曾有西方科學(xué)家根據(jù)不嚴謹?shù)膶嶒炇覕?shù)據(jù)，過度高估了中國稻田實際的甲烷排放量，使我國在國際輿論場承受了壓力。面對質(zhì)疑和偏見，中國科學(xué)家長年在田間地頭工作進行實地研究，通過長期不懈的努力，獲取詳實準確的數(shù)據(jù)，最終揭開了稻田甲烷排放機制的“神秘面紗”。他們不僅澄清了世界對中國稻田甲烷排放的錯誤認知，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)民負擔(dān)的前提下，實現(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)星建立更精準的甲烷監(jiān)測體系，中國對綠色農(nóng)業(yè)未來轉(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)驗和范例。

比二氧化碳強81倍的溫室氣體

“中美兩國認識到，氣候危機對世界各國的影響日益顯著。中美雙方重申致力于合作并與其他國家共同努力應(yīng)對氣候危機。”

2023年11月4日，在加利福尼亞蘭喬米拉奇的陽光之鄉(xiāng)（Sunnylands），75歲的中國氣候變化事務(wù)特使解振華與80歲的美國總統(tǒng)氣候特使約翰·克里會晤，時值第28屆聯(lián)合國氣候變化大會（COP28）開幕前夕，兩國共同發(fā)表了《關(guān)于加強合作應(yīng)對氣候危機的陽光之鄉(xiāng)聲明》。

二氧化碳之外，這次會晤的另一個主題詞是“甲烷”。

在這份聲明中，中美兩國共同承諾，在2035年前遏制經(jīng)濟活動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)極強的氣體，如果將二氧化碳比作是溫室氣體中的一輛“小轎車”，那么甲烷就相當(dāng)于一輛“跑車”，一輛速度快但油箱小的跑車。

大約在40年前，大氣中的甲烷水平開始急劇上升。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年的時間里增長了16.87%。

1984以來全球平均甲烷含量檢測 美國國家海洋和大氣管理局

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

不同氣體的增溫潛勢 IPCC第六次評估報告（2021）

所以，盡管甲烷在大氣中的濃度遠遠低于二氧化碳，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)化前時期水平，21世紀第二個十年的全球表面溫度升高了約1.1°C，而甲烷貢獻了其中的約0.5°C。

而幸運的是，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全球變暖的影響，這將為人類提供一個寶貴的時間窗口，以便采取更多措施，來減少二氧化碳等其他長期存在的溫室氣體的排放。

共同目標，不同挑戰(zhàn)

在陽光之鄉(xiāng)的會晤后不久，生態(tài)環(huán)境部、外交部、發(fā)改委等11個部門就公布了中國的《甲烷排放控制行動方案》。

需要說明的是，對甲烷排放的監(jiān)測與估計是一項十分困難的工程，不同測量活動、科學(xué)研究、以及政府機構(gòu)與企業(yè)公布的數(shù)據(jù)都有比較大的出入。據(jù)國際能源署（IEA）估算，中國和美國分別是全球甲烷排放量第一、第二的國家。2022年，中國約排放了5570萬噸甲烷，而美國排放了約3180萬噸甲烷。如果中美兩國能在甲烷減排上達成共識并采取實際行動，對全球氣候行動將會是巨大的幫助。

各國由人類活動產(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，中美兩國面臨的挑戰(zhàn)卻各不相同。

在美國，甲烷排放的主要來源是能源部門。石油、天然氣以及煤炭活動占甲烷總排放的約38%。自“頁巖氣革命”以來，美國通過大規(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，作為牛肉消費的大國，美國還有相當(dāng)一部分的甲烷排放來自于牛的打嗝和放屁，這一部分占了約27%的甲烷排放。

2020年美國甲烷排放源 EPA

盡管美國比中國早兩年就推出了《甲烷減排行動計劃》(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，美國的甲烷排放量還是比前一年增長了1.4%。

即使在政策層面做出了堅定承諾，實際執(zhí)行過程中仍面臨著諸多障礙，實效有限。

石油和天然氣行業(yè)的利益集團是阻礙美國甲烷減排行動的主要力量。他們通過資助政治活動和游說等方式，試圖推遲或弱化政府對于甲烷排放的監(jiān)管措施。2023年，美國參議院試圖通過一系列旨在加強石油與天然氣行業(yè)甲烷排放管控的方案，但卻在既得利益集團強大游說力量的影響下，導(dǎo)致立法進程受阻。2024年，隨著對能源轉(zhuǎn)型持保守立場的唐納德·特朗普再次當(dāng)選為總統(tǒng)，美國的減排努力也面臨著更大的不確定性，國際社會對美國能否兌現(xiàn)其氣候承諾越來越擔(dān)憂。

中國方面，根據(jù)我國2023年底向聯(lián)合國提交的《中華人民共和國氣候變化第三次兩年更新報告》，2018年中國甲烷排放總量達到了6411.3萬噸，其中能源活動產(chǎn)生的甲烷排放量為2865.8萬噸，占比高達44.7%。但值得注意的是，與美國主要由石油和頁巖氣開采導(dǎo)致的甲烷排放不同，中國的甲烷排放主要來源于煤炭等固體燃料開采時的逃逸排放（瓦斯），這反映了兩國能源結(jié)構(gòu)和工業(yè)特點上的差異。中國農(nóng)業(yè)活動產(chǎn)生的甲烷排放為2384.6萬噸，占比37.2%。但與美國不同的是，中國農(nóng)業(yè)活動的甲烷排放中，有相當(dāng)?shù)囊徊糠謥碜杂谒镜姆N植，占了總排放量的14.5%，約為932.9萬噸。

中國甲烷排放構(gòu)成 中華人民共和國氣候變化第三次兩年更新報告

誤解與質(zhì)疑

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

科學(xué)界對水稻排放甲烷的認識經(jīng)歷了多個階段。早在20世紀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源之一。由于人為灌溉造成土壤密閉厭氧的環(huán)境，一些細菌會在稻田土壤中產(chǎn)生甲烷，并通過水稻植物體排放到大氣中。但由于甲烷無色無害，多數(shù)情況下稻田排放的甲烷也達不到可燃的程度，對土壤肥力與水稻的生長也沒有特殊的意義，所以這一現(xiàn)象并沒有被重視。

水稻田里時不時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題的日益突出，科學(xué)家們開始重視稻田甲烷排放對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定結(jié)果，引發(fā)全球重視。1992年，政府間氣候變化專門委員會（IPCC）在其第二次評估報告中進一步確認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%。

也是在這一時期，曾有歐美學(xué)者根據(jù)實驗室里的數(shù)據(jù)，粗略地推斷中國水稻田的甲烷年排放量是3000萬到5000萬噸，約占全球稻田甲烷總排放量的27%到45%，對我國的國際形象造成了極大的傷害。雖然這位學(xué)者也承認，實驗室估算的數(shù)據(jù)具有局限性，并在此后修正了自己的結(jié)論，認為中國稻田實際的甲烷排放量可能遠遠低于其先前估算的結(jié)果，但卻并沒有引發(fā)太大的關(guān)注。在國際社會上，仍然有大量的“別有用心”的人，援引不嚴謹?shù)慕Y(jié)論，對我國的農(nóng)業(yè)碳排放進行無端的指責(zé)。

水稻是亞洲人的主糧，中國用全球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“不環(huán)?！钡拿弊印?

但這也成為了一個契機，使我國開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制徹底搞明白。

外國學(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，得不到一手的資料，只能根據(jù)少數(shù)地區(qū)觀測站點的數(shù)據(jù)，來反向推斷全國的情況，但這顯然無法全面反映中國稻田的真實情況。中國幅員遼闊，不同地區(qū)的氣候、土壤類型和耕作方式差異很大，單一的實驗室數(shù)據(jù)或少數(shù)地區(qū)的觀測結(jié)果代表不了全國。

從1987年開始，由國家科委、國家環(huán)保局等政府部門牽頭，在國際組織的資金與技術(shù)支持下，中科院大氣物理研究所、國家計委能源研究所、清華大學(xué)環(huán)境工程系等單位，先后完成了五項有關(guān)氣候變化方面的國家級研究，兩項區(qū)域級研究。這些項目都在內(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。

為了更準確地評估我國稻田真實的甲烷排放情況，中國科學(xué)家開展了大量實地研究，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夫瑯和費大氣環(huán)境研究所合作使用自動連續(xù)觀測系統(tǒng)，在我國杭州進行了亞太地區(qū)稻田甲烷排放通量的首次觀測，接著又在四川、湖南、廣州、蘇州等地開展了一系列系統(tǒng)的實驗觀測。國際水稻所也與中國農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院合作，在四川樂山地區(qū)和成都市郊對我國西南地區(qū)的水稻田甲烷排放進行了長達15年的觀測研究。此外，中科院大氣物理研究所還使用自主設(shè)計制造的自動觀測儀器系統(tǒng)，歷時16年，先后對我國華南（廣東）、華中（湖南）、長江中下游（浙江和江蘇）與西南（四川）四大主要的水稻產(chǎn)區(qū)開展了長期、連續(xù)的系統(tǒng)野外觀測實驗，不僅收集到了大量珍貴的實地數(shù)據(jù)，并且還在觀測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對稻田甲烷排放規(guī)律及其氣象、施肥、水管理和土壤理化特性及水稻生長狀況的關(guān)系進行了深入的研究。

中科院大氣物理研究所對稻田甲烷排放規(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模式，包括水稻的生長、土壤有機物的分解和甲烷產(chǎn)生、傳輸和排放三個部分。只要正確輸入關(guān)于氣象條件、土壤特性、施肥類型和方式、灌溉制度、作物品種和種植方式的參量，就能迅速且較為準確地算出各地區(qū)的甲烷排放因子，進而計算出各地區(qū)稻田甲烷的排放量，并最終匯總得出全國稻田甲烷的排放總量。

中國學(xué)者們的研究不僅糾正了過去文獻中的一些錯誤觀念，還極大地豐富了人類對稻田甲烷排放變化規(guī)律、不同輸送途徑對排放率的影響，以及土壤特性、植物生長活動、氣候系統(tǒng)、施肥措施、水管理等環(huán)境因子對稻田甲烷排放影響的認識。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)果與實際觀測值高度一致，通過了不同地區(qū)大量實驗數(shù)據(jù)的驗證。

根據(jù)多年的實驗數(shù)據(jù)和機理研究，中科院大氣物理研究所估算出中國稻田的實際甲烷年排放總量約為500萬噸至1300萬噸，遠低于此前外國學(xué)者估算的3000萬噸到5000萬噸，僅為原來估計的四分之一。

這一研究成果不僅糾正了國際上對稻田甲烷排放總量的過高估計，還為全球氣候變化研究提供了更為準確的數(shù)據(jù)支持。中國學(xué)者的研究結(jié)果得到了國際權(quán)威機構(gòu)的認可和采納。根據(jù)中國學(xué)者對本國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一步確定為3500萬噸至5000萬噸，而不是之前估計的1.1億噸。1995年，政府間氣候變化專門委員會（IPCC）根據(jù)中國學(xué)者提供的資料，將全球稻田甲烷排放總量從1990年估計的1.1億噸修正為6000萬噸。

減排節(jié)水，一舉兩得

前中國科學(xué)院大氣物理所所長王明星曾說過：“中國是《聯(lián)合國氣候變化框架公約》簽字國，提供準確的排放清單是我們的國際義務(wù)。”

為什么中國要投入大量的資源，來精確測量稻田的甲烷排放？這不僅僅是為了維護中國的國家形象，更是出于對科學(xué)嚴謹性的追求和對國際責(zé)任的擔(dān)當(dāng)。通過深入研究稻田甲烷排放的機制，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)。

推動水稻產(chǎn)業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型，是一項復(fù)雜而系統(tǒng)的工程。作為一個擁有龐大人口的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)國家，中國超過六成的人口以稻米為主食，任何旨在促進農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的舉措都必須審慎行事，這要求我們在不犧牲糧食產(chǎn)量、不增加農(nóng)民負擔(dān)、不減少農(nóng)民收入的前提下，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的綠色發(fā)展——這無疑是一項極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。

經(jīng)過多年的不懈努力與廣泛的實地考察，中國科學(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。

在水稻的種植過程中，由于長期淹水條件形成的厭氧環(huán)境，有機物被產(chǎn)甲烷菌分解所產(chǎn)生的大量甲烷，是我國農(nóng)業(yè)溫室氣體的主要排放源之一。因此在《農(nóng)業(yè)農(nóng)村減排固碳實施方案》與《甲烷排放控制行動方案》中，都重點提到了強化稻田水分管理，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。

水稻甲烷排放的機制

一種名為交替濕潤干燥（Alternate Wetting and Drying，AWD）的灌溉技術(shù)應(yīng)運而生。其核心是周期性地給稻田進行灌溉和排水，通過精心設(shè)計的“濕—干”循環(huán)，使土壤定期獲得“呼吸”機會。相比傳統(tǒng)的連續(xù)淹水灌溉，交替濕潤與干燥技術(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。由中國水稻研究所提出的好氧碳減排灌溉模式，目前已在全國范圍內(nèi)推廣，覆蓋面積達133.33萬公頃，甲烷排放量減少了30%至60%。

IPCC指南中提到的通過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，并且操作簡便，有很高的技術(shù)覆蓋率。

改變灌溉方式帶來的好處是多方面的。

傳統(tǒng)的連續(xù)淹灌對水資源是一個極大的負擔(dān)。我國的水資源十分匱乏，并且地域分布不均。據(jù)估計，我國每年的農(nóng)業(yè)用水量占全國總用水量的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，長期制約我國農(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%，帶來經(jīng)濟和環(huán)境的雙重效益。

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

在過去的三十多年里，隨著大規(guī)模城市化的推進，中國農(nóng)村青壯年勞動力流失，“空心化”現(xiàn)象越來越嚴重。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影響產(chǎn)量或增加勞動強度，因此對新技術(shù)的接受度往往沒有那么高，還需要對其進行一定的科普。此外，由于需要精確控制排水時機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)各地的實際情況因地制宜、實事求是。在中國西南部的云南和四川山區(qū)，一些創(chuàng)新團隊正試圖通過更加貼近自然的方法來解決這一難題。他們推廣了一種古老的農(nóng)業(yè)技術(shù)——開溝起壟法，用于水稻的旱地種植。這種方法通過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期與水接觸的時間，有效降低了甲烷氣體的排放量，同時也節(jié)省了大量的水資源。

以四川簡陽的一個村莊為例，這里的農(nóng)民們采取了一種結(jié)合免耕和開溝起壟的綜合種植方法。在播種之前，他們選擇不對土地進行翻耕，以此來減少對土壤結(jié)構(gòu)的破壞；而在種植過程中，則利用開溝起壟技術(shù)來縮短水稻的淹水時間。此外，他們還創(chuàng)造性地使用菜籽餅作為有機肥料，取代了化學(xué)肥料，同時用當(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，進一步提高了作物的生長效率。

四川簡陽踏水鎮(zhèn)寨子村的水稻開溝起壟 iGDP

而在云南省的山區(qū)，由于近年來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)的科研團隊，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。通過這種方式，水稻植株能夠在更自然的條件下生長，減少了對水源的依賴。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，顯著減少農(nóng)田甲烷排放，這對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90年代。2002年，上海市農(nóng)業(yè)生物基因中心組建了專門的節(jié)水抗旱稻研發(fā)團隊，2003年，團隊培育出了全球首個旱稻不育系“滬旱1A”，并選育出中國南方第一個節(jié)水抗旱稻品種，逐步完成了三系配套，實現(xiàn)了節(jié)水抗旱雜交稻零的突破。經(jīng)過10多年的努力，羅利軍團隊已經(jīng)培育出包括秈型、粳型、雜交和常規(guī)四個系列的節(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)勢在于，其種植過程中不需要長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)達的根系，扎根深度更大，使其吸水和吸肥能力更強，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”。種植過程中僅需在出苗、分蘗和孕穗灌漿三個關(guān)鍵階段進行灌溉，畝產(chǎn)量可達600公斤以上。配合節(jié)水濕潤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)院的科研團隊在安徽亳州、蚌埠、滁州、淮南、合肥、安慶和銅陵7個地區(qū)進行了為期兩年的節(jié)水抗旱稻碳減排效益評估。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11%。2019年，安徽省節(jié)水抗旱稻推廣面積約7.8萬公頃，基于現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)并運用聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會推薦的DNDC生物地球化學(xué)過程模型進行模擬，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)量計算）可減少51.6萬噸。

除了通過對播種和灌溉方式調(diào)整來減少稻田甲烷排放，運用科技手段的探索也在進行中。

在中國東部的浙江嘉善縣西塘縣，中國水稻研究所與互聯(lián)網(wǎng)巨頭阿里云聯(lián)手，進行了一項名為“低碳稻作技術(shù)”的新實驗。這一項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)。通過對農(nóng)田安裝多種物聯(lián)傳感設(shè)備、高精準定位和無人化操作，來對水稻農(nóng)田進行全過程管理，包括對每一塊水稻田進行精準灌排。系統(tǒng)將根據(jù)水稻生長階段設(shè)置相應(yīng)的水位線標準，自動調(diào)整進出水量。

低碳稻試驗田 阿里云

對于負責(zé)種植管理的農(nóng)戶而言，這一技術(shù)變革帶來了實實在在的好處。以往，僅400畝的水田就需要4至5名工人來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)中國水稻研究所專家詳細測算，通過采用新技術(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

在過去三十多年的時間里，中國在稻田甲烷排放研究與減排實踐領(lǐng)域取得了令人矚目的成就，不僅澄清了國際社會對中國甲烷排放的誤解，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緩解全球氣候變化產(chǎn)生了積極影響，也顯著提升了我國農(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)。在確保國家糧食安全的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型是一項復(fù)雜且長期的任務(wù)。這不僅需要政府出臺更加全面和支持性的政策，激勵科研機構(gòu)不斷推進技術(shù)革新，還需要企業(yè)的積極參與，共同探索和實施有效的減排措施。與此同時，提升農(nóng)民的環(huán)境保護意識和科技應(yīng)用水平同樣至關(guān)重要。只有當(dāng)每一個環(huán)節(jié)都能緊密協(xié)作，形成合力，才能真正推動農(nóng)業(yè)向著更加環(huán)保、高效的方向發(fā)展。

在這一過程中，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，力箭一號遙五運載火箭成功將15顆衛(wèi)星順利送入預(yù)定軌道。

“西光壹號”系列衛(wèi)星搭載力箭一號遙五火箭成功發(fā)射

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

這是我國首顆高分辨率點源甲烷監(jiān)測商業(yè)衛(wèi)星，這顆重量僅為75公斤的小衛(wèi)星，能夠精準捕捉地球表面細微至極的甲烷變化趨勢，精確追蹤碳產(chǎn)生源頭，并對不同區(qū)域的碳中和潛力進行科學(xué)評估，其探測回傳的數(shù)據(jù)能為甲烷排放監(jiān)管體系提供強數(shù)據(jù)支持和技術(shù)保障。

西光壹號04星

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

對排放源的準確識別是實現(xiàn)有效控制甲烷排放的前提，但在過去很長時間里，對甲烷排放的監(jiān)測一直是一個世界性的“難題”。

在《甲烷排放控制行動方案》中，我國將“加強甲烷排放監(jiān)測、核算、報告和核查體系建設(shè)”放在了重點任務(wù)中的第一項。根據(jù)《巴黎協(xié)定》，各國需自主計算并報告人為產(chǎn)生的溫室氣體排放量及其清除量，自2023年起，每五年進行一次“全球盤點”。為了完成這一任務(wù)，大多數(shù)國家都采用“自下而上”的方法，編制國家溫室氣體排放清單，即通過收集特定活動的數(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源于逸散源和無組織源，這些排放點具有高度的隨機性和間歇性，比如在石油和天然氣開采過程中，甲烷可能會因為設(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)境因素的強烈影響，表現(xiàn)出顯著的時空變化特性，典型的例子就是稻田的甲烷排放，它會隨著季節(jié)、氣候條件以及耕作管理措施的變化而波動。

2018年的一項研究揭示了這個問題的嚴重性。有研究人員通過對美國石油天然氣供應(yīng)鏈中的甲烷排放進行分析后發(fā)現(xiàn)，基于大氣觀測估計的實際排放量，比美國官方報告的數(shù)據(jù)高出了約60%。這意味著，傳統(tǒng)的“自下而上”方法，可能嚴重低估了某些行業(yè)或地區(qū)的甲烷排放水平。

國際能源署（IEA）也在一份報告中坦言，一些國家的排放清單多年沒有更新，而另一些國家的監(jiān)測能力很差，即便提供了數(shù)據(jù)，也不甚準確，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”的觀測技術(shù)，我們可以很清楚地看到哪些國家或地區(qū)的甲烷排放量被低估或高估，進而指導(dǎo)這些地方改進其監(jiān)測和報告體系。同時，對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。

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

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