温室气体排放的原因

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温室气体排放的原因范文第1篇

作者简介：蔡博峰，博士，副研究员，主要研究方向为温室气体清单和低碳发展。

摘要

介绍城市温室气体排放特征和国际城市温室气体清单研究进展，研究了全球城市化和城市CO2排放的强正相关性，以及中国城市清单方法研究起步较早但发展缓慢的特点。分析了城市温室气体清单相对国家清单的特征，即城市清单编制往往采用消费模式，区别于国家清单的生产模式；国际城市清单中往往包括了由于外调电和供暖产生的CO2排放，同时城市温室气体清单编制灵活性和针对性更强。针对我国城市温室气体清单研究的不足，提出了我国城市温室气体清单方法，强调中国城市采用尺度1+尺度2的范围，暂不考虑尺度3的范围，即生产+消费的混合模式，并且在城市市域温室气体排放研究的基础上，加强狭义城市温室气体排放水平的研究。选择北京市和纽约市，对比分析了两个城市CO2排放特征，结果显示，在确定的清单体系下，北京市和纽约市具有较好的可比性。纽约市的总排放量(尺度1+尺度2)略低于北京市排放量，人均排放量略高于北京市。

关键词 城市；温室气体；清单；尺度；狭义城市

中图分类号 X321

文献标识码 A

文章编号 1002-2104(2012)01-0021-07 doi:103969/jissn1002-2104201201.005

城市温室气体排放的快速增长成为全球温室气体排放上升的重要原因[1-2]。城市不仅是温室气体排放的关键源和绝对主体，同时也受到气候变化的严重影响。由于城市人口、资源和基础设施相对集中，气候变化的不利影响最可能出现在城市地区[3-4]。城市是创新与技术的热点，也是制定许多世界性难题解决方法的地方。由于城市人口密集、经济发达，因而城市低碳发展具有很强的示范效应。城市在应对全球气候变化和温室气体减排方面发挥着决定性的作用。

发展低碳经济和低碳城市，是全球积极应对气候变化和城市可持续发展的必然选择。低碳城市的前提是清晰、准确地掌握城市各个领域的温室气体排放情况。因而，城市温室气体排放清单是城市低碳发展的基石和参考标尺，通过研究城市温室气体排放清单和排放水平，可以辨识温室气体排放量及其排放特征，跟踪其增减变化及发展趋势，预测未来排放情景，进而确定减排目标，制订和实施行动计划，提出切实、有效的温室气体减排措施和方案，有力推动城市向低碳化方向发展。

国内低碳城市规划和建设进展很快，然而城市温室气体清单研究却相对滞后，难以满足城市发展的需求。中国当前城市温室气体清单在方法体系和城市边界上尚存在诸多问题。本文试图综述国际温室气体清单研究进展，并探讨中国城市温室气体清单的问题和不足，提出中国城市清单方法，并且以典型案例对比分析说明。

1 城市温室气体排放

2010年，城市集中了全球50%以上的人口，到2050年，这一比例会达到70%[4]。城市占地球表面不到1%，却消耗世界约75%的能源。城市是人口、建筑、交通、工业、物流的集中地，也是能源消耗的高强度地区(见图1)，因此必然成为温室气体排放的热点和重点地区。大城市气候领导集团(C40)的研究报告认为，城市排放了世界80%的人为温室气体，尽管这一结论存在一定争议(IEA认为约为71%[1])，但是城市温室气体直接排放和受城市地区消费引发的间接排放总量无疑是非常巨大的。

全球城市化进程对全球温室气体排放有着显著影响。图2显示了全球CO2排放和城市化率的关系，两者之间有很强的正相关性。UNHABITAT认为全球温室气体排放增长和城市化快速进程的一致并非耦合，而是有着深刻的联系，城市聚集了大量人口，经济活动强度大，能源利用量大，因而城市发展对全球温室气体排放有着强劲的驱动[4]。O’Neill等人[5]研究认为城市化仍然会显著影响未来全球CO2排放。一些发展中国家，特别是中国和印度，城市人口增长可能导致高达25%的CO2排放量。这在很

大程度上是由于城市劳动力的高生产力和高消耗偏好导

致了高的温室气体排放。

2 城市温室气体清单研究综述

城市尺度上温室气体清单研究始于20世纪90年代，由于西方发达国家城市自治性很强，所以城市在碳减排方面非常活跃，清单编制越来越受到重视，并且成为城市积极应对气候变化和低碳发展的关键步骤。温室气体清单对于城市有如下作用：①准确掌握城市能源利用中的低效和不足，发现节能和碳减排空间；②明确自身城市在国际、国内城市低碳经济中的定位和优劣势，确定今后低碳重点发展方向；③制订清晰、明确的低碳城市路线图，确保城市实现碳减排的可测量、可报告和可核查(MRV)；④积极开展教育宣传，引导城市公众和温室气体排放涉及者认识自身活动对于城市温室气体的贡献，提高低碳意识。

早期城市温室气体清单方法都是沿用政府间气候变化专门委员会(IPCC)国家清单方法， 此后逐渐出现了专门研究城市温室气体清单的组织和机构。全球地方环境理事会(ICLEI)探索并建立了适合城市特色的温室气体清单编制体系和方法，经过不断完善，当前已经被国际上的城市广为接受，成为主流城市温室气体清单编制方法[8]。ICLEI成立于1990年，为城市温室气体排放清单和排放量计算建立了较为详尽和完善的研究体系。其发起的城市应对气候变化运动(The Cities for Climate Protection, CCP)主要协助城市核算温室气体和制定减排方案。WRI(世界资源研究所)/WBCSD (世界可持续发展工商理事会)提出了企业温室气体核算方法体系[9]，较为系统和全面，对许多城市产生了较大影响，许多城市的清单研究都对其有所借鉴[10]，但其主要是针对企业层次的，因而涉及温室气体排放链条很长，在城市尺度上很难操作。C40组织选择典型城市作为案例，研究其温室气体清单，并且选择典型的部门、行业进行深入研究，提出具有可操作性的政策和措施，分析措施的有效性。C40在建筑、交通等领域温室气体清单及减排方面具有很多成功经验，逐渐成为全球范围研究城市气候变化和温室气体的重要组织。中国北京、上海、香港等城市先后参加了2005年和2007年C40峰会。

不少研究者也对城市温室气体清单进行了研究和探索。以Kennedy为首的研究团队提出城市与外界物质、能量交换较大而需要采用独立的清单体系[10-11]。Kennedy的城市温室气体清单体系较为完整，不仅包括ICLEI建议的范围，而且包括水运和航空排放(这部分涉及大量的跨境排放)(见图3)，同时对城市道路交通的跨境排放问题提出了解决方案。此外，该清单体系还包括燃料的上游排放(即燃料生产导致排放)。Kennedy选择了10个典型城市进行实证分析，认为气候、资源可获取程度、电力、城市设计、废弃物处理等都对城市温室气体排放有着显著影响；城市的地理位置对其温室气体排放有着至关重要的作用[12]。Dhakal研究了东京、首尔、北京、上海的温室气体排放，采用的清单方法包括外调电力和采暖因素，和ICLEI的方法一致。研究发现4个城市的人均能源利用都有趋同表现(1990-1998年)，约1.3-1.6 t标准油/人，但是北京和上海的人均CO2排放量却明显高于东京和首尔[13]。Glaeser等采用了类似ICLEI的方法体系，核算美国66个大城市温室气体排放，发现城市汽油消费量和城市人口大小的对数有较强的线性相关性；家庭天然气消费量(采暖为主)和1月份温度有较显著的线性相关性；家庭用电量和7月份温度有较显著的线性相关性。温室气体排放量和土地利用政策之间存在很强的相关性，许多地区建立严格的政策限制一些产业的发展，使得排放朝向高碳排放地区聚集。城市排放水平明显低于城市郊区，城市-郊区之间的碳排放差异在老城市例如纽约更加明显[14]。Norman等认为城市温室气体清单还应该包括建筑材料使用等全生命周期的排放，发现城市交通是最重要的减排温室气体方向，而建筑是降低能耗的重要方向。同时，疏松型城区的人均能源消耗和温室气体排放是密集型城区的2.0-2.5倍[15]。

Ramaswami等人提出了混合型生命周期碳足迹清单体系，并对城市与周边的跨界交通(道路和航空)的温室气体排放分配问题做出了详细论述[16]。此后，Hillman等完善了混合型生命周期碳足迹清单体系，认为还应该包括4种必需品(食物、燃油、水和建材)生产而带来的温室气体排放。该方法体系核算的CO2排放包括了城市终端能源利用、跨界水运和航空运输，以及城市4种必需品内涵温室气体排放(由于生产这些产品而产生温室气体排放，一般不在城市边界内)，这种清单体系已经超过了Kennedy 等人的方法体系，接近WRI/WBCSD针对企业的清单要求(见图3)[17]。

Dodman等对ICLEI的清单方法提出异议，尤其对电力和供热的归属问题提出异议，并且提出了不同的清单方法，其结果是全球城市温室气体排放还不到人为排放的一半，许多城市人均排放量低于其国家人均排放量[18]。Satterthwaite认为城市温室气体排放占人类活动排放的75-80%的比例有些过高，农业、毁林、重工业、火电等都绝大部分都不在城市，因而全球城市温室气体排放仅占到人为排放30.5-40.8%，许多城市人均排放量低于其国家人均排放量。Satterthwaite认为虽然城市作为终端消费了很多能源，但把产品生命周期的排放归结城市有可能形成误导。因为并不是城市这一地理概念造成了高能耗、高排放，而是高收入水平国家中的个别高收入群体的高消费导致了城市消费生命周期的高排放[19]。

从上述学者的研究可以看出，对于城市碳排放问题，不同的研究方法，研究结果相差很大，尤其城市是一个高度开放的实体，其与外界的能源、物品交换强度很大，因而对于城市排放的不同界定，会导致城市排放水平的很大差异。对比当前国际城市主要采用的方法体系（见图3），总体趋势是，绝大部分城市在核算自身温室气体排放时，都考虑外部电力和热力供应所导致的温室气体排放，即世界地方环境理事会(The International Council for Local Environmental Initiatives，ICLEI)提出的主要考虑尺度1+尺度2+外部垃圾填埋的温室气体排放。全球已经有68个国家的1 200个城市采用ICLEI方法编制了城市温室气体清单。许多研究基于这种清单方法提出了较为系统的

城市碳预算方案[20]。

中国城市温室气体清单研究起步较早，但发展缓慢。1994年，中国与加拿大政府开展了北京市温室气体排放清单研究，并较为全面地核算了北京市1991年温室气体排放清单[21]，但此后一直缺乏城市清单的研究文献。近几年城市清单研究逐渐增加，蔡博峰等人初步提出了城市温室气体清单研究方法，并且针对重点排放领域推荐了排放因子[22]。张晚成等人利用城市清单体系核算了上海CO2排放[23]。陈操操等人对城市温室气体清单方法做了较为详细的评价和总结，并且对比了城市清单和国家清单的异同[24]。蔡博峰探讨了中国城市温室气体清单研究存在的不足和困难，并提出了初步建议[25]。

3 城市温室气体清单研究特点

城市温室气体清单相比国家温室气体清单而言，从编制模式、覆盖领域和针对性等方面都具有自身特色，这些特色也意味着国家清单方法体系（IPCC方法学指南）并不能适用城市温室气体清单编制的需要。

城市温室气体清单方法学早期借鉴了大量国家温室气体清单编制的方法，尽管后期在清单基础方法学、排放因子等方面很难有突破和创新，但在原则、技术路线和方法体系上却体现了城市的自身特点。当前，城市温室气体清单方法学和国家温室气体清单方法学的差异主要体现在如下几点。在编制模式上，由于城市和外界有着大量的能量和物质交流，城市往往采用消费模式，区别于国家清单的生产模式。国际城市清单中往往包括了由于外调电力和供暖带来的间接排放，即发生在城市地理边界以外生产城市用电和热力的温室气体排放。在覆盖范围上，城市清单往往比较简单，特别是发达国家城市，几乎没有农业问题，工业比例也很小，所以能源供应、建筑和交通以及废弃物处理往往是城市清单的主要内容。在针对性和灵活性方面，城市温室气体清单编制灵活、针对性强。国家温室气体清单编制的一个重要目的是为国家宏观制定减排政策提出科学支持和国际温室气体排放对比与谈判，因而国家清单相对比较规范和严格。而城市清单为了提高针对性，往往在组织结构上更加灵活。其提出的政策直接到技术层面，可核查性、可测量性和可报告性都很强，其温室气体减排的实现依赖于城市公众的参与和监督[25]。但城市清单的灵活性某种意义上影响了国际城市之间温室气体排放的可对比性。

4 国内城市温室气体清单研究的不足

中国当前的低碳城市发展很快，但城市温室气体排放清单研究却相对滞后，主要是存在着两个核心问题。其一是城市排放清单方法体系不完善，其中边界、范围等关键问题尚未解决。绝大部分城市尚未编制较为全面的城市温室气体排放清单。许多城市依然沿用IPCC的方法核算温室气体排放，而IPCC方法不适用于城市尺度已经是国际共识。此外，发达国家城市排放清单都包括尺度1和尺度2水平，而我国当前已经编制的城市清单基本相当于尺度1水平，城市清单内容相比国际规范有较多残缺。由于核算方法的混乱，导致中国同一城市出现多种温室气体排放量，极不利于科学研究和政府决策。其二，无法核算真正城市意义的温室气体排放水平。中国城市和西方国家城市有较大差别，后者是专为城市而设立的一种建制类型，同行政区划并无必然联系。它突出了人口聚集点的概念，核心部分是城市建成区。而中国城市是一种行政区划建制，包含大量的农村、林地等非城市建设用地。因而中国城市更类似一种区域概念。对中国城市的特征，Montgomery也提出其不同于西方城市，并且建议将以建成区为核心的地区作为城市加以重点研究[26]。这种城市排放清单很大程度上失去了城市特色，变为与省/区域排放清单性质一致，因而无法有效支持中国低碳城市的积极发展。同时也使得中国城市温室气体排放水平很难直接与发达国家城市排放做直接比较，也不利于最大限度地借鉴西方城市低碳化发展的成功经验。发达国家估算的城市温室气体排放占国家排放比例约在70-80%，而在我国当前的情况，城市温室气体排放总量等于全国排放总量，城市这一极为重要的低碳发展因素无法突出其应有特色。

中国城市温室气体排放清单的不足严重制约了我国低碳城市发展，甚至可能误导城市低碳发展方向。研究解决上述两个中国城市碳排放清单核心问题，有利于规范我国城市温室气体排放核算方法，准确把握我国真正城市意义的温室气体排放水平和特征，澄清城市温室气体排放的一些误区和错误观点，并为低碳城市发展和政府决策奠定坚实基础。同时，清晰、明确的城市温室气体排放清单方法体系，便于城市之间以及城市自身时序上的比较分析，支持政府出台有效的政策措施，并建立相应的核查机制。

5 中国城市温室气体清单编制方法

鉴于中国城市温室气体清单存在的问题和不足，以及当前的研究现状，本研究提出中国城市温室气体清单编制方法，以供研究者和决策者参考。方法介绍侧重城市清单的特色内容，排放因子等技术要素与IPCC一致，所以不作介绍。

5.1 清单边界

中国城市清单边界问题是城市清单体系中较为重要的一个问题。主要原因是中国城市地理边界不明确。西方城市的核心和主要部分是城市建成区，其强调的是城市自治，而不是行政区划等级。由于中国城市的特殊性，本文提出狭义城市的清单边界，以区别于我国当前城市市域范围(城市行政区域)的清单。狭义城市是指包括城市建成区90%面积的最小市辖区/县范围。许多研究城市的学者把市辖区作为狭义城市的概念，但县升区的参考标准主要是整体经济水平，因而会把一些经济体量很大的农业县包括进来，例如北京市怀柔、平谷、门头沟、房山等区，其包括了大量的农村地区和非城市建成区。所以依据市辖区很容易高估狭义城市的面积。事实上，城市建成区是城市的最佳表征，然而城市建成区同城市行政区划并不完全重合，导致数据口径无法统一，难以完成数据收集和积累。

中国城市温室气体清单体系中，可以同时核算城市市域范围内(城市行政区域)的温室气体排放，和狭义城市温室气体排放。我国地级以上城市基本都有较为完整的市域范围内的公开统计数据，因而可以支持城市市域排放清单的编制。着重考虑狭义城市温室气体清单，可以突出城市意义和特色，真正指导中国城市低碳发展，同时也提高中国城市与西方城市温室气体清单的可比性，有利于中国最大限度地借鉴西方城市低碳化发展的成功经验。

排放源的归属问题在西方城市比较显著，因为西方城市中的私人公司或者是私人入股公司占据绝大多数。因而西方城市处理排放源归属问题往往分为运行控制(Operational Control)和金融控制(Financial Control)两类。运行控制是受市政府各项政策法规直接管理的，但其经营和财务关系未必完全受当地市政府控制。而金融控制符合国际财务会计标准，即对于一个排放源实体具有完全的金融管理权利。中国城市温室气体清单可以以行政管辖为边界，即相当于西方城市的运行控制，符合我国城市对企业的管理和统计口径。此外，由于西方城市的行政自治和民主管理的特点，城市温室气体清单都分为全市排放清单(Citywide Inventory)和政府排放清单(Government Inventory)，后者属于前者，但单独列出。政府排放清单主要包括政府部门的用电、采暖、用水、交通、废弃物等，之所以单独列出，是因为全市和政府部门减排的措施有很大不同。对于政府部门的温室气体排放，完全可以采取强制手段进行减排，而对于城市水平的排放，政府只能通过政策鼓励或者财税刺激等市场方法，要想采取强制手段，必须通过地方立法，其操作和实施都较为困难[25]。这一点和我国倡导和实施的绿色政府比较相近，可以充分借鉴。

5.2 清单范围

清单范围是指清单所包括的温室气体排放过程，主要指本地排放和异地排放，即直接排放过程（本地排放）和间接排放过程（异地排放）。具体可分为三个尺度(见图3)。①尺度1：所有直接排放过程，主要是指发生在清单地理边界内的温室气体排放过程。②尺度2：由于电力、供热的购买和外调发生的间接排放过程。以用电为例，大部分城市的电力依靠购买或外调，所以并不直接产生温室气体排放，但可能所购电力来自火力发电，而火力发电产生温室气体，所以这部分温室气体算为城市间接排放。③尺度3：未被尺度2包括的其他所有间接排放。这一尺度所包括的范围很广，包括城市从外部购买的燃料、建材、机械设备、食物、水资源、衣物等等，生产和运输这些原材料和商品都会排放温室气体[25]。

建议中国城市温室气体清单需要同时包括尺度1和尺度2，暂不考虑尺度3排放。这样中国城市编制清单相当于采用了生产+消费的混合模式，即在核算清单时，首先核算城市直接排放（生产模式），然后将外调电力和供暖导致的温室气体排放计入城市本身排放（消费模式）。国际上绝大部分城市都是采用这一“混和”模式编制温室气体清单。

6 案例对比研究

选择北京市和纽约市，基于前文所述的城市温室气体清单原则和方法体系，对比分析两个城市的温室气体排放特征。根据前面所述的狭义城市，北京市包括城市建成区90%面积的区/县共6个，分别为东城区、西城区、海淀区、朝阳区、石景山区和丰台区。

本研究对比了2个城市的CO2排放水平。北京市市域的碳排放清单可以基于能源统计年鉴核算，但狭义城市的碳排放清单却缺乏数据支持，没有公开出版的北京市各区县的能源利用情况。因此，只能采用其它数据途径。欧盟和荷兰环保局联合开发了全球0.1°×0.1°(中纬度地区约10 km)温室气体排放空间网格数据库，当前已经更新至EDGAR version 4.1版本(2005年)，该数据库是迄今为止全球水平上空间精度最高的温室气体排放数据库。EDGAR排放源数据主要来源于IEA的排放点源数据库，比较全面地核算了区域空间CO2排放信息，非常有利于我们利用该数据计算狭义城市CO2直接排放水平。因此，基于EDGAR数据库，直接核算北京市2005年狭义城市的直接(尺度1)碳排放量为4 473万t。然而北京市狭义城市间接(尺度2)排放量的估算较为困难，只能基于北京市市域直接排放和间接排放的比例来推算。

根据中国能源统计年鉴[27]、北京市统计年鉴[28]和IPCC排放因子[29]，2005年北京市域CO2排放量为1.413亿t，其中直接排放1.012亿t，间接排放(电力调入量为357.69亿KWh时，2005年无热力输入)0.401亿tCO2，间接排放占直接排放的39.62%。其中，外调电力排放因子取值为1.120 8t CO2/MWh，该值来源于国家2007中国区域电网基准线排放因子中的华北区域电网电量边际排放因子OM(其计算数据基于2004-2006年《中国能源统计年鉴》)。根据北京市市域间接排放和直接排放的比例关系，以及北京狭义城市直接排放量，可以推算北京市狭义城市的间接(尺度 2)碳排放量为1 772万t。北京市和纽约市的温室气体排放对比见表1。

从表1可以看出，狭义城市的温室气体清单体系下，北京市和纽约市具有较好的可比性。纽约市的总排放量(尺度1+尺度2)略低于北京市排放量，人均排放量略高于北京市。较为显著的一点是，纽约市尺度2排放占总排放比例明显高于北京市的这一数值，这主要是因为纽约市内工业很少，主要能源消耗是电力和交通燃料。这也是西方发达国家城市的典型特征，即其低碳发展的主要方向都是建筑、交通、城市废弃物处理等明显具有城市特色的方向。北京市尽管在逐渐搬迁市内的重工业，但2005年依旧存在着不少工业企业。

7 结 论

城市温室气体清单体系的不完善和无法核算真正意义的城市温室气体排放，是我国城市温室气体排放研究的重要不足，直接影响我国低碳城市的积极、健康发展。借鉴和对比分析当前国际城市排放清单研究的主要方法，并对其进行梳理和筛选。选择主流和较为全面的方法体系，结合我国城市实际情况，确定我国城市温室气体排放清单的方法体系，是我国城市温室气体排放清单研究的首要工作。同时，考虑当前数据的可获取性，基于城市市域排放和理论模型，研究狭义城市的温室气体排放水平是一个重要的研究方向。

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Research on Greenhouse Gas Emissions Inventory in the Cities of China

CAI Bofeng

(Center for Climate and Environmental Policy, Chinese Academy for Environmental Planning, Beijing 100012, China)

温室气体排放的原因范文第2篇

关键词：火电企业；温室气气排放；减少

中图分类号：X16 文献标志码：A 文章编号：1673-291X（2012）35-0012-03

一、我国火电企业温室气体排放现状

我国经济正处于一个蓬勃发展的状态中，同时，随着经济的增长，各种环境问题也应运而生，并显得日益严重。其中，降低温室气体的排放成为当今国际社会面临的重要问题之一。有关数据显示，在我国有近80%的二氧化碳排放来自煤炭的燃烧，而50%左右的煤炭是用于火力发电，在火电企业中绝大部分是利用燃烧煤炭来进行发电的。因此，怎样减少火力发电企业的温室气体排放，以实现“十二五”计划期间单位国内生产总值能耗比2010年下降16%的目标，成为当前我国节能减排的重点之一。由于火电企业燃煤量的比例之大，因此减少温室气体排放成为我国火电企业实现竞争力提升的重要举措。

图1中的数据是利用火电企业供电耗煤量，根据马宗海（2002）提供的计算温室气体排系数的方法：

其中，根据经验，发电运行量占比大约为78%。

根据上述公式算的火电企业排放系数如图1。从趋势图1可以看出，我国火电企业温室气体排放系数在逐渐减少，即生产单位千瓦时所排放的温室气体数量在不断的减少的通道中，但离“十二五”的目标还有一定的距离。

关于怎样减少火电企业的温室气体排放的问题，国内一些学者已经做了一些研究。刘丽娟等（2012）通过建立火电企业的节能减排系统动力学模型，对火电企业节能减排进行分析，并用实际例子模拟调控不同参数对体统的影响，为政府实施节能减排政策提供了参考。冯明等（2010）以节能减排信息化应用的共性需求为出发点，提出了一种新的节能减排信息化框架，并对关键技术进行的进一步的展望。这些研究给我国火电企业减少温室气体排放提供了一定的参考。也有学者提出要通过调整产业结构，提高水电、风电及核电在电力产业中的应用，以降低火力发电的比重，从而减少煤炭消耗，降低温室气体的排放。虽然其他来源的电能具有很大的发展潜力，而且发展的速度很快，但是由图2可以发现，在近10年中，我国火电企业发电量的比重并没有减少，始终保持在总发电量的80%以上，火电发电的重要地位并没有动摇。因此，在调整电力产业结构的同时，开发水电、风电等从长期而言具有战略意义，但就目前在火电企业发电量仍占主导地位的情况下，直接减少火电企业自身的温室气体排放量，依旧是当前需要面临的重要挑战，也是解决当前温室效应的最有效途径之一。

二、火电企业信息化减排构架

企业信息化建设从20世纪80年代开始，此时主要用于数据的基本处理和分类等。20世纪90年代至20世纪末，是计算机用于企业管理的探索阶段，企业管理的信息化概念逐渐被提出，针对发电企业的管理信息系统只是刚刚涉及，并没有被完整的提出。从上世纪末开始，大量的发电企业纷纷建设各自的管理信息系统，从而大量的节约了搜集数据的成本，劳动生产率也有了很大提高，降低了运行工人的劳动强度。

图1所显示的单位千瓦时所排放的温室气体数量在不断减少这一趋势，一方面原因是由于燃烧技术、热电转化技术以及电传导技术的提高。但技术的发展终究会遇到一定的瓶颈，此时优化整个生产、管理和营销流程成为重中之重。信息化的出现使的火电企业优化了内部资源配置、提高了完成信息加工处理和能力，从而直接或者间接地减少了温室气体的排放。

图3给出了火电企业信息化对温室气体排放的构架图。火电企业的信息化包括两个部分：一是建立生产控制信息化系统。该系统包括设备管理系统、运行管理系统、任务管理系统、生产技术管理和安全监察管理系统。通过该系统，火电企业的运行和管理人员可以监测到大量发电机组实时数据，掌握系统运行动态，自动的对各种动态指标进行统计，同时也为之后提出进一步优化方案提供数据支持，为提示各种定期工作，记录各种日志的检查提供方便；对设备进行技术监督，及时掌握各类设备的技术状况，为预防性检修提供科学依据；在完成主要的功能之余，也可以辅助管理人员对安全工作进行指导、统计和考核。更重要的是，在生产过程中建立可控制生产流程的系统，可以在既定的技术水平下，从非技术角度促使工艺优化、降低能耗。这种优化往往比直接改进技术要更有效果。如在企业制定的生产指标和生产计划中，通过作业计划、作业标准、工艺指标等自动控制系统，在通过对原始数据的汇总、分析，促进火电企业在发电过程中的中提优化和全面控制，提高生产效率，降低生产成本。同时该系统可以对与电厂的设备维护和维修工作紧密相关的主要业务过程进行管理，从而提高设备的可靠性及可利用率。总之，该系统优化了在发电过程中的工艺流程，提高劳动生产率，降低物料损耗，最终有实现直接减少温室气体的排放的目的。二是建立生产计划、目标和资金管理系统。该系统从企业管理的整体角度出发，着力于生产计划、目标和资金的管理，强调事前计划和事中控制。火电企业借助该信息系统，可以平衡在有限资源、煤炭价格变化和社会需求等多方压力下的生产计划，达到一个企业的优产目标。同时在优产和减少温室气体排放的过程中，可以更加合理的使用有限的资金，使其发挥更大的作用。通过信息化手段，合理地对企业的各种资源进行配置，最终可以间接达到减少生产过程中温室气体的排放量。

三、火电企业信息化建设自身对温室气体排放的影响

火电企业信息化建设后会对该行业的温室气体排放有着积极的作用已经显而易见，但是，在信息化平台的建设过程中也会产生能源损耗，并排放温室气体。因此，火电企业进行信息化建设，一方面增加了火电企业温室气体排放的来源，另一方面也有效地解决了传统发电工艺中资源配置不合理的缺陷，对于全球变暖而言，它是一把双刃剑。火电企业信息化建设是否具有经济性，也是值得考虑的重要问题。最新研究表明，信息行业基础设置建设及相关产品制造越占全球温室气体排放的2.5%。同时，全球电子可持续发展推进协会（GeSI）了《智慧2020：建立信息时代的低碳经济》报告。报告中指出，到2020年，全球碳脚印将达到519亿吨二氧化碳当量，其中有信息与通信技术行业本身直接产生的二氧化碳14亿吨。但是，通过其他企业的信息化建设可以使总排放量减少78亿吨，占全球二氧化碳排放的15%，这是信息与通信技术行业本身所造成的二氧化碳排放的5倍以上。从该报告的分析结果可以看出，虽然信息化建设本身会产生温室气体排放，但其企业有效地使用信息与通信技术可以大大减少其他行业温室气体的排放。火力发电是我国电力的主要来源，本身具有很大的规模效应，很多生产工艺过程和数据采集等只通过人工管理很难达到最优水平，信息化建设可以利用先进的计算机技术代替人工管理，不仅能达到减少人工成本的目的，还能是温室气体排放处于实时监控之中，其对减少温室气体排放的效果比小规模行业更好。

四、火电利用企业信息化减少温室气体过程中注意的问题

虽然信息化建设可以优化企业生产工艺与生产管理，但该系统的建立并不是一蹴而就的。国外已经有了比较先进的信息化系统，但我国对其建设还需要不断的探索，最终找到适合我国火电企业的信息化构架。在这条利用先进技术的曲折道路上，也应注意以下一些问题。

（一）领导层的高度重视

我国火电企业信息化建设要求遵循“统一领导、统一规划、统一标准”的三统一原则，同时信息化所建设的生产控制信息化系统和生产计划、目标和资金管理系统是领导决策层管理思路、管理理念一起工程师的具体实现，领导层对于减少温室气体排放的节能减排理念也会在信息化系统建设中得到充分的体现。因此，所有信息化系统从规划、调研、分析、设计开始，必须得到企业相关领导的重视和参与，领导层对于企业管理的认识和对未来发展的把握，对社会责任的理解与执行力度，决定了管理信息系统的建设水平和发挥其减少温室气体排放效能的大小。同时，信息系统的建设对整个企业的管理会带来岗位的调整、工艺流程的转变，这些都需要领导层的大力支持再能得到坚持不懈地贯彻。

温室气体排放的原因范文第3篇

我们对地球的气候的许多方面并不了解，在这个星球的地表和大气层，物理、化学和生物过程是如此之复杂。但是，有些事我们能够确定。地球正在变暖，人类活动要为此负很大责任。不过，地球究竟处于变暖过程的哪一阶段？ 整个地球和各个地区分别将受什么影响？气候变化将如何影响我们的生活？关于这个问题，我们有知道和不知道的三件事。

我们知道：温热气体捂热地球

高海拔推进，动物分布的变化——多种证据都支持温度计显示的事实：地球的确越来越暖和。整个20世纪，全球平均气温升高了0.8摄氏度。

温度升高，有两种解释：到达地球的热量变多，或离开地球的热量变少。第一种解释可以排除。太阳活动的变化，只使每年到达地球的热量变动大约0.1%。卫星数据显示，热量近几十年来在总体上并未有明显增长。那么，只剩下第二种解释：离开地球的热量变少了。

造成这一结果的原因很多。一种观点认为，二氧化碳等温室气体增多了。这些气体吸收特定频率的红外辐射，而这些热能本会发散到太空中。温室气体会重新将一些没发散出去的能量辐射回地球表面和低层大气；大气层中温室气体增加，意味着能发散出去的热量减少，地球因此变得更温暖。

通过研究地球过去的气候，人们发现，不论何时，只要二氧化碳浓度上升，地球就会变暖。自从19世纪工业时代开始，大气中二氧化碳浓度从280ppm上升到380ppm（编者注：ppm为百万分比浓度）。虽然有多种因素同时影响我们星球的气候，但已有的证据表明：二氧化碳是引起近年来气候变暖的首要原因。

我们不知道：人们会排放多少温室气体

除非我们知道大气层中最后会有多少温室气体，否则我们无法预测未来几年地球温度会上升多少。

人类是最大的不确定性因素。我们未来如果能大幅度减排，二氧化碳浓度就不会超过400ppm，温度不至于升高太多。但事实上，只有少数国家承诺削减温室气体的排放，中美等重要排放国并不在列；而一些做出承诺的国家还在暗中建造更多火电厂，承诺的可信度打上折扣。目前，温室气体的排放轨迹接近于联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）的最差情况。如果还不减排，2100年二氧化碳浓度可能达到1000ppm甚至更高。

另一个不确定因素是地球的反应。到目前为止，大气中人类排放的二氧化碳被海洋大量吸收，大约占排放量的1/3。试想，如果这个缓冲效应减弱以后会怎样。当前，大气中二氧化碳浓度上升使地球变暖，但过去二氧化碳浓度也在自然上升。

现在，暖水海洋溶解二氧化碳的能力下降，而我们依然不知道确切原因；有人提出生物活性的改变或许能解释这一现象。如果这种机制开始生效，人们就需要更大力度地减排才能抑制地球变暖。

永久冻土层、泥炭沼泽和海底甲烷水合物中封藏有大量温室气体。我们尚不知道储藏量有多大，不知道冻土层会融化多少，也不知道泥炭沼泽会干涸到什么程度，不知道大海会不会随着温度升高开始从水合物中释放甲烷——作为温室气体，甲烷可比二氧化碳更强力。

温室气体排放的原因范文第4篇

关键词：排水造林；泥炭沼泽湿地；碳循环

中图分类号：X131.3 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20170632183

随着工业化进程的推进，人类的活动已经使全球温室气体浓度有了很大程度的增加。有必要对排水造林给泥炭沼泽湿地CO2、CH4及有机碳储量带来的影响进行深入的分析与研究，为恢复破坏后的湿地，加强湿地管理奠定基础。

1 排水造林对泥炭沼泽湿地碳循环的影响

1.1 排水造林对泥炭沼泽湿地土壤CO2排放的影响规律

回顾全球变暖的历程可以发现，1970―2004年，CO2的排放量增加约为80%，产生的主要原因是化石燃料的频繁使用，其中也包括土壤利用变化所产生的显著但却较小的贡献。说明加强对泥炭沼泽湿地的研究，对预测碳排放量有很大作用。

排水造林是改变泥炭沼泽湿地的一种措施。那么，这种措施的实施是否与泥炭沼泽湿地土壤CO2的排放有关呢。通过查阅的相关资料，确定排水造林会导致泥炭沼泽湿地土壤水位下降，增加有氧层，必然会使CO2的排放通量增加。具体来说，排水造林的过程，必然会改变土壤的温度，致使经过排水造林处理的泥炭沼泽湿地土壤CO2排放量大于自然湿地；排水造林的过程中，因林木栽种，是必然对泥炭沼泽湿地土壤进行排水处理，如此将会影响排水立地地表的CO2排放量，使之大于非排水立地地表的CO2排放量。利用净初级生产力模拟，确定所有排水样地是温室气体的排放源，加之相关研究表明CO2排放时间的变化与地下水位、空气温度有密切的关系，这充分说明了排水造林会加剧泥炭沼泽湿地土壤CO2的排放。因植被对温室气体的影响是比较复杂的，且具有较高的不确定性，因此以上研究之中不涉及植被一类。

1.2 排水造林对泥炭沼泽湿地CH4排放的影响规律

天然湿地是大气CH4的最大来源，每年向大气大约排放110Tg的CH4，占全球排放总量的20%左右，而且CH4单个分子的全球变暖潜力在经过20a和100a时间跨度，将是CO2单个分子WGP的56倍和21倍。由此可以确定，湿地所排放的CH4也将是提高温室气体的重要因素之一。

排水造林的实施，将会大大改变泥炭沼泽湿地，使之变为可耕种的农田、森林或泥炭开采地等，如此势必会破坏湿地，相应的CH4的排放也将会受到影响。经过相关调查研究表明，当地排水造林对CH4排放规律影响是苔草沼泽、灌丛沼泽、10a生落叶松人工生长季、20a生落叶松人工生长季中CH4排放总量分别为（6.66±8.31）g/（m2・ a）、（0.32±0.31）g/（m2・ a）、（0.13±0.50）g/（m2・ a）和（-0.11±0.20）g/（m2・ a）。这充分说明了造林排放的过程中，沼泽水位降低和维管植物减少对CH4排放量的影响较大，即降低CH4排放总量或者出现CH4吸收汇现象。

1.3 排水造林对泥炭沼泽湿地土壤有机碳密度的影响规律

查阅相关资料，确定一些学者认为泥炭地排水，将会降低泥炭地泥潭层，而土壤碳密度将会增加，相应的有机碳储量业也会增加，但却不能直接证实泥炭地排水是土壤作为大气碳排放源@一点。基于此理论，对泥炭沼泽湿地上进行排水造林作进一步的分析，确定经过长时间的排水，尤其是60a后土壤中碳储量将增加，这是因为泥炭层受氧化分解的作用，直到泥炭的物理结构发了变化，加之植物具有净初级生产力，尤其是乔木，如此将会输入新碳，使土壤碳储量增多，并且处于平衡状态。

我国在排水造林对泥炭沼泽湿地土壤有机碳密度影响的研究中，则认为排水造林的实施，将会使土壤碳储量降低。2011年康文星等人基于对洞庭湖湿地杨树造林的调查研究中确定在1999―2007年这8a内土壤碳储量降低12.7%。2009年王丽丽等人在三江平原湿地排水种植杨树的研究中也证明了这点。说明了排水造林对土壤有机碳储量的影响还存在一定的矛盾，而矛盾的根源来自于不同植被种植对碳储量的影响是不一样的。

2 研究展望

采取排水造林措施来对湿地进行改造，意在提高林业生产力，但也给温室气体带来了一定的影响，也就是说，排水造林将会给泥炭沼泽湿地土壤CO2、CH4的排放量带来一定影响，即CO2的排放量的增加；CH4排放量的降低，对泥炭地土壤有机碳储量的影响存在争议。基于此，在未来进一步治理温室气体排放的过程中，应当进步一分析排水造林给泥炭沼泽湿地土壤CO2、CH4及有机碳储量带来的影响，降低大气温室气体的排放通量。

3 结束语

排水造林对泥炭沼泽湿地碳循环有一定的影响，可以降低有机碳储量，使温室气体增多。为了尽可能避免此种情况发生，应进一步研究如何科学地恢复排水造林泥炭沼泽湿地的结构、功能并减缓排水造林泥炭地大气温室气体的排放通量。

温室气体排放的原因范文第5篇

作者简介：石岳峰，博士生，主要研究方向为农田温室气体排放。

基金项目：Climate, Food and Farming Research Network (CLIFF)资助；中国农业大学研究生科研创新专项（编号：KYCX2011036）。

摘要

农田是CO2，CH4和N2O三种温室气体的重要排放源, 在全球范围内农业生产活动贡献了约14%的人为温室气体排放量，以及58%的人为非CO2排放，不合理的农田管理措施强化了农田温室气体排放源特征，弱化了农田固碳作用。土壤碳库作为地球生态系统中最活跃的碳库之一，同时也是温室气体的重要源/汇。研究表明通过采取合理的农田管理措施，既可起到增加土壤碳库、减少温室气体排放的目的，又能提高土壤质量。农田土壤碳库除受温度、降水和植被类型的影响外，还在很大程度上受施肥量、肥料类型、秸秆还田量、耕作措施和灌溉等农田管理措施的影响。本文通过总结保护性耕作/免耕，秸秆还田，氮肥管理，水分管理，农学及土地利用变化等农田管理措施，探寻增强农田土壤固碳作用，减少农田温室气体排放的合理途径。农田碳库的稳定/增加，对于保证全球粮食安全与缓解气候变化趋势具有双重的积极意义。在我国许多有关土壤固碳与温室气体排放的研究尚不系统或仅限于短期研究，这也为正确评价各种固碳措施对温室气体排放的影响增加了不确定性。

关键词 农田生态系统；温室气体；秸秆还田；保护性耕作；氮素管理；固碳

中图分类号 S181 文献标识码 A

文章编号 1002-2104(2012)01-0043-06 doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2012.01.008

人类农业生产活动产生了大量的CO2, CH4和N2O等温室气体，全球范围内农业生产活动贡献了约14%的人为温室气体排放量，以及58%的人为非CO2排放（其中N2O占84%，CH4占47%）[1]。在许多亚洲、拉丁美洲和非洲的发展中国家，农业更成为温室气体的最大排放源，同时由于人口快速增长带来了粮食需求的大量增加，使得未来20年中农田温室气体的排放量也会有所增加[2]。大气中温室气体浓度的升高可能引起的全球气候变化已受到各国的广泛重视。

农业生态系统中温室气体的产生是一个十分复杂的过程，土壤中的有机质在不同的气候、植被及管理措施条件下，可分解为无机C和N。无机C在好氧条件下多以CO2的形式释放进入大气，在厌氧条件下则可生成CH4。铵态氮可在硝化细菌的作用下变成硝态氮，而硝态氮在反硝化细菌的作用下可转化成多种状态的氮氧化合物，N2O可在硝化/反硝化过程中产生。在气候、植被及农田管理措施等各因子的微小变化，都会改变CO2，CH4和N2O的产生及排放。

而通过增加农田生态系统中的碳库储量被视为一种非常有效的温室气体减排措施。农田土壤碳库除受温度、降水和植被类型的影响外，还在很大程度上受施肥量、肥料类型、秸秆还田量、耕作措施和灌溉等农田管理措施的影响。通过增施有机肥、采用免耕/保护性耕作、增加秸秆还田量等措施，可以减少农田土壤CO2净排放量，同时起到稳定/增加土壤有机碳含量作用。农田碳库的稳定/增加，对于保证全球粮食安全与缓解气候变化趋势具有双重的积极意义[3]。中国农田管理措施对土壤固碳的研究主要集中在土壤碳的固定、累积与周转及其对气候变化的反馈机制，正确评估农田土壤碳固定在温室气体减排中的作用，加强农田碳汇研究具有重要意义。

1 农田固碳

土壤是陆地生态系统的重要组成成分，它与大气以及陆地生物群落共同组成系统中碳的主要贮存库和交换库。土壤碳分为土壤有机碳（soil organic carbon, SOC）和土壤无机碳（soil inorganic carbon, SIC）。SIC相对稳定，而SOC则时刻保持与大气的交换和平衡，因此对SOC的研究是土壤碳研究的主要方面。据估计，全球约有1.4×1012-1.5×1012t的碳是以有机质形式储存于土壤中，土壤贡献给大气的CO2量是化石燃料燃烧贡献量的10倍[4]，因此SOC的微小变化都将会对全球气候变化产生重要影响。同时，土壤碳库与地上部植物之间有密切关系，SOC的固定、累积与分解过程影响着全球碳循环，外界环境的变化也强烈的影响着地上部植物的生长与土壤微生物对土壤累积碳的分解。

Lal认为SOC的增加可以起到改善土壤质量，增加土壤生产力，减少土壤流失风险，降低富营养化和水体污染危害的作用，且全球耕地总固碳潜力为0.75-1.0 Pg•a-1, IPCC 第四次评估报告剔除全球农业固碳1 600-4 300 Mt a-1（以CO2计），其中90%来自土壤固碳[5]。农田生态系统是受人类干扰最重的陆地生态系统，与自然土壤相比，农田土壤在全球碳库中最为活跃，其土壤碳水平直接受人类活动的影响和调控空间大，农田土壤碳含量管理及对温室气体影响机制正日益受到学术界的广泛关注。农田管理措施是影响SOC固定、转化及释放的主要因素，同时还受土地利用方式、气候变化等多因素的共同影响，因此对农田碳库的评价及调整措施需全面考虑多种因素的交互作用。

2 农田固碳措施对温室气体排放的影响

近年来，农田土壤固碳的研究已经成为全球变化研究的一大热点。大量研究表明，SOC储量受诸多因素的影响，如采用保护性/免耕措施、推广秸秆还田、平衡施用氮肥、采用轮作制度和土地利用方式等，上述管理措施的差异导致农田土壤有机碳库的显著差别，并影响农田温室气体排放水平。

2.1 保护性耕作/免耕措施

保护性耕作作为改善生态环境尤其是防治土壤风蚀的新型耕作方式，在多个国家已经有广泛的研究和应用。中国开展的保护性耕作研究证明了其在北方地区的适用性[6]，并且已进行了保护性耕作对温室效应影响的相关研究。统计表明2004年全球范围内免耕耕作的面积约为95 Mha, 占全球耕地面积的7%[7], 并且这一面积有逐年增加的趋势。

常规耕作措施会对土壤物理性状产生干扰，破坏团聚体对有机质的物理保护，影响土壤温度、透气性，增加土壤有效表面积并使土壤不断处于干湿、冻融交替状态，使得土壤团聚体更易被破坏，加速团聚体有机物的分解[8]。免耕/保护性耕作可以避免以上干扰，减少SOC的分解损失[9]。而频繁的耕作特别是采用犁耕会导致SOC的大量损失，CO2释放量增加，而免耕则能有效的控制SOC的损失，增加SOC的储量，降低CO2的释放量[10]。West和 Post研究发现从传统耕作转变为免耕可以固定0.57±0.14 Mg C ha-1yr-1[11]。但对于保护性耕作/免耕是否有利于减少温室气体效应尚不明确，这是由于一方面免耕对减少CO2排放是有利的，表现为免耕可以减少燃油消耗所引起的直接排放；另一方面，秸秆还田以后秸秆碳不会全部固定在土壤中，有一部分碳以气体的形式从农田释放入大气[12]。

免耕会导致表层土壤容重的增加，产生厌氧环境，减少SOC氧化分解的同时增加N2O排放[13]；采用免耕后更高的土壤水分含量和土壤孔隙含水量（Water filled pore space, WFPS）能够刺激反硝化作用，增加N2O排放[14]；同时免耕导致的N在表层土壤的累积也可能是造成N2O排放增加的原因之一，在欧洲推广免耕措施以后，土壤固碳环境效益将被增排的N2O抵消50%以上[15]。但也有新西兰的研究表明，常规耕作与免耕在N2O排放上无显著性差异[16]，还有研究认为凿式犁耕作的农田N2O排放比免耕高，原因可能是免耕时间太短，对土壤物理、生物性状还未产生影响。耕作会破坏土壤原有结构，减少土壤对CH4的氧化程度[17]。也有研究表明，翻耕初期会增加土壤对CH4的排放，但经过一段时间（6-8 h）后，CH4排放通量有所降低[18]。

总之，在增加土壤碳固定方面，保护性耕作和免耕的碳增汇潜力大于常规耕作；在净碳释放量方面，常规耕作更多起到CO2源的作用，而保护性耕作和免耕则起到CO2汇的作用；在碳减排方面，免耕和保护性耕作的减排潜力均大于常规耕作；由于N2O和CH4的排放受多种因素的综合影响，因此耕作措施对这两种温室气体排放的影响还有待进一步研究。

2.2 秸秆管理措施

作物秸秆作为土壤有机质的底物，且作物秸秆返还量与SOC含量呈线性关系，因此作物秸秆是决定SOC含量的关键因子之一。秸秆还田有利于土壤碳汇的增加，同时避免秸秆焚烧过程中产生温室气体。因此，秸秆还田是一项重要而又可行的农田碳汇管理措施。秸秆还田以后，一部分残留于土壤中成为土壤有机质的来源，另一部分将会以CO2气体的形式散逸到大气中，因此，随着秸秆还田量的增加CO2排放也会增加。有研究表明，秸秆经过多年分解后只有3%碳真正残留在土壤中，其他97%都在分解过程中转化为CO2散逸到大气中[19]。秸秆还田会增加土壤有机质含量，而有机质是产生CH4的重要底物，因此秸秆还田会增加CH4的排放。综合考量，秸秆还田措施会引起CH4排放的增加，但直接减少了对CO2的排放，同时秸秆还田相对提高了土壤有机质含量，有利于土壤碳的增加，对作物增产具有积极作用。

秸秆还田措施对农业生态系统C、N循环的影响可表现为：一方面由于供N量的增加，可促进反硝化和N2O排放量的增加；另一方面表现为高C/N的秸秆进入农田后会进行N的生物固定，降低反硝化N损失；同时在秸秆分解过程中还可能产生化感物质，抑制反硝化[20]。我国采用秸秆还田农田土壤固碳现状为2389Tg•a-1，而通过提高秸秆还田量土壤可达的固碳潜力为4223Tg•a-1[3]，与国外研究结果相比较，Vleeshouwers等研究认为，如果欧洲所有农田均采用秸秆还田措施，欧洲农田土壤的总固碳能力可达34Tg•a-1[21]。La1预测采用秸秆还田措施后全球农田土壤的总固碳能力可达200Tg•a-1[22]。随着农业的发展及长期以来氮肥的过量投入，氮肥损失也是日益严重，可通过秸秆还田措施与氮肥的配合施用降低氮肥的反硝化作用及N2O的排放。但秸秆还田后秸秆与土壤的相互作用异常复杂，因此需要进一步开展秸秆施入土壤后与土壤的相互作用机理及田间实验研究。

2.3 氮肥管理措施

在农田生态系统中，土壤中的无机氮是提高作物生产力的重要因素，氮肥投入能够影响SOC含量，进而对农田碳循环和温室气体排放产生重要影响。长期施用有机肥能显著提高土壤活性有机碳的含量，有机肥配施无机肥可提高作物产量，而使用化学肥料能增加SOC的稳定性[23]。农业中氮肥的投入为微生物生长提供了丰富的氮源，增强了微生物活性，从而影响温室气体的排放。但也有研究在长期增施氮肥条件下能够降低土壤微生物的活性，从而减少CO2的排放[24]。有研究表明，CO2排放与土壤不同层次的SOC及全N含量呈正相关性，说明在环境因子相对稳定的情况下，土壤SOC和全N含量直接或间接地决定CO2排放通量的变化[25]。对农业源温室气体源与汇的研究表明，减少氨肥、增施有机肥能够减少旱田CH4排放，而施用缓/控释氮肥和尿素复合肥能显著减少农田土壤NO2的排放[26]。但也有研究表明，无机氮肥施用可减少土壤CH4的排放量，而有机肥施用对原有机质含量低的土壤而言可大幅增加CH4的排放量[27]。长期定位施肥实验的结果表明，氮肥对土壤CH4氧化主要来源于铵态氮而不是硝态氮，因为氨对CH4氧化有竞争性抑制作用。此外，长期施用氮肥还改变了土壤微生物的区系及其活性，降低CH4的氧化速率，导致CH4净排放增加[28]。全球2005年生产的100 Mt N中仅有17%被作物吸收，而剩余部分则损失到环境中[29]。单位面积条件下，有机农田较常规农田有更少的N2O释放量，单位作物产量条件下，两种农田模式下N2O的释放量无显著性差异[23]。尿素硝化抑制剂的使用可以起到增加小麦产量，与尿素处理相比对全球增温势的影响降低8.9-19.5%，同时还可能起到减少N2O排放的目的[30]。合理的氮素管理措施有助于增加作物产量、作物生物量，同时配合秸秆还田等措施将会起到增加碳汇、减少CO2排放的作用。同时必须注意到施肥对农田碳汇的效应研究应建立在大量长期定位试验的基础上，对不同气候区采用不同的氮肥管理措施才能起到增加农田固碳目的。

2.4 水分管理措施

土壤水分状况是农田土壤温室气体排放或吸收的重要影响因素之一。目前全球18%的耕地属水浇地，通过扩大水浇地面积，采取高效灌溉方法等措施可增加作物产量和秸秆还田量，从而起到增加土壤固碳目的[31]。水分传输过程中机械对燃料的消耗会带来CO2的释放，高的土壤含水量也会增加N2O的释放，从而抵消土壤固碳效益[32]。湿润地区的农田灌溉可以促进土壤碳固定，通过改善土壤通气性可以起到抑制N2O排放的目的[33]。土壤剖面的干湿交替过程已被证实可提高CO2释放的变幅，同时可增加土壤硝化作用和N2O的释放[34]。采用地下滴灌等农田管理措施，可影响土壤水分运移、碳氮循环及土壤CO2和N2O的释放速率，且与沟灌方式相比不能显著增加温室气体的排放[35]。

稻田土壤在耕作条件下是CH4释放的重要源头，但通过采取有效的稻田管理措施可以

减少水稻生长季的CH4释放。如在水稻生长季，通过实施一次或多次的排水烤田措施可有

效减少CH4释放，但这一措施所带来的环境效益可能会由于N2O释放的增加而部分抵消，

同时此措施也容易受到水分供应的限制，且CH4和N2O的全球增温势不同，烤田作为CH4

减排措施是否合理仍然有待于进一步的定量实验来验证。在非水稻生长季，通过水分管理尤

其是保持土壤干燥、避免淹田等措施可减少CH4释放。

许多研究表明，N2O与土壤水分之间有存在正相关关系，N2O的释放随土壤湿度的增加而增加[36]，并且在超过土壤充水孔隙度（WFPS）限值后，WFPS值为60%-75%时N2O释放量达到最高[37]。Bateman和Baggs研究表明，在WFPS为70%时N2O的释放主要通过反硝化作用进行，而在WFPS值为35%-60%时的硝化作用是产生N2O的重要途径[38]。由此可见，WFPS对N2O的产生释放影响机理前人研究结果并不一致，因此有必要继续对这一过程深入研究。

2.5 农学措施

通过选择作物品种，实行作物轮作等农学措施可以起到增加粮食产量和SOC的作用。有机农业生产中常用地表覆盖，种植覆盖作物，豆科作物轮作等措施来增加SOC，但同时又会对CO2，N2O及CH4的释放产生影响，原因在于上述措施有助于增强微生物活性，进而影响温室气体产生与SOC形成/分解[39]，从而增加了对温室气体排放影响的不确定性。种植豆科固氮植物可以减少外源N的投入，但其固定的N同样会起到增加N2O排放的作用。在两季作物之间通过种植生长期较短的绿被植物既可起到增加SOC，又可吸收上季作物未利用的氮，从而起到减少N2O排放的目的[40]。

在新西兰通过8年的实验结果表明，有机农场较常规农场有更高的SOC[41]，在荷兰通过70年的管理得到了相一致的结论[42]。Lal通过对亚洲中部和非洲北部有机农场的研究表明，粪肥投入及豆科作物轮作等管理水平的提高，可以起到增加SOC的目的[31]。种植越冬豆科覆盖作物可使相当数量的有机碳进入土壤，减少农田土壤CO2释放的比例[39]，但是这部分环境效益会由于N2O的大量释放而部分抵消。氮含量丰富的豆科覆盖作物，可增加土壤中可利用的碳、氮含量，因此由微生物活动造成的CO2和N2O释放就不会因缺少反应底物而受限[43]。种植具有较高C：N比的非固氮覆盖作物燕麦或深根作物黑麦，会因为深根系统更有利于带走土壤中的残留氮，从而减弱覆盖作物对N2O产生的影响[44]。综上，通过合理选择作物品种，实施作物轮作可以起到增加土壤碳固定，减少温室气体排放的目的。

2.6 土地利用变化措施

土地利用变化与土地管理措施均能影响土壤CO2，CH4和N2O的释放。将农田转变成典型的自然植被，是减少温室气体排放的重要措施之一[31]。这一土地覆盖类型的变化会导致土壤碳固定的增加，如将耕地转变为草地后会由于减少了对土壤的扰动及土壤有机碳的损失，使得土壤碳固定的自然增加。同时由于草地仅需较低的N投入，从而减少了N2O的排放，提高对CH4的氧化。将旱田转变为水田会导致土壤碳的快速累积，由于水田的厌氧条件使得这一转变增加了CH4的释放[45]。由于通过土地利用类型方式的转变来减少农田温室气体的排放是一项重要的措施，但是在实际操作中往往会以牺牲粮食产量为代价。因此，对发展中国家尤其是如中国这样的人口众多的发展中国家而言，只有在充分保障粮食安全等前提条件下这一措施才是可考虑的选择。

3 结语与展望

农田管理中存在显著增加土壤固碳和温室气体减排的机遇，但现实中却存在很多障碍性因素需要克服。研究表明，目前农田温室气体的实际减排水平远低于对应管理方式下的技术潜力，而两者间的差异是由于气候-非气候政策、体制、社会、教育及经济等方面执行上的限制造成。作为技术措施的保护性耕作/免耕，秸秆还田，氮肥投入，水分管理，农学措施和土地利用类型转变是影响农田温室气体排放的重要方面。常规耕作增加了燃料消耗引起温室气体的直接排放及土壤闭蓄的CO2释放，而免耕、保护性耕作稳定/增加了SOC，表现为CO2的汇；传统秸秆处理是将秸秆移出/就地焚烧处理，焚烧产生的CO2占中国温室气体总排放量的3.8%，而秸秆还田直接减少了CO2排放增加了碳汇；氮肥投入会通过对作物产量、微生物活性的作用来影响土壤固碳机制，过量施氮直接增加NO2的排放，针对特定气候区和种植模式采取适当的氮素管理措施可以起到增加土壤碳固定，减少温室气体排放的目的；旱田采用高效灌溉措施，控制合理WFPS不仅能提高作物产量，还可增加土壤碳固定、减少温室气体排放；间套作农学措施、种植豆科固氮作物以及深根作物可以起到增加SOC的目的，减少农田土壤CO2释放的比例；将农田转变为自然植被覆盖，可增加土壤碳的固定，但此措施的实施应充分考虑由于农田面积减少而造成粮食产量下降、粮食涨价等一系列问题。

在我国许多有关土壤固碳与温室气体排放的研究尚不系统或仅限于短期研究，因此为正确评价各种管理措施下的农田固碳作用对温室气体排放的影响增加了不确定性。本文结果认为，保护性耕作/免耕，秸秆还田，合理的水、氮、农学等管理措施均有利于增加土壤碳汇，减少农田CO2排放，但对各因素协同条件下的碳汇及温室气体排放效应尚需进一步研究。在未来农田管理中，应合理利用管理者对农田环境影响的权利，避免由于过度干扰/管理造成的灾难性后果；结合农田碳库特点，集成各种农田减少温室气体排放、减缓气候变化的保护性方案；努力发展替代性能源遏制农田管理对化石燃料的过度依赖，从而充分发掘农田所具有的增加固碳和温室气体减排的潜力。

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Advance in Evaluation the Effect of Carbon Sequestration Strategies on

Greenhouse Gases Mitigation in Agriculture

SHI Yuefeng1 WU Wenliang1 MENG Fanqiao1 WANG Dapeng1 ZHANG Zhihua2

（1. College of Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing 100193, China;

2. College of Resources Science & Technology, Beijing Normal University, Beijing 100875, China）

Abstract

Agricultural field is an important source for three primary greenhouse gases (GHGs), including CO2, CH4 and N2O. Unreasonable agricultural managements increase GHGs and decrease the effect of soil carbon sequestration. Agricultural activities generate the largest share, 58% of the world’s anthropogenic noncarbon dioxide (nonCO2) emission, and make up roughly 14% of all anthropogenic GHG emissions. And soil carbon pool is the most active carbon pools in ecosystems. In addition, soil carbon pool could be a source or sink of GHGs.