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      曾有西方科學(xué)家根據(jù)不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)，過(guò)度高估了中國(guó)稻田實(shí)際的甲烷排放量，使我國(guó)在國(guó)際輿論場(chǎng)承受了壓力。面對(duì)質(zhì)疑和偏見(jiàn)，中國(guó)科學(xué)家長(zhǎng)年在田間地頭工作進(jìn)行實(shí)地研究，通過(guò)長(zhǎng)期不懈的努力，獲取詳實(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，最終揭開(kāi)了稻田甲烷排放機(jī)制的“神秘面紗”。他們不僅澄清了世界對(duì)中國(guó)稻田甲烷排放的錯(cuò)誤認(rèn)知，也為全球農(nóng)業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型提供了重要的理論依據(jù)。

      如何在不犧牲糧食產(chǎn)量、不減少農(nóng)民收入、不加重農(nóng)民負(fù)擔(dān)的前提下，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型？科技創(chuàng)新成為最有力的武器。從推廣節(jié)水灌溉技術(shù)到選育低碳高產(chǎn)的水稻品種，再到引入智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)、發(fā)射衛(wèi)星建立更精準(zhǔn)的甲烷監(jiān)測(cè)體系，中國(guó)對(duì)綠色農(nóng)業(yè)未來(lái)轉(zhuǎn)型的探索，正在為全球農(nóng)業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型提供寶貴經(jīng)驗(yàn)和范例。

比二氧化碳強(qiáng)81倍的溫室氣體

“中美兩國(guó)認(rèn)識(shí)到，氣候危機(jī)對(duì)世界各國(guó)的影響日益顯著。中美雙方重申致力于合作并與其他國(guó)家共同努力應(yīng)對(duì)氣候危機(jī)?！?

2023年11月4日，在加利福尼亞蘭喬米拉奇的陽(yáng)光之鄉(xiāng)（Sunnylands），75歲的中國(guó)氣候變化事務(wù)特使解振華與80歲的美國(guó)總統(tǒng)氣候特使約翰·克里會(huì)晤，時(shí)值第28屆聯(lián)合國(guó)氣候變化大會(huì)（COP28）開(kāi)幕前夕，兩國(guó)共同發(fā)表了《關(guān)于加強(qiáng)合作應(yīng)對(duì)氣候危機(jī)的陽(yáng)光之鄉(xiāng)聲明》。

二氧化碳之外，這次會(huì)晤的另一個(gè)主題詞是“甲烷”。

在這份聲明中，中美兩國(guó)共同承諾，在2035年前遏制經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中的甲烷等其他溫室氣體排放，將所有溫室氣體排放納入控制，而不局限于此前的二氧化碳。

甲烷是一種溫室效應(yīng)極強(qiáng)的氣體，如果將二氧化碳比作是溫室氣體中的一輛“小轎車(chē)”，那么甲烷就相當(dāng)于一輛“跑車(chē)”，一輛速度快但油箱小的跑車(chē)。

大約在40年前，大氣中的甲烷水平開(kāi)始急劇上升。從1984年到2023年，全球平均甲烷濃度從1644.85ppb快速增加到了1922.39ppb，在不到40年的時(shí)間里增長(zhǎng)了16.87%。

1984以來(lái)全球平均甲烷含量檢測(cè) 美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局

根據(jù)政府間氣候變化專門(mén)委員會(huì)（IPCC）第六次評(píng)估報(bào)告，若以20年尺度估算，甲烷的全球增溫潛勢(shì)（Global Warming Potential, GWP）約是二氧化碳的81倍；而若以100年尺度估算，則其全球增溫潛勢(shì)約是二氧化碳的28倍。

不同氣體的增溫潛勢(shì) IPCC第六次評(píng)估報(bào)告（2021）

所以，盡管甲烷在大氣中的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于二氧化碳，但其卻是僅次于二氧化碳的第二大溫室氣體。相較于工業(yè)化前時(shí)期水平，21世紀(jì)第二個(gè)十年的全球表面溫度升高了約1.1°C，而甲烷貢獻(xiàn)了其中的約0.5°C。

而幸運(yùn)的是，甲烷在大氣中的“壽命”極短。相比于二氧化碳的幾十至上百年，甲烷在大氣中的平均生命周期只有12年左右。因此，減少其排放可以迅速降低對(duì)全球變暖的影響，這將為人類(lèi)提供一個(gè)寶貴的時(shí)間窗口，以便采取更多措施，來(lái)減少二氧化碳等其他長(zhǎng)期存在的溫室氣體的排放。

共同目標(biāo)，不同挑戰(zhàn)

在陽(yáng)光之鄉(xiāng)的會(huì)晤后不久，生態(tài)環(huán)境部、外交部、發(fā)改委等11個(gè)部門(mén)就公布了中國(guó)的《甲烷排放控制行動(dòng)方案》。

需要說(shuō)明的是，對(duì)甲烷排放的監(jiān)測(cè)與估計(jì)是一項(xiàng)十分困難的工程，不同測(cè)量活動(dòng)、科學(xué)研究、以及政府機(jī)構(gòu)與企業(yè)公布的數(shù)據(jù)都有比較大的出入。據(jù)國(guó)際能源署（IEA）估算，中國(guó)和美國(guó)分別是全球甲烷排放量第一、第二的國(guó)家。2022年，中國(guó)約排放了5570萬(wàn)噸甲烷，而美國(guó)排放了約3180萬(wàn)噸甲烷。如果中美兩國(guó)能在甲烷減排上達(dá)成共識(shí)并采取實(shí)際行動(dòng)，對(duì)全球氣候行動(dòng)將會(huì)是巨大的幫助。

各國(guó)由人類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生的甲烷排放量以及人均甲烷排放量 IEA

然而，具體到如何減排上，中美兩國(guó)面臨的挑戰(zhàn)卻各不相同。

在美國(guó)，甲烷排放的主要來(lái)源是能源部門(mén)。石油、天然氣以及煤炭活動(dòng)占甲烷總排放的約38%。自“頁(yè)巖氣革命”以來(lái)，美國(guó)通過(guò)大規(guī)模的水力壓裂與水平鉆井技術(shù)顯著增加了天然氣的產(chǎn)量，但這也導(dǎo)致了甲烷排放的增加。此外，作為牛肉消費(fèi)的大國(guó)，美國(guó)還有相當(dāng)一部分的甲烷排放來(lái)自于牛的打嗝和放屁，這一部分占了約27%的甲烷排放。

2020年美國(guó)甲烷排放源 EPA

盡管美國(guó)比中國(guó)早兩年就推出了《甲烷減排行動(dòng)計(jì)劃》(U.S. Methane Emissions Reduction Action Plan)，并宣布到2030年將甲烷排放量減少到比2020年低30%的水平，但2023年的數(shù)據(jù)顯示，美國(guó)的甲烷排放量還是比前一年增長(zhǎng)了1.4%。

即使在政策層面做出了堅(jiān)定承諾，實(shí)際執(zhí)行過(guò)程中仍面臨著諸多障礙，實(shí)效有限。

石油和天然氣行業(yè)的利益集團(tuán)是阻礙美國(guó)甲烷減排行動(dòng)的主要力量。他們通過(guò)資助政治活動(dòng)和游說(shuō)等方式，試圖推遲或弱化政府對(duì)于甲烷排放的監(jiān)管措施。2023年，美國(guó)參議院試圖通過(guò)一系列旨在加強(qiáng)石油與天然氣行業(yè)甲烷排放管控的方案，但卻在既得利益集團(tuán)強(qiáng)大游說(shuō)力量的影響下，導(dǎo)致立法進(jìn)程受阻。2024年，隨著對(duì)能源轉(zhuǎn)型持保守立場(chǎng)的唐納德·特朗普再次當(dāng)選為總統(tǒng)，美國(guó)的減排努力也面臨著更大的不確定性，國(guó)際社會(huì)對(duì)美國(guó)能否兌現(xiàn)其氣候承諾越來(lái)越擔(dān)憂。

中國(guó)方面，根據(jù)我國(guó)2023年底向聯(lián)合國(guó)提交的《中華人民共和國(guó)氣候變化第三次兩年更新報(bào)告》，2018年中國(guó)甲烷排放總量達(dá)到了6411.3萬(wàn)噸，其中能源活動(dòng)產(chǎn)生的甲烷排放量為2865.8萬(wàn)噸，占比高達(dá)44.7%。但值得注意的是，與美國(guó)主要由石油和頁(yè)巖氣開(kāi)采導(dǎo)致的甲烷排放不同，中國(guó)的甲烷排放主要來(lái)源于煤炭等固體燃料開(kāi)采時(shí)的逃逸排放（瓦斯），這反映了兩國(guó)能源結(jié)構(gòu)和工業(yè)特點(diǎn)上的差異。中國(guó)農(nóng)業(yè)活動(dòng)產(chǎn)生的甲烷排放為2384.6萬(wàn)噸，占比37.2%。但與美國(guó)不同的是，中國(guó)農(nóng)業(yè)活動(dòng)的甲烷排放中，有相當(dāng)?shù)囊徊糠謥?lái)自于水稻的種植，占了總排放量的14.5%，約為932.9萬(wàn)噸。

中國(guó)甲烷排放構(gòu)成 中華人民共和國(guó)氣候變化第三次兩年更新報(bào)告

誤解與質(zhì)疑

煤礦中泄露的瓦斯、牛的打嗝放屁，都會(huì)產(chǎn)生大量的溫室氣體，這點(diǎn)許多人已經(jīng)并不陌生，但為什么種水稻也會(huì)產(chǎn)生甲烷？

科學(xué)界對(duì)水稻排放甲烷的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了多個(gè)階段。早在20世紀(jì)60年代，就有科學(xué)家首次注意到稻田是大氣中甲烷的重要來(lái)源之一。由于人為灌溉造成土壤密閉厭氧的環(huán)境，一些細(xì)菌會(huì)在稻田土壤中產(chǎn)生甲烷，并通過(guò)水稻植物體排放到大氣中。但由于甲烷無(wú)色無(wú)害，多數(shù)情況下稻田排放的甲烷也達(dá)不到可燃的程度，對(duì)土壤肥力與水稻的生長(zhǎng)也沒(méi)有特殊的意義，所以這一現(xiàn)象并沒(méi)有被重視。

水稻田里時(shí)不時(shí)冒出的小氣泡中就含有甲烷，這是其中的一小部分

到80年代后，隨著全球氣候變化問(wèn)題的日益突出，科學(xué)家們開(kāi)始重視稻田甲烷排放對(duì)大氣甲烷濃度的影響。1981年，有歐美科學(xué)家首次發(fā)表了稻田甲烷排放速度的直接測(cè)定結(jié)果，引發(fā)全球重視。1992年，政府間氣候變化專門(mén)委員會(huì)（IPCC）在其第二次評(píng)估報(bào)告中進(jìn)一步確認(rèn)了稻田甲烷排放的重要性，估算全球稻田甲烷排放量占全球甲烷排放總量的約10%。

也是在這一時(shí)期，曾有歐美學(xué)者根據(jù)實(shí)驗(yàn)室里的數(shù)據(jù)，粗略地推斷中國(guó)水稻田的甲烷年排放量是3000萬(wàn)到5000萬(wàn)噸，約占全球稻田甲烷總排放量的27%到45%，對(duì)我國(guó)的國(guó)際形象造成了極大的傷害。雖然這位學(xué)者也承認(rèn)，實(shí)驗(yàn)室估算的數(shù)據(jù)具有局限性，并在此后修正了自己的結(jié)論，認(rèn)為中國(guó)稻田實(shí)際的甲烷排放量可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其先前估算的結(jié)果，但卻并沒(méi)有引發(fā)太大的關(guān)注。在國(guó)際社會(huì)上，仍然有大量的“別有用心”的人，援引不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕Y(jié)論，對(duì)我國(guó)的農(nóng)業(yè)碳排放進(jìn)行無(wú)端的指責(zé)。

水稻是亞洲人的主糧，中國(guó)用全球7%的耕地，養(yǎng)活了世界20%的人口，卻不明不白被扣上了一個(gè)“不環(huán)?！钡拿弊印?

但這也成為了一個(gè)契機(jī)，使我國(guó)開(kāi)始重視起了稻田的溫室效應(yīng)，決心把稻田甲烷的排放量與排放機(jī)制徹底搞明白。

外國(guó)學(xué)者的估算，為什么總是有巨大的誤差？有很大一部分原因是他們不在中國(guó)，得不到一手的資料，只能根據(jù)少數(shù)地區(qū)觀測(cè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)，來(lái)反向推斷全國(guó)的情況，但這顯然無(wú)法全面反映中國(guó)稻田的真實(shí)情況。中國(guó)幅員遼闊，不同地區(qū)的氣候、土壤類(lèi)型和耕作方式差異很大，單一的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)或少數(shù)地區(qū)的觀測(cè)結(jié)果代表不了全國(guó)。

從1987年開(kāi)始，由國(guó)家科委、國(guó)家環(huán)保局等政府部門(mén)牽頭，在國(guó)際組織的資金與技術(shù)支持下，中科院大氣物理研究所、國(guó)家計(jì)委能源研究所、清華大學(xué)環(huán)境工程系等單位，先后完成了五項(xiàng)有關(guān)氣候變化方面的國(guó)家級(jí)研究，兩項(xiàng)區(qū)域級(jí)研究。這些項(xiàng)目都在內(nèi)容上不同程度地涉及到了甲烷等溫室氣體排放量的估算工作。

為了更準(zhǔn)確地評(píng)估我國(guó)稻田真實(shí)的甲烷排放情況，中國(guó)科學(xué)家開(kāi)展了大量實(shí)地研究，收集了豐富的數(shù)據(jù)。

從1987年起，中科院大氣物理研究所與德國(guó)夫瑯和費(fèi)大氣環(huán)境研究所合作使用自動(dòng)連續(xù)觀測(cè)系統(tǒng)，在我國(guó)杭州進(jìn)行了亞太地區(qū)稻田甲烷排放通量的首次觀測(cè)，接著又在四川、湖南、廣州、蘇州等地開(kāi)展了一系列系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)。國(guó)際水稻所也與中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院合作，在四川樂(lè)山地區(qū)和成都市郊對(duì)我國(guó)西南地區(qū)的水稻田甲烷排放進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)15年的觀測(cè)研究。此外，中科院大氣物理研究所還使用自主設(shè)計(jì)制造的自動(dòng)觀測(cè)儀器系統(tǒng)，歷時(shí)16年，先后對(duì)我國(guó)華南（廣東）、華中（湖南）、長(zhǎng)江中下游（浙江和江蘇）與西南（四川）四大主要的水稻產(chǎn)區(qū)開(kāi)展了長(zhǎng)期、連續(xù)的系統(tǒng)野外觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，不僅收集到了大量珍貴的實(shí)地?cái)?shù)據(jù)，并且還在觀測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)稻田甲烷排放規(guī)律及其氣象、施肥、水管理和土壤理化特性及水稻生長(zhǎng)狀況的關(guān)系進(jìn)行了深入的研究。

中科院大氣物理研究所對(duì)稻田甲烷排放規(guī)律的研究

基于稻田甲烷排放多年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和研究結(jié)果，中科院大氣物理研究所建立起了一套關(guān)于稻田甲烷排放的初級(jí)模式，包括水稻的生長(zhǎng)、土壤有機(jī)物的分解和甲烷產(chǎn)生、傳輸和排放三個(gè)部分。只要正確輸入關(guān)于氣象條件、土壤特性、施肥類(lèi)型和方式、灌溉制度、作物品種和種植方式的參量，就能迅速且較為準(zhǔn)確地算出各地區(qū)的甲烷排放因子，進(jìn)而計(jì)算出各地區(qū)稻田甲烷的排放量，并最終匯總得出全國(guó)稻田甲烷的排放總量。

中國(guó)學(xué)者們的研究不僅糾正了過(guò)去文獻(xiàn)中的一些錯(cuò)誤觀念，還極大地豐富了人類(lèi)對(duì)稻田甲烷排放變化規(guī)律、不同輸送途徑對(duì)排放率的影響，以及土壤特性、植物生長(zhǎng)活動(dòng)、氣候系統(tǒng)、施肥措施、水管理等環(huán)境因子對(duì)稻田甲烷排放影響的認(rèn)識(shí)。中科院大氣物理研究所利用這一模型模擬了湖南、浙江、四川、江蘇等地稻田甲烷排放的逐日變化，發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)值高度一致，通過(guò)了不同地區(qū)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證。

根據(jù)多年的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和機(jī)理研究，中科院大氣物理研究所估算出中國(guó)稻田的實(shí)際甲烷年排放總量約為500萬(wàn)噸至1300萬(wàn)噸，遠(yuǎn)低于此前外國(guó)學(xué)者估算的3000萬(wàn)噸到5000萬(wàn)噸，僅為原來(lái)估計(jì)的四分之一。

這一研究成果不僅糾正了國(guó)際上對(duì)稻田甲烷排放總量的過(guò)高估計(jì)，還為全球氣候變化研究提供了更為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。中國(guó)學(xué)者的研究結(jié)果得到了國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)的認(rèn)可和采納。根據(jù)中國(guó)學(xué)者對(duì)本國(guó)稻田甲烷排放的最新研究結(jié)果，全球稻田的甲烷排放量被進(jìn)一步確定為3500萬(wàn)噸至5000萬(wàn)噸，而不是之前估計(jì)的1.1億噸。1995年，政府間氣候變化專門(mén)委員會(huì)（IPCC）根據(jù)中國(guó)學(xué)者提供的資料，將全球稻田甲烷排放總量從1990年估計(jì)的1.1億噸修正為6000萬(wàn)噸。

減排節(jié)水，一舉兩得

前中國(guó)科學(xué)院大氣物理所所長(zhǎng)王明星曾說(shuō)過(guò)：“中國(guó)是《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》簽字國(guó)，提供準(zhǔn)確的排放清單是我們的國(guó)際義務(wù)。”

為什么中國(guó)要投入大量的資源，來(lái)精確測(cè)量稻田的甲烷排放？這不僅僅是為了維護(hù)中國(guó)的國(guó)家形象，更是出于對(duì)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性的追求和對(duì)國(guó)際責(zé)任的擔(dān)當(dāng)。通過(guò)深入研究稻田甲烷排放的機(jī)制，我們也為制定合理的稻田減排措施提供了科學(xué)的理論依據(jù)。

推動(dòng)水稻產(chǎn)業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型，是一項(xiàng)復(fù)雜而系統(tǒng)的工程。作為一個(gè)擁有龐大人口的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)國(guó)家，中國(guó)超過(guò)六成的人口以稻米為主食，任何旨在促進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的舉措都必須審慎行事，這要求我們?cè)诓粻奚Z食產(chǎn)量、不增加農(nóng)民負(fù)擔(dān)、不減少農(nóng)民收入的前提下，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的綠色發(fā)展——這無(wú)疑是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。

經(jīng)過(guò)多年的不懈努力與廣泛的實(shí)地考察，中國(guó)科學(xué)家們已經(jīng)找到了幾種有效的稻田甲烷減排方法，主要圍繞著稻田水分管理和水稻品種改良兩大方面展開(kāi)。

在水稻的種植過(guò)程中，由于長(zhǎng)期淹水條件形成的厭氧環(huán)境，有機(jī)物被產(chǎn)甲烷菌分解所產(chǎn)生的大量甲烷，是我國(guó)農(nóng)業(yè)溫室氣體的主要排放源之一。因此在《農(nóng)業(yè)農(nóng)村減排固碳實(shí)施方案》與《甲烷排放控制行動(dòng)方案》中，都重點(diǎn)提到了強(qiáng)化稻田水分管理，因地制宜推廣稻田節(jié)水灌溉技術(shù)，縮短稻田厭氧環(huán)境時(shí)間，從而減少單位稻谷甲烷產(chǎn)生和排放。

水稻甲烷排放的機(jī)制

一種名為交替濕潤(rùn)干燥（Alternate Wetting and Drying，AWD）的灌溉技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。其核心是周期性地給稻田進(jìn)行灌溉和排水，通過(guò)精心設(shè)計(jì)的“濕—干”循環(huán)，使土壤定期獲得“呼吸”機(jī)會(huì)。相比傳統(tǒng)的連續(xù)淹水灌溉，交替濕潤(rùn)與干燥技術(shù)不僅提高了土壤的透氣性和氧氣含量，還能大幅降低甲烷的產(chǎn)生和排放。即使在重新灌水后，甲烷排放量也能維持在較低水平。由中國(guó)水稻研究所提出的好氧碳減排灌溉模式，目前已在全國(guó)范圍內(nèi)推廣，覆蓋面積達(dá)133.33萬(wàn)公頃，甲烷排放量減少了30%至60%。

IPCC指南中提到的通過(guò)一種間歇性灌溉減少甲烷排放的方法

此外，噴灌和滴灌等節(jié)水灌溉技術(shù)相較于傳統(tǒng)漫灌，也展現(xiàn)出了顯著的減排效益，可以減少71.25%的土壤甲烷排放，同時(shí)有效控制秸稈還田后的甲烷生成。此外，中期曬田結(jié)合傳統(tǒng)灌溉技術(shù)能夠減少20%至60%的甲烷排放，并且操作簡(jiǎn)便，有很高的技術(shù)覆蓋率。

改變灌溉方式帶來(lái)的好處是多方面的。

傳統(tǒng)的連續(xù)淹灌對(duì)水資源是一個(gè)極大的負(fù)擔(dān)。我國(guó)的水資源十分匱乏，并且地域分布不均。據(jù)估計(jì)，我國(guó)每年的農(nóng)業(yè)用水量占全國(guó)總用水量的70.4%，其中水稻生產(chǎn)用水量又占農(nóng)業(yè)用水量的70%。農(nóng)業(yè)水資源緊缺，特別是水稻生產(chǎn)用水不足已成為繼耕地之后，長(zhǎng)期制約我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素。

已有研究表明，推廣節(jié)水灌溉方式不僅可以顯著節(jié)約水資源，還能增加水稻根系的干重，提高其吸收土壤養(yǎng)分的能力。這種灌溉方式不僅降低了農(nóng)戶的水和化肥用量，減少了耕種成本，還能使水稻增產(chǎn)5.30%至24.02%，帶來(lái)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的雙重效益。

然而，也要實(shí)事求是地說(shuō)，雖然節(jié)水灌溉技術(shù)如間歇灌溉和交替濕潤(rùn)與干燥（AWD）已被證明可以有效減少甲烷排放，但在實(shí)際推廣中仍然面臨著不少困難。

在過(guò)去的三十多年里，隨著大規(guī)模城市化的推進(jìn)，中國(guó)農(nóng)村青壯年勞動(dòng)力流失，“空心化”現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重。留守在村子中的農(nóng)民多為老人和小孩，很多人已經(jīng)習(xí)慣了傳統(tǒng)的灌溉方式，擔(dān)心灌溉方式的改變會(huì)影響產(chǎn)量或增加勞動(dòng)強(qiáng)度，因此對(duì)新技術(shù)的接受度往往沒(méi)有那么高，還需要對(duì)其進(jìn)行一定的科普。此外，由于需要精確控制排水時(shí)機(jī)和確保有足夠的排水空間等，農(nóng)民也需要經(jīng)歷相應(yīng)的技術(shù)培訓(xùn)或者購(gòu)置設(shè)備等，這些因素都限制了節(jié)水灌溉技術(shù)的廣泛推廣。

這些都要求我們根據(jù)各地的實(shí)際情況因地制宜、實(shí)事求是。在中國(guó)西南部的云南和四川山區(qū)，一些創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)正試圖通過(guò)更加貼近自然的方法來(lái)解決這一難題。他們推廣了一種古老的農(nóng)業(yè)技術(shù)——開(kāi)溝起壟法，用于水稻的旱地種植。這種方法通過(guò)在平坦的土地上形成一排排的土堆（壟），并在壟間留下用于灌溉的溝壑，從而顯著減少了水稻生長(zhǎng)期與水接觸的時(shí)間，有效降低了甲烷氣體的排放量，同時(shí)也節(jié)省了大量的水資源。

以四川簡(jiǎn)陽(yáng)的一個(gè)村莊為例，這里的農(nóng)民們采取了一種結(jié)合免耕和開(kāi)溝起壟的綜合種植方法。在播種之前，他們選擇不對(duì)土地進(jìn)行翻耕，以此來(lái)減少對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的破壞；而在種植過(guò)程中，則利用開(kāi)溝起壟技術(shù)來(lái)縮短水稻的淹水時(shí)間。此外，他們還創(chuàng)造性地使用菜籽餅作為有機(jī)肥料，取代了化學(xué)肥料，同時(shí)用當(dāng)?shù)氐牟俗褮ぷ鳛楦采w物，既能保持土壤溫度，又能鎖住水分，進(jìn)一步提高了作物的生長(zhǎng)效率。

四川簡(jiǎn)陽(yáng)踏水鎮(zhèn)寨子村的水稻開(kāi)溝起壟 iGDP

而在云南省的山區(qū)，由于近年來(lái)干旱頻次和程度加劇，一支致力于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展與氣候變化適應(yīng)的科研團(tuán)隊(duì)，正在當(dāng)?shù)赝茝V一種新的水稻種植模式——直播旱種。這一技術(shù)的核心理念是在干燥的田地中直接播種水稻種子，而非傳統(tǒng)的育秧后移栽方式。通過(guò)這種方式，水稻植株能夠在更自然的條件下生長(zhǎng)，減少了對(duì)水源的依賴。研究數(shù)據(jù)表明，采用水稻直播旱種可以在不減少產(chǎn)量的同時(shí)，顯著減少農(nóng)田甲烷排放，這對(duì)于減緩全球變暖具有非凡的意義。

除了灌溉方式的變革，選育和推廣低碳水稻品種也逐漸成為推動(dòng)稻田減排的重要方式之一。

2010年，上海市農(nóng)業(yè)生物基因中心的首席科學(xué)家羅利軍博士首次提出了“節(jié)水抗旱稻”（Water-saving and drought-resistance rice，WDR）的概念。然而，相關(guān)研究的起步還可以追溯到更早的上世紀(jì)90年代。2002年，上海市農(nóng)業(yè)生物基因中心組建了專門(mén)的節(jié)水抗旱稻研發(fā)團(tuán)隊(duì)，2003年，團(tuán)隊(duì)培育出了全球首個(gè)旱稻不育系“滬旱1A”，并選育出中國(guó)南方第一個(gè)節(jié)水抗旱稻品種，逐步完成了三系配套，實(shí)現(xiàn)了節(jié)水抗旱雜交稻零的突破。經(jīng)過(guò)10多年的努力，羅利軍團(tuán)隊(duì)已經(jīng)培育出包括秈型、粳型、雜交和常規(guī)四個(gè)系列的節(jié)水抗旱稻品種（組合），并在生產(chǎn)上大面積推廣應(yīng)用。

節(jié)水抗旱稻之父，上海市農(nóng)業(yè)生物基因中心首席科學(xué)家羅利軍

節(jié)水抗旱稻的最大優(yōu)勢(shì)在于，其種植過(guò)程中不需要長(zhǎng)期保持稻田淹水狀態(tài)。這一改變不僅顯著降低了灌溉用水需求，還減少了紋枯病等病害的發(fā)生率，進(jìn)而減少了農(nóng)藥的使用。此外，節(jié)水抗旱稻具有更為發(fā)達(dá)的根系，扎根深度更大，使其吸水和吸肥能力更強(qiáng)，從而提高了肥料的利用效率。

上海農(nóng)業(yè)生物基因中心開(kāi)發(fā)的節(jié)水抗旱稻品種，將高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的水稻特性與旱稻的節(jié)水抗旱優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，既可以像水稻一樣采用“水種旱管”，也能像小麥一樣“旱種旱管”。種植過(guò)程中僅需在出苗、分蘗和孕穗灌漿三個(gè)關(guān)鍵階段進(jìn)行灌溉，畝產(chǎn)量可達(dá)600公斤以上。配合節(jié)水濕潤(rùn)灌溉或旱管種植模式，新品種的甲烷排放量相比傳統(tǒng)水稻品種可減少51%至76%。

山坡種植的節(jié)水抗旱稻（廣西宜州劉三姐鄉(xiāng)，2021 年）

2019年至2020年，上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院的科研團(tuán)隊(duì)在安徽亳州、蚌埠、滁州、淮南、合肥、安慶和銅陵7個(gè)地區(qū)進(jìn)行了為期兩年的節(jié)水抗旱稻碳減排效益評(píng)估。結(jié)果顯示，傳統(tǒng)水稻種植模式改為節(jié)水抗旱稻的旱管種植模式后，稻田中甲烷的排放量降低了97%。盡管淹灌改為旱管種植模式后，一氧化二氮（N2O）排放略有增加，但整體溫室氣體減排達(dá)92%。研究結(jié)果表明，在不影響稻谷產(chǎn)量的前提下，旱管種植模式是目前已知效果最好的稻田甲烷減排方式之一。甚至與旱種玉米種植相比，節(jié)水抗旱稻的旱管種植由于施肥量較低，也減少了一氧化二氮的排放量達(dá)11%。2019年，安徽省節(jié)水抗旱稻推廣面積約7.8萬(wàn)公頃，基于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)并運(yùn)用聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門(mén)委員會(huì)推薦的DNDC生物地球化學(xué)過(guò)程模型進(jìn)行模擬，結(jié)果顯示，旱管種植模式的溫室氣體排放（以二氧化碳當(dāng)量計(jì)算）可減少51.6萬(wàn)噸。

除了通過(guò)對(duì)播種和灌溉方式調(diào)整來(lái)減少稻田甲烷排放，運(yùn)用科技手段的探索也在進(jìn)行中。

在中國(guó)東部的浙江嘉善縣西塘縣，中國(guó)水稻研究所與互聯(lián)網(wǎng)巨頭阿里云聯(lián)手，進(jìn)行了一項(xiàng)名為“低碳稻作技術(shù)”的新實(shí)驗(yàn)。這一項(xiàng)目以竹小匯低碳智慧農(nóng)田示范方為核心，覆蓋了400畝核心區(qū)域及1500畝輻射區(qū)。通過(guò)對(duì)農(nóng)田安裝多種物聯(lián)傳感設(shè)備、高精準(zhǔn)定位和無(wú)人化操作，來(lái)對(duì)水稻農(nóng)田進(jìn)行全過(guò)程管理，包括對(duì)每一塊水稻田進(jìn)行精準(zhǔn)灌排。系統(tǒng)將根據(jù)水稻生長(zhǎng)階段設(shè)置相應(yīng)的水位線標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)調(diào)整進(jìn)出水量。

低碳稻試驗(yàn)田 阿里云

對(duì)于負(fù)責(zé)種植管理的農(nóng)戶而言，這一技術(shù)變革帶來(lái)了實(shí)實(shí)在在的好處。以往，僅400畝的水田就需要4至5名工人來(lái)完成灌水和排水的任務(wù)，但在新設(shè)備的幫助下，只需在APP上操作就可以完成灌水排水工作，不僅提高了工作效率，還顯著降低了生產(chǎn)成本。

根據(jù)中國(guó)水稻研究所專家詳細(xì)測(cè)算，通過(guò)采用新技術(shù)方案，在不減產(chǎn)的前提下，西塘鎮(zhèn)的竹小匯低碳智慧稻田可減少灌溉用水30%-50%，稻田退水氮磷含量消減30%，甲烷排放較傳統(tǒng)模式減少30%以上，可實(shí)現(xiàn)畝均碳排放當(dāng)量減少超20%。

竹小匯低碳智慧田旁邊的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備 阿里云

這套系統(tǒng)化的種植和管理方式展示了現(xiàn)代科技在稻田減排中的潛力，為水稻產(chǎn)業(yè)低碳化提供了新的可能性。

從田野到太空

在過(guò)去三十多年的時(shí)間里，中國(guó)在稻田甲烷排放研究與減排實(shí)踐領(lǐng)域取得了令人矚目的成就，不僅澄清了國(guó)際社會(huì)對(duì)中國(guó)甲烷排放的誤解，更為全球氣候變化研究提供了寶貴的數(shù)據(jù)支持。通過(guò)一系列創(chuàng)新措施，包括廣泛推廣節(jié)水灌溉技術(shù)、精心選育低碳高產(chǎn)的水稻品種，以及積極引入智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，中國(guó)成功地在不損害糧食產(chǎn)量、不減少農(nóng)民收入的情況下，逐步降低了稻田中的甲烷排放量。這一系列努力不僅對(duì)緩解全球氣候變化產(chǎn)生了積極影響，也顯著提升了我國(guó)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展能力。

但前方的道路依舊充滿挑戰(zhàn)。在確保國(guó)家糧食安全的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型是一項(xiàng)復(fù)雜且長(zhǎng)期的任務(wù)。這不僅需要政府出臺(tái)更加全面和支持性的政策，激勵(lì)科研機(jī)構(gòu)不斷推進(jìn)技術(shù)革新，還需要企業(yè)的積極參與，共同探索和實(shí)施有效的減排措施。與此同時(shí)，提升農(nóng)民的環(huán)境保護(hù)意識(shí)和科技應(yīng)用水平同樣至關(guān)重要。只有當(dāng)每一個(gè)環(huán)節(jié)都能緊密協(xié)作，形成合力，才能真正推動(dòng)農(nóng)業(yè)向著更加環(huán)保、高效的方向發(fā)展。

在這一過(guò)程中，科技創(chuàng)新將繼續(xù)扮演著至關(guān)重要的角色。

2024年11月11日正午，在甘肅酒泉的衛(wèi)星發(fā)射中心，力箭一號(hào)遙五運(yùn)載火箭成功將15顆衛(wèi)星順利送入預(yù)定軌道。

“西光壹號(hào)”系列衛(wèi)星搭載力箭一號(hào)遙五火箭成功發(fā)射

在這之中，有一顆名為“鵲華一號(hào)（西光壹號(hào)04星）”的衛(wèi)星，肩負(fù)了獨(dú)特的使命。

這是我國(guó)首顆高分辨率點(diǎn)源甲烷監(jiān)測(cè)商業(yè)衛(wèi)星，這顆重量?jī)H為75公斤的小衛(wèi)星，能夠精準(zhǔn)捕捉地球表面細(xì)微至極的甲烷變化趨勢(shì)，精確追蹤碳產(chǎn)生源頭，并對(duì)不同區(qū)域的碳中和潛力進(jìn)行科學(xué)評(píng)估，其探測(cè)回傳的數(shù)據(jù)能為甲烷排放監(jiān)管體系提供強(qiáng)數(shù)據(jù)支持和技術(shù)保障。

西光壹號(hào)04星

這顆衛(wèi)星的升天，不僅將為中國(guó)的甲烷減排提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持，也將為我國(guó)的國(guó)際氣候協(xié)商增添更多的主動(dòng)權(quán)和話語(yǔ)權(quán)。

對(duì)排放源的準(zhǔn)確識(shí)別是實(shí)現(xiàn)有效控制甲烷排放的前提，但在過(guò)去很長(zhǎng)時(shí)間里，對(duì)甲烷排放的監(jiān)測(cè)一直是一個(gè)世界性的“難題”。

在《甲烷排放控制行動(dòng)方案》中，我國(guó)將“加強(qiáng)甲烷排放監(jiān)測(cè)、核算、報(bào)告和核查體系建設(shè)”放在了重點(diǎn)任務(wù)中的第一項(xiàng)。根據(jù)《巴黎協(xié)定》，各國(guó)需自主計(jì)算并報(bào)告人為產(chǎn)生的溫室氣體排放量及其清除量，自2023年起，每五年進(jìn)行一次“全球盤(pán)點(diǎn)”。為了完成這一任務(wù)，大多數(shù)國(guó)家都采用“自下而上”的方法，編制國(guó)家溫室氣體排放清單，即通過(guò)收集特定活動(dòng)的數(shù)據(jù)（如能源消耗、工業(yè)生產(chǎn)等）并結(jié)合相應(yīng)的排放因子來(lái)估算排放量。

但這種方法具有很大的局限性。

與二氧化碳不同，甲烷排放的“自下而上”清單存在著較大的不確定性。甲烷的人為排放往往來(lái)源于逸散源和無(wú)組織源，這些排放點(diǎn)具有高度的隨機(jī)性和間歇性，比如在石油和天然氣開(kāi)采過(guò)程中，甲烷可能會(huì)因?yàn)樵O(shè)備泄漏或操作不當(dāng)而逸散到大氣中。此外，某些甲烷排放源受到環(huán)境因素的強(qiáng)烈影響，表現(xiàn)出顯著的時(shí)空變化特性，典型的例子就是稻田的甲烷排放，它會(huì)隨著季節(jié)、氣候條件以及耕作管理措施的變化而波動(dòng)。

2018年的一項(xiàng)研究揭示了這個(gè)問(wèn)題的嚴(yán)重性。有研究人員通過(guò)對(duì)美國(guó)石油天然氣供應(yīng)鏈中的甲烷排放進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，基于大氣觀測(cè)估計(jì)的實(shí)際排放量，比美國(guó)官方報(bào)告的數(shù)據(jù)高出了約60%。這意味著，傳統(tǒng)的“自下而上”方法，可能?chē)?yán)重低估了某些行業(yè)或地區(qū)的甲烷排放水平。

國(guó)際能源署（IEA）也在一份報(bào)告中坦言，一些國(guó)家的排放清單多年沒(méi)有更新，而另一些國(guó)家的監(jiān)測(cè)能力很差，即便提供了數(shù)據(jù)，也不甚準(zhǔn)確，為全球減排努力構(gòu)成了極大的挑戰(zhàn)。

而借助衛(wèi)星“自上而下”的觀測(cè)技術(shù)，我們可以很清楚地看到哪些國(guó)家或地區(qū)的甲烷排放量被低估或高估，進(jìn)而指導(dǎo)這些地方改進(jìn)其監(jiān)測(cè)和報(bào)告體系。同時(shí)，對(duì)于那些之前未曾注意到的小規(guī)模或隱蔽排放源，衛(wèi)星技術(shù)同樣能夠發(fā)揮重要作用，確保所有潛在的污染源都得到有效管理和控制。

隨著越來(lái)越多新技術(shù)的涌現(xiàn)和應(yīng)用，我們有理由相信，中國(guó)將在促進(jìn)全球農(nóng)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型和應(yīng)對(duì)氣候變化方面發(fā)揮更大的作用，為建設(shè)一個(gè)更加美好、可持續(xù)的地球貢獻(xiàn)出更多“中國(guó)智慧”與“中國(guó)力量”。中國(guó)稻田中的減排史詩(shī)，還在書(shū)寫(xiě)著新的篇章。

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