农业残留物燃烧的温室气体排放 ——以江苏省为例

论文摘要

以全球变暖为主要特征的气候变化目前已成为科学家和有关政府决策者关注的热点之一。二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和氧化亚氮（N20）被认为是最主要的三种温室气体。农业残留物燃烧对温室气体排放有重要的影响。我国农业残留物年产量巨大,主要的处理措施是被燃烧掉。研究农业残留物直接燃烧及燃烧后还田的温室气体（CO2、CH4和N20）排放具有重要意义。本研究以产粮大区江苏省为研究对象,通过对江苏省47个县（市）农户的实地问卷调查,分析了江苏省不同地区4个研究阶段（1990-1995、1996-2000、2001～2005和2006-2008年）农业残留物利用状况及影响其田间燃烧的因素。结合问卷调查结果确定的农业残留物家用燃料和田间燃烧比例,燃烧炉模拟试验确定的6种农业残留物（水稻、小麦、玉米、油菜、棉花和大豆）燃烧产生的CO2、CO、CH4和N2O排放因子及江苏省不同时间阶段的粮棉产量、草谷比建立了该省不同时期农业残留物燃烧温室气体排放清单。借助室内培养试验同步测定了农业残留物（麦秸和稻秸）不同处理中土壤呼吸量、CH4和N20排放量,通过盆栽培养实验得到了麦秸燃烧后施用与直接施用温室气体全球增温潜势（GWP-Global Warming Potential）,并比较了燃烧处理（直接燃烧和燃烧后施用）与直接施用温室气体GWP大小。问卷调查结果表明,全省农业残留物作为家用燃料比例在上述4个研究阶段均值分别为62.81%、59.76%、27.55%和24.13%,田间燃烧比例分别为21.16%、23.93%、53.29%和47.87%,两者逐阶段变化趋势正好相反,显著变化皆出现在第二与第三研究阶段之间。苏北地区（淮安、连云港、宿迁、徐州和盐城）农业残留物作为家用燃料比例（54.22%）较苏中苏南（南通、扬州、泰州、镇江、无锡和苏州）地区（34.68%）高,而农业残留物田间燃烧比例（29.60%）较苏中苏南地区（42.37%）低。农业残留物田间燃烧比例与农户兼业比例、年均收入、家庭炊事活动用电量及务农人员年龄呈极显著正线性相关（P<0.01）。Logistic回归分析模型显示,对农户田间燃烧意愿选择有显著影响的因子按影响程度由大到小依次为农户家庭兼业比例、家庭种植面积、农户年均收入和农业残留物用作家用燃料比例。不同种类农业残留物燃烧时的各气体排放因子不同,其中油菜秸秆具有较高的CO2和CH4排放因子,玉米秸秆具有较高的N2O排放因子,而水稻秸秆的CO排放因子较高。由所建江苏省农业残留物燃烧温室气体排放清单,进一步计算水稻、小麦、玉米、油菜、棉花和大豆秸秆燃烧的温室气体年均GWP（1990～2008）分别为9.18、4.35、2.55、1.63、0.55和0.39Tg CO2当量,表明水稻和小麦秸秆燃烧对GWP贡献最大。4个阶段中1996～2000年期间农业残留物燃烧温室气体GWP最大,年均高达23.83Tg CO2当量,2001-2005年期间的年均GWP最低,为20.30Tg CO2当量,而1990～1995年期间和2006～2008年期间农业残留物燃烧温室气体年均GWP变化不大室内培养结果表明模拟旱地条件下,小麦和水稻秸秆直接施用与燃烧后施用相比均显著促进了土壤呼吸和N2O排放。在淹水条件下,与秸秆燃烧后施用相比,秸秆直接施用显著促进了土壤CH4排放。水稻生长季试验结果表明,小麦秸秆直接施用CH4排放总量均值是燃烧后施用的1.2倍,但两处理间不存在显著性差异（P>0.05）。大豆生长季试验结果表明,与麦秸直接施用相比,麦秸燃烧后施用明显促进了N2O排放（P<0.05）,排放量是前者的1.3倍左右。以2006～2008年阶段小麦秸秆全部还田且下季全部种植大豆为假设前提,计算小麦秸秆燃烧（直接燃烧和燃烧后施用两部分）和直接施用处理温室气体GWP。结果表明,小麦秸秆燃烧处理温室气体GWP大于直接施用（还田）处理。在温室气体减排的大背景下,相对而言农业残留物直接还田是比较可取的处理措施。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略词语汇表
• 第一章 文献综述
• 1 研究背景与意义
• 2 国内外研究进展
• 2.1 农业残留物利用现状及燃烧比例的确定
• 2.1.1 农业残留物利用现状
• 2.1.2 农业残留物燃烧比例
• 2、CH₄和N₂O）的排放因子及其影响因素'>2.2 农业残留物燃烧产物（CO₂、CH₄和N₂O）的排放因子及其影响因素
• 2.2.1 农业残留物燃烧主要产物
• 2.2.2 排放因子
• 2.2.3 排放因子影响因素
• 2、CH₄和N₂O）排放量的研究'>2.3 农业残留物燃烧温室气体（CO₂、CH₄和N₂O）排放量的研究
• 2.4 农业残留物直接还田和燃烧后还田对农田温室气体排放的影响
• 2.4.1 农业残留物直接还田对农田温室气体排放的影响
• 2.4.2 农业残留物燃烧后还田对农田温室气体排放的影响
• 3 问题的提出
• 4 研究目的、技术路线与研究内容
• 4.1 研究目的
• 4.2 研究技术路线
• 4.3 研究内容
• 第二章 材料与方法
• 1 农业残留物燃烧比例的确定—问卷调查
• 1.1 调查问卷的设计和发放
• 1.2 问卷结果的统计与分析方法
• 2 农业残留物燃烧温室气体排放因子的确定—模拟燃烧实验
• 2.1 燃烧炉设计和供试材料
• 2.2 模拟燃烧试验设计
• 2.3 供试作物指标的测定与气样的测定
• 2.4 温室气体排放因子的确定
• 3 培养试验
• 3.1 室内培养试验
• 3.1.1 材料与方法
• 3.1.2 样品的采集与分析
• 3.2 室外盆栽培养试验
• 3.2.1 农业残留物还田盆栽试验设计方案与农业管理
• 3.2.2 样品的采集与分析
• 4 数据处理方法与引用数据来源
• 第三章 江苏省农业残留物燃烧比例时空变化调查与影响因素分析
• 1 样本农户信息
• 2 江苏省不同地区农业残留物利用比例以及影响因素分析
• 2.1 被调查各地区不同研究阶段农业残留物比例差异及变化趋势
• 2.2 问卷调查结果与卫星火点数据一致性比较
• 3 江苏省不同地区农业残留物利用比例影响因素分析
• 3.1 各地区（地级市）农户家庭基本信息及电能使用情况
• 3.2 农业残留物田间燃烧比例与农户相关信息之间的关系
• 3.3 影响农户农业残留物田间燃烧意愿的相关因素
• 3.3.1 影响农户农业残留物田间燃烧意愿模型选择
• 3.3.2 影响农户农业残留物田间燃烧意愿的相关因素分析
• 4 本章小结
• 第四章 农业残留物燃烧温室气体排放清单
• 1 江苏省主要农业残留物燃烧比例变化统计
• 2 农业残留物燃烧产物排放因子
• 2.1 燃烧过程产生的不同气体浓度变化规律
• 2.2 农业残留物燃烧产物的排放因子
• 3 农业残留物燃烧温室气体排放清单
• 4 本章小结
• 第五章 农业残留物直接施用和燃烧后施用对温室气体排放的影响
• 2O和CH₄排放的影响'>1 施用小麦与水稻秸秆对土壤呼吸、N₂O和CH₄排放的影响
• 4和N₂O排放的影响'>2 麦秸不同处理对土壤-水稻系统呼吸速率、CH₄和N₂O排放的影响
• 4和N₂O排放的季节变化'>2.1 麦秸不同处理方式下土壤-水稻系统呼吸速率、CH₄和N₂O排放的季节变化
• 4和N₂O累积排放量'>2.2 水稻全生育期内不同处理土壤-水稻系统CH₄和N₂O累积排放量
• 2.3 麦秸不同处理对土壤铵态氮、硝态氮、有机质与全氮的影响
• 2O排放的影响'>3 麦秸不同处理对土壤-大豆系统呼吸速率和N₂O排放的影响
• 2O排放季节变化影响'>3.1 麦秸不同处理对土壤-大豆系统呼吸速率和N₂O排放季节变化影响
• 2O累积排放量的影响'>3.2 麦秸不同处理对土壤-大豆系统N₂O累积排放量的影响
• 4 农业残留物不同处理对作物植株生物量的影响
• 5 农业残留物直接施用与燃烧后施用全球增温潜势比较
• 6 本章小结
• 第六章 全文讨论
• 1 研究作物种类和调查区域的选择
• 2 农业残留物直接燃烧排放清单不确定分析
• 3 农业残留物不同利用方式对全球增温潜势贡献的不确定性分析
• 第七章 全文结论与研究展望
• 1 全文结论
• 2 新的认识
• 3 存在的问题
• 4 研究展望
• 参考文献
• 附录
• 作者简介
• 致谢