农业环境科学学报杂志

农业环境科学学报杂志2020年第4期

• 农业与全球变化专刊前言

  蔡祖聪

  20世纪80年代末期，中国科学院大气物理研究所王明星先生领导的研究团队与美国和德国的科学家合作，开始在田间条件下原位测定我国稻田CH4排放量，开创了我国农业领域温室气体排放研究的先河。本人有幸参加了王明星先生主持的项目总结会议，由此了解到温室气体和全球变化问题。在中国科学院南京土壤研究所赵其国院士和邢光熹先生的鼓励和支持下，继王明星先生的工作后，与日本国立农业环境科学研究所合作，开始了稻田CH4和N2O排放的研究。当初愿意改变自己的研究方向，进行一项对自己是全新的，更不是热门的研究工作，驱动力只是非常不能接受我国种植了几千年的水稻，被描绘成了全球变化的祸首之一，希望通过亲身参与，对我国稻田CH4排放量作个客观的评估。令人欣慰的是，随着测定数据的不断积累和对稻田CH4排放影响因素及作用机理研究的不断深入，至20世纪末，对全球稻田CH4排放量已经有了比较客观的估算，并在领域内形成了共识。受国家自然科学基金委的资助，由本人主持于2001年在南京召开了稻田温室气体排放的学术研讨会，IPCC稻田温室气体排放专家组5名成员中的4位参加了会议。作为会议结论，提出了目前不需要采取任何措施减少稻田CH4排放量的建议（见Summary of the Workshop on GHG Emissions from Rice Fields in Asia，Nutrient Cycling in Agroecosystems，2002，64卷，1-2期），还了水稻生产一个公正。完全出乎意料的是，此后，农业领域的全球变化研究不仅未因此而宣告结束或中断，反而成为了研究热点，研究队伍不断壮大，研究领域不断拓展。农业领域全球变化研究成为热点而更加受到重视的根本原因是因为本世纪已经过去的20年，大气CO2、CH4和N2O浓度继续增加，全球变暖趋势更加明显，极端气候事件频繁发生。种植业和养殖业虽不是全球变暖的主导因素，但显然也做了不可忽视的贡献。就大气N2O浓度增加而言，农业更是最主要的人为源。水稻生产和养殖业在大气CH4的人为排放源中占有重要的地位。农田土壤固碳，虽然对于减缓大气CO2浓度持续升高的作用非常有限，但增加农田土壤有机碳含量，通常情况下提高土壤肥力水平，这是遏制全球变化措施中极少可以实现双赢的措施。在气候变化成为全人类最受关注的生存环境问题的大背景下，深入研究农业生产过程中的温室气体排放规律和减排固碳潜力，为采取有效的减排固碳措施贮备科学知识和技术方法自有其必要性和紧迫性。再一方面，极为依赖气候的农业生产，首当其冲地受到气候变化的影响。因此，研究过去和未来气候变化情景对作物产量和品质的影响是人类为保障粮食安全而必须进行的未雨绸缪的行动。在国家自然科学基金委、科技部国家重大研究计划项目等的大力、持续资助之下，过去30余年中，我国在农业全球变化领域进行了大量的研究，积累了世界上最为丰富的田间原位测定数据，研究领域涵盖了气候变化及其相关的各个方面。但依据本人掌握的有限信息，至今未对我国农业全球变化领域取得的研究成果作过系统的总结。为此，《农业环境科学学报》开设了“农业与全球变化”专刊，邀请本领域的专家，从农业对全球变化的贡献、农业生产对全球变化的响应和农业温室气体减排3个方面介绍了农业全球变化领域的研究进展，展望了未来的发展方向。专刊共收集了28篇论文，包括了少数几个案例研究。祈望本专刊有助于读者了解我国农业全球变化研究领域关注的热点问题、已经取得的研究成果和未来的发展方向。同时祈望本专刊的发表有助于推进对我国农业全球变化领域阶段性研究成果的提炼和总结。在专刊发表之际，特别感谢28篇论文的作者，接受邀请，拨冗撰稿；感谢匿名审稿人为提高文章质量做出的贡献；感谢编辑部同仁们为专刊及时发刊付出的辛勤劳动。

• 中国粮食作物生命周期生产过程温室气体排放的研究进展及展望

  夏龙龙,颜晓元

  作为世界上最大的发展中国家之一，中国粮食生产对于全球粮食安全以及气候变化都具有至关重要的影响。近二十年来，大量研究表明粮食作物田间生产过程是温室气体甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）的重要排放源。伴随着生命周期评价法（碳足迹）在农业领域的运用，越来越多的研究表明，除了田间生产过程以外，农业生产资料生产过程排放的温室气体同样不可忽视。本文综述了我国在粮食作物生命周期生产过程中温室气体排放的研究，提出了针对性的温室气体减排措施，并对我国未来农作物生产过程的碳足迹研究进行了展望。

• 土壤有机碳时空变化研究进展与展望

  张秀,赵永存,谢恩泽,彭雨璇,陆访仪

  土壤有机碳不但是土壤肥力形成、粮食生产和土壤健康的基础，而且在全球碳平衡中起着关键的作用，因此，明晰土壤有机碳时空变化规律对于保障土壤健康和粮食安全、发挥土壤生态系统服务功能和应对气候变化等均具有重要意义。本文首先介绍了土壤有机碳时空变化的主要驱动因素和估算方法，随后分析了全球及国家等相对较大尺度上土壤有机碳时空变化研究的主要进展，最后从土壤有机碳模型结构改进、驱动数据分辨率提升、不确定性量化评估等方面综合分析了未来土壤有机碳时空变化研究需亟待解决的重要科学问题。

• 农田N2O排放时空格局的形成机理和全球评估

  周丰,崔晓庆,尚子吟,王琪慧

  准确理解全球农田氧化亚氮（N2O）排放时空格局是制定区域或全球N2O减排战略的科学基础。过去40年，国内外在农田N2O排放时空格局的形成机理和全球评估方面开展了大量研究。结合国内外现有实证研究进展，本文梳理了气候、土壤、农艺管理措施对农田N2O排放的空间格局和时间变化的多尺度影响，介绍了最新的排放因子、陆面过程模型、大气反演、升尺度等多模型方法及其全球评估成果。同时，提出了跨区域/样带观测、极端气候控制试验、陆面过程模型的区域预测能力、模型-数据融合系统等未来研究挑战，为推动全球氮循环的科学评估和气候智能型农业的国家建设提供科技支撑。

• 模拟增温对华北农田土壤碳排放的影响

  杜锟,李发东,涂纯,李兆

  为研究增温效应下农田温室气体排放的变化和机制，选择华北平原的山东禹城农田生态系统国家野外科学观测研究站当地典型的冬小麦-夏玉米农田为研究对象，设计翻耕增温（CTW）处理和翻耕不增温（CTN）对照开展多年增温试验。2014年10月出苗期至2015年12月冬小麦越冬期持续增温，2016年初至2016年9月增温设备因故障关闭。结果显示，2014—2015年，冬小麦期土壤温度显著增加1.31℃（P0.05），而全年土壤体积含水量均值对增温无显著响应，仅越冬期土壤含水量增加明显。两年期内，增温抑制冬小麦季CO2累积排放达20.35%，以3月和5月差异表现最为明显。2014—2016年冬小麦季，CTW、CTN处理的年均CH4累积吸收量分别为1 641.2、2 185.7 g·hm-2，增温抑制冬小麦季CH4吸收，但对夏玉米季CH4通量无显著作用。冬小麦季增温降低CTW处理土壤微生物生物量碳值达26.55%，而微生物生物量氮仅个别施肥和灌溉月份对增温响应显著。两年期冬小麦和夏玉米季CTW、CTN地上生物量均值分别为12.19、16.33 mg·hm-2和16.41、21.18 mg·hm-2，表明增温降低了地上作物生物量。研究表明，长期增温显著抑制小麦季土壤CO2释放和CH4吸收，但玉米期碳排放和吸收的响应相对较弱。增温条件下，土壤水热条件和生物量依然是限制土壤碳通量的重要因素。

• 放牧草地氧化亚氮排放：研究进展与展望

  黄俊翔,刘春岩,姚志生,郑循华,倪长健

  氧化亚氮（N2O）是一种长寿命、高辐射效率的温室气体，草地是其重要的自然排放源，放牧活动和气候变化剧烈影响草地排放特征与强度，排放通量测量误差、研究对象的局限、关键过程影响不清等因素限制了对草地排放总量和氮气候反馈效应的准确评估。本文讨论了差异化的观测方案包括N2O浓度分析方法和采样频率可能给草地排放量估算造成的影响；指出研究放牧草地N2O排放，应综合考虑放牧相关排放源的贡献，定量整个放牧系统的排放量；提出气候变化影响程度取决于气候因子是否能够缓解放牧草地土壤“贫氮”对N2O生产的限制。未来应加强观测方法的误差评估和非生长季通量观测的频率，明确土壤冻融过程触发和主导N2O排放的机制以及冻融期脉冲排放对国家尺度排放的贡献，了解多年冻土区高寒草地N2O排放水平及其对全球变暖的响应，探明大气氮干沉降增加及干沉降组分变化对草地排放的影响。

• 集约化菜地N2O排放及减排——基于文献整合分析

  吴震,陈安枫,朱爽阁,熊正琴

  为了评估中国菜地生态系统N2O排放及其减排潜力，通过搜集已发表的露天及温室菜地N2O减排田间原位观测数据，利用整合分析方法，评估了减施氮肥、配施硝化抑制剂、有机肥替代、施用生物质炭和优化灌溉等几种措施在蔬菜生产中减排N2O的潜力。结果表明：菜地中大量施用氮肥虽然增加蔬菜产量，但也显著增加了菜地N2O排放。在高施氮下，与露天菜地相比，温室菜地降低N2O排放系数和单位产量N2O排放量。与当地常规管理措施相比，各种优化措施均可在不同程度上降低菜地N2O排放，幅度分别为49.4%（减施氮肥）、33.2%（配施硝化抑制剂）、26.6%（有机肥替代）、29.1%（施用生物质炭）和34.3%（优化灌溉），平均达36.6%。在高施氮下，有机肥替代化肥能更有效地降低N2O排放系数和单位产量N2O排放量。菜地N2O排放量随着氮肥减施率的增加而降低，在低施氮土壤中N2O减排效果更好。优化灌溉在不同施氮量下对N2O的减排效果相当，配施硝化抑制剂和施用生物质炭则在低施氮条件下N2O减排效果更好。中国露天和温室菜地生态系统N2O减排潜力大，减施氮肥、配施硝化抑制剂、有机肥替代、施用生物质炭和优化灌溉等几种措施均能有效降低N2O排放。由于温室菜地集约化程度更高，N2O减排效果明显。

• 中国茶园N2O排放及其影响因素

  姚志生,王燕,王睿,刘春岩,郑循华

  茶叶作为一种广受欢迎的天然饮料在中国经济和文化方面具有重要作用，但高氮肥投入的茶园种植系统也引起了一系列的环境问题，如土壤酸化和温室气体氧化亚氮（N2O）排放。迄今为止，尽管在茶园生态系统中已开展了一些田间观测研究，但对于中国茶园N2O排放总量及其影响因素仍缺乏全面的评估和量化。本研究基于田间观测研究的文献数据（共收集70个数据，其中包括45个常规施肥处理和25个不施肥处理）荟萃（Meta）分析，定量分析了基于环境因子（气候和土壤性质）和管理措施影响条件下中国茶园N2O年排放和直接排放系数（EFd）的变化特征。结果表明，中国茶园平均N2O年排放量为9.55 kg N·hm-2·a-1（95%置信区间为7.54~11.9 kg N·hm-2·a-1），高于我国粮食作物农田的排放；茶园的平均EFd为1.92%（95%置信区间为1.49%~2.39%），约是IPCC建议的全球农田N2O排放系数默认值1%的两倍。综合分析茶园N2O排放的影响因子表明，氮肥施用量是土壤N2O年排放量的关键驱动因素，且二者呈显著线性正相关关系。而EFd则主要受土壤C/N和黏粒含量的协同影响，且与二者呈显著负相关关系。基于中国茶园种植总面积（仅占<2%的中国农田总面积）和主要茶区的年平均氮肥施用量以及本研究的EFd，估算出2018年我国茶园N2O排放总量为28 Gg N·a-1，约占中国农田总排放量的15%。可见，茶园在中国农田种植系统中是大气N2O的强排放源。本研究进一步分析表明，茶园施用有机无机复混肥或新型肥料（如缓控释肥或添加生物炭），可有效地提高茶树的氮肥利用率并减少土壤N2O排放。

• 果树种植土壤N2O排放研究：认识与挑战

  顾江新,郭艳杰,张丽娟,王敬,王慎强,胡荣桂,张金波,蔡祖聪,程谊

  果树种植土壤因其较高的施氮量，很可能是温室气体氧化亚氮（N2O）的重要排放源。本文重点阐述了果园系统土壤N2O排放监测的复杂性，在此基础上探讨了如何形成有效的监测系统，揭示了利用现有技术测定N2O的排放规律和减排技术效果，并对今后的研究工作提出了展望。今后应重点开展以下几方面的工作：制定不同种类果树种植下土壤N2O排放监测标准；研发果树种植系统不同施肥模式、不同灌溉模式、不同土壤管理制度下土壤N2O减排技术；加强与N2O排放相关联的土壤氮素转化过程及其关联微生物机制的研究；构建果树种植系统土壤氮素平衡和N2O排放模型。

• 反刍家畜胃肠道甲烷排放与减排策略

  张秀敏,王荣,马志远,王敏,谭支良

  反刍家畜胃肠道甲烷排放是重要的温室气体排放源，减少反刍家畜胃肠道甲烷排放有助于缓解全球温室效应和提高家畜饲养效率。本论文从中国反刍家畜胃肠道甲烷排放现状、瘤胃甲烷生成机制、甲烷生成的日粮营养影响因子和甲烷减排策略与潜力4个方面系统综述反刍家畜胃肠道甲烷排放的研究进展。目前，中国反刍家畜甲烷总排放量超过10 Tg，占全球胃肠道甲烷排放的比例超过15%。反刍家畜胃肠道甲烷排放主要来自瘤胃和后肠道，其中瘤胃甲烷占胃肠道甲烷生成总量的80%以上。二氧化碳还原路径利用瘤胃内的氢和二氧化碳合成甲烷，是瘤胃内生成甲烷的主要路径。瘤胃内的氢还可被相关微生物利用，合成挥发性脂肪酸和微生物蛋白等代谢产物，进而被机体利用。减少反刍家畜胃肠道甲烷排放的关键在于促进瘤胃内氢的利用，以及阻断瘤胃内的氢被甲烷菌利用合成甲烷。甲烷减排的日粮营养调控策略包括优化日粮组成、改善饲料品质、提高瘤胃流通速率、添加氢池和甲烷抑制剂等。大多数营养调控策略的甲烷减排效果小于40%，最新研制的3-NOP抑制剂的甲烷减排效果最高可达80%。但是，一些减排策略的产业化应用还受添加剂残留、抗生素禁用、食品安全、产品价格和消费者喜好等因素影响。牧场管理和遗传选育也是降低甲烷排放量的重要手段，过去100年来已实现每千克标准乳的甲烷排放量减排效果为57%。未来反刍家畜胃肠道甲烷研究将主要集中在低排放品种的遗传选育、不同营养调控策略间的组合效果、甲烷减排的经济效益和可持续性、家畜生长性能与健康、食品安全、消费者喜好等方面。

• 中国畜禽粪便管理变化对温室气体排放的影响

  朱志平,董红敏,魏莎,马金智,薛鹏英

  畜禽粪便是重要的温室气体排放源，不同粪便管理方式对温室气体排放的影响差异显著，科学分析我国畜禽粪便管理温室气体排放变化及其影响因素，对提高畜禽粪便管理和推进畜禽粪污资源化利用，实现畜禽低碳养殖具有重要意义。本文分析了我国国家信息通报中报告的1994—2014年畜禽粪便管理温室气体排放变化，结果表明：我国畜禽粪便管理温室气体排放量占农业源温室排放总量的比例逐步提高，2014年占比达到17.7%。基于第一次和第二次污染源普查相关数据，分析结果表明目前我国畜禽规模养殖场清粪方式以干清粪为主，粪便管理以固体粪便贮存、液体粪便贮存和厌氧发酵后沼液还田为主；比较分析了不同清粪工艺和粪便管理方式变化对温室气体排放的影响，提出了通过源头减量-过程控制-末端利用的全链条技术创新建议，以期促进我国畜禽低碳养殖和绿色发展。

• 淡水养殖系统温室气体CH4和N2O排放量研究进展

  丁维新,袁俊吉,刘德燕,陈增明

  2016年全球鱼类产量达到1.71亿t，对动物蛋白消费量的贡献率为17%。淡水养殖是鱼类产品的重要来源，贡献率为30%，大量投喂饲料强烈影响着水体CH4和N2O排放。本文综合分析了淡水养殖系统CH4和N2O排放的特征，稻田转变为具有曝气增氧系统的养殖塘降低了CH4排放，而转变为普通（粗放型）养殖塘则显著提高了CH4排放。稻鱼共作改变了稻田系统CH4和N2O排放，促进了深水层（>11.5 cm）稻田CH4和N2O排放，相反却降低了浅水层（<11.5 cm）稻田CH4和N2O排放；整合全球数据，稻鱼共作稻田在不同类型淡水养殖系统中具有较高的CH4和N2O排放系数，降低水层深度是减缓稻鱼共作稻田温室气体排放的重要途径。与粗放型养殖相比，集约化淡水养殖系统虽然N2O排放系数较高，但是CH4排放量和综合温室效应很低，是淡水养殖发展的方向。全球淡水养殖系统CH4排放量初步估计为6.04 Tg，N2O排放量为36.7 Gg。提升淡水养殖系统集约化水平是提高饲料转化系数、减缓温室气体排放和削减对水体环境负荷的重要途径，是实现可持续发展的关键。

• 中美贸易摩擦对我国小麦出口贸易隐含碳影响的预测分析

  蒋思坚,邓祥征,周晓雪,王国峰

  为预测分析中美贸易摩擦对我国小麦贸易出口及其隐含碳排放的影响，本文基于共享社会发展路径情景（SSP2），利用动态全球贸易-环境模型，估算了我国各应对方案下2020—2030年小麦的贸易隐含碳变动。研究发现，美国对我国加征小麦进口关税的情况下，河北、安徽、山东与河南等省份GDP在2030年分别下降0.338‱、1.427‱、0.103‱与2.074‱，其中出口下降将导致对外的小麦出口隐含碳排放量分别减少65.36、69.53、109.86 t与152.97 t；采用小麦生产技术等措施能有效减缓贸易摩擦对我国的负面影响。研究认为我国未来农产品贸易战略应以提高农业生产效率、减少生产要素投入为主要方向，当前亟待加强现代农业科技研发及其推广应用力度以应对国际贸易环境变化及其对农业贸易与隐含碳排放的影响。

• 黄土高原土地利用及生态系统服务时空变化特征研究

  宁佳,邵全琴

  全球变化背景下，研究土地利用变化过程对生态系统的影响及相互作用机理，是全面、科学认识生态系统对人类活动和全球气候变化响应的重要支撑。本文选择我国土地利用变化典型区黄土高原为研究区域，在收集相关遥感数据基础上，采用了降水贮存量法、通用土壤流失方程和修正土壤风蚀方程等估算方法，估算了2000—2015年黄土高原水源涵养、土壤保持和防风固沙等主要生态系统服务，分析了2000—2015年黄土高原土地利用和生态系统服务时空变化特征，得出以下结论： 2000—2010年黄土高原土地利用变化强度和范围较大，主要以退耕还林还草为主，2010—2015年土地利用变化整体放缓，主要以城市化为主，退耕还林还草为辅；与2000—2010年相比，2011—2015年黄土高原的水源涵养量和土壤保持量有所增加，防风固沙量有所下降，水蚀模数和风蚀模数均有所下降；黄土高原土地利用变化驱动因素主要是国家政策等人类活动因素，生态系统服务年际变化主要是由于气温和降水等气候因子的波动变化，10年或者更长尺度的变化则是由于全球气候变化和土地利用变化双重影响。本文研究可为全球变化下黄土高原生态系统的健康发展提供科技支撑和相关政策建议。

• [CO2]升高对粮食作物影响的研究进展

  宋练,蔡创,朱春梧

  自工业革命以来，由人类活动引起的大气CO2浓度（[CO2]）不断攀升，正驱动着全球气候变化，对全球农业产生重大影响。本文归纳总结了目前作物对高[CO2]响应的主要研究技术手段，以及作物对高[CO2]响应的机理研究，并进一步梳理了当前全球关于[CO2]升高对作物产量和营养品质影响的研究。结果表明：相比封闭式或半封闭式环境控制试验系统，开放式试验系统（如开放式CO2控制系统FACE）由于其能更加真实地模拟自然条件下作物对未来高[CO2]的响应和适应情况，被公认为是目前研究作物对高[CO2]响应的最理想手段。[CO2]增高会增加C3作物光合速率、生物量和产量，在一定程度上缓解气候变化对农作物产生的负面影响，但是作物对大气[CO2]的升高存在光合适应现象，当作物长期暴露在高[CO2]条件下时，高[CO2]对作物的促进作用会逐渐减缓。近10年的FACE试验发现，对高[CO2]出现高应答的水稻品种，其光合速率和产量在高[CO2]下的增加幅度比早期的主要粮食作物FACE试验结果平均高出两倍。此外，高[CO2]会明显降低大部分非豆科C3作物中蛋白质和矿物质（如锌、铁）以及部分维生素的含量，加剧目前全球约2亿人由于维生素和矿物质元素等营养缺乏导致的健康问题。如何充分利用未来高[CO2]实现高增产的同时，减缓粮食养分下降的负面影响，是迫切需要解决的科学问题。

• 地表臭氧对中国主要粮食作物产量与品质的影响：现状与展望

  冯兆忠,彭金龙

  目前，中国地表臭氧污染水平已位列世界前列，对国内粮食安全造成了严重威胁。针对当前严重的大气污染，并且基于该领域的研究热点，本文综述了地表臭氧在农业生态风险方面的研究现状与展望。主要包括地表臭氧对作物产量和品质的影响与机制及其区域风险评估的方法与结果。提出了未来研究应着重关注臭氧区域风险评估的精准性和全面性，开发作物多品种的臭氧气孔通量模型以及建立科学的评估指标体系。此外，要探求高效减缓臭氧损伤的农艺管理措施，以及加强多因子复合实验的开展与无人机生态遥感监测技术的应用。

• 气候变暖对我国水稻生产的综合影响及其应对策略

  张卫建,陈长青,江瑜,张俊,钱浩宇

  气候变暖已是不争的事实，预计到21世纪末全球地表平均气温仍将上升1.5℃以上。水稻是我国最重要的口粮作物，全国80%以上的人口以稻米为主食，探明气候变暖对我国“口粮绝对安全”的潜在影响意义重大。作者依据多年的田间增温试验及长期观察，并结合国内外现有研究，阐明了我国粮食主产区气候变暖的基本态势，总结发现温度升高1.5℃对我国水稻生产的潜在影响正负参半，并取决于具体的稻作季节和地区。但是，随着水稻种植制度调整，尤其是南方双季稻种植面积下降，温度升高对我国水稻生产的负面影响将逐步递增。最后，作者提出了应对气候变暖的气候智慧型稻作技术创新建议，并展望了该研究领域的重点内容和方向。

• UV-B增强对作物生产影响的研究回顾与展望

  娄运生,张震,武君

  大气平流层臭氧耗损引起的地表紫外辐射（UV-B）增强是气候变化问题之一。UV-B辐射增强对作物生长、生理代谢、产量及品质的影响受到人们普遍关注。通常借助两种方法开展模拟试验研究，即平方波模型法和太阳追踪模型法。UV-B辐射增强引起作物生长受阻、分蘖数减少、株高下降、叶面积和叶绿素含量下降、光系统Ⅱ受抑、光合效率降低； UV-B辐射增强导致活性氧代谢失衡、叶片气孔器受到破坏、叶绿体结构变形、基粒片层排列紊乱； UV-B辐射增强使作物有效穗数、穗粒数、千粒重下降，导致产量下降； UV-B辐射增强对籽粒蛋白质影响因作物、品种而异。未来应加强UV-B辐射增强影响作物内源激素代谢分子机制研究、区域和全球模拟及其应对措施研究。

• 水稻品质对主要气候变化因子的响应

  王云霞,杨连新

  人类活动导致的气候变化显著改变水稻的生长环境，引发一系列生理代谢过程的变化，进而影响水稻植株的理化性状，最终改变稻米品质。本文总结了高浓度CO2、高浓度O3和高温对水稻食用和饲用品质影响的最新进展，这些进展来自封闭式、开顶式和开放式试验研究。多数情形下，高浓度CO2生长环境下稻米垩白增加，可加工程度下降，蛋白质、氨基酸和矿质元素浓度下降，但蒸煮/食味品质可能变优；高浓度O3环境下水稻的外观、加工、食味以及秸秆的可消化性均有变劣趋势；高温使稻米整精米率下降、垩白增加、蛋白质浓度增加、米饭食味变差；已有研究观察到单一气候因子对水稻品质的影响受其他环境和栽培措施的影响，但多因子互作研究还存在大量知识空缺。未来这一领域应结合多种模拟手段，强化多因子互作对水稻品质的复合影响及其调节机制研究。

• 我国农田土壤温室气体减排和有机碳固定的研究进展及展望

  夏龙龙,颜晓元,蔡祖聪

  作为世界上最大的水稻生产国以及氮肥消耗国，我国农业生产过程排放了大量温室气体甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）。因此，减少农田土壤CH4和N2O排放以及提高土壤碳库储量（简称“固碳减排”）对于缓解全球气候变暖以及确保粮食安全至关重要。近20年来，我国在农田土壤固碳减排方面进行了大量研究，总结出了一系列行之有效的固碳减排措施。本文综述了我国目前针对农田土壤温室气体减排以及土壤有机碳固定的有效措施，并对未来农田土壤固碳减排方向进行了展望。

• 农田氧化亚氮减排的关键是合理施氮

  李玥,巨晓棠

  农业源氧化亚氮（N2O）排放量占全球人为源总排放量的2/3，是最大的人为排放源，氮肥和有机肥的施用是其主要贡献者。合理施氮是获得较高目标产量、维持土壤氮肥力和降低因施氮引起环境污染风险的关键，在减少农田土壤N2O排放、缓解温室效应中起重要作用。本文基于合理施肥的“4R”（Right amount，Right type，Right time，Right place）理念和技术，论述了施氮量与N2O排放量之间的数量关系，肥料品种、施肥时期和方法对N2O减排的影响。强调了氮素投入超过作物需氮量后，N2O排放量会呈现指数型增长；将施氮量控制在合理范围对N2O减排的重要性。建议在不同土壤-气候-作物体系下，同时开展产量、品质，氨挥发、硝酸盐淋洗、N2O排放和土壤肥力的长期系统研究，不能顾此失彼；形成同类地区能够机械操作的规范化种植模式与合理施肥措施，包括与其他农艺措施的配合，如轮作与耕作、灌溉、有机肥和秸秆还田、磷钾肥和中微量元素管理等，以实现产量、品质、效益与环境效应相协调的可持续集约化作物生产目标。

• 水分和秸秆管理减排稻田温室气体研究与展望

  周胜,张鲜鲜,王从,孙会峰,张继宁

  水稻生产过程是人为源温室气体甲烷（Methane，CH4）和氧化亚氮（Nitrous oxide，N2O）的重要排放源，稻田中CH4和N2O的产生与排放受农事管理与环境因素影响，尤其是水分管理和秸秆还田措施，直接影响稻田土壤氧化还原状况和土壤中易分解有机质的含量，对稻田CH4和N2O的排放具有显著的影响效果。很多研究结果表明，控制灌溉、干湿交替等节水灌溉措施能显著降低CH4排放量，但同时也可能促进N2O的排放，因此如何同时减少CH4和N2O的排放量是实现稻田温室气体减排的关键所在；另外，秸秆还田在改良土壤肥力的同时也增加了外源性有机质的输入，促进了稻田CH4的排放。如何优化秸秆还田措施，并耦合水分管理以达到土壤改良和温室气体减排的双重效益对稻田系统的可持续利用至关重要。本文从水分管理、秸秆管理、以及水分和秸秆协同管理等几个方面综述了近年来稻田温室气体减排的研究进展，重点总结了国内外通过水分管理减排稻田温室气体的效果、水分与施肥耦合的减排效果、秸秆还田措施以及水分管理与秸秆还田耦合对稻田温室气体排放的影响，并对今后稻田温室气体减排的研究方向作了展望。

• 水旱轮作系统中土壤CH4和N2O排放研究进展

  熊丽萍,吴家梅,纪雄辉,彭华,李尝君

  农田是温室气体的重要排放源之一，而水旱轮作是显著影响稻田温室气体排放的重要因素之一。本文分析了水旱轮作对甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）两种主要温室气体产排的影响，从水肥管理和不同轮作方式等方面论述其对水旱轮作系统中土壤CH4和N2O排放的影响，并根据温室效应等因素，综合性地提出了推行稻季节水灌溉、规范作物施肥管理和优化轮作模式3种减排措施，以期为水旱轮作稻田温室气体减排提供参考。

• 我国保护性耕作对农田温室气体排放影响研究进展

  张国,王效科

  农业生产过程是大气温室气体（Greenhouse gas，GHG）一个重要的排放源。20世纪30年代以来，为了防止土壤侵蚀和沙尘暴，许多国家和地区发展并推广了保护性耕作（简称保耕）。近年来，越来越多的研究开始关注保耕对土壤GHG排放和固碳的影响。本文综述了我国近期发表的文章，重点分析了我国保耕措施对农田GHG （CO2、CH4、N2O）排放、固碳以及综合全球增温潜势的影响。结果表明：保耕措施中秸秆还田能促进土壤呼吸，如果将秸秆制成生物炭则对CO2排放影响很小，免耕能减少土壤呼吸；水稻田秸秆还田促进了CH4的排放，提高程度从10%~400%，并随着还田量和年限增加而增加，大部分研究也表明水稻田采用免耕降低了CH4排放；秸秆还田和免耕对土壤N2O排放具有复杂影响，与还田的秸秆量及其碳氮比、还田方式、气候条件和土壤环境等有关；秸秆还田提高了土壤有机碳含量，而免耕更多是改变了有机碳分布，使更多有机碳聚集于土壤表层；分析评价全球增温潜势时，如果考虑固碳作用，保耕措施将能减少GHG排放甚至使农田转变成碳汇。因此，保耕对全球增温潜势的影响评估应该考虑土壤固碳作用，推广保耕整套技术体系应因地制宜，同时与其他推荐措施相结合，从而实现生态效益和经济效益的双赢。

• 中国能源作物产业特征及环境效应

  何丙辉,曾成

  能源安全是国家战略安全的重要组成部分，推广能源作物、发展能源作物产业对于解决能源安全和促进生态环境和谐发展具有重要意义。本文介绍了我国能源作物的种类、优势，分析了我国能源作物的环境效应、利用现状和产业发展概况。我国能源作物种类丰富，能源作物产业发展潜能巨大，但原材料价格高制约了我国能源作物产业发展，在生产加工方面与国际先进水平还存在较大差距，设备和技术方面缺乏核心竞争力。未来发展策略应从优化种质资源、推广丰产技术、提高转化工艺等多方面进行考虑。

• 保护性措施对中低肥力黑土区有机质变化的影响

  李贝,丁广歌,赵鹏飞,周丹,赵闯,米国华,张卫峰

  为探索农户采用保护性措施对东北黑土区土壤有机质（SOM）变化的影响，通过跟踪2008年至2015年间梨树县19个乡镇341块农田SOM的变化，分析了免耕、秸秆还田和有机肥施用三项保护性措施采用情况对SOM变化的影响。2015年梨树县SOM平均为18.8 g·kg-1，较8年前下降了10.5%（P20 g·kg-1的区域，SOM显著降低，但在初始SOM≤20 g·kg-1的区域，SOM含量较2008年提升了4.5%（15.3 g·kg-1）。主要是因为SOM≤20 g·kg-1区域采用过保护性措施的农户比例高达63.2%，而SOM>20 g·kg-1区域农户采用比例为49.3%。同时发现在初始SOM较低的土壤，采用单项保护性措施可以维持甚至提高SOM，同时采用三项措施显著提升了SOM。但在初始SOM较高的土壤，两项措施结合才可维持SOM不下降。目前梨树黑土区保护性措施的采用可以维持甚至提高SOM，但在应用时需要加强应用时间的连续和技术间的集成。

• 生物质炭的固碳减排与合理施用

  谢祖彬,刘琦

  近年来开展了大量短期一次性施用生物质炭对作物产量、土壤碳库和温室气体排放的研究。研究表明生物质炭能增加土壤碳库，但对作物产量、CH4和N2O排放的影响受生物质炭性质和土壤类型影响。生物质炭用在酸性土壤上比中性或碱性土壤上更能提高作物产量。草本或木本炭能减少N2O排放，但畜禽粪便炭不能减少N2O排放。在热带、亚热带地区生物质炭施用对N2O的减排作用小于温带地区。生物质炭的固碳减排效应除了受生物质炭类型、稳定性和施用区域影响外，还受制炭能耗和裂解气回收技术影响。在未来发展方向上，提出了亟需加强制炭技术、长期连续施用生物质炭效应和生物质炭性质与土壤类型互作研究。

• 控制氮肥施用引起的活性氮气体排放：脲酶/硝化抑制剂研究进展与展望

  马芬,杨荣全,郭李萍

  氮肥不合理施用所排放的活性氮气体（NH3、N2O、NO）对环境造成了极大影响，其中，挥发到大气中的NH3会与酸性气体反应形成气溶胶，降低空气质量；氮素转化过程中排放的N2O是一种具有高增温潜势的温室气体，对全球气候变暖有贡献；排放的NO在大气中进行二次反应产生光化学污染及次级污染（如酸雨）。脲酶抑制剂（UI）和硝化抑制剂（NI）对减少氮肥施用中活性氮对环境负面风险方面的消减作用被广为研究。本文在汇总近年来土壤氮素硝化作用微生物机理的研究进展基础上，结合近年的文献汇总数据，综述了UI及NI的类型、作用机理、对硝化作用相关功能微生物的影响、对N2O、NO及氨挥发减排的效果，以及影响抑制剂作用效果的因素（温度、土壤水分、土壤pH、土壤质地、土壤有机质含量等），并对新型生物硝化抑制剂（BNI）及抑制剂的可能研究方向进行了展望。

• 畜禽废弃物堆肥氨气与温室气体协同减排研究

  曹玉博,张陆,王选,马林

  畜禽废弃物堆肥过程氨气与温室气体排放机理及减排技术是国内外学者的研究热点。堆肥过程中碳氮转化与氨气和温室气体的排放是相互关联的，而目前的研究主要关注氨气减排，尚缺乏对氨气与温室气体协同减排的系统性研究。因此，本研究通过系统梳理已发表的文献，分析了畜禽废弃物堆肥过程中氨气和温室气体的产排机制和协同关系，阐述了影响因素、调控策略和减排潜力，探讨了氨气和温室气体协同减排的技术途径，展望了氨气和温室气体协同减排机理与策略研究的重点和方向，旨在为畜禽废弃物堆肥过程中氨气和温室气体的协同减排提供理论依据和技术途径。研究表明，畜禽废弃物堆肥过程中氨气和温室气体的协同减排机理和调控途径尚不清楚，应加强在调节物料性质和优化供气策略的基础上，通过使用物理、化学和生物添加剂以实现堆肥过程氨气和温室气体的协同减排机理和技术研究。