1、溫室氣體引起的全球氣候變暖和平流層臭氧的損耗已成為全世界面臨的兩大環(huán)境問(wèn)題。氧化亞氮(N<,2>O)是大氣中僅次于CO<,2>和CH<,4>的第三大痕量溫室氣體，農(nóng)田是大氣中N<,2>O的重要來(lái)源，然而對(duì)于農(nóng)田N<,2>O排放的精確估計(jì)一直存在著較大困難，其原因主要在于氣候、土壤以及農(nóng)業(yè)管理方式等影響農(nóng)田N<,2>O排放的因素在時(shí)間和空間上都存在巨大的變異性。 中國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，其農(nóng)田對(duì)全球N<,2>O排放的影響已經(jīng)成為全球變

2、化研究的焦點(diǎn)之一，并且中國(guó)作為《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》的締約國(guó)之一，編制N<,2>O排放的國(guó)家清單已成為刻不容緩的工作。準(zhǔn)確估計(jì)我國(guó)的農(nóng)田N<,2>O排放量，研究其時(shí)空變化規(guī)律，不僅對(duì)于我國(guó)的科學(xué)研究和國(guó)家利益具有一定的重要性，同時(shí)也是全球變化研究的內(nèi)容之一，有助于揭示全球氣候變化的規(guī)律，為減緩和應(yīng)對(duì)氣候變化提供有效對(duì)策。 本文的研究目的為：結(jié)合我國(guó)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn)，在IPCC推薦的排放系數(shù)法的基礎(chǔ)上，建立適用于我國(guó)農(nóng)田的

3、N<,2>O排放估算模型；在GIS技術(shù)支持下，估算中國(guó)農(nóng)田N<,2>O直接排放量，并研究中國(guó)農(nóng)田N<,2>O排放的時(shí)空變異規(guī)律；結(jié)合氣候模式，分析未來(lái)氣候變化情景下中國(guó)農(nóng)田N<,2>O直接排放的變化趨勢(shì)；探討在區(qū)域尺度上減緩中國(guó)農(nóng)田N<,2>O排放的對(duì)策。 本研究通過(guò)充分調(diào)研現(xiàn)有文獻(xiàn)資料，結(jié)合本課題組觀測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)上，采取一定的規(guī)則對(duì)所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行取舍和整理后，建立了包括N<,2>O年排放量、施氮量、環(huán)境要素、地理位置、作物

4、類(lèi)型等要素的數(shù)據(jù)庫(kù)。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，在大尺度樣本空間內(nèi)農(nóng)田N<,2>O排放與降水及氮肥施用量呈顯著正相關(guān)，與氣溫、土壤pH值、有機(jī)碳及N含量無(wú)顯著相關(guān)。 在IPCC推薦的排放系數(shù)法的基礎(chǔ)上，通過(guò)考慮農(nóng)田N<,2>O排放與年降水量間的關(guān)系，本文建立了針對(duì)旱地農(nóng)田N<,2>O排放的估算方程N(yùn)<,2>O-N=(1.49±0.73)P+(0.0186±0.0027)P·F(r<'2>=0.61，P<0.0001)。擬合度分析表明，相

5、較于IPCC缺省方法，引入了降水因子的估算方程能夠提高對(duì)農(nóng)田N<,2>O20排放的解釋性，對(duì)N<,2>O排放具有更好的模擬效果，也更適用于中國(guó)農(nóng)田的N<,2>O排放估算。 根據(jù)中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和種植制度的特點(diǎn)，本文引入水田N<,2>O排放系數(shù)，結(jié)合降水修正的排放系數(shù)，在GIS技術(shù)的支持下，估算了中國(guó)農(nóng)田N<,2>O直接排放量。結(jié)果表明，在1980～2000年間中國(guó)農(nóng)田化學(xué)氮源N<,2>O平均年排放量為167.22 GgN<,2>O

6、-N yr<'-1>，約占氮肥用量的1.02％，其中旱作農(nóng)田是主要的N<,2>O釋放源，約占中國(guó)農(nóng)田N<,2>O直接排放量的86％。中國(guó)農(nóng)田N<,2>O排放具有較強(qiáng)的時(shí)空變異性。在分布格局上，N<,2>O排放通量和排放系數(shù)均表現(xiàn)出明顯的地區(qū)間差異，東部較高，西北偏低。在時(shí)間序列上，中國(guó)農(nóng)田N<,2>O排放量在上世紀(jì)后二十年升高了約149 Gg N<,2>O-N，增加了1.55倍，同時(shí)受氮肥用量和氣候條件等因素的影響，不同地區(qū)N<,2>O

7、排放量增加的幅度也具有較大差異。由于考慮了N<,2>O排放的主控因子，本文采用的方法能夠更為合理的估計(jì)出農(nóng)田N<,2>O排放的年際間變異。 本研究估算的不確定性主要來(lái)自于兩個(gè)方面，輸入數(shù)據(jù)空間化過(guò)程中的偏差和估算方程的不確定性。結(jié)合本研究的特點(diǎn)，采用了IPCC推薦的誤差傳播公式來(lái)量化和合并估算過(guò)程中的不確定性。分析表明，本研究對(duì)中國(guó)農(nóng)田N<,2>O年排放量估算的不確定性約為21.3％。 利用氣候模式驅(qū)動(dòng)農(nóng)田N<,2>

8、O估算模型，本文分析了未來(lái)氣候變化情景下中國(guó)農(nóng)田N<,2>O排放的變化趨勢(shì)。結(jié)果表明，農(nóng)田N<,2>O排放對(duì)氣候變化具有較強(qiáng)的敏感性。雖然在較長(zhǎng)的時(shí)間尺度上，中國(guó)農(nóng)田N<,2>O排放在趨勢(shì)上并未發(fā)生明顯的改變，然而，N<,2>O排放的年際變異進(jìn)一步變大，波動(dòng)性增強(qiáng)，同時(shí)其空間分布格局也發(fā)生了一定的變化，N<,2>O的排放中心有向北移動(dòng)的趨勢(shì)。 基于中國(guó)農(nóng)田N<,2>O排放和氮肥用量的地區(qū)間差異，本研究設(shè)置了中國(guó)氮肥區(qū)域分配情景

9、。情景分析結(jié)果表明，在化學(xué)氮肥施用總量接近的條件下，通過(guò)調(diào)整中國(guó)氮肥的地區(qū)間分配，可以削減約11.7％的農(nóng)田N<,2>O排放量。與此同時(shí)，經(jīng)過(guò)氮肥用量的區(qū)域性調(diào)整后，由于提高了氮肥的利用率，中國(guó)的糧食產(chǎn)量具有一定的增加潛力。 本研究通過(guò)大樣本空間數(shù)據(jù)的分析，探討了農(nóng)田N<,2>O排放與各影響因素間的關(guān)系，基于這種關(guān)系所建立的N<,2>O排放估算模型，在保持排放系數(shù)法操作簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)上提高了估算的準(zhǔn)確性。在GIS技術(shù)的架構(gòu)下，本文