的碳排放系数为 0.003894 t CO2 e / kg;钾肥
的碳排放系数为 0.005213 t CO2e / kg;农药的平均排
放系数 0.004733 t CO2e / kg。
CH4和 N2O 排放系数分别为 0.025 t CO2e / kg和
0.298 t CO2e / kg[1]。
2.3摇 碳足迹计算
碳足迹公式:
E =移
n
1
Qi 伊 C i (1)
式中,E为产品碳足迹,Qi为物质或活动的数量
或强度数据(质量 /体积 / km / kWh),C i为单位碳排放
因子(每个单位的 CO2当量)。
2.4摇 不确定性分析
本研究主要参照“IPCC 国家温室气体清单优良
作法指南和不确性管理冶中描述的方法对水稻产生
的温室气体的不确定性进行量化计算[24]。
对于单一排放源排放总量的不确定性分析计算
公式:
Uall = U21 + U22 + U23 + … + U2n (2)
式中,Uall为所有量的乘积的百分比不确定性,Ui为
与每个量相关的百分比不确定性。
对于项目总不确定性分析计算公式:
Utotal =
(U1 伊 X1) 2 + (U2 伊 X2) 2 + (U3 伊 X3) 2 + … + (Un 伊 Xn) 2
X1 + X2 + … + Xn
(3)
式中,Utotal为所有量的总和的百分比不确定性,X i和
Ui分别表示不确定量及相关的百分比不确定性。
3摇 结果与分析
3.1摇 总碳足迹
本研究表明上海市近郊每种植 1 hm2水稻温室
气体排放量为 11.8114 t CO2e,折合每生产 1 t 水稻
温室气体排放 1.2321 t CO2 e(表 1):其中稻田温室
气体排放量为 0.9507 t CO2 e,占水稻生产碳排放的
77.1%,是最主要的排放源;田间作业占总排放量的
21.3%,共排放 0.2621 t CO2e,是另一个主要排放源;
加工存储作业排放 0. 0201 t CO2 e,仅占总排放的
1郾 6%(图 1)。
494 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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表 1摇 各主要作业活动碳排放表
Table 1摇 Carbon emissions from various production processes
排放源
Emission source
数据来源
Data sources
活动数据值
Activity value
排放系数
Emission
factor
排放量
Emission
/ ( t CO2e
/ hm2)
水稻产量
Yield
/ ( t / hm2)
总排放量
Emission
/ ( t CO2e / t水稻)
柴油 Diesel oil 耕地 Plow tillage 15.75 L / hm2 0.00256 t CO2e / L 0.0403 9.59 0.0042
耙地 Harrowing field 7.95 L / hm2 0.0204 9.59 0.0021
旋耕 Rotary tillage 14.12 L / hm2 0.0361 9.59 0.0038
平地 Paddy field leveling 11.47 L / hm2 0.0292 9.59 0.0030
其它作业 Other operations 1.24 L / hm2 0.0031 9.59 0.0003
播种 Seedling 1.50 L / hm2 0.0038 9.59 0.0004
收获 Harvest 31.31 L / hm2 0.0802 9.59 0.0084
电 Electricity 灌溉 Irrigation 222.75 kWh / hm2 0.000757 t CO2e·kW/ h 0.1686 9.59 0.0176
收获和加工 Rice
processing and packaging 26.63 kwh / t 0.1932 9.59 0.0211
其它排放源 氮肥 Nitrogen 277.50 kg / hm2 0.004005 t CO2e / kg 1.1114 9.59 0.1159
Other sources 磷肥 Phosphorus 73.50 kg / hm2 0.003894 t CO2e / kg 0.2862 9.59 0.0298
of emissions 钾肥 Potassium 108.00 kg / hm2 0.005213 t CO2e / kg 0.5631 9.59 0.0587
除草剂 Herbicide 10.20 kg / hm2 0.004733 t CO2e / kg 0.0483 9.59 0.0050
杀虫剂 Insecticide 12.90 kg / hm2 0.004733 t CO2e / kg 0.0611 9.59 0.0064
杀菌剂 Fungicide 3.90 kg / hm2 0.004733 t CO2e / kg 0.0185 9.59 0.0019
稻田温室气体通量 GHG
emission from paddy field 9.1180 9.59 0.9507
种子 Seed 37.5 kg / hm2 0.000795 t CO2e / kg 0.0299 9.59 0.0031
总计 Total 11.8114 1.2321
图 1摇 各大类作业温室气体排放(t CO2e / t水稻)
Fig. 1 摇 The composition diagram of GHG emissions from
major categories
3.2摇 稻田温室气体排放
稻田生态系统排放的温室气体主要有 CH4、CO2
和N2O,但水稻光合作用所固定的CO2要大于呼吸
排放的 CO2,在水稻生育期内的 CO2净排放通量为负
值[25鄄26],一般不列入稻田温室气体排放清单[26鄄27],
而短期内土壤有机碳的变化较小,因此本研究只分
析 CH4和 N2O 的温室气体排放。 从表 2 中可以看
出,撒播处理最高,为 10.3089 kgCO2 / hm2,插秧处理
田间温室气体排放最少,为 8.1785 kgCO2 / hm2,可能
是因为育秧时秧田和大田比例一般在 1颐10 左右,秧
龄 20 d,可以减少稻田淹水 20 d左右,有效减少了稻
田温室气体排放排放。 从贡献比例来看,CH4对稻田
温室气体排放影响最大,各处理在 96.5%—96.8%,
N2O贡献值均在 3.2%—3.5%之间,影响较小。
表 2摇 稻田甲烷和氧化亚氮排放
Table 2摇 CH4 and N2O emissions from paddy fields
处理
Treatments
(CH4) ECO2 /
( t CO2 / hm2)
(N2O)ECO2 /
( t CO2 / hm2)
总 CO2当量
Total ECO2 / ( t CO2 / hm
2)
贡献比率 Contribution rate / %
CH4 N2O
插秧 Rice Transplanting 7.9181 0.2604 8.1785 96.8 3.2
撒播 Broadcast sowing 9.9431 0.3658 10.3089 96.5 3.5
穴播 Hole seeding 8.5567 0.3100 8.8667 96.5 3.5
平均 Average 8.8059 0.3121 9.1180 96.6 3.4
594摇 2期 摇 摇 摇 曹黎明摇 等:基于生命周期评价的上海市水稻生产的碳足迹 摇
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3.3摇 田间作业的碳排放
各项田间作业均产生一定的碳排放(图 2),其
中以施肥碳排放最高。 N、P、K全部碳排放达 0.2044
t CO2e / t,占田间作业总排放量的 77.9%,在这三者
中以 N 排放最高,约占整个田间作业的碳排放
44郾 2%,其次是K占22.4%,P占11.4%。灌溉是另
图 2摇 田间作业各项温室气体排放组成图
Fig.2摇 The composition diagram of GHG emission from paddy
field operation
外一个主要的碳排放作业,占到田间作业总排放的
6郾 7%。 在其它各项作业中,农药占 5.1%,土壤耕作
占 5%,收获作业碳排放占 3.2%,种子占 1.8%。
3.4摇 不确定性分析
本研究中各活动水平数据的不确定估算基于在
崇明县长江农场长期工作的农业专家的判断得出,
估算值见表 3。 其中柴油排放系数不确定性引用
IPCC 2006年排放系数之 95%置信区间计算而来,电
力排放系数不确定性引用 IPCC2006 年排放系数之
96%置信区间计算而来,田间温室气体释放排放系
数不确定性引用 IPCC2006 年排放系数之 97%置信
区间计算而来。 柴油和电力使用、田间温室气体排
放、水稻种子以及其他排放源等活动数据和水稻种
子排放系数的不确定性来源于专家预估。
合并各项不确定性值,燃油为 33. 54%,电力
49郾 75%,其它排放 33.54%,温室气体排放 20%,种子
15%(表 3)。 各排放系数不确定性参照 IPCC2006,
整合各不确定因素,本研究的不确定性值为依19%,
定性等级为较好。
表 3摇 不确定性分析
Table 3摇 Uncertainty analysis
排放源
Emission sources
活动数据
Activity data
不确
定性
上限
不确
定性
下限
排放系数
Emission factor
不确
定性
上限
不确
定性
下限
整合不确定性 / %
Theintegration of uncertainty
上限 上限平方
上限乘
以量
平方
下限 下限平方
下限
乘以
量平方
柴油 Diesel oil 33.54 33.54 0.94 2.02 33.55 11.26 0.00 33.60 11.29 0.00
电 Electricity 49.75 49.75 7.00 7.00 50.24 25.24 0.04 50.24 25.24 0.04
其它 Others 33.54 33.54 11.79 10.46 35.55 12.64 11.42 35.13 12.34 11.16
田间温室气体排放
GHG emission from
paddy field
20.00 20.00 0.00 0.00 20.00 4.00 3.62 20.00 4.00 3.62
水稻种子 Rice seed 15.00 15.00 20.00 20.00 25.00 6.25 0.00 25.00 6.25 0.00
不确定性分析
Uncertainty analysis Total / % 77.06 19.82 76.89 19.65
不确定性上限 Uncer鄄tainty upper limit;上限 Upper limit;上限平方 The square of upper limit;上限乘以量平方 The upper limit multiplied by the amount
of square;下限 Low limit;下限平方 The square of upper limit;下限乘以量平方 The upper limit multiplied by the amount of square
4摇 讨论
我国是世界上水稻种植面积最大的国家,从 20
世纪 80年代末期开始,国外学者就质疑我国稻田为
全球农业温室气体排放的主要源头之一,认为我国
稻田温室气体年排放量接近世界稻田年排放总量的
1 / 2[28],但国内外学者对水稻生产全周期碳排放研
究较少,仅有部分学者通过模拟估算水稻生产碳排
放,如徐小明等通过模拟与计算作物种植阶段肥水
投入、耕作能耗、作物收获、温室气体排放等得到吉
林西部水稻生产碳足迹约为 1.3303 t CO2 / t[23],比本
研究获得的上海市水稻碳足迹 1.2321 t CO2 / t略高。
稻田温室气体排放占整个碳排放比例较高,吉林西
部稻田 GWP 达到 1.0344 t CO2 / t,占全部碳排放的
694 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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77.8%,傅志强等的研究发现湖南单季晚稻温室气体
在 0.599—0.861t CO2 / t之间,其中杂交稻略高,最高
值为 0.861 t CO2 / t[21],张岳芳等对江苏常熟秸秆还
田稻麦两熟农田温室气体评估值为 6. 383 t CO2 /
hm2 [29],本研究稻田 GWP 也高达 0.9507 t CO2 / t,占
全部碳排放的 77.2%,本研究调查的长江农场长期
以来实行秸秆还田,土壤有机质含量较高,土壤温室
气体略高于其它评估结果,但总体来说稻田温室气
体是水稻生产碳排放的主要因素,通过肥水运筹,减
少稻田温室气体排放是一项非常有效的措施。 CH4
是最主要的温室气体,其对温室气体贡献率超过了
96%(表 2),研究表明,灌溉[17]、土壤水分[25鄄26]、施
肥[30]和品种[21, 31]对的 CH4排放影响较大。 本研究
团队通过检测长江农场稻田 CH4排放检测发现,播
种后水淹条件下稻田 CH4排放呈逐步增加趋势,6 月
初的 5 mg m-2 h-1左右,7 月中旬水稻分蘖盛期达到
最高峰 60 mg m-2 h-1,烤田一周后又迅速降到 5 mg
m-2 h-1以下,因此通过干湿交替灌溉,增加土壤通气
性可以有效减少 CH4排放。 此外,干湿交替灌溉可
以减少稻田灌溉次数和用水,从而减少水资源利用
和灌溉能量消耗,减少灌溉过程碳排放。
肥料是仅次于田间温室气体排放的第二大碳排
放源,本研究发现,N、P、K3种主要化学肥料施用,对
水稻生产碳排放的贡献率达到 16.6%。 长期以来我
国氮肥施用过多,每年氮肥施用总量超过 1.2 伊 107
t,接近世界总量的 1 / 3[32],生产上一般纯氮施用量
超过 180kg / hm2,个别地区甚至达到 400—600kg /
hm2,但水稻氮肥实际利用效率仅为(33依11)%[33],
而目前发达国家氮肥利用率已达 60%,如果能达到
这一利用水平,将减少近 50%的氮肥施用,直接减少
种植活动中的氮肥施用带来的碳排放 5. 14 伊 107 t
CO2e[23,33]。 此外,土壤中的氮肥经过反硝化作用释
放出温室气体 N2O,每年输入农业生态系统的氮肥
有 1.5伊106 t N2O 直接进入大气,由施氮肥引起的
N2O排放量占 N2O 总排放量的 13%,当氮肥施肥量
减少一半时,全国土壤的 N2O排放量将减少 22%,特
别是在我国东南大部分地区 N2O 减幅更大[34]。 因
此,通过开展测土配方合理确定农田氮肥施用量,施
用吸收利用效率较高的缓控释肥,以及根据不同品
种需肥规律科学施肥提高氮素利用效率,选择施用
N2O排放量少的肥料,减少氮肥施用量,减少水稻种
植温室气体排放。
本文研究了水稻生产各种碳排放源的相对贡
献,全面评估水稻生产周期的碳足迹,对减少水稻生
产碳排放具有重要意义,同时,也是指导低碳水稻生
产、降低农业生产资源消耗和实现农业增收增效的
重要依据。
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ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 34,No. 2 Jan. ,2014(Semimonthly)
CONTENTS
Frontiers and Comprehensive Review
Effects of soil texture on variations of paddy soil physical and chemical properties under continuous no tillage
GONG Dongqin,L譈 Jun (239)
………………………
………………………………………………………………………………………………………
Evaluation of the landscape patterns vulnerability and analysis of spatial correlation patterns in the lower reaches of Liaohe River
Plain SUN Caizhi, YAN Xiaolu,ZHONG Jingqiu (247)……………………………………………………………………………
Effects of light and dissolved oxygen on the phenotypic plasticity of Alternanthera philoxeroides in submergence conditions
XU Jianping, ZHANG Xiaoping, ZENG Bo, et al (258)
……………
……………………………………………………………………………
A review of the relationship between algae and bacteria in harmful algal blooms
ZHOU Jin, CHEN Guofu,ZHU Xiaoshan, et al (269)
………………………………………………………
………………………………………………………………………………
Biodiversity and research progress on picophytoplankton in saline lakes WANG Jiali, WANG Fang (282)……………………………
Effects of ozone stress on major plant physiological functions LIE Ganwen, YE Longhua, XUE Li (294)……………………………
The current progress in rodents molecular phylogeography LIU Zhu, XU Yanchun, RONG Ke, et al (307)…………………………
The progress in ecosystem services mapping: a review ZHANG Liwei, FU Bojie (316)………………………………………………
Autecology & Fundamentals
Growth, and cationic absorption, transportation and allocation of Elaeagnus angustifolia seedlings under NaCl stress
LIU Zhengxiang, ZHANG Huaxin, YANG Xiuyan, et al (326)
…………………
……………………………………………………………………
Leaf morphology and PS域chlorophyll fluorescence parameters in leaves of Sinosenecio jishouensis in Different Habitats
XIANG Fen, ZHOU Qiang,TIAN Xiangrong, et al (337)
………………
…………………………………………………………………………
Response of change of wheat LAI measured with LAI鄄2000 to the radiance
WANG Yan, TIAN Qingjiu, SUN Shaojie, et al (345)
……………………………………………………………
……………………………………………………………………………
Effects of K+ and Cr6+ on larval development and survival rate of the acorn barnacle Balanus reticulatus
HU Yufeng, YAN Tao, CAO Wenhao, et al (353)
………………………………
…………………………………………………………………………………
Diffusion of colorado potato beetle, Leptinotarsa decemlineata, adults in field LI Chao, PENG He, CHENG Dengfa, et al (359)……
Population, Community and Ecosystem
Seasonal variations in fish community structure in the Laizhou Bay and the Yellow River Estuary
SUN Pengfei, SHAN Xiujuan, WU Qiang, et al (367)
……………………………………
……………………………………………………………………………
Variations in fish community structure and diversity in the sections of the central and southern Yellow Sea
SHAN Xiujuan, CHEN Yunlong, DAI Fangqun, et al (377)
……………………………
………………………………………………………………………
Research on the difference in eutrophication state and indicator threshold value determination among lakes in the Southern Jiangsu
Province, China CHEN Xiaohua, LI Xiaoping, WANG Feifei,et al (390)………………………………………………………
Effection of tidal creek system on the expansion of the invasive Spartina in the coastal wetland of Yancheng
HOU Minghang, LIU Hongyu, ZHANG Huabing (400)
…………………………
……………………………………………………………………………
The spatial and temporal variations of maximum light use efficiency and possible driving factors of Croplands in Jiangsu Province
KANG Tingting, GAO Ping, JU Weimin, et al (410)
……
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Simulation of summer maize yield influenced by potential drought in China during 1961—2010
CAO Yang,YANG Jie, XIONG Wei,et al (421)
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Forest change and its impact on the quantity of oxygen release in Heilongjiang Province during the Past Century
ZHANG Lijuan,JIANG Chunyan,MA Jun,et al (430)
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Soil macro鄄faunal guild characteristics at different successional stages in the Songnen grassland of China
LI Xiaoqiang, YIN Xiuqin, SUN Lina (442)
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Seasonal dynamics of soil microbial biomass in six forest types in Xiaoxing忆an Mountains, China
LIU Chun, LIU Yankun, JIN Guangze (451)
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Landscape, Regional and Global Ecology
Variation of drought and regional response to climate change in Huang鄄Huai鄄Hai Plain XU Jianwen,JU Hui,LIU Qin,et al (460)…
Wind speed changes and its influencing factors in Southwestern China
ZHANG Zhibin,YANG Ying,ZHANG Xiaoping,et al (471)
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Characteristics of soil carbon density distribution of the Kobresia humilis meadow in the Qinghai Lake basin
CAO Shengkui, CHEN Kelong, CAO Guangchao, et al (482)
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Life cycle assessment of carbon footprint for rice production in Shanghai CAO Liming, LI Maobai, WANG Xinqi, et al (491)………
Research Notes
Seasonal changes of ground vegetation characteristics under artificial Caragana intermedia plantations with age in desert steppe
LIU Rentao, CHAI Yongqing, XU Kun, et al (500)
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The experimental study on trans鄄regional soil replacement JIN Yinghua,XU Jiawei,QIN Lijie (509)…………………………………
Sensitivity analysis of swat model on changes of landscape pattern: a case study from Lao Guanhe Watershed in Danjiangkou
Reservoir Area WEI Chong, SONG Xuan, CHEN Jie (517)………………………………………………………………………
625 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34 卷摇
《生态学报》2014 年征订启事
《生态学报》是由中国科学技术协会主管,中国生态学学会、中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊,创刊于 1981 年,报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果。 坚持“百花齐放,百家
争鸣冶的方针,依靠和团结广大生态学科研工作者,探索生态学奥秘,为生态学基础理论研究搭建交流平台,
促进生态学研究深入发展,为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务、为国民经济建设和发展服务。
《生态学报》主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果。 特别欢
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、新方法、新技术介绍;新书评价和
学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,280 页,国内定价 90 元 /册,全年定价 2160 元。
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生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 34 卷摇 第 2 期摇 (2014 年 1 月)
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