[发明专利]一种粮食作物生产碳排放量的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及农业生产技术领域，尤其涉及一种粮食作物生产碳排放量的测量方法。

背景技术

碳既是表征农业生产效率(净初级生产力以固定CO₂的能力表征)，也是土壤肥力(碳是有机质的主要形态)和环境问题(如CO₂导致全球增温)的关键指标，因此碳足迹在可持续农业中占有重要地位。随着碳足迹的深入研究，一些发达国家相应推出碳市场机制，如通过碳标签把产品或服务在生产、提供和消耗整个生命周期过程中排放的温室气体排放量(即碳足迹)告知消费者，从而引导消费者采纳低碳消费、指导生产者开展低碳生产。据不完全统计，美国、日本和欧盟等14个国家和地区已推出或即将推出碳标签。随着我国碳排放增加和社会经济转型的需要，碳市场及相应的管理迫切需要启动，但支撑这一管理体系的碳足迹研究尚不足。

现代农业属于化石农业，随着肥料、农药等农业投入品的大量投入，农业投入品过量生产和施用在世界各国已成为普遍现象，生产农田上游投入品产生了大量的温室气体。随着机械化和灌溉的发展，化石能源消耗产生的高碳排放已经引起重视，人们对农业的碳排放已经不仅仅关注于氮肥施用产生的土壤氧化亚氮(N₂O)排放。随着人们生活水平的提高，秸秆已不再作为生活能源，秸秆焚烧现象日益严重，秸秆焚烧不仅会产生大量的温室气体，而且会造成空气污染、引起雾霾，危害人类健康。

近年来我国粮食作物碳足迹研究取得了一些研究结果，但碳足迹核算结果差异大、无法比较，很难为农业生产和碳交易提供参考。张丹和张卫峰汇总以往研究发现，目前国内尚未建立粮食作物碳排放的全生命周期评价(LCA，Life cycle analysis)方法。目前绝大多数关于粮食作物碳足迹核算的研究没有用真正的“从摇篮到坟墓”的LCA思想，要么只核算上游投入品生产的排放，如Cheng等根据国家统计数据的农资投入量，计算粮食生产碳足迹，但并未考虑肥料施用、秸秆还田、耕作和灌溉方式等农田生产环节产生的碳排放与碳固定；要么仅核算了农作物生产环节的排放，如Linquist和Cole等仅核算了由肥料施用产生的土壤N₂O及稻田甲烷(CH₄)的排放，而未考虑农资投入品上游生产所产生的碳排放及农机作业、灌溉消耗的化石能源产生的碳排放；要么包含上游和农田排放，但未包括完整的排放环节，如Chen等在计算碳足迹时虽包括了化肥生产及氮肥施用产生的排放，但有机肥、农药、农膜等农资生产及施用的排放却未被包含，这些排放虽低于氮肥施用及农机作业等环节，但不可忽略。另外，田间焚烧秸秆在以往的研究几乎未被考虑，然而秸秆焚烧的碳排放量非常大。农田生态系统既能进行碳排放、又能进行碳固定，已有研究大都考虑了排放，但忽略了固定。大部分的研究都集中在区域尺度的核算上，如Chen研究了我国华北平原轮作体系的碳足迹，Dong研究了浙江省农业生产碳足迹，仅有少部分学者研究了国家尺度的碳排放，但这些研究主要是通过国家统计数据计算。但统计数据仅有投入量，没有生产方式如翻耕、免耕，水稻间歇灌溉和长期淹灌等信息，而它们却是评价生产技术先进程度、碳足迹大小的关键因素。

发明内容

本发明的目的在于提供一种粮食作物生产碳排放量的测量方法，本发明提供的测量方法考虑了粮食作物的整个生命周期，测量结果较为准确，且充分体现了自然条件的不同引起的碳排放和碳固定的地区差异性。

申请人研究发现，粮食作物生产的碳排放包括四个部分：1)农业生产投入品上游生产运输中的碳排放。2)粮食作物生产各项农业管理过程中直接或间接引起的碳排放。3)作物残茬的焚烧引起的碳排放。4)作物生长过程中生产措施(少免耕、秸秆还田、施肥)影响产生的土壤固碳量。

根据生命周期评价(LCA，Life Cycle Assessment)思路，农田生产碳足迹由碳排放和碳固定构成，包括两个环节：上游环节即投入品(种子、化肥、农药、机械和农膜等)的生产加工环节、中间环节即农田种植环节(包括耕作、播种、植保、收获、秸秆处理等)，参见图1，图1为农作物生产碳足迹理论模型。