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环境学院郑一课题组发文评估中国农田气态活性氮排放及其对全球气候变化的贡献

2020-06-18

近日,地球科学领域顶级期刊Geophysical Research Letters(Nature Index期刊)在线发表“Spatial Variation of Reactive Nitrogen Emissions From China's Croplands Codetermined by Regional Urbanization and Its Feedback to Global Climate Change”一文,报道了郑一教授课题组关于我国农田气态活性氮(Reactive gaseous nitrogen, 简写为Ngr)排放的最新研究成果。徐鹏博士(南方科技大学第五批校长卓越博士后)为第一作者,郑一教授为通讯作者;论文的共同作者还包括环境学院的曾振中副教授等。

Ngr(包括NH3、N2O及NOx)的排放对地球气候系统有着重要影响。整个20世纪,农业氮肥施用量增加了一倍多,导致农田Ngr排放显著加强,对局部和全球辐射强迫产生重要影响。受人为和自然因素影响,农田Ngr排放时空差异大,估算结果存在较大不确定性,其综合气候效应也有待进一步研究。本论文以2014年为基准,构建了中国高分辨率农业、社会经济数据集和Ngr物质流核算模型,对中国农田Ngr排放的季节变化和空间分布特征进行了精细刻画(图1)。同时,以20年和100年时间尺度上全球温变潜能(global temperature potential,GTP)的当量CO2排放量为衡量指标评估其对全球气候变化的贡献。

图1. 2014年中国农田Ngr空间分布

研究结果表明,中国农田Ngr排放约占全球农田排放的26%,但在100年时间尺度上,中国农田Ngr排放对GTP的贡献却要占到全球农田Ngr排放对GTP贡献的32%。这一“放大”效应的主要原因在于中国农田Ngr排放中短生命周期的NH3(有制冷效应)比例较高。中国农田Ngr排放对GTP贡献在不同时间尺度上表现出较大的空间差异性(图2)。论文进一步探究了社会经济发展与农田Ngr排放之间的关联,发现人均农田Ngr排放与城镇化率之间存在典型的环境库兹尼茨曲线(Environmental Kuznets Curve, EKC)关系,即倒U型格局;而单位GDP的农田Ngr排放随着城镇化率和人均GDP的增长呈指数下降。这项研究成果对于我国发展可持续农业、履行减排国际义务具有重要的政策参考价值。

图2. 中国分区域各排放源农田Ngr排放量及对GTP(单位:Tg CO2e)贡献

研究得到了国家自然科学基金(41905079;51961125203)、中国博士后科学基金(2019M662718)和中国科学院战略性先导科技专项项目(XDA20100104)的资助。

论文链接:http://dx.doi.org/10.1029/2019GL086551