摘要
为维持最优产量，化学氮肥在现代农业生产中广泛应用且用量持续增加。大量的氮肥投入和低效率的氮肥利用导致土壤氮素通过径流携带进入水体或以气体形式排放到大气，对水和大气环境造成了极大危害。农田是氧化亚氮（N2O）和氨气（NH3）排放的主要来源之一。N2O作为重要的长寿命温室气体之一，还是破坏平流层臭氧的主要物质；NH3是一种碱性气体，可与大气中酸性物质发生反应，形成铵盐，从而造成颗粒物污染，导致局部雾霾，影响人体健康。然而，对于农田N2O和NH3排放的全球估算、时空变化规律及相应缓解措施尚未得到系统评估，依然存在较强的不确定性。本研究采用过程DNDC模型估算了全球农田N2O和NH3排放量，阐明了全球农田N2O和NH3排放时间变化趋势、空间格局及影响因素，预测了未来农田N2O和NH3排放情景，并探讨了潜在缓解策略，为全球环境保护和政策制定提供了重要理论参考。主要研究结论如下： （1）明确了农田N2O和NH3排放量级。全球农田N2O排放量被估算为3.6Tg N yr-1，化学氮肥、作物残留物加生物固氮和大气氮沉降对农田N2O排放量分别贡献了48%、27%和25%。尽管大气氮沉降仅占土壤氮素投入的6%，但其N2O排放因子为7.37%，是化学氮肥的7倍，主要由于大气氮沉降成份（NH4+和NO3-）与土壤硝化和反硝化过程有着更为直接的接触。农田NH3排放量被估计为26Tg N yr-1，约占土壤氮损失总量的26%。化学氮肥是农田NH3排放的最大贡献者，贡献了约88%的总农田NH3排放（22.5Tg N yr-1）。 （2）阐明了农田N2O和NH3排放的区域分布格局和趋势变化特征。1996-2013年，全球农田N2O和NH3排放热点区域主要分布中国东部、印度、泰国、美国东部和西欧。中国东部的农田N2O和NH3排放量远远高于其他热点区域，其农田N2O和NH3排放量分别约为美国东部的1.6倍和3.3倍。农田N2O和NH3排放增长速率最大位于中国东部（3.5%yr-1和2.3%yr-1），其次为印度（3.6%yr-1和2.1%yr-1）和美国东部（2%yr-1和1.9%yr-1）。 （3）预测了未来农田N2O和NH3排放趋势，并探讨了潜在缓解措施。在RCP4.5和RCP8.5下，2010-2100年全球农田N2O排放以0.9%yr-1和1.4%yr-1的增长速率不断增加，预计21世纪末将达到最大值，其农田N2O排放量分别为7.6和11.8Tg N yr-1。在氮肥不增加的情境下，本世纪末农田NH3排放量将比2010年增加10%。同时，考虑到西欧、美国和中国等国家或地区未来或出台更强有力的控制政策，若化学氮肥使用量变化为-0.5%yr-1（以目前的技术和农业管理水平），农田NH3排放量将自2010年到2100年下降18-71%。最后本文针对农田N2O和NH3排放特点，从施肥量、氮肥类型、农业管理措施等方面详细探讨了农田N2O和NH3潜在减排方案。
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