团队农业碳中和领域研究进展

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土壤信息与计量团队：

农业碳中和研究进展

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碳中和是指国家、企业、产品、活动或个人在一定时间内直接或间接产生的二氧化碳或温室气体排放总量，通过使用清洁能源、植树造林等形式，以抵消自身产生的二氧化碳或温室气体排放量，实现正负抵消，达到相对“零排放”。

农业是非二氧化碳温室气体的主要排放源，而农田土壤可通过固碳以抵消温室气体的排放，因此农业将为碳中和目标的实现贡献力量。

土壤碳库变化及固碳潜力

基于包括国家级耕地监测点数据在内的多个土壤有机碳数据库，分析了中国不同地区、土壤类型、种植制度农田土壤有机碳含量的时空变化格局，估算了农田表土有机碳密度现状。采用土壤饱和限法、恢复法、技术情景分析法等手段，估算得到中国农田表土生物物理固碳潜力为2.2-2.9 Pg，同时评估了农田固碳的技术可达潜力[1,2]。系统解读了“千分之四全球土壤增碳计划”并提出应对策略[3]。

农业温室气体排放与减排

采用最优的排放因子计算方法，为中国农田开发了体现不同农业区、不同作物和不同肥料类型特征的N2O排放因子[4]。利用基于经验的多元逐步回归方法开发了考虑土壤、管理和气候因素的中国农田N2O排放模型[5]以及稻田CH4排放模型[6]。结合高空间分辨率土壤、管理数据，系统地估算了中国农田的温室气体排放总量及其空间分布特征[4-6]。为生物地球化学模型DAYCENT开发了稻田甲烷排放子模型[7]，并且基于DAYCENT模型对不同管理措施下中国农田固碳减排潜力进行了预测[8]。基于全生命周期和成本效益分析方法，对比了秸秆发电、秸秆成型燃料、生物质热裂解技术的环境效应，发现生物质热裂解技术是最具经济和环境效益的秸秆可持续利用技术之一，具有贡献碳中和目标的潜力[9-10]。

农业生产生命周期评价-碳足迹分析

基于国家统计数据、实地调查数据，通过优化生命周期评价-碳足迹计量方法学，从点位尺度到国家尺度、从农业生产到食物消费对中国农业碳足迹进行了系统评价[11,12]。发现良好的农田管理措施，特别是氮肥的合理使用可以显著减少作物生产过程的温室气体排放。针对不同水稻种植模式的碳足迹进行量化发现，集约化种植可以增加经济效益、减少农业温室气体排放[13]。进一步比较畜牧业生产过程的碳足迹发现，规模化生产可以减少中国畜牧业生产中温室气体排放[14]。对不同饮食方式的全生命周期碳足迹评估发现，外出就餐的饮食碳足迹显著高于家庭就餐，饮食模式的改变也可以为减缓温室气体排放做出贡献[15]。

碳交易-碳汇计量方法学

在2012年国家发改委印发《温室气体自愿减排交易管理暂行办法》的背景下，参考已颁布的清洁发展机制（CDM）项目各类方法学，开发了测土施肥项目固碳减排计量方法学[16,17]，为测土配方施肥项目参与碳交易提供方法学支撑。秸秆热解炭化-生物质炭基肥-生态农业产业体系正在中国兴起，炭基肥规模化发展具有参与我国正在实施的自愿减排碳交易项目的明显潜力，因此针对不同农业经营模式探讨构建了生物质炭基肥项目固碳减排计量方法，为其大规模农业应用参与自愿减排碳交易提供科学依据和方法学支撑[18]。

气候智慧型农业的表征与评价

日益加剧的全球气候变化将对农业带来巨大威胁，而高强度的农业利用在提供生态系统服务的同时也产生巨大的环境风险，如何在气候变化背景下维持农业生产的可持续性是当前倡导的气候智慧型农业的核心内容。基于这些认识，我们将气候智慧型农业定义为“通过一系列管理实现气候变化背景下维持甚至增强生态系统服务功能并减少生态环境负面影响的农业经营系统”。我们展望，应通过模拟气候变化试验研究、数据集成分析、模型模拟等研究手段，对未来气候变化下的点位到区域尺度的农田生态系统服务与环境效应指标进行量化与集成，制定气候变化农业管理方案并满足气候智慧型农业的发展内涵 [19]。

参考文献

[1] 程琨, 潘根兴, 田有国, 等. 中国农田表土有机碳含量变化特征——基于国家耕地土壤监测数据. 农业环境科学学报, 2009, 28(12), 2476-2481.

[2]Cheng, K., Zheng, J., Nayak, D., et al. Re-evaluating the biophysical and technologically attainable potential of topsoil carbon sequestration in China's cropland. Soil Use and Management, 2013, 29(4), 501-509.

[3]程琨,潘根兴. '千分之四全球土壤增碳计划'对中国的挑战与应对策略. 气候变化研究进展, 2019, 12(5), 457-464.

[4]Yue, Q., Wu, H., Sun, J., et al. Deriving emission factors and estimating direct nitrous oxide emissions for crop cultivation in China. Environmental Science & Technology, 2019, 53(17), 10246-10257.

[5]Yue, Q., Ledo, A., Cheng, K., et al. Re-assessing nitrous oxide emissions from croplands across China. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2018, 268, 70-78.

[6]Sun, J., Wang, M., Xu, X., et al. Re-estimating methane emissions from Chinese paddy fields based on a regional empirical model and high-spatial-resolution data. Environmental Pollution, 2020, 265, 115017.

[7]Cheng, K., Ogle, S. M., Parton, W. J., et al. Predicting methanogenesis from rice paddies using the DAYCENT ecosystem model. Ecological Modelling, 2013, 261, 19-31.

[8]Cheng, K., Ogle, S. M., Parton, W. J., et al. Simulating greenhouse gas mitigation potentials for Chinese Croplands using the DAYCENT ecosystem model. Global Change Biology, 2014, 20(3), 948-962.

[9]Ji, C., Cheng, K., Nayak D., et al. Environmental and economic assessment of crop residue competitive utilization for biochar, briquette fuel and combined heat and power generation. Journal of Cleaner Production, 2018, 192: 916-923.

[10]Xu, X., Cheng, K., Wu, H., et al. Greenhouse gas mitigation potential in crop production with biochar soil amendment—a carbon footprint assessment for cross-site field experiments from China. GCB Bioenergy, 2019, 11(4), 592-605.

[11]Cheng, K., Pan, G., Smith, P., et al. Carbon footprint of China's crop production—An estimation using agro-statistics data over 1993–2007. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2011, 142(3-4), 231-237.

[12]Cheng, K., Yan, M., Nayak, D., et al. Carbon footprint of crop production in China: an analysis of National Statistics data. The Journal of Agricultural Science, 2015, 153(3), 422-431.

[13]Yan, M., Luo, T., Bian, R., et al. A comparative study on carbon footprint of rice production between household and aggregated farms from Jiangxi, China. Environmental Monitoring and assessment, 2015, 187(6), 1-13.

[14]Luo, T., Yue, Q., Yan, M., et al. Carbon footprint of China's livestock system–a case study of farm survey in Sichuan province, China. Journal of Cleaner Production, 2015, 102, 136-143.

[15]Yue, Q., Xu, X., Hillier, J., et al. Mitigating greenhouse gas emissions in agriculture: From farm production to food consumption. Journal of Cleaner Production, 2017, 149, 1011-1019.

[16]程琨, 潘根兴, 张斌, 等. 测土配方施肥项目固碳减排计量方法学探讨. 农业环境科学学报, 2011, 30(9), 1803-1810.

[17]程琨, 潘根兴, 罗婷. 测土配方施肥固碳减排计量方法指南. 中国标准出版社, 2011.

[18]孙建飞, 郑聚锋, 程琨, 等. 面向自愿减排碳交易的生物质炭基肥固碳减排计量方法研究. 中国农业科学, 2018, 51(23), 4470-4484

[19]程琨, 郑聚锋, 潘根兴. 气候变化智慧型农业的表征与计量评价. 南京农业大学学报, 2020, 43(1), 1-9.